工程認證背景下的“微機原理”課程教學改革研究

摘要：在這個“萬物互聯”的星空下，“一帶一路”與“互聯網+”等重大發展倡議逐步在各大高校深入實施，安徽科技學院在工程認證的背景下，針對“微機原理”實踐教學進行了深入改革探索與實踐。在工程教育專業認證的導向下，針對以往微機課程教學目標不明確、教學手段和評價方式單一、實驗單一、創造啟發短板等問題，開展了一系列改革措施。改革措施主要包括：優化課程評價與考核方式，形成了以目標為導向的教學設計思路；凝練總結教學內容特點，強化提升學生的實踐鍛煉能力，培養其在專業領域的創新意識并逐步完善改進。研究內容進一步推動了電氣工程及其自動化專業的工程教育認證工作，以此為國家培養出越來越多的應用型本科人才。

關鍵詞：工程認證；實踐教學；微機原理

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A

0 引言

當前我國作為最大的發展中國家，在全球化引領的創新科技的背景下，大數據、網絡信息、AI等智能技術開始引領時代革命，使人們生活和工作被智能化技術所影響。同時期，大學作為培育高等社會人才的場所，應該更加注重學生在應用方向的創新能力，課堂教育工作應該更加傾向于本學科專業技能知識方向的培養。

我國于2016年成為《華盛頓協議》會員，這表明國內的教育方面有了顯著的提升，應用型人才培養質量取得了進步，“工程教育專業認證”的理念逐步深入各大高等院校。截至目前，我國各大高校的教學導向、教學方式都是以“工程教育專業認證”的理念展開進行的。

安徽科技學院電氣工程及其自動化專業圍繞“工程專業教育認證”理念開展，重點圍繞如何實現“以學生為中心”“成果導向”這樣的目的進行研究。

“微機原理”這門課程是電氣工程及其自動化專業的核心課程之一，在2021級課程大綱和人才培養方案上有著不可或缺的重要作用［1］。該實驗課程能夠加深非電氣類學生對微機系統工作原理、系統組成及工作方式的理解，但由于微機系統硬件關系龐雜、內容瑣碎、空洞抽象，一些其他非電氣類專業的同學反映在學習該課程方面存在較大的難度，學習興趣普遍較低。盡管各高校教師已對此開展了一些探索與實踐，但仍未形成系統融合各芯片應用技術的教學環節。為此，基于研究性教學思想，系統地整理教學內容與層次，按照提出問題、解決思路、關鍵知識點、實驗項目執行的流程，設計了階梯遞進式的實驗教學項目，激發學生的學習興趣，提高微機系統軟硬件應用能力與創新意識，培養運用研究性思維解決工程問題的能力［2］。

1 課程教學目標及其短板

“微機原理”這門核心專業課程主要講授范圍圍繞8086/8088CPU，內容涵蓋了I/O并行接口、匯編指令集、中斷響應方式以及各類外接芯片功能及接口使用方法。在課堂教學中，8086CPU、I/O接口芯片、可編程接口芯片的工作原理，各芯片之間引腳的相互連接方式以及信息交換規則等內容抽象復雜、難以掌握。上述問題本應通過實踐得到改善，但由于實驗教學環節仍然存在一系列問題，該門課程尚未達到預期的教學效果。截至目前，該門課程在課堂教學和實踐方面主要存在如下短板。

1.1 教學目標

學生在學習“微機原理”這門課程過程中，需要掌握各時代計算機的發展歷程和里程碑事件。掌握8086/8088 中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的內部結構組成、基本原理以及各種工作方式下的應用，并需要做到把課堂理論知識點與8086實驗箱的一些控制系統設計相互貫徹融合，搭建出整體項目結構化的設計理念，并讓學生通過進階創新項目的實踐教學，培養項目分析、自主剖析項目關鍵點和項目進階創新設計的能力［3］。學生在本門課程結束后，具備在芯片設計和編程方面舉一反三、觸類旁通的能力。

1.2 課程短板

當前安徽科技學院電氣與電子工程學院在“微機原理”課程方面存在如下短板，如圖1所示，主要為實驗課程“重軟件輕硬件”、教學課程目標不明確、教學手段和評價方式單調3個方面。

1.2.1 實驗課程“重軟件輕硬件”

截至當前，一方面，電氣工程及其自動化專業的“微機原理”實踐部分通常采用年代久遠的實驗箱，在實踐過程中學生僅根據教師所講內容進行連線編程，幾乎一半的同學在完成實驗項目后仍不清楚編程的內容，不了解代碼的編寫邏輯。另一方面，整個班級的學生所做項目均采用同一程序，存在抄襲現象，這進一步體現了課程設置在實驗軟件編程上的薄弱點。“微機原理”課程要求理論知識點與實踐動手兩方面并重。在傳統教學方式下，實踐課堂內容大多把基礎實驗列為重點，在相同課時下，“微機原理”的綜合設計型實驗就會有所減少，甚至取消。在這種情況下，對于微機原理與接口實驗的教學考核有所不足，不能做到理論知識與實際應用相結合。這種情況不利于培養學生的應用創新和工程實踐能力。

1.2.2 課程教學目標不明確

在傳統的教學模式下，各位代課教師一般根據指定教材的內容來編寫“微機原理”課程大綱、課程設計、教學PPT和教案。教師一般根據指定教材的內容進行改編，不能重點把握“微機原理”課程的最終目標，不能形成一套適合電氣工程及其自動化專業的系統化的課程材料。課程的執行對教學目標的支撐度非常低，甚至偏離教學目標［4］，很難達到我國工程教育專業認證下的本科生畢業要求。

1.2.3 教學手段和評價方式單調

多年以來，“微機原理”這門專業核心課程采用傳統的教學模式，主要是以教師課堂講述理論知識點、學生聽課為主。在這樣的教學方式下，廣大學生對課堂學習的參與度嚴重不足，甚至喪失了學習的主動性。這會導致出現許多同學在課堂上玩手機、吃東西、聊天甚至打游戲的現象。傳統課堂教學方式單調，教師在教學過程中使用的現代智能化教學工具手段較少［5］。

在對微機課程考核評價方面，常常采取期末考試、布置作業的形式來檢查大家對該課程的學習掌握狀態。但這種方式會存在幾處弊端，如圖2所示。

2 課程改革與實踐

按照我國“工程教育專業認證”對本科畢業生的要求，學生在大四畢業時需要滿足如下幾個要求：第一要樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀；第二要充分掌握專業課程理論知識，擁有創新實踐動手能力；第三是具備團隊榮譽和團隊協助互助的理念，能夠獨立思考分析項目，把握實施進度，保護自身安全。

2.1 強化實踐鍛煉，培養學生創新意識

在“微機原理”實踐應用方面，本次實驗課程配套4個理論驗證實驗、4個按照所需進行設計性實驗，同時要求本專業學生在課程期末考試之前獨立設計完成一個綜合應用項目。同時教師要在課堂上和課外積極鼓勵學生參加本專業電子設計比賽、單片機嵌入式比賽和飛思卡爾智能車比賽。最后要同一些企業開展實踐活動類合作，培養提升同學的創新實踐動手能力。

2.2 提升優化“微機原理”課程評價考核方式

在優化“微機原理”課程評價考核方式上，本學院采用“學校—學院—教研室—學生”四位一體的教學課程評分制度，主要是指在教師上課的過程中，由校督導、院督導走進課堂聽課，通過聽講老師課堂教學效果進行打分，聽課結束后也會要求學生給本門課程打分，將兩者得分加權綜合后進行公示，要求每個月都會出一期督導打分評比簡報，借此措施來提升各位教師的教學熱情和教學質量。學生考核環節包括平時成績和期末考試成績，總評成績以百分計（滿分100分），平時成績由課后作業、學習表現、實驗等部分組成。各考核環節所占分值比例可根據具體情況微調，目標分值及考核細則如表1所示。

2.3 凝練教學目標，完善教學內容，提升教學效果

在工程教育認證相關工作要求下，始終按照 “以學生為中心”“成果導向教育”的目標要求。確定“微機原理”課程的3個教學目標。

（1）學生應掌握8086/8088微處理器的內部組織結構與指令系統，了解微處理器的發展歷史與發展趨勢，總結歸納驅動微機系統不斷演進的主要因素；對比分析數字信號處理技術（Digital Signal Processing，DSP）、ARM、單片機等不同微處理器在架構、性能、應用方面的差異，提升學生總結歸納及對比分析項目問題的能力［6］。

（2）學生應掌握微處理器匯編程序的編寫、編譯和連接方法，能夠針對特定任務需求完成算法和軟件流程設計，能夠以口頭、書面報告、設計文稿和陳述發言清晰地表述程序的設計思想，提升團隊協作能力與實踐動手能力［7］。

（3）學生應掌握常見外圍芯片（存儲器、計數器、并行口、中斷控制器、ADC、DAC等）的一般擴展方法，將基本理論知識與實際應用內容相結合，培養和提高其解決實際問題的能力，能夠基于微處理器的計算機系統進行項目設計。

2.4 “微機原理”教學改革與實踐

針對“微機原理”課堂教學工具和方式單調的短板，經過本課程教師研討打磨和實踐后，從多角度和方向上進行創新，讓學生在課堂上成為主體目標，增加學生課堂互動參與次數，提高教學效果和教學質量［8］。主要總結和實踐如下。

（1）根據工程教育認證的目標要求，教師經過教研室認證研討后設計教學提綱、過程考核測試題和日常章節作業題，這樣會讓學生提前預習課堂內容重點和難點，進一步達到提升課堂教學效果。

（2）針對“微機原理”課程基礎知識雜而多的特點，在教學的過程，教師會結合“學習通”工具進行授課，通過線上和線下混合式講授完知識點，基本覆蓋全部教學內容，突出重難點；各課程目標均應有作業支撐，其題量與支撐指標點強弱相稱；考核學生對各課程目標規定的能力達成情況；作業批改量達100%［9］。

（3）最后在教學中，根據教學內容，教師會加入當代思政熱點，比如通過介紹馮諾依曼在現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等領域內的成就，熏陶科研精神，激發創新靈感，培養同學們的愛國情懷，樹立正確的三觀，為國家培養應用型人才做準備。

3 結語

在工程教育認證背景下，“微機原理”課程取得了良好的教學效果，保證了教學質量。同時在圍繞應用型本科畢業人才教育的工作上，充分發揮學習通、雨課堂等線上教學平臺，有效避免了傳統教學中的短板，大幅度提升了同學們對于“微機原理”課程的參與度，提升優化“微機原理”課程評價考核方式，提升了學生實踐創新能力，為我國建設創新應用型本科人才貢獻了一份力量。

參考文獻

［1］楊雅寧，楊世浩.基于工程教育專業認證的課程改革研究與實踐——以微機原理與單片機技術課程為例［J］.電腦知識與技術，2022（9）：159-161.

［2］樊晨龍，劉英，周宏平，等.微機原理與應用課程多元化教學改革研究［J］.造紙裝備及材料，2023（5）：212-214.

［3］李建海，趙彥敏，李恒杰，等.基于雨課堂的微機原理及應用課程教學改革探索［J］.科技視界，2022（3）：2.

［4］金紅，謝曉蘭，易金生.物聯網工程專業微機原理與接口技術的教學探索與實踐［J］.物聯網技術，2023（7）：160-162.

［5］孟錦濤，汪嬋，劉曉偉，等.基于線上線下的“微機原理與接口技術”混合式教學改革與實踐［J］.無線互聯科技，2023（11）：141-145.

［6］柴承文，王儀明，趙吉斌，等.面向工程認證的特色專業課程思政教學研究與實踐［J］.包裝工程，2022（增刊2）：54-60.

［7］李晶，王艷芹，孫影.地方本科院校應用型課程建設研究——以“微機原理與接口技術”課程為例［J］.黑龍江教育：理論與實踐，2023（4）：32-34.

［8］程和生，程和俠，程和斌.基于仿真軟件的微機原理與接口技術課程教學研究［J］.現代信息科技，2023（20）：7.

［9］沈田，楊蕊，呂植成.工程認證與課程思政融合探討與實踐［J］.湖北經濟學院學報（人文社會科學版），2023（10）：158-160.

Research on teaching reform of “Microcomputer Principles” course based on

engineering certification background： taking Anhui University of Science and Technology as an example

Abstract：Under the sky of “interconnection of all things”， major development initiatives such as “the Belt and Road” and “Internet +” have been gradually implemented in major universities. Anhui University of Science and Technology has carried out in-depth reform exploration and practice on the practical teaching of “Microcomputer Principles” under the background of engineering certification. Guided by the professional certification of engineering education， Anhui University of Science and Technology has focused on the unclear teaching objectives， single teaching methods and evaluation methods， single experiment. A series of reform measures have been implemented to address issues such as creating inspiration and weaknesses，which mainly include optimizing course evaluation and assessment methods， forming a goal oriented teaching design approach，summarize the characteristics of teaching content， strengthen and enhance the practical training ability of students， cultivate their innovative awareness in the professional field， and gradually improve and perfect. The research content further promote the engineering education certification of electrical engineering and its automation majors， in order to cultivate more and more applied undergraduate talents for the country.

Key words： engineering certification; practical teaching; “Microcomputer Principles”