基于CDIO理念的微機原理及應用課程三級項目教學改革初探

李剛+司菁菁+孫潔娣+練秋生

摘要：本文以微機原理及應用課程為例，基于CDIO理念，研究課程三級項目的實施方案。通過該三級項目的實施，改變課程的教學模式，利用項目引導學生主動學習，完善自己的知識構成，培養了學生的系統分析、設計和工程實踐能力，并在團隊協作能力上有所提高。

關鍵詞：CDIO;微機原理及應用;三級項目

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0090-02

一、引言

微機原理及應用課程的主要目的是使學生掌握微機系統的基本構成、指令系統、匯編語言、接口電路的設計及控制方法，具備微機應用系統接口軟、硬件開發設計能力，是電子信息工程、通信工程等專業學生的一門重要的學科基礎課。CDIO是近年來工程教育領域的最新研究成果，是“做中學”、“項目式教學”思想的系統性表述和總結。其主要目的是培養出滿足社會、企業需求的、具有很強的工程實踐能力和適應能力的工程技術人才。筆者學習CDIO的理念及核心思想，對微機原理及應用課程進行教學改革嘗試，在課程中設立三級項目，改變課程的教學模式，提高學生微機應用系統的設計、實踐能力。

二、微機原理及應用課程的特點及教學中存在的問題

1.微機原理及應用課程的特點。筆者所在教學單位為電子信息工程、通信工程兩個專業的學生開設微機原理及應用課程，其教學目的是通過該課程的學習使學生掌握微機接口電路的工作原理及控制編程方法，具備微型計算機控制下的應用系統接口的軟、硬件設計、開發能力，因此該課程的側重點在于接口的設計開發能力培養。接口電路的工作通常需要軟件、硬件兩部分相互配合，在具備了硬件正確設計的基礎后，還要在控制軟件的正確控制之下，接口電路才能正常工作。課程內容中涉及的微機系統構成、指令系統、匯編程序設計等都是為其服務的，因此該課程的核心是設計接口電路并且編寫正確的控制軟件，教學內容和方式都應圍繞這一核心展開。

2.微機原理及應用課程教學中存在的問題。該課程目標是培養學生應用系統接口的軟、硬件設計、開發能力，但是在實際的教學中，系統設計的思想卻很少涉及。理論課教學中基本上都是按照教材的編排內容按部就班地講授各個部分的理論知識，雖然在接口電路部分涉及到控制程序的編寫，但也只是某一種接口電路的設計及相關控制程序的編寫。在實驗教學中，也是針對某一種接口電路的設計和控制軟件的編寫，這就使得學生在學習中應用系統設計的概念極為薄弱，甚至沒有;所學的知識是分散的，無法形成完整的知識系統。

三、三級項目設計思路

CDIO工程教育模式強調在模擬社會化的產品設計開發環節中，培養學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力，以項目為導向，指引學生的課程理論學習及實踐活動，激發學生的學習興趣，發揮學生學習的主動性，引導其有目的地進行自主的、探索式的學習。微機原理及應用課程是要使學生具備微機應用系統接口的軟、硬件設計開發能力，面對這樣的需求，基于現有的實驗條件，我們在課程中設立一個三級項目。借助項目來實現這樣兩個目的：一是三級項目是一個相對完整的應用控制系統，通過設計并實現這樣一個控制系統，使學生經歷一個從需求分析、實現受限、系統設計、調試的完整過程，對于應用系統有更為清晰、明確的認識和理解，建立應用系統設計的概念，增強了學生對于應用系統的感性認識。二是盡可能多的利用課程中所學的接口電路種類，將課堂上講授的理論知識應用在實際的系統設計、實踐中，達到理論與實踐相互印證及課程知識點的整合?；谏鲜鏊悸罚髮W生基于實驗室現有的實驗箱（HQFC-A-386EX），設計一個自動溫控系統，實現溫度采集、溫度顯示、溫度判斷、聲光報警、降溫設備啟動等功能。通過這樣一個完整的系統設計過程，使學生經過分析、設計、實踐的訓練過程，綜合運用了AD轉換接口、數碼管顯示接口、8253定時芯片接口、電機控制接口、匯編語言程序設計等知識，鍛煉、培養了學生的系統設計、實踐能力。

四、三級項目實施內容

本三級項目要求學生使用ADC0809、DAC0832、8253、8255等芯片設計并制作一個自動溫度采集、顯示、報警、控制降溫設備的應用系統，可實現功能分別如下：①溫度采集：能夠對模擬輸出的溫度傳感器信號進行采集，利用AD轉換器將其轉換為數字信號，為控制系統數據輸入做好準備;②溫度顯示：根據AD轉換器輸入的數據進行基本的數據處理，并自主選擇系統的顯示方案;③溫度超限判斷：自主設定溫度報警門限，并能夠根據設定門限判斷溫度是否超限報警;④聲光報警：溫度超限時發出聲光報警信號;⑤降溫設備的控制：根據溫度信號控制降溫設備（風扇）的啟動與關閉。主要內容包括：自動溫控系統的需求分析;自動溫控系統的模塊設計;自動溫控系統各模塊接口電路設計;接口電路驅動程序設計;設計報告的撰寫;項目結題匯報。

五、三級項目實施方案

1.任務及要求。三級項目采用分組的方式進行。5～6名同學組成1組，每組設組長1人。為了使學生有較為充足的設計、實踐時間，并且激發學生的學習主觀能動性，三級項目題目在第四章（微機總線）開始授課前下發。學生自由結成小組，選出組長，由組長依據組員的特點進行分工及項目工作進度安排。各小組應根據項目題目及課程的進度，按時完成資料的查閱及系統方案的設計、實踐。系統實踐及軟件調試工作在實驗室完成。三級項目將以答辯和演示的形式進行驗收。答辯結束后，學生需及時上交項目研究報告和PPT。

2.進程安排。各組應根據項目要求完成系統分析、設計、實踐等任務，具體進程安排見表1。

3.成績評定。項目執行期間，嚴格考勤。學生必須按時參加項目研究，不準無故缺席、早退。指導教師根據學生出勤情況、組內互評情況、自動溫控系統的設計及實現程度、PPT匯報、答辯、匯報提問、研究報告撰寫等方面情況綜合評定每個學生的項目成績，在項目研究中對表現突出的學生給予獎勵，并記入考核成績。成績評定標準見表2。

六、實施分析

從三級項目最終的實施結果來看，三級項目的內容和工作量是合理的，除個別小組只實現了部分功能外，其余小組均完成全部內容。學生反映經過這次三級項目的鍛煉，能夠將課堂上講授的理論知識應用到實際的系統設計、實踐中，獲得了理論知識應用的切身體驗，增強了感性認識，也在具體的項目實施中發現了原有知識的欠缺之處，主動地進行彌補，完善了知識結構。通過具體的工程鍛煉，增強了系統設計能力和工程實踐能力，團隊的工作方式也培養了學生的團隊意識和溝通能力，利用多媒體手段進行項目匯報和答辯提高了學生的表達能力。在取得一些效果的同時，也發現了一些不足之處，如：相對于任務要求，每組學生數有些偏多，有學生的任務量偏少，沒有得到充分鍛煉和發揮。今后的實踐中我們將進行適當的調整，使學生得到盡可能的充分鍛煉。

七、結束語

通過這次三級項目的實施，改變了原有的教學方式，利用項目做引導，促使學生主動的進行知識的學習、完善;相對完整的工程設計、實踐過程提高了學生的工程意識和系統實踐能力，為學生今后的工程實踐奠定了扎實的基礎。

參考文獻：

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