基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

寶雞文理學(xué)院物理與光電技術(shù)學(xué)院 高美蓉

針對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，伴隨我國(guó)教學(xué)改革的全面推進(jìn)，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力為作為改革的指導(dǎo)思想，結(jié)合本校的特點(diǎn)，提出了基于CDIO項(xiàng)目引導(dǎo)式的教學(xué)方法研究。在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)，在項(xiàng)目完成過(guò)程中，將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用CDIO教育模式對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革。實(shí)踐證明通過(guò)教學(xué)改革引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題，使學(xué)生具有創(chuàng)新智慧、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

一、引言

針對(duì)新時(shí)期中國(guó)高等學(xué)校已進(jìn)入內(nèi)涵式發(fā)展的新形勢(shì)，為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的要求，對(duì)高等學(xué)校的教育提出了新的要求，要求培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的綜合素質(zhì)性人才。微機(jī)原理與接口技術(shù)是電氣工程類(lèi)及測(cè)控專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。課程內(nèi)容兼顧硬件和軟件兩個(gè)方面，其內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系，具有實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣的特點(diǎn)。在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)過(guò)程中，以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才為目的，我們積極研究探索嘗試新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，以CDIO工程教育理念為教學(xué)內(nèi)容安排原則，開(kāi)展基于CDIO工程項(xiàng)目引導(dǎo)下的教學(xué)改革研究。

二、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，是測(cè)控專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容兼顧硬件和軟件兩個(gè)方面，其內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系，因此微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與應(yīng)用的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)比理論教學(xué)更有利于學(xué)生動(dòng)手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)（高美蓉.電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的研究與實(shí)踐[J].辦公自動(dòng)化,2016,21(05):40-41+37）。但是我校在微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在一些問(wèn)題。

（1）實(shí)驗(yàn)課時(shí)少。目前微機(jī)原理與接口技術(shù)的授課過(guò)程中，仍然是以大量的課堂教學(xué)為主，附帶少量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式進(jìn)行，理論教學(xué)多余實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難將課堂上的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，不能做到實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和實(shí)驗(yàn)是理論知識(shí)的應(yīng)用。

（2）實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不夠合理，缺乏創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置過(guò)程中有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量較多，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量較少，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，缺少對(duì)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊與工程實(shí)際問(wèn)題相差較遠(yuǎn)，不能將理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生的工程實(shí)踐能力相對(duì)較弱（高美蓉.電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的研究與實(shí)踐[J].辦公自動(dòng)化,2016,21(05):40-41+37）。

（3）實(shí)踐教學(xué)手段過(guò)于單一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中大部分學(xué)校使用的是實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)箱時(shí)設(shè)定好的，內(nèi)容固定，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)或者實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)按照規(guī)定的步驟連接電路、下載程序、運(yùn)行程序、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很少去思考為什么這樣設(shè)計(jì)電路和程序，也很少去分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程雖然簡(jiǎn)單，學(xué)生也能很快掌握，但是沒(méi)有培養(yǎng)學(xué)生的硬件電路的設(shè)計(jì)能力和軟件編程能力，同時(shí)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)生的創(chuàng)新能力沒(méi)有得到有效的培養(yǎng)。

（4）考核方式單一。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)，忽略了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程。

（5）缺乏團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目居多和實(shí)驗(yàn)室條件的限制，通常學(xué)生2～3人為一組完成實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)薄弱，不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對(duì)工程工程技術(shù)人才的要求。

三、基于CDIO理念的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

CDIO(Conceive Design Implement Operate）代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作。CDIO工程教育模式是獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近2000萬(wàn)美元巨額資助下由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過(guò)四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO工程教育理念是以學(xué)生完成工程項(xiàng)目為目標(biāo)，將學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力，也即為CDIO工程教育模式的能力大綱。要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，如圖1所示（李珍香,李全福.基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2013,16(01):65-68;劉德勝,王磊,劉云鵬,馬曉君,薛佳梅.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下《微機(jī)原理及接口技術(shù)》實(shí)踐課程教學(xué)方法研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2017,30(07):65-66）。滿(mǎn)足CSIO所要求的12條標(biāo)準(zhǔn)。

以CDIO模式為指導(dǎo)，構(gòu)建將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，培養(yǎng)以滿(mǎn)足社會(huì)實(shí)際需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新性的復(fù)合型性人才。因此，微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)中具有舉足輕重的地位，是不可忽視的。應(yīng)根據(jù)學(xué)院地方發(fā)展得特色和學(xué)院的現(xiàn)有教學(xué)條件和教學(xué)設(shè)施，構(gòu)建應(yīng)用型和創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)體系。在制定人才培養(yǎng)方案的過(guò)程中，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)，建立良好的師資隊(duì)伍；樹(shù)立正確的教育理念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建思路如圖1所示，通過(guò)構(gòu)思環(huán)節(jié)制定微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)修改和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱；通過(guò)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；通過(guò)運(yùn)作環(huán)節(jié)改善實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)踐教學(xué)手段，構(gòu)建基于CDIO理念的微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將CDIO工程教育模式貫穿到整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中（何金枝,趙天翔,李云強(qiáng).基于IB-CDIO理念的《微機(jī)原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2016,12(34):138-140）。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建思路

四、實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上采用階梯式教學(xué)模式，分階段進(jìn)行。

（1）基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是基礎(chǔ)入門(mén)階段必不可少的實(shí)驗(yàn)，是將課堂上的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。熟悉實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟。通過(guò)匯編語(yǔ)言程序的建立實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)實(shí)驗(yàn)和執(zhí)行和8255接口實(shí)驗(yàn)等，掌握DEBUG調(diào)試指令的運(yùn)行情況，觀察指令調(diào)試后的結(jié)果。掌握接口芯片的工作原理、各個(gè)引腳信號(hào)的功能和應(yīng)用。學(xué)會(huì)將軟件和硬件結(jié)合起來(lái)的實(shí)驗(yàn)方法，逐步提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。

（2）綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是提高階段，這一階段主要是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和知識(shí)綜合應(yīng)用的能力（蘇英.基于CDIO的微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)研究[J].中國(guó)管理信息化,2016,19(10):218-219）。學(xué)生在完成基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)掌握了微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的基本知識(shí)和原理。對(duì)接口芯片的外部特征也有了一定的了解，通過(guò)匯編語(yǔ)言程序的建立實(shí)驗(yàn)掌握了匯編語(yǔ)言的編程。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以繼續(xù)深入完成綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。例如：8086數(shù)字電子鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)碼管顯示和鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)等。

(3)應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，是綜合應(yīng)用階段，在基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)將該門(mén)課程和其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用到實(shí)踐中，在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中完成學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此在教學(xué)過(guò)程中引入項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)模式，即以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)完成一個(gè)完整的項(xiàng)目。項(xiàng)目?jī)?nèi)容由教師根據(jù)學(xué)生的情況、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)來(lái)制定，也可以由學(xué)生自行選題，但是要由教師審核通過(guò)才可。學(xué)生自由組合3-5人為一組，相互探討、自主查閱資料、教師引導(dǎo)下完成，邊學(xué)邊做，教中學(xué)，學(xué)中做，使知識(shí)技能同步增長(zhǎng)，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。項(xiàng)目完成后以小組答辯的方式進(jìn)行考核，利用PPT演示項(xiàng)目的完成情況，包括設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及如何解決。通過(guò)教師提問(wèn)的方式考察學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況。通過(guò)答辯的方式教師還可以考察到學(xué)生PPT的制作水平、語(yǔ)言的邏輯組織能力等，教師根據(jù)總體情況給出項(xiàng)目答辯成績(jī)。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法

傳統(tǒng)的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)教學(xué)是組織學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱上完成的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為固定，學(xué)生無(wú)法自己設(shè)計(jì)電路，學(xué)生很快完成實(shí)驗(yàn)，不能達(dá)到很好的教學(xué)效果（劉娟,黃忠.微機(jī)原理與接口技術(shù)CDIO模式教學(xué)[J].安慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,23(04):106-108）。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，可以讓學(xué)生利用proteus仿真軟件進(jìn)行整個(gè)電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出硬件連接圖、編寫(xiě)程序并仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師通過(guò)對(duì)軟件的介紹，使學(xué)生學(xué)會(huì)了proteus仿真軟件的使用，可以將仿真技術(shù)應(yīng)用到其他課程或?qū)嶒?yàn)中。通過(guò)電路圖的設(shè)計(jì)，是學(xué)生更加深入掌握了芯片的工作原理及其應(yīng)用。利用proteus仿真軟件完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在課堂上完成的同時(shí)，也可以走出實(shí)驗(yàn)室利用課余時(shí)間在自己電腦上進(jìn)行設(shè)計(jì)。還可以利用該軟件開(kāi)發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

3.實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方式的改革

課程的考核對(duì)教學(xué)成果具有檢驗(yàn)的作用，同時(shí)對(duì)于后期的教學(xué)又具有一定的指導(dǎo)作用，因此完善和改進(jìn)本課程的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方式，實(shí)驗(yàn)成績(jī)分為三部分組成，基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)考試。基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)由實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況給出，占總成績(jī)的40%（楊志紅.基于CDIO模式的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2015(02):117+120）。應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由以下因素決定：該項(xiàng)目相關(guān)資料的查找、小組成員之間的分工協(xié)作、項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方法、制作完成情況、項(xiàng)目演示、答辯過(guò)程和總結(jié)報(bào)告，占總成績(jī)的30%。實(shí)驗(yàn)期末考試以實(shí)驗(yàn)操作的形式進(jìn)行，占總成績(jī)的30%。

五、結(jié)語(yǔ)

CDIO模式以工程項(xiàng)目為載體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，CDIO模式以工程項(xiàng)目為情景，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式開(kāi)展教學(xué)，學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)，通過(guò)完成項(xiàng)目進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，充分發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力（王曉麗.《微機(jī)原理及接口技術(shù)》的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].福建電腦,2017,33(10):174-175）。CDIO模式注重學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，主張課程從具體項(xiàng)目出發(fā)，通過(guò)項(xiàng)目完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上完成項(xiàng)目，最后由項(xiàng)目的完成再回到課程學(xué)習(xí)中，符合社會(huì)對(duì)高校工科的人才培養(yǎng)需求和電子信息工程及測(cè)控專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；同時(shí)教師在引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目的過(guò)程中，也會(huì)對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程有了更深層次的理解，為今后的教學(xué)工作奠定基礎(chǔ)。