基于工程對象法的微機(jī)原理課程教學(xué)實踐

苑廣軍，孫繼元，白 晶( 北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，吉林 吉林 132021 )

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基于工程對象法的微機(jī)原理課程教學(xué)實踐

苑廣軍，孫繼元，白 晶
( 北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，吉林 吉林 132021 )

摘 要：分析微機(jī)原理課程的特點，提出工程對象教學(xué)法，即課堂教學(xué)以某一工程專題為核心，采用任務(wù)驅(qū)動模式講解課程的知識點，強(qiáng)調(diào)在實踐教學(xué)的過程中利用實驗教學(xué)平臺并結(jié)合課程的知識點，分步設(shè)計實現(xiàn)各個專題的功能模塊，在課程設(shè)計和實習(xí)中完成該工程專題。

關(guān)鍵詞：工程對象教學(xué)法；微機(jī)原理；教學(xué)實踐；創(chuàng)新

0　引　言

微機(jī)原理課程是高校工科非計算機(jī)專業(yè)類的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一[1]。雖然微機(jī)原理課程以電路理論、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ)，但是其核心知識點也廣泛應(yīng)用在單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和DSP相關(guān)課程中。此外，通過學(xué)習(xí)該課程中的匯編語言，學(xué)生編程邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性也可得到很大的提高。但是，微機(jī)原理課程還存在知識點比較抽象、教學(xué)內(nèi)容分散、理論與實際脫節(jié)、課程教學(xué)不能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等問題，學(xué)生普遍反映課程不好學(xué)，也加大了課程的教學(xué)難度。如何對微機(jī)原理課程進(jìn)行教學(xué)改革，是擺在教師面前的重要課題[2]。通過分析，筆者認(rèn)為在微機(jī)原理課程中引入工程對象教學(xué)法可以有效解決以上問題。

1　工程對象教學(xué)法的教學(xué)思路及教學(xué)模式

1.1教學(xué)思路

工程對象教學(xué)法的目標(biāo)是服務(wù)于學(xué)生的實踐教學(xué)和課程教學(xué)，這不僅體現(xiàn)了工程教育的需要，還體現(xiàn)了本教學(xué)法的自身特點，即淺顯易懂又易于概念推廣。大學(xué)的工程教育應(yīng)該重點提高學(xué)生的實踐能力以及創(chuàng)新能力已經(jīng)成為共識[3-4]，但在教學(xué)方法上不能僅從工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)入手，應(yīng)該從教材編排、教學(xué)方法、教學(xué)模式、實驗平臺設(shè)計、工程訓(xùn)練體系、工程訓(xùn)練平臺設(shè)計等多方面系統(tǒng)考慮，應(yīng)該涵蓋學(xué)生微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)的整個過程。

1.2教學(xué)模式

工程對象教學(xué)法的教學(xué)模式是一種基于典型工程對象進(jìn)行教學(xué)，是MBA案例教學(xué)法在工程教育中的應(yīng)用[5]。工程對象教學(xué)法的特征是在將工程對象引入理論教學(xué)中時，使學(xué)生深入理解微機(jī)原理各要點及其運用；將工程對象引入實踐教學(xué)中時，使學(xué)生更系統(tǒng)全面地理解并掌握所學(xué)知識和各項技能，使學(xué)生對知識點融會貫通；豐富而實際的對象類型可使學(xué)生對課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣[6]。工程對象教學(xué)法的優(yōu)勢在于，適當(dāng)?shù)墓こ虒ο罂纱聿糠只蚨囗椀湫偷膶I(yè)應(yīng)用，可適用于某大類專業(yè)或具有一定的專業(yè)覆蓋面，可靈活拆解或擴(kuò)展。工程對象教學(xué)法的體系構(gòu)架是按“任務(wù)驅(qū)動”的模式分解各個知識點，用“實踐—歸納—推理—再實踐”的模式進(jìn)行授課，將授課和實驗合二為一，老師“在講中做、在做中講”，學(xué)生“在學(xué)中做、在做中學(xué)”。教學(xué)方案的進(jìn)程將理論教學(xué)和實踐教學(xué)分為不同層次和階段，如此來實現(xiàn)提高創(chuàng)新能力、實踐能力和工程素質(zhì)的目標(biāo)。

2　微機(jī)原理課程的改革模式

工程對象教學(xué)法教學(xué)模式的研究是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)與能力，課程方案需針對學(xué)生特點和課程特點進(jìn)行全面改革。因此，需要在新的理念基礎(chǔ)上編寫教材、培養(yǎng)師資和制作課件，需要利用新的教學(xué)平臺，創(chuàng)建新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，開展新的工程教學(xué)設(shè)備及教學(xué)工作的研究。

2.1工程對象的選擇

工程對象的選擇決定了課程改革的成敗。選擇工程對象的原則是：學(xué)生易于接受，即以學(xué)生現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)能夠理解該工程對象；涵蓋面廣，即可涵蓋微機(jī)原理課程大綱要求的所有知識點；可擴(kuò)展性強(qiáng)，即與微機(jī)原理相關(guān)的后續(xù)課程所選的工程對象可在微機(jī)原理的工程對象基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展[7]。在微機(jī)原理課程中選擇8086和80286作為主要講解芯片，因為這兩款CPU內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)、匯編指令的尋址方式、中斷的基本概念、響應(yīng)流程等對目前的科研和生產(chǎn)仍然具有指導(dǎo)意義，有利于學(xué)生后續(xù)對嵌入式系統(tǒng)和DSP的學(xué)習(xí)[8]；8086和80286內(nèi)部沒有集成RAM、ROM、中斷控制器等功能模塊，可以鍛煉學(xué)生擴(kuò)展芯片的能力，也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)和理解單片機(jī)課程打下基礎(chǔ)。此外，教師在講解基本概念的同時，還可以介紹其在當(dāng)前技術(shù)中的發(fā)展和應(yīng)用。

2.2課堂教學(xué)內(nèi)容的組織

課堂教學(xué)分為課程導(dǎo)入、知識點講解及任務(wù)節(jié)點解析和課程總結(jié)3個部分。其中，課程導(dǎo)入是最關(guān)鍵的部分，教師利用多媒體flash、結(jié)合自身科研工程經(jīng)驗將工程對象按知識點分解成多個任務(wù)節(jié)點，使學(xué)生直觀地了解微機(jī)原理課程的主線以及各知識點之間的關(guān)系；知識點講解及任務(wù)節(jié)點解析中，教師通過講解知識點，使學(xué)生了解如何完成任務(wù)節(jié)點，因此，講解一定要注意承上啟下，這樣才能使各個知識點聯(lián)系得更緊密，任務(wù)節(jié)點解析則是將知識點和任務(wù)節(jié)點聯(lián)系在一起并啟發(fā)學(xué)生利用知識點解決問題；在課程總結(jié)的有效途徑中，應(yīng)用桑紅石老師的“三明治”教學(xué)法使得課堂氣氛活躍，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，此外，針對每章需要掌握的重點內(nèi)容，教師可以通過動畫的方式加強(qiáng)設(shè)計舉例的生動性[9]。

2.3實踐教學(xué)內(nèi)容的組織及相關(guān)案例

實踐教學(xué)內(nèi)容分成實驗和課程設(shè)計兩類。實驗主要是針對關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點（子對象），可將以往的實驗預(yù)習(xí)報告改寫成項目申請，實驗過程是項目實現(xiàn)，實驗報告則為結(jié)項報告。由此，每個實驗就是整個工程對象（工程項目）的子項目，只要把這些子項目有效地連接在一起，就可以完成整個工程項目，即為課程設(shè)計。項目設(shè)計的具體步驟有：①題目設(shè)立（占用1個課時），題目要在工程對象的基礎(chǔ)上略加功能擴(kuò)展；②撰寫項目申請書（占用1個課時），包括項目的目的、意義、方案論證、項目計劃（時間節(jié)點）、項目測試條件等；③項目制作以及項目測試（占用4個課時）；④結(jié)項報告（占用2個課時）。學(xué)生利用周末或課余時間完成項目設(shè)計任務(wù)，具體教學(xué)案例如下。

1）任務(wù)的提出。

以8255交通燈實驗的展開為例，選取十字路口交通燈為工程對象。那么，對交通燈的管制則為工程項目，項目中的定時器模塊、中斷、燈顯等各模塊為此工程項目的子項目。

在實際教學(xué)過程中，針對實驗給學(xué)生分配具體任務(wù)：2名相鄰學(xué)號的學(xué)生組成1個小組，各組成員根據(jù)對知識掌握的不同程度分工合作，每人負(fù)責(zé)若干個子項目，最后將所有子項目組合到一起，搭建成一個完整的項目，即交通燈設(shè)計。本實驗不僅可以幫助學(xué)生熟悉并掌握各個部件和芯片的工作原理，還可以讓學(xué)生明白芯片接口之間是如何建立聯(lián)系和相互通信的，既能覆蓋教學(xué)內(nèi)容，又能調(diào)動學(xué)生的積極性[10]。

2）任務(wù)節(jié)點解析。

對于給定的任務(wù)，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生之間廣泛開展討論，分析問題、解決問題并預(yù)測效果，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生自發(fā)尋找任務(wù)中的相關(guān)知識點，教師則重點講解學(xué)生忽略和缺失的知識點，必要時輔助學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分解。

3）任務(wù)的實施。

通過查閱資料，熟悉所用芯片的引腳說明、芯片的模式設(shè)定、部件間的布局以及簡單的調(diào)試，學(xué)生能復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識點，在通力合作中體驗完成任務(wù)的成就感。任務(wù)實施期間，教師可以提供基本芯片的控制程序，同步對程序做出必要的講解，以提高學(xué)生對匯編語言的熟悉程度。

3　實施效果

基于工程對象教學(xué)法的微機(jī)原理課程教學(xué)

改革，我們首先在北華大學(xué)的吉林省電力電子應(yīng)用技術(shù)科技創(chuàng)新中心的四十多名學(xué)生中試運行了一個學(xué)期。通過試運行，這些學(xué)生對課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，基本能夠掌握課程中所涉及的知識點，很好地完成了相關(guān)的實驗實習(xí)；學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識得到了加強(qiáng)；在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生能將微機(jī)原理課程中的工程對象針對新的課程進(jìn)行更改和擴(kuò)展；在畢業(yè)設(shè)計中，學(xué)生能應(yīng)用微機(jī)原理課程中的工程對象進(jìn)行設(shè)計，并取得較好成績。

4　結(jié)　語

工程對象教學(xué)法的核心教學(xué)模式是“實踐—歸納—推理—再實踐”，這正好符合人類認(rèn)識過程“感性認(rèn)識—理性認(rèn)識—再認(rèn)識”的客觀規(guī)律。因此，學(xué)生在該教學(xué)法下可以很好地學(xué)會理論知識，而該教學(xué)法的“再實踐”部分則是引導(dǎo)學(xué)生運用已有的知識去解決未知的問題，即“溫故而知新”的過程，這也正是“創(chuàng)新”的精髓。在此基礎(chǔ)上，通過不斷地嘗試，我校微機(jī)原理課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量有了明顯的改善。

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（見習(xí)編輯：趙盼）

第一作者簡介：苑廣軍，女，講師，研究方向為檢測技術(shù)與自動化裝置，ygj791223@163.com。

基金項目：國家專業(yè)綜合改革試點項目“電氣工程及其自動化”（ZG0119）。

中圖分類號：G642

文章編號：1672-5913(2016)04-0127-02