微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實驗教學(xué)改革實踐探究

曹婷，崔良中，余恒

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

0 引言

自2017 年以來，教育部積極推動新工科建設(shè)[1]，各高校也積極響應(yīng)國家新工科的教學(xué)理念[2-4]。新工科專業(yè)下培養(yǎng)的人才強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力和實踐能力。新工科對軍隊院校人才培養(yǎng)的要求進(jìn)一步提升，對于面向?qū)崙?zhàn)的人才培養(yǎng)工作也提出了挑戰(zhàn)[5]。強(qiáng)軍興軍，關(guān)鍵靠人才，基礎(chǔ)在教育。軍隊院校教育是軍事人才培養(yǎng)的主渠道。“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是軍隊院校面向指揮信息系統(tǒng)工程、測控工程、光電信息科學(xué)與工程等10個工科專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)課程，該課程既是對大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)等前序課程知識的綜合運(yùn)用，也是學(xué)好如ARM、單片機(jī)、DSP等后續(xù)課程的先修課程[6-7]，起著承上啟下的作用。課程的學(xué)習(xí)可為學(xué)員今后從事軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，而實驗教學(xué)在該課程教學(xué)中是一個很重要的環(huán)節(jié)，既是對理論教學(xué)的支撐，也是培養(yǎng)學(xué)員實踐能力和創(chuàng)新精神的主途徑。因此，探究在軍隊院校微機(jī)原理與接口技術(shù)這門實驗課中培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的新工科人才，具有重要的探索和實踐價值。它既是落實立德樹人的根本任務(wù)，也是貫徹新時代軍事教育方針的基本舉措。

1 課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)實驗教學(xué)是以“理論知識講授結(jié)合動手實操驗證”的形式開展，學(xué)員在課堂中習(xí)慣于被動接受知識。同時由于教學(xué)內(nèi)容陳舊，實驗設(shè)備落后，考核方式較為單一，導(dǎo)致學(xué)員主動學(xué)習(xí)和動手實踐的積極性普遍不高。

為解決以上課程教學(xué)中面臨的主要問題，進(jìn)一步強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)，促進(jìn)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的形成，課程組成員積極探索，以提高學(xué)員硬件開發(fā)實踐能力為牽引，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排，采用多元化教法與手段，構(gòu)建基礎(chǔ)實驗、思考題實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗的新型分層遞進(jìn)實驗體系。精心挑選實驗套件，引入了“口袋實驗”的概念，并設(shè)計了貼近具體生活的實驗項目，豐富了實驗內(nèi)容，制定了綜合考核評價體系，打破長期以來的硬件類教學(xué)理論與實踐二分離的局面。以工作任務(wù)為中心，實現(xiàn)理論與實踐一體化教學(xué)。從傳統(tǒng)的“教員講，學(xué)員聽”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)，所以教員講”的教學(xué)模式。授之以漁，把燈點亮，把課堂交給學(xué)員，從主體參與、真切體驗中增強(qiáng)育人實效。

2 教法與手段

本校微機(jī)原理與接口技術(shù)實驗課程共20學(xué)時，根據(jù)教學(xué)計劃要求和培養(yǎng)新工科人才需要，注重對學(xué)員基本能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，合理地掌握每個實驗項目的深度和廣度。課程組對實驗內(nèi)容及學(xué)時分配重新進(jìn)行了梳理，劃分為基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗兩個板塊，其中基礎(chǔ)實驗7個，綜合實驗1個。各個實驗項目名稱、學(xué)時、內(nèi)容、類型如表1所示。

表1 微機(jī)原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)一覽圖

2.1 基礎(chǔ)實驗教法與手段

2.1.1 驗證實驗教學(xué)方法

在基礎(chǔ)實驗的驗證實驗中，教員先示范實驗過程，講解基本原理、特點以及應(yīng)用場景。在實踐環(huán)節(jié)，采用教員引領(lǐng)、學(xué)員自主學(xué)習(xí)和同伴互助的教學(xué)模式。這樣，通過基礎(chǔ)驗證實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)員懂原理、曉特點、會應(yīng)用。實驗過程中，學(xué)員難免會遇到各種各樣的問題，而且大部分為共性問題。如果是復(fù)雜的問題，教員集中講解，對于一些簡單的問題，學(xué)員自主完成或是通過同伴互助來完成。教的過程，也是一個自我強(qiáng)化記憶和認(rèn)識的過程。教會他人，他人提出疑問、質(zhì)疑和新想法，會增強(qiáng)我們自身的認(rèn)識。既能互幫互助，又能加深對知識點的學(xué)習(xí)，學(xué)員們也樂于接受同伴互助模式，這種模式無形中也增強(qiáng)了同學(xué)之間“團(tuán)結(jié)友愛、互幫互助”的意識。

2.1.2 思考題實驗教學(xué)方法

為了鞏固學(xué)員基礎(chǔ)驗證實驗的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)發(fā)散思維，在每節(jié)驗證實驗的基礎(chǔ)上均設(shè)有開放提高性的思考題實驗。思考題為選做部分，且解題方法不是唯一的。

例如，學(xué)員在完成圖形化呼吸燈驗證實驗基礎(chǔ)上，充分理解了使用for 循環(huán)語句控制管腳來改變輸出的模擬電壓，從而實現(xiàn)呼吸燈功能。思考題要求：將LED模塊換成電機(jī)模塊，如何進(jìn)行軟硬件設(shè)計？由于學(xué)員是第一次接觸電機(jī)，為了避免學(xué)員因操作不當(dāng)而燒毀儀器，在做思考題前，教員應(yīng)講解電機(jī)相關(guān)原理和提醒學(xué)員注意事項。比如做電機(jī)實驗時需要配合電機(jī)接連部件使用，用多大電壓驅(qū)動電機(jī)？電機(jī)正反轉(zhuǎn)原理等等。然后采用蘇格拉底式提問教學(xué)法，在課堂上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使學(xué)員成為主導(dǎo)，引發(fā)學(xué)員思考LED模塊和電機(jī)有何異同點？這種異同點在硬件連接和軟件編寫上如何體現(xiàn)？充分給予學(xué)員獨(dú)立思考的空間，學(xué)員主動探究解決方法，獨(dú)立設(shè)計硬件連接電路和編寫代碼。最后，教員根據(jù)學(xué)員完成的思考題情況，進(jìn)行小結(jié)，再逐步引入更深層次的知識點。對于思考題完成度高、創(chuàng)意新和代碼可讀性好的學(xué)員，可將他們請到講臺上來，為大家講解解題思路和代碼。將課堂交給學(xué)員，同伴間相互影響、相互啟迪、拓寬視野，形成同伴示范效應(yīng)，實現(xiàn)主動學(xué)習(xí)的開放教育作用。

實踐表明：這種蘇格拉底式提問教學(xué)法、半啟發(fā)式和同伴輻射、帶動的教學(xué)模式極大地激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和對專業(yè)的認(rèn)可度，培養(yǎng)了學(xué)員主動探究知識的學(xué)習(xí)能力和思辨能力，強(qiáng)化了科學(xué)思維和發(fā)散思維的訓(xùn)練，實現(xiàn)了情感上的共鳴，增強(qiáng)了教學(xué)的實效性。

2.2 綜合實驗教法與手段

7個基礎(chǔ)實驗為綜合實驗提供了創(chuàng)新思想的源泉和支撐。為更好地引導(dǎo)學(xué)員在實踐中研究、在研究中實踐，綜合實驗以2-4 人為一組，以小組的形式來完成。要求設(shè)計一份綜合實驗作品、提交一份綜合實驗報告和進(jìn)行PPT 匯報。題目自擬，但須貼近實際應(yīng)用，具有軍事價值，組員分工明確。綜合實驗考查學(xué)員的理論學(xué)習(xí)深度、專業(yè)知識靈活運(yùn)用能力、邏輯思維能力和團(tuán)隊合作能力。

教育是精神的喚醒[8]。教育的價值在于激發(fā)學(xué)員們主動成長的內(nèi)驅(qū)力。學(xué)員們通過討論、查閱文檔資料、觀看網(wǎng)絡(luò)課程、合理借鑒學(xué)長學(xué)姐們優(yōu)秀競賽成果等“輸入”的形式，建立系統(tǒng)的概念，提升理論知識轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的能力。而綜合實驗作品的設(shè)計（方案設(shè)計、硬件連接、代碼編寫等）、綜合實驗報告的撰寫和制作PPT等這些“輸出”的形式，不僅在實踐中強(qiáng)化了團(tuán)隊合作精神，還提高了學(xué)員學(xué)習(xí)、總結(jié)、歸納信息和多媒體技術(shù)應(yīng)用的能力，塑造了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，明確了創(chuàng)新和軍事人才培養(yǎng)價值導(dǎo)向。部分學(xué)員綜合實驗作品如圖1所示。

圖1 部分學(xué)員綜合實驗作品及介紹

善學(xué)者盡其理，善行者究其難。對于學(xué)習(xí)興趣高、基礎(chǔ)較好的學(xué)員，鼓勵他們參加各種創(chuàng)新競賽。以賽促教、以賽促學(xué)、以學(xué)促做、以賽促改，達(dá)到塑學(xué)風(fēng)、提素養(yǎng)、促教風(fēng)的成效。采用探究式教學(xué)法，以學(xué)員為主體，以學(xué)員“發(fā)現(xiàn)問題-提出問題-分析問題-解決問題-創(chuàng)新問題”認(rèn)知規(guī)律為基礎(chǔ)，教員以指導(dǎo)者和引導(dǎo)者的身份，引導(dǎo)他們主動參與實驗的“自主”意識，培養(yǎng)學(xué)員分析、思考、辨別、歸納的過程，明確探究目標(biāo)。通過質(zhì)疑、交流和討論將所學(xué)知識從設(shè)計的角度回歸到實際應(yīng)用中，發(fā)揮創(chuàng)新精神，促進(jìn)知識的轉(zhuǎn)化，完成從“現(xiàn)實問題”到“科學(xué)本質(zhì)”的升華。

3 實驗教學(xué)內(nèi)容

善戰(zhàn)者因其勢而利導(dǎo)之。課程組成員不僅在教學(xué)方法上因事而化，在內(nèi)容上也因勢而新。對于每屆學(xué)員提交的綜合實驗作品，課程組的教員們都會認(rèn)真研讀學(xué)習(xí)，從中找出精品，并凝練精華，及時更新和不斷豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，反哺實驗教學(xué)和教材。通過這樣的一個良性循環(huán)，微機(jī)原理與接口技術(shù)實驗教學(xué)不僅迎來了形式和內(nèi)容的“迭代升級”，也在因時而變中挖掘出了知識的“深度”，緊跟軍事科學(xué)和實際應(yīng)用發(fā)展持續(xù)改進(jìn)，更加注重實效性、時代性和指導(dǎo)性，同時也實現(xiàn)了堅持立德樹人，為戰(zhàn)育人要求，并使課程和實驗內(nèi)容建設(shè)更多更好地與新工科契合。

4 考核模式

教學(xué)與考核關(guān)系密不可分，考核是教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，也是教學(xué)回饋的重要機(jī)制。“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實驗課程的考核緊緊圍繞教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合實踐課程的特點，積極探索以素質(zhì)教育為核心的課程考核模式，回歸育人的本質(zhì)。通過樹立正確評價導(dǎo)向，細(xì)化學(xué)員考核評價，堅持分類評價，實施過程評價、報告評價、綜合實驗考核評價等全面全方位全員的考核評價體系，科學(xué)測評學(xué)員學(xué)習(xí)效果和能力培養(yǎng)，從而促進(jìn)學(xué)員自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)員綜合素質(zhì)。

實驗成績由基礎(chǔ)實驗成績（40%）和綜合實驗成績（60%）綜合評定。具體考核要求如下：

4.1 基礎(chǔ)實驗評分標(biāo)準(zhǔn)

1）為了進(jìn)一步了解學(xué)員基礎(chǔ)實驗掌握情況和培養(yǎng)學(xué)員的發(fā)散思維，每次基礎(chǔ)實驗均設(shè)置了思考題，思考題是基礎(chǔ)驗證實驗的提高部分，選做且解題方法不是唯一的。

2）不做實驗或不交實驗報告基礎(chǔ)實驗成績評定為0分。實驗2次（或2次以上）不做實驗或不交實驗報告基礎(chǔ)實驗成績評定在60分以下（不及格）。

3）基礎(chǔ)實驗成績由兩部分組成：基本實驗任務(wù)成績（80%）和思考題（20%）成績。

4）基礎(chǔ)實驗報告評價內(nèi)容及等級和基礎(chǔ)實驗成績評定標(biāo)準(zhǔn)分別見表2和表3。

表2 基礎(chǔ)實驗報告綜合評價內(nèi)容及等級

表3 基礎(chǔ)實驗成績評定標(biāo)準(zhǔn)

4.2 綜合實驗評分標(biāo)準(zhǔn)

綜合實驗評分制度，堅持質(zhì)量、創(chuàng)新、貢獻(xiàn)為核心的評價導(dǎo)向，全面準(zhǔn)確反映綜合設(shè)計創(chuàng)新水平、轉(zhuǎn)化應(yīng)用績效和對軍事和社會的實際貢獻(xiàn)。綜合實驗報告模板和評分標(biāo)準(zhǔn)分別如圖2和表4所示。

圖2 綜合實驗報告模板

表4 綜合實驗評分標(biāo)準(zhǔn)

各院校各專業(yè)具體情況不盡相同，教學(xué)考核辦法也就沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循。符合本校本專業(yè)實際情況的教學(xué)考核制度才能激發(fā)廣大學(xué)員的積極性、主動性和創(chuàng)造性，實現(xiàn)師生相長的雙贏局面。

5 結(jié)論

微機(jī)原理與接口技術(shù)是一門理論性、工程性和實踐性均很強(qiáng)的課程。在新工科背景下，課程組成員在實驗教學(xué)中構(gòu)建層次化的實驗體系結(jié)構(gòu)，配合多元化的教學(xué)方法，以貼合實際應(yīng)用和軍事需求的實驗作品融入教學(xué)內(nèi)容為手段，堅持以素質(zhì)教育為核心的考核模式，開展了課程改革探索與實踐工作。該工作激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了學(xué)員的知識面，提高了學(xué)員運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決實際問題的綜合能力，強(qiáng)化了學(xué)員的團(tuán)隊合作意識，培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新精神和科學(xué)精神。如何進(jìn)一步利用好在線課程平臺，整合教學(xué)資源，形成更為完整的課程體系，建立更為合理的教學(xué)評價機(jī)制都將是后續(xù)需要深入研究的方向。