“微機原理與接口技術”理論與實踐課程教學探索

［摘 要］ 針對“微機原理與接口技術”理論課程知識點繁雜、實踐課程操作性強等特點，結合西安工業大學機器人工程專業課程培養體系，分析了現有教學過程中存在的問題，探索了該課程在理論與實踐教學過程中的教學方法。在理論教學上，以培養創新型高級專業技術人員為目標，革新現有教學方法，使繁雜的知識點易消化，充分調動學生學習的積極性。在實踐教學上，強化工程實踐能力培養、引入工程實踐項目，使得實踐教學與實際工程緊密結合。在教學質量評價機制上，對教師與學生進行綜合評價，可以有效提高課程教學質量。

［關鍵詞］ 理論教學；實踐教學；教學評價

［基金項目］ 2022年度西安工業大學教學改革研究項目一般項目“多學科交叉融合的微機原理及單片機應用課程教學培養模式探索與實踐”（22JGY21）；2022年度中國電子教育學會研究生教育分會研究生教育改革與實踐研究課題“研究生導師團隊建設與研究生創新能力培養的研究”（2022-08）

［作者簡介］ 張 峰（1988—），男，湖北隨州人，博士，西安工業大學電子信息工程學院講師，主要從事光譜分析、智能傳感器研究；陳超波（1978—），男，浙江寧波人，博士，西安工業大學電子信息工程學院教授，主要從事智能控制、故障診斷與容錯控制研究；李 林（1992—），男，湖北荊門人，博士，西安工業大學電子信息工程學院講師，主要從事靜電傳感器、信號分析與模式識別研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）47-0109-04 ［收稿日期］ 2023-10-08

引言

創新型高級技術人才培養的數量與質量決定著未來產業技術革命的領導權。為培養創新型高級技術人才，教育部正加速推進新工科人才培養進程。“微機原理與接口技術”課程是從事計算機以及嵌入式領域的專業必修課，課程具備承前啟后的作用，需要以C語言、數電、電路、模電等知識為基礎，又能為后續的單片機、ARM、DSP等嵌入式系統課程類的學習提供很好的知識鋪墊［1-2］。課程主要講述計算機進制信息表述、馮·諾依曼體系下的X86構架的8086/8088微處理器的結構與功能、匯編語言設計基礎、微處理器的外設接口技術。課程主要表現為理論知識點繁雜、實踐課程操作性強等特點，使用傳統的教學方法進行授課時，缺乏對學生理解能力與創新思維能力的鍛煉，無法滿足創新型高級技術人才的培養需求。因此，亟須對該課程的理論教學與實踐教學進行新的探索，從而響應新工科人才培養號召，培養創新型高級技術人才［3-4］。

一、目前存在的問題

（一）理論教學形式單一

西安工業大學機器人工程專業“微機原理與接口技術”課程理論教學為40學時。理論教學時間緊湊，課程知識點涉及面廣、概念性術語眾多。在現有教學過程中，部分知識點存在重復教學的情況，理論知識講授過程中依然采用“滿堂灌”的方式進行授課，學生無法在課堂上及時消化眾多知識點，造成一步跟不上、步步跟不上的局面。教學方法單一，現有教學方法依然采用PPT與課后作業相結合的方式，且PPT授課內容每年變化不大，甚至有部分PPT內容會出現錯誤，導致學生在課后閱讀課件時出現厭煩情緒。在教學過程中，缺乏應用現代化工具輔助教學環節，教師上課時與學生互動少，互動方法為采用傳統的點名方式讓學生在黑板上進行板書，在點名回答問題時，只有被點名的學生會記憶深刻，其余學生玩手機、聊天居多。長此以往，導致學生聽課時常感到枯燥，上課抬頭率低，學習熱情不高。

（二）實踐教學缺乏系統性實驗，無法與實際工程緊密結合

實踐教學課時為8學時，細分為匯編語言編程——碼值轉換實驗、匯編語言編程——程序清零實驗、8253定時器實驗、8255并行接口等四個實驗，每個實驗占用2學時。實驗方法沿用傳統的章節式教學方法，授課教師會事先制定實驗手冊，學生只是機械式地按照實驗手冊的步驟進行接線、編程、調試、記錄結果，缺少對程序及電路工作原理的理解。進一步地，實驗之間獨立性大，結合度不高，缺乏系統性實驗將理論知識點串聯在一起，造成知識點的“孤島”效應。現有的四個實驗近幾年來沒有發生變化，導致學生抄襲往屆學生實驗報告居多，實驗內容沒有與工程實際項目結合，實驗內容沒有開放式實驗，禁錮了學生的創新思維，脫離了工程式與系統性的實踐教學理念，難以培養學生的創新思維能力與工程實踐能力。

（三）考核方式不夠完善

“微機原理與接口技術”課程最終考評成績由出勤率、課后練習正確率、實驗成績、期末考試成績這幾部分組成。在出勤率考核方式上，教師通常是采用名單點名的方式，當上課結束后，考勤名單往往隨著時間的推移被遺棄，而且采用點名的方式會占用教學時間。在課后練習考核方式上，教師在布置課后練習作業時，更多地以書本上課后練習為主，很少在實踐操作上布置作業，課后作業學生之間相互抄襲嚴重，甚至有學生在網上下載課后習題答案，因此，課后練習成績區分度不大。而實驗成績則是根據實驗結果與實驗報告綜合給定，采用唯結果論的評價方式，忽略了過程考核，因此，有部分學生投機取巧，直接復制優秀學生的實驗結果，抄襲其實驗報告，長此以往，無法調動學生實驗的積極性。在期末考試成績考核方式上，由于期末成績所占比重較大，大部分學生會在臨近期末考試時，利用考前一兩周時間，結合教師答疑時劃定的重點范圍進行突擊，應付考試，學生僅憑短暫的記憶就能獲得不錯的成績，且期末考試內容與往年試卷區分度不大，學生往往通過復習往年試卷就能通過考試，導致學生沒有深入理解課程的知識點，易造成高分低能現象。

二、課程教學探索

相比之前，我校機器人工程專業“微機原理與接口技術”課程的理論與實踐教學學時均進行了壓縮，若要在有效時間內對涵蓋的知識點進行講授，則須對教學內容與手段進行變革。本文將采取如下方法對理論教學與實踐教學進行探索。

（一）理論教學探索

優化教學內容，革新教學方法。優化教學內容需要對冗雜的知識點進行過濾處理。例如，在講授進制轉換、系統總線形成所需芯片、編程技巧、常用接口芯片等知識點時，授課教師需要事先對學生所掌握的基礎知識進行統計梳理，根據分析結果，講授難點內容，對于已掌握的內容進行刪減，對于少部分學生難以理解的知識點，鼓勵其課后結合網絡資源自主學習。革新教學方法需要對目前單一的PPT教學方法進行革新，使用情景化、可視化、仿真化工具幫助學生掌握難懂的知識片段，提升學生學習積極性，活躍課堂氣氛。結合教學內容，采用黑板板書、學習通隨堂練習、多媒體演示、軟件仿真等方法進行組合教學，加深學生對教學內容的理解，提高課堂的教學質量。例如，在講授匯編語言程序編寫時，在學習通上發布題目，規定完成時間。同時，隨機點名2名學生在黑板上進行板書。根據學生完成情況，講述重要知識點。學習通會自動統計學生隨堂練習完成情況，當學生錯誤率較高時，則借助EMU8086仿真工具，演示程序的書寫、編譯、調試，進一步加深學生對知識點的理解。此外，發布課外學習資源，借助視頻、多媒體、優質網絡教學資源等多元化學習資源作為課后輔助工具，豐富學生學習資源。

（二）實踐教學探索

層次遞進，拓展實驗教學深度與廣度。在實踐教學課時無法增加的情況下，應根據實驗難度合理規劃每個實驗的授課時間。首先，實驗前，根據實驗內容制定多個題目，然后采用隨機分配原則分配給每名學生，要求學生提前預習實驗內容，完成原理圖的設計以及源代碼的編寫，撰寫實驗報告。在實驗開始時，實驗教師依次檢查學生的完成情況，并現場給予評分，此方法可以提高學生課外實驗積極性，并能節約實驗時間。實驗時，實驗教師應觀察學生的完成進度，并進行簡要記錄，對于實驗課“摸魚”的學生應當及時指出，并安排單獨的實驗平臺，讓其獨立完成。實驗結束后，根據學生完成度以及完成順序，給予及時評價，讓學生明白此次實驗的完成情況，激發學生做實驗的積極性與動手能力。其次，合理安排課外實驗，例如，存儲器擴展實驗，8253定時器、8255并行接口實驗可以安排在課后進行，這些課程均可以利用proteus軟件進行，課外實驗需要實驗教師錄制網絡教學視頻，布置多個課題，防止學生相互抄襲，學生按照實驗要求在規定時間內完成，實驗教師應及時檢查學生完成情況，并及時將實驗成績反饋給學生，此方法可以提高學生運用現代工具進行學習的能力。最后，提出基于CDIO模式的實踐教學體系，將實驗內容劃分為4個階段，分別為熟悉性、設計性、應用性和創新性實驗。熟悉性實驗安排在第一個課時，主要讓學生熟悉實驗箱的原理、結構，以及匯編語言編寫、編譯、鏈接、調試等過程。設計性實驗教師制定實驗內容，學生根據實驗內容設計原理圖并編寫程序調試。應用性實驗安排在第三節實驗，結合工程中的實際需求布置實驗內容。創新型實驗由學生自己選題，學生利用學校開放式實驗室完成實驗。上述方法的實施，可以提高學生實驗課的動手能力、創新思維能力、有效提高實驗教學的質量。

（三）完善課程教學質量評價機制。

對學生與教師進行綜合評價。對于教師來說，采用多方評價方法對教師的教學能力進行評價，具體評價方式如圖1所示。規范教學活動，強化教學管理，從技術準備、教學設計、課程思政、輔導答疑等方面對教學的課前、課中、課后各個環節進行評價，制定課堂教學質量評價專家聽課表，督導組在評教環節中對課程思政教育、內容前沿性、學生應用專業技術解決工程復雜問題的綜合能力進行評價；采用座談反饋、問卷調查等方法實行學生評價教師制度；同時，采用教師自評、院級評價、校級評價等遞進評價方法，對課程中的教學準備、教學過程、教學產出成效三環節，實施全過程的課程教學質量評價模式，實現“評價—反饋—持續改進”的教學質量閉環管理機制。對于學生，由授課教師制定綜合評價方法，理論教學評價采用課前、課中、課后綜合評價方法，利用學習通軟件提取學生理論課程的在線學習時長、隨堂練習完成情況，導出出勤率與課后作業成績，創建題庫，在布置課后練習時，采用隨機組卷方式分配給學生，避免學生之間的相互抄襲。期末考試題型應具有新穎性和工程實踐性，在囊括知識點的同時，與工程實際項目結合，避免與往年試卷題型重復，鍛煉學生的工程實踐能力；實踐教學采用實驗前、實驗中、實驗后綜合評價方法，在課前檢查學生預習情況，并給出成績；實驗中檢查學生動手操作能力，并進行記錄；實驗后，檢查學生實驗完成情況，觀察是否有創新。采用上述評價方法，可以對學生和教師的學習狀況和教學質量進行全過程、全方位、多形式、分階段的考核評價，有效提高課程教學質量。

結語

以我校培養創新型高級專門人才為立足點，筆者分析了我校機器人工程專業在“微機原理與接口技術”課程教學中存在的問題，以問題驅動改革為指引，從優化教學內容、革新教學方法，層次遞進、拓展實驗教學深度與廣度，完善課程教學質量評價機制等三個方面對課程新的教學方案進行了探索，積累了在新工科背景下電子信息類專業基礎課程改革的經驗，為其他類似課程的改革與探索起到了借鑒應用作用。實施教學改革后，學生的學習效率相比之前明顯提高，知識點掌握牢固，編程能力、動手能力、團隊協作能力、創新思維能力得到明顯提升。

參考文獻

［1］王晨旸.新工科背景下應用型本科院校微機原理與接口技術教學建設研究［J］.電腦知識與技術，2021，17（17）：143-144.

［2］畢翔，石磊，衛星，等.面向系統能力培養的微機原理課程教學改革研究［J］.計算機教育，2020（5）：127-132.

［3］楊瀟.“新工科”背景下應用型大學《微機原理與接口技術》課程教學探索［J］.教育教學論壇，2019（22）：210-211.

［4］蔚瑞華，張偉，徐志宇.新工科背景下微機原理與接口技術實踐教學改革［J］.實驗室科學，2021，24（1）：61-64.

Exploration of Theory and Practice Teaching Methods of Microcomputer Principles

and Interface Technology

ZHANG Feng， CHEN Chao-bo， LI Lin

（School of Electronic Information Engineering， Xi’an Technological University， Xi’an， Shaanxi 710021， China）

Abstract： In response to the complex knowledge points and strong operability of the course of microcomputer principles and interface technology， combined with the training system of our school’s robotics engineering major course， this paper analyzes the existing problems in our school’s teaching process， and explores the teaching methods of this course in the theoretical and practical teaching. In theoretical teaching， the goal is to cultivate innovative senior professional and technical personnel， innovate existing teaching methods， make complex knowledge points easy to digest， and fully mobilize students’ learning enthusiasm. In practical teaching， the goal is to strengthen the cultivation of engineering practical abilities， introduce engineering practical projects， and closely integrate practical teaching with actual engineering. In terms of teaching quality evaluation mechanism， comprehensive evaluation of teachers and students can effectively improve the quality of curriculum teaching.

Key words： theoretical teaching; practical teaching; teaching evaluation