物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“微機原理與接口技術”課程的教學改革探索

張 陽，呂書波，任 剛

(河南工學院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

0 引言

“微機原理與接口技術”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，該課程能夠使學生深入理解基于微處理器的程序設計，為進一步學習嵌入式相關知識打下堅實的基礎。然而，傳統(tǒng)“微機原理與接口技術”課程在講授時面臨知識點冗余、重點不突出、課時安排不足、應用導向不強、實驗設置保守等問題，課程內(nèi)容與實驗和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標存在一定的差距。本文針對該課程的教學現(xiàn)狀和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，探討了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“微機原理與接口技術”課程的改革方向。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“微機原理與接口技術”教學中存在的問題

1.1 教學內(nèi)容龐雜，重點不突出

“微機原理與接口技術”課程內(nèi)容包括微型計算機基礎、8086CPU體系結(jié)構、微處理器指令系統(tǒng)、匯編程序設計、存儲器和可編程I/O接口芯片等方面。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一門交叉學科，涉及通信技術、傳感技術、網(wǎng)絡技術以及RFID技術、嵌入式系統(tǒng)技術等多項知識，但想在本科階段深入學習這些知識的難度很大，學時也無法保證，因此本科畢業(yè)生應從與物聯(lián)網(wǎng)有關的知識著手，找準專業(yè)方向、夯實基礎，同時增強實踐與應用能力。而傳統(tǒng)的“微機原理與接口技術”課程注重知識體系的完整性，內(nèi)容龐雜。課程重“微機原理”而“輕接口技術”，在匯編語言、指令集等基礎理論方面課時安排較多，接口應用方面內(nèi)容較少。總體來看課程涵蓋的知識點較多、課時安排較有限、課堂信息量很大，導致學生普遍跟不上教師授課進度[1]。這種教學安排不適合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)重實踐應用的培養(yǎng)目標，也加重了學生的學習負擔。

1.2 教學方式單一，教學效果差

目前本科教學課堂普遍采用“填鴨式”教學，學生學習積極性不高，課堂參與程度低，從而導致教學效果大打折扣。首先，教學主體是老師而不是學生，老師單向灌輸，學生被動接受；其次，知識以通用教材和統(tǒng)一教學內(nèi)容為中心，來源單一，缺乏特色，學生接受和理解難度大；最后，教學場景以課堂為中心，學生缺乏有效的自學途徑。這種傳統(tǒng)模式無法滿足“新工科”背景下，對學生的培養(yǎng)要求。

1.3 實驗創(chuàng)新不足，學生收獲少

實驗教學是“微機原理與接口技術”課程教學的重要組成部分，是培養(yǎng)學生學科綜合能力的重要基礎。但是，在實驗教學環(huán)節(jié)，實驗的設計以驗證為主，缺乏自主探索型實驗，學生只會按照實驗指導書復現(xiàn)實驗，不理解為什么。這種實驗方式，削弱了實驗教學在課程教學中的重要作用[2]。另外，在實踐環(huán)節(jié)的學時設置上，傳統(tǒng)“微機原理與接口技術”理論教學和實驗教學的比例大概是3∶1，這對偏重應用的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)來說比例偏低。再加上驗證式的教學場景，無法保證現(xiàn)有實驗環(huán)節(jié)的有限性，導致學生無法通過此環(huán)節(jié)習得創(chuàng)新能力。

1.4 考核方式單一，壓抑學生創(chuàng)新

當前本課程主流的考核方式是試卷考試，側(cè)重理論掌握程度的考察，學生的實踐能力只是簡單的通過實驗課上的表現(xiàn)進行評價，計入平時成績。這種方式，沒有體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用導向和偏重實踐的辦學特色。現(xiàn)代社會，應注重學習能力和應用能力的培養(yǎng)，而不是對知識的生搬硬套。因此，本課程的考核方式，應重點考查學生利用本學科知識，解決實際問題的能力。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特色的“微機原理與接口技術”教學改革

“新工科”建設要求教學和學習內(nèi)容特別是涉及快速發(fā)展的工程科技領域的專業(yè)內(nèi)容應及時更新，體現(xiàn)當前科技發(fā)展的新成果和新知識[3]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系，應密切追蹤當前行業(yè)發(fā)展趨勢，以滿足現(xiàn)代企業(yè)對工程技術人才的要求為核心。本文探討的改革措施主要體現(xiàn)在教學內(nèi)容優(yōu)化、教學方式創(chuàng)新和實踐環(huán)節(jié)創(chuàng)新等方面。

2.1 提煉教學內(nèi)容，注重物聯(lián)網(wǎng)應用需求

針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識維度廣、交叉課程多的狀況，以應用需求為導向，對“微機原理與接口技術”的教學內(nèi)容適當優(yōu)化和精簡。比如，部分學校在學習“微機原理與接口技術”之前，開設了“計算機組成原理”這門課。兩門課在計算機基礎、存儲、指令集等內(nèi)容存在一定的重復。大部分教材在編著的時候，考慮到知識體系的完整性，依然會將這部分內(nèi)容寫到書中。教師在授課時，應首先明確物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)對本課程的核心要求，即培養(yǎng)學生基于單片機等微系統(tǒng)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用的能力。圍繞這個目標，“微機原理與接口基礎”課程重點應為尋址方式與指令系統(tǒng)，I/O接口，可編程定時器/計數(shù)器和可編程中斷控制器。內(nèi)容總體側(cè)重應用，掌握接口芯片和外圍芯片的使用，培養(yǎng)學生軟硬件結(jié)合的能力。其他學生感興趣的內(nèi)容可通過MOOC等資源進行自主學習。

2.2 多種教學方式結(jié)合，提高學生自主學習能力

首先，教學內(nèi)容開放，學生積極參與教學過程。教學內(nèi)容的開放首先是教學大綱和教學計劃的開放，讓每一位學生學習該課程前對課程主要教學內(nèi)容及課時的分配有一個大致的了解[4]。開放教學大綱和教學計劃，發(fā)動學生探討教學大綱和教學計劃。例如，可以探討“你認為本課程該如何講授？”“你認為本課程中哪些是最應該掌握的？”等問題，通過充分的討論和教師的引導，使學生了解本門課的學習目的和內(nèi)容，了解前置知識的必要性，充分調(diào)動學生學習的積極性，變被動為主動。

其次，翻轉(zhuǎn)課堂，開展混合式教學。混合式教學，即將在線教學和傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種“線上”+“線下”的教學。通過兩種教學組織形式的有機結(jié)合，可以把學習者引向深度學習。當前學生在上課時，普遍存在注意力不集中、玩手機等現(xiàn)象，利用學習通、雨課堂等在線工具，能夠“占領學生手機”，將學生拉回課堂。同時，由于課時壓縮，可以將部分簡單的概念閱讀材料作為課下學習任務，課堂上利用在線測試等工具對學生進行考查。在見面課上，主要側(cè)重對重難點的講解和學習效果的考查，引導學生自主學習，培養(yǎng)學習能力。

最后，項目式教學，提高學生創(chuàng)新能力。項目教學是針對教學內(nèi)容設計項目，將所要學的知識、技能轉(zhuǎn)化為若干個典型項目，以學生為主體，教師僅僅是引導者，當項目完成時，學生能理解課程相關理論知識、獲得相應技能[5]。課程中后期，將學習I/O接口、可編程計數(shù)器、可編程中斷控制器等外圍芯片，可以考慮應用項目式教學，將課程的核心內(nèi)容融合于幾個項目中。在項目設置上，應按照由簡單到復雜，循序漸進，在完成項目的同時，掌握芯片的使用技巧，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

2.3 運用虛擬仿真，靈活配置課程實驗

當前的課內(nèi)實驗多以驗證為主，很多情況受限于硬件。進行實驗室建設之初，就設計好實驗例程，硬件結(jié)構也是基于實驗例程進行配置。這種實驗環(huán)境雖然提供了真實硬件，但是缺乏靈活性，學習自主發(fā)揮的空間較小。受益于虛擬仿真技術的發(fā)展，微機原理與接口技術虛擬仿真平臺應運而生。除了可以利用虛擬仿真環(huán)境進行教學設計，以更加直觀、形象的方式講解微型計算機的工作原理和指令執(zhí)行過程，提高學生興趣，提高課堂效果，還可以擺脫硬件限制，靈活地配置實驗環(huán)境和所需要的芯片，增加了學生自主創(chuàng)新的自由度[6]。

2.4 優(yōu)化考核方式，強調(diào)創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的考核方式注重理論，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特色，應重點考察學生的工程應用能力和自主創(chuàng)新能力。在設計考核方式時，可以增加實驗環(huán)節(jié)和項目教學環(huán)節(jié)的過程性評價，鼓勵學生應用課程知識，設計或者實現(xiàn)有價值的作品。對創(chuàng)新型較高的項目或作品，可以作為額外加分項，體現(xiàn)在綜合成績里，從而引導學生在實踐中掌握理論。

3 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)“微機原理與接口技術”授課的不足之處，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的辦學目標，探討了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“微機原理與接口技術”課程的改革方向。具體來說，主要包括教學內(nèi)容的開放化討論、混合式教學、靈活的實驗環(huán)節(jié)和突出實踐創(chuàng)新過程化考核，引導學生自主學習，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。作者的實踐證明，新的教學模式，既有效地提升了課堂教學體驗，又能顯著提高學生的學習效果和動手能力。