微機原理課程設(shè)計中分層設(shè)計的實施和探討

許雪林+蔡文培+陳敏

摘 要：針對微機原理課程設(shè)計中普遍存在的學(xué)生消極等待設(shè)計結(jié)果的現(xiàn)象，分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，提出微機原理課程的分層課程設(shè)計改革方法，并介紹具體實施步驟，分析分層設(shè)計實施后出現(xiàn)的問題，說明關(guān)鍵問題的解決辦法。

關(guān)鍵詞：分層設(shè)計；微機原理；課程設(shè)計

文章編號：1672-5913（2017）07-0069-04

中圖分類號：G642

0 引 言

在微機原理課程設(shè)計的教學(xué)改革中，主要通過改革實驗設(shè)備（如張國安[1]和金文[2]）或項目導(dǎo)向方法（如龔雪梅[3]）來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于微機原理課程設(shè)計涵蓋軟硬件的知識，內(nèi)容繁瑣復(fù)雜，入門較難，能力差的學(xué)生需要樹立強大的自信心來激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能力強的學(xué)生則需要自我發(fā)展的空間。因此，如果課程設(shè)計內(nèi)容不加以區(qū)別，能力差的學(xué)生體驗不到設(shè)計的快樂，導(dǎo)致積極性不高，而能力強的學(xué)生則局限在同一題目的框架內(nèi)無法提高。如果能根據(jù)學(xué)生的能力進行分層教學(xué)，課程設(shè)計題目也根據(jù)難易程度分層設(shè)置，能力不同的學(xué)生選擇適合自己的題目進行課程設(shè)計，既能保證能力差的學(xué)生獨立完成設(shè)計而激發(fā)后續(xù)學(xué)習(xí)的動力，還能保證能力強的學(xué)生學(xué)習(xí)到更全更難的知識和技術(shù)。

1 微機原理課程設(shè)計分層設(shè)計的研究內(nèi)容

微機原理課程分層設(shè)計包含兩個方面：

1）按能力對學(xué)生分層。

教師除了讓學(xué)生自我選擇外，還需通過教學(xué)階段進行區(qū)分。

2）按難度對課程設(shè)計內(nèi)容分層。

課程設(shè)計內(nèi)容由基本內(nèi)容和擴展內(nèi)容組成。基本內(nèi)容包含構(gòu)造完整系統(tǒng)的基本功能，而擴展功能包含完整系統(tǒng)的優(yōu)化和特色內(nèi)容。

在課程設(shè)計過程中，教師先對學(xué)生進行分層，然后布置相應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容，確保每一個學(xué)生在設(shè)計過程中能夠很好地完成設(shè)計要求，實現(xiàn)課程設(shè)計的目的，讓每一個學(xué)生都能動手操作實踐。

分層課程設(shè)計實施需要包含以下幾方面內(nèi)容：

1）課程講授階段通過作業(yè)和實驗對學(xué)生能力進行測評和分類。

在微機原理課程講授階段，教師通過作業(yè)測評和實驗考核來確定每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進行能力分層。

2）課程設(shè)計過程需要明確設(shè)計的基本內(nèi)容和擴展內(nèi)容。

課程設(shè)計的指導(dǎo)教師需要詳細規(guī)劃課程設(shè)計的內(nèi)容。課程設(shè)計內(nèi)容首先被分為基本設(shè)計和擴展設(shè)計，然后指導(dǎo)教師詳細描述基本內(nèi)容的實現(xiàn)步驟，而對于擴展內(nèi)容僅提供實現(xiàn)思路。

3）指導(dǎo)教師輔導(dǎo)監(jiān)督機制要到位。

指導(dǎo)教師應(yīng)針對學(xué)生的基礎(chǔ)作詳細指導(dǎo)，并提供詳細的設(shè)計思路，入門引導(dǎo)工作主要通過教室板書、演示等手段完成。除此之外，指導(dǎo)教師必須控制課程設(shè)計實施進度，做到有問題及時處理，否則很容易讓學(xué)生遇難而退，達不到教改的效果。

2 具體實施步驟

分層課程設(shè)計實施階段有4個班級參與，分別是通信10級、電氣13級、光電應(yīng)用12級和電子13級。

1）對學(xué)生能力分層。

課程初通過宣講，學(xué)生自愿組建小于3人的合作異質(zhì)小組（即能力強弱組合）[4]。整個教學(xué)過程中，學(xué)生在小組內(nèi)一起完成作業(yè)和實驗。在實驗階段，實行組長負責制。

2）對同一課題設(shè)計內(nèi)容進行分層。

以設(shè)計公交車上具有溫度顯示的智能電子時鐘為例，首先，教師通過實地調(diào)研和采購，獲取對應(yīng)的電子時鐘。接著，以實物為模型，制訂課程設(shè)計任務(wù)書，包含基本設(shè)計和擴展設(shè)計，盡量詳細描述基本設(shè)計。例如，將時鐘設(shè)計中時間和溫度巡顯、時鐘的調(diào)校、溫度的標度轉(zhuǎn)換、鬧鐘的設(shè)置等作為基本的設(shè)計內(nèi)容，擴展內(nèi)容包含日期顯示、時間進制切換、巡顯時間的設(shè)置等。最后，在設(shè)計任務(wù)書上對基本設(shè)計內(nèi)容進行詳細的需求描述，并設(shè)置好必要的軟硬件框架。例如，設(shè)置基本的軟件功能模塊，包括按鍵輸入識別模塊、數(shù)碼管顯示等基本模塊，系統(tǒng)流程圖見圖1[4]。采用proteus提供相應(yīng)的硬件仿真平臺，學(xué)生能有更多的時間進行系統(tǒng)調(diào)試。擴展內(nèi)容簡要描述要求即可，如電子時鐘巡顯時間的設(shè)置功能等。

3）對不同的多課題進行分層。

為了豐富學(xué)生的知識面，應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)進行多課題設(shè)計，即學(xué)生根據(jù)自己的興趣完成課題選擇。4個班級實施多課題的情況見表1。

4）分層布置課程設(shè)計任務(wù)。

首先，確定學(xué)生的分組情況和選題情況。針對通信2010級和光電應(yīng)用2012級學(xué)生分組情況，有部分學(xué)生與教師同組，課題也比較簡單，如多功能電子時鐘。考慮電氣2013級部分學(xué)生參加過電子設(shè)計大賽，有一定的設(shè)計基礎(chǔ)，因此該班級沒有教師作為組長的小組，能力弱的學(xué)生直接由能力強的學(xué)生帶領(lǐng)。

課程設(shè)計的第一天，教師在教室布置設(shè)計任務(wù)，展示實物，并詳細分析基本設(shè)計內(nèi)容。例如，使用哪些硬件模塊實現(xiàn)溫度采集和顯示？搭建軟件模塊框架設(shè)計需要哪些功能模塊？

在學(xué)生設(shè)計過程中，每次結(jié)束時教師匯總每個學(xué)生遇到的問題，然后在下個教學(xué)時段進行解答。對于問題解答，能力強的學(xué)生點撥即可，對能力弱的學(xué)生教師將仔細講解功能模塊流程，力求每個學(xué)生都能獨立編寫代碼并調(diào)試成功。

5）設(shè)計過程中的監(jiān)管和輔導(dǎo)。

設(shè)計過程中，需要階段性檢查學(xué)生的完成情況，這樣不僅能掌握學(xué)生進度，還能鼓勵學(xué)生盡可能多地實現(xiàn)功能。

在4個班的實施過程中，如果采用小組進行設(shè)計，則要求小組長每天記錄調(diào)試和設(shè)計的內(nèi)容；沒有采用小組的班級則由個人直接完成記錄內(nèi)容。教師主要根據(jù)記錄內(nèi)容跟蹤學(xué)生的進展情況。

由于每個學(xué)生的設(shè)計過程不可能出現(xiàn)完全相同的錯誤，所以調(diào)試記錄不僅能夠了解學(xué)生的掌握情況，還能了解學(xué)生是否存在抄襲行為。

多題目的情況下，教師直接和組長溝通，如光電應(yīng)用2012級由教師直接輔導(dǎo)能力弱的學(xué)生，教師作為組長每天需要花2節(jié)課的時間輔導(dǎo)這部分學(xué)生。對于單題目設(shè)計，如2013級電子專業(yè)班級，前半部分教師側(cè)重輔導(dǎo)基礎(chǔ)知識，后半部分側(cè)重輔導(dǎo)擴展知識。

6）設(shè)計考核。

4個班級的分層課程設(shè)計考核分3個部分完成，即驗收、答辯和課程設(shè)計報告。

驗收主要讓學(xué)生演示自己實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，了解其能夠達到的大致范圍。

答辯是考核的主要部分，通過答辯能夠了解學(xué)生對自己系統(tǒng)的了解程度。一次答辯不通過，允許一周后參加第二次答辯，如果兩次答辯均不通過，則為不及格。答辯的內(nèi)容主要根據(jù)驗收內(nèi)容定制。

課程設(shè)計報告要求包含設(shè)計過程中設(shè)計背景要求、系統(tǒng)功能描述、調(diào)試記錄和個人總結(jié)。

為了讓所有學(xué)生了解其他小組的完成情況，我們在電氣2013級多課題設(shè)計中采用小組展示答辯的方式，即3人小組先向教師和學(xué)生介紹他們的作品，然后由教師和學(xué)生提問題。

最后，總評成績由10%的平時考勤、10%的驗收成績、50%的答辯成績和30%的課程設(shè)計報告成績組成。

3 實施后問題分析

根據(jù)調(diào)查問卷反饋的信息，值得肯定的是分層設(shè)計能讓基礎(chǔ)較差的學(xué)生容易入門，提高自信心，而能力強的學(xué)生可以選擇自己喜歡的內(nèi)容進行設(shè)計。

1）能力分層、實行小組合作機制，能夠帶來好的教學(xué)效果。

在小組合作學(xué)習(xí)過程中，部分學(xué)生在調(diào)查報告中反饋，希望能夠強強聯(lián)合，這樣在設(shè)計過程中能互相促進，因此，后期實行基礎(chǔ)較差的學(xué)生由教師直接做組長，其他學(xué)生自由組合。這樣一來，能力強的學(xué)生負擔減少，能力弱的學(xué)生不再有依賴性。

2）能力分層、實行設(shè)計內(nèi)容分層，同樣能帶來好的教學(xué)效果。

能力弱的學(xué)生只要在教師指導(dǎo)下獨立完成基本設(shè)計要求，就可以逐步增加設(shè)計內(nèi)容。能力強的學(xué)生為了獲得優(yōu)秀，必須全力以赴完成所有內(nèi)容。

3）不同的學(xué)生采用不同的題目完成設(shè)計。

能力弱的學(xué)生可以逐步實現(xiàn)從簡單到困難的內(nèi)容。對于能力強的學(xué)生而言，基本設(shè)計內(nèi)容不足以激發(fā)其熱情。不同學(xué)生采用不同題目完成設(shè)計，可以兼顧能力強學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及能力弱學(xué)生的信心。

4 結(jié) 語

讓所有學(xué)生學(xué)有所成是微機原理課程設(shè)計采用分層設(shè)計教改的目的。通過3年的實踐，經(jīng)過“實施—調(diào)查—調(diào)整”逐步完善了分層設(shè)計在微機原理課程設(shè)計中的實施方案，激發(fā)了課程設(shè)計過程中學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生的動手能力。

參考文獻：

[1] 張國安， 余力， 許雪林. 微機控制系統(tǒng)實驗教學(xué)研究[J]. 計算機教育， 2010（18）： 133-136.

[2] 金文， 張惠群， 陳曦. 微機原理課程設(shè)計的改革與實踐[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2012（10）： 49-50.

[3] 貢雪梅. 項目教學(xué)法在單片機原理課程設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2009（26）： 115-116.

[4] 許雪林， 張國安， 陳敏. 卓越工程師計劃下的微機原理課程教學(xué)設(shè)計[J]. 計算機教育， 2014（9）：56-59.

（編輯：孫怡銘）