多學(xué)科融合下的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程體系建設(shè)

［摘 要］ “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)必修課。目前，西安工業(yè)大學(xué)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程體系與其他學(xué)科交融性較差，課程內(nèi)容與實(shí)際工程問題脫軌嚴(yán)重。為了拓展課程的廣度與實(shí)用性，以西安工業(yè)大學(xué)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程現(xiàn)有課程體系為背景，指出了現(xiàn)有課程體系的缺點(diǎn)，并從實(shí)施多維度課程培養(yǎng)模式、優(yōu)化重組新課程內(nèi)容、強(qiáng)化綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)、完善考核形式等四方面提出了一些改革措施，形成了多學(xué)科融合下的課程培養(yǎng)方案，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力，以期為多學(xué)科交叉融合課程培養(yǎng)體系的建設(shè)提供一定的參考。

［關(guān)鍵詞］ 多學(xué)科融合；培養(yǎng)方法；課程實(shí)踐

［基金項(xiàng)目］ 2022年度中國(guó)電子教育學(xué)會(huì)研究生教育分會(huì)研究生教育改革與實(shí)踐研究課題“研究生導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)建設(shè)與研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究”（2022-08）；2022年度西安工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目一般項(xiàng)目“多學(xué)科交叉融合的微機(jī)原理及單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐”（22JGY21）

［作者簡(jiǎn)介］ 張 峰（1988—），男，湖北隨州人，博士，西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)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(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授，主要從事智能控制、故障診斷與容錯(cuò)控制研究；李 林（1992—），男，湖北荊門人，博士，西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院講師，主要從事靜電傳感器、信號(hào)分析與模式識(shí)別研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）43-0017-04 ［收稿日期］ 2023-10-08

新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的關(guān)鍵在于多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)融合程度、創(chuàng)新型拔尖工科人才的培養(yǎng)數(shù)量與質(zhì)量。因此，學(xué)生除了須具備專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手能力之外，還須具備多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新思維及廣泛學(xué)術(shù)視野。

一、研究現(xiàn)狀

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程知識(shí)大多抽象、實(shí)踐性強(qiáng)，與眾多學(xué)科相輔相成、輻射范圍廣泛，是學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)課程［1］。課程主要講述計(jì)算機(jī)進(jìn)制基礎(chǔ)知識(shí)、馮·諾依曼體系下的X86構(gòu)架的8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作寄存器、匯編語言、接口技術(shù)等。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總線的形成，了解微型系統(tǒng)各單元的工作原理，能夠應(yīng)用微型CPU、存儲(chǔ)器、通信技術(shù)、接口技術(shù)、總線接口、程序設(shè)計(jì)等技術(shù)將軟硬件知識(shí)融會(huì)貫通，建立應(yīng)用系統(tǒng)的概念，使學(xué)生能夠應(yīng)用微機(jī)系統(tǒng)知識(shí)儲(chǔ)備來解決實(shí)際問題的能力［2］。

近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件的快速發(fā)展，在硬件上，芯片的制造工業(yè)進(jìn)入三納米時(shí)代，每年性能都會(huì)出現(xiàn)迭代更新，硬件的更新?lián)Q代是多種學(xué)科相互融合的集中體現(xiàn)；在軟件上，機(jī)器視覺、模式識(shí)別、大數(shù)據(jù)計(jì)算、網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、新型控制系統(tǒng)等前沿技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得軟件市場(chǎng)出現(xiàn)百花齊放的現(xiàn)象。進(jìn)一步地，若按照現(xiàn)有的單一的課程培養(yǎng)體系進(jìn)行培養(yǎng)，則缺乏行業(yè)支撐，需求導(dǎo)向不明顯，無法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。因此，須要結(jié)合學(xué)校自身的人才培養(yǎng)目標(biāo)，探索多學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)模式與課程培養(yǎng)方案，以滿足當(dāng)下課程的自身發(fā)展，契合新工科專業(yè)建設(shè)的需求，這對(duì)于提高多學(xué)科交融的新工科專業(yè)型人才的培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)踐意義［3］。

二、現(xiàn)有“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程體系中存在的問題

西安工業(yè)大學(xué)電子信息類專業(yè)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程大綱規(guī)定，課程總課時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)為40學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)為8學(xué)時(shí)。在理論教學(xué)過程中，按照層次遞進(jìn)式教學(xué)先講述8086系列CPU的結(jié)構(gòu)與原理、系統(tǒng)總線的形成，再講述接口技術(shù)部分。在實(shí)踐教學(xué)中，按照先易后難的原則，先進(jìn)行基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行8253定時(shí)器以及8255并行接口實(shí)驗(yàn)。

然而，在現(xiàn)有的理論教學(xué)過程中，大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)通過“滿堂灌”的方式進(jìn)行講授，課程內(nèi)容與實(shí)際工程項(xiàng)目結(jié)合程度不高，同時(shí)與前沿科學(xué)技術(shù)融合度不足，難以滿足新工科建設(shè)背景要求下應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)；在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，近年來的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容幾乎無變化，與工程實(shí)際項(xiàng)目關(guān)聯(lián)性不足。因此，亟須對(duì)當(dāng)前課程的教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行變革，重新制訂一套行之有效的教學(xué)方案，從而提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為社會(huì)輸送應(yīng)用型新型科技人才［4］。結(jié)合課程的全過程監(jiān)控，西安工業(yè)大學(xué)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程培養(yǎng)過程主要存在如下的問題。

（一）課程教學(xué)形式單一

課程教學(xué)形式單一，教學(xué)內(nèi)容與十年前的內(nèi)容變化不大，且部分教學(xué)內(nèi)容過于冗余，教學(xué)方法依然選用PPT授課結(jié)合課后作業(yè)訓(xùn)練的方式，與當(dāng)前運(yùn)用現(xiàn)代化工具解決工程實(shí)際問題的趨勢(shì)脫節(jié)嚴(yán)重，易造成學(xué)生知識(shí)面單一、學(xué)習(xí)積極性差、解決實(shí)際問題能力差、難以應(yīng)用現(xiàn)代化工具解決工程實(shí)際問題。因此，須要對(duì)教學(xué)形式進(jìn)行重塑，使用現(xiàn)有的工具進(jìn)行配套教學(xué)，并引入前沿學(xué)科知識(shí)進(jìn)行多層次融合教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與活力，形成多學(xué)科相互滲透的多元化教學(xué)模式。

（二）課程與實(shí)際工程項(xiàng)目的結(jié)合度不高

課程側(cè)重于理論教學(xué)，教學(xué)形式單一，教學(xué)計(jì)劃規(guī)劃不合理，課程體系與教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)僵化。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，著重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，忽略實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，無法達(dá)成高素質(zhì)復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。進(jìn)一步地，受限于教學(xué)課時(shí)，并且教學(xué)內(nèi)容涉及范圍廣，課程安排緊湊，教師在授課時(shí)大多采用“大水漫灌”的講授方式，易導(dǎo)致課程內(nèi)容與實(shí)際工程項(xiàng)目結(jié)合度不高，留給學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間不足，課程缺乏新穎性與趣味性，課堂互動(dòng)性差，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生課內(nèi)外學(xué)習(xí)的積極性，造成學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。

（三）課程缺乏工程性實(shí)驗(yàn)

課程實(shí)踐教學(xué)共8學(xué)時(shí)，分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要采用章節(jié)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，由實(shí)驗(yàn)教師制定實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，學(xué)生按照手冊(cè)的步驟進(jìn)行接線、編程、調(diào)試、記錄結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成后意味著實(shí)驗(yàn)結(jié)束。但大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)率過高，沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)的根本原理進(jìn)行深入剖析，并且實(shí)驗(yàn)之間跨度較大，知識(shí)點(diǎn)間缺乏連續(xù)性與系統(tǒng)性，缺少工程性實(shí)驗(yàn)以將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)在一起，易造成知識(shí)點(diǎn)的“孤島”效應(yīng)，難以提高學(xué)生的動(dòng)手能力與工程實(shí)踐能力。

（四）考核形式不夠完善

一些學(xué)生把精力花費(fèi)在期末考試上，利用考前一周的時(shí)間進(jìn)行突擊訓(xùn)練，通過短暫記憶教師劃定的重要知識(shí)點(diǎn)來應(yīng)付考試，這種惡性循環(huán)導(dǎo)致了“高分低能”這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，部分學(xué)生僅僅完成了知識(shí)點(diǎn)的短時(shí)記憶，而沒有真正地將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入理解、融會(huì)貫通，進(jìn)而無法利用相關(guān)知識(shí)來解決工程中遇到的實(shí)際問題。此外，試卷的難易程度區(qū)分不大，試卷內(nèi)容與歷年試題較為相似，學(xué)生僅依靠考前的刷題就能順利通過測(cè)試，進(jìn)一步降低了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性。雖然，考核增加了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，但是更多地采用唯實(shí)驗(yàn)結(jié)果論的評(píng)價(jià)方式，而實(shí)驗(yàn)成績(jī)則依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)告，導(dǎo)致一些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)相互抄襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告雷同率過高，難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，限制了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

三、課程體系設(shè)置方案

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”作為電子信息類專業(yè)一門承上啟下的課程，其知識(shí)點(diǎn)覆蓋范圍廣，內(nèi)容前后銜接緊密，須要有“模擬電路”“數(shù)字電路”“編程基礎(chǔ)”作為支撐。根據(jù)西安工業(yè)大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)課程的學(xué)時(shí)進(jìn)行了壓縮，為了能夠在有限的課程教學(xué)時(shí)間內(nèi)，將理論與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行緊密銜接，須要對(duì)教學(xué)內(nèi)容與體系進(jìn)行有效的改革。本文從以下幾個(gè)方面制訂了課程培養(yǎng)方案。

（一）實(shí)施多維度課程培養(yǎng)模式

以學(xué)生為中心，借助先進(jìn)的信息化技術(shù)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、開放式學(xué)習(xí)資源等多元化學(xué)習(xí)資源來拓展學(xué)習(xí)時(shí)空，促使教育平臺(tái)處于開放的環(huán)境，促進(jìn)師生之間的相互交流，實(shí)施因材施教的教學(xué)策略。使用可視化、情景化教學(xué)來幫助學(xué)生理解難以消化的知識(shí)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力與探索知識(shí)的興趣，提升教學(xué)效率。此外，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，使用傳統(tǒng)板書、師生互換法、虛擬仿真法、多媒體演示法、沉浸式教學(xué)法等單一或者組合的教學(xué)方法，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的理解能力，提高課堂質(zhì)量與教學(xué)效率。融合前沿技術(shù)，拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程的興趣。強(qiáng)化校企合作，構(gòu)建賽教融合多種培養(yǎng)模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維能力、工程實(shí)踐能力與動(dòng)手能力，從而實(shí)現(xiàn)其知識(shí)、能力和綜合素質(zhì)的全面提升。

（二）優(yōu)化重組新課程內(nèi)容

對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行完善，全方位實(shí)現(xiàn)課程的多元化協(xié)同發(fā)展。在教學(xué)過程中，如在講授8086/8088微處理器的結(jié)構(gòu)與功能知識(shí)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中常用的處理器，以此為基礎(chǔ)，采用對(duì)比式、情景化教學(xué)以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，更加深刻地理解微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能。在講述匯編語言指令時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例，以匯編語言為基礎(chǔ)語言講述模塊化及工程化編程理念，提高學(xué)生的編程思維能力。進(jìn)一步地，講述工程中常用的外圍接口技術(shù)，提高學(xué)生系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力；增加多學(xué)科交叉融合案例教學(xué)（如存儲(chǔ)器擴(kuò)展設(shè)計(jì)、電機(jī)控制技術(shù)等），以更好地符合新工科建設(shè)和系統(tǒng)能力培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)需求。“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程內(nèi)容規(guī)劃結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（三）強(qiáng)化綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)

提出基于CDIO模式的實(shí)踐教學(xué)體系，具體實(shí)施步驟如圖2所示，將課程實(shí)驗(yàn)劃分5個(gè)階段，分別是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；分別對(duì)應(yīng)課程的基本理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、外部接口應(yīng)用、綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和多學(xué)科交融系統(tǒng)，以豐富學(xué)生的知識(shí)面，提高其綜合能力。

（四）完善考核形式

學(xué)生的最終成績(jī)由四部分組成：過程成績(jī)（20%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）、綜合設(shè)計(jì)成績(jī)（20%）、期末考試成績(jī)（40%）。其中，過程成績(jī)由課后作業(yè)、隨堂練習(xí)、出勤率組成；課后作業(yè)應(yīng)在題目庫(kù)中選擇，應(yīng)用學(xué)習(xí)通軟件進(jìn)行隨機(jī)組題，避免學(xué)生之間相互抄襲。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成。綜合設(shè)計(jì)成績(jī)由設(shè)計(jì)方案、源代碼、完成結(jié)果及工程結(jié)合度組成，考查學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。期末考試成績(jī)主要考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，試卷題目應(yīng)具有新穎性與工程性，避免與往年試卷類型重復(fù)。

結(jié)語

本文分析了西安工業(yè)大學(xué)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)過程中存在的問題，以問題驅(qū)動(dòng)改革為指引，從實(shí)施多維度課程培養(yǎng)模式、優(yōu)化重組新課程內(nèi)容、強(qiáng)化綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)等三個(gè)方向?qū)φn程的新方案進(jìn)行了分析與制訂。通過研究多學(xué)科融合下的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程體系建設(shè)，積累了在新工科背景下電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程改革的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他類似課程的改革與探索具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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Construction of Curriculum System for Microcomputer Principles and Interface Technology under the

Integration of Multiple Disciplines

ZHANG Feng， CHEN Chao-bo， LI Lin

（School of Electronic Information Engineering， Xi’an Technological University， Xi’an，

Shaanxi 710021， China）

Abstract： The course of Microcomputer Principles and Interface Technology is a professional basic course for electronic information majors. Currently， the curriculum system of this course at Xi’an Technological University has relatively poor integration with other disciplines， and the course content is seriously off track with practical engineering problems. In order to expand the breadth and practicality of the course， this paper takes the existing curriculum system of Microcomputer Principles and Interface Technology at Xi’an Technological University as a background and points out the shortcomings of the exsiting curriculum system and proposes some reform measures from four aspects： implementing a multi-dimensional curriculum training model， optimizing and reorganizing new curriculum content， strengthening the cultivation of comprehensive practical abilities， and improving assessment methods. It formulates a curriculum development plan under the integration of multiple disciplines， further strengthens students’ engineering practical abilities， and stimulates their innovative thinking and hands-on skills. This paper provides a reference for the construction of a multidisciplinary and cross-integrated curriculum development system.

Key words： multidisciplinary integration; cultivation methods; curriculum practice