基于OBE理念的微機原理與接口技術課程教學改革探索

關鍵詞：成果導向教育；微機原理與接口技術；混合式教學；自主學習；動手實踐；創新思維

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0124-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0引言

隨著習近平總書記提出“加快發展新質生產力”政策，高校的人才培養目標面臨更高要求。當前，各高校亟需培養具有卓越創新能力的拔尖人才[1-3]，尤其是應用型本科高校，需要緊密結合科技發展與社會需求，以企業需求為導向，設置專業并制定人才培養目標。隨著人工智能技術的迅猛發展，現代企業迫切需要大量掌握人工智能技術和自動控制技術的技能型人才，這要求高校在人才培養中更加注重學生綜合能力的培養，將培養目標從“以知識為主”轉向“以能力為先”。

微機原理與接口技術課程作為自動化專業學生的一門專業基礎課程，為了培養與企業需求高度吻合的技能型人才，在授課過程中需要重點關注學生動手實踐能力和綜合設計能力的培養。然而，該課程授課內容不僅涵蓋微處理器的底層硬件組成原理，還包括軟件程序設計。在課時不斷縮減的情況下，若繼續沿用以往的授課方式，難以達到培養目標要求。因此，對該課程進行教學改革引起了國內眾多研究者的關注。例如：張少澤調整了該課程的考核方式，強調增強學生的過程性評價[4]；曹婷等人針對課程的實驗教學提出了新的思路，增加了綜合性實驗及創新思維實驗[5]；馬義德等人從教學模式入手，構建了線上線下混合式教學模式[6]；曹大偉等人[7]和崔永利等人[8]則在教學理念上進行了創新，提出了基于OBE理念的課程改革方案；朱颯爽等人[9]采用EMU8086軟件對課程的數據尋址方式進行實例講解，直觀展示了微機底層指令的地址；董寅雪從學生的實驗環境方面進行了突破，構建了一個虛擬實驗平臺，該平臺采用C++語言搭建內核，Java語言構建平臺界面[10]；張佳明等人[11]利用Proteus仿真軟件平臺設計了基于電壓報警系統的項目式實驗設計；程和生等人[12]通過虛擬平臺增加了學生的實踐預習環節，將實驗以可視化方式呈現給學生。

然而，由于生源質量及其他因素的限制，上述教學改革方式并不一定完全適應本校學生的實際情況。因此，本文在對學生進行充分學情分析的基礎上，以茅臺學院釀酒工程自動化系自動化專業開設的微機原理與接口技術課程為例，開展教學改革探索，以提升學生的三大能力——“自主學習能力”“動手實踐能力”及“創新思維能力”為目標，秉承OBE理念的成果導向教育，以學生為中心，聚焦學生的學習過程，關注學生學習成果的產出。本文對該課程進行了為期2年的教學改革探索與實踐，從學生的成績、實踐應用及思維開發等方面來看，取得了良好的改革效果。

1 微機原理與接口技術課程現狀

1.1 教學內容缺乏創新

傳統授課的教學內容通常局限于教材，而該課程的教材內容較多，既涵蓋了晦澀難懂的微機底層抽象性原理，又包括難學、難理解、難記憶的匯編程序設計，部分內容還涉及邏輯思維要求較高的C語言程序設計。整體教學知識點雖然豐富，但呈現方式較為枯燥，學生在學習時難以串聯各知識點，導致普遍認為課程難度較高、學習興趣不高。

1.2 教學目標聚焦考試結果

在傳統教學過程中，教學目標往往集中于學生的考試成績，而忽視了對學生學習過程的關注。這種教學模式對學生的自主學習能力、動手實踐能力及創新思維能力的培養不足，導致部分學生平時缺乏認真學習的動力，通常在期末考試前用一至兩周集中復習考試題庫或者通過投機方法應付考試。這種現象不僅使學生缺乏系統訓練和全面發展，還讓他們對自身掌握課程內容產生錯誤認知，畢業時無法滿足社會需求，形成“畢業即失業”的問題。

1.3 實驗教學綜合性不足

在傳統實驗教學中，大部分高校采用TD-PITE實驗箱，該實驗箱出廠時已經封裝好硬件電路。學生僅需在實驗箱上進行簡單的線路連接，然后編寫程序即可完成實驗。這種方式導致學生難以從硬件底層深入學習電路設計，面對綜合性設計實驗時常難以順利開展，而學生創新思維能力的培養也因此受到限制。此外，由于實驗箱固定在實驗室內供學生使用，在教學過程中容易出現設備損壞、線頭斷裂、線路及插孔接觸不良等問題，實驗教學環境相對薄弱。這種情況不僅限制了學生隨時隨地開展實驗的可能性，也對其綜合性能力的培養產生了一定影響。

2 課程教學改革

2.1 改革思路

針對上述微機原理與接口技術課程存在的問題，本次教學改革以提升學生的自主學習能力、動手實踐能力以及創新思維能力為目標，秉承OBE教學理念，堅持以學生為中心，聚焦學生學習過程，并以成果產出為導向，構建了一個線上線下、“課內+課外”“虛擬+ 現實”相結合的混合式教學改革模式。該模式深度融合課內外教學內容，緊密結合虛擬實驗與現實實驗教學，并與企業需求高度吻合。具體的混合式教學改革思路如圖1所示。

2.2 具體改革措施

1） 優化教學內容與方法

在教學內容上，摒棄陳舊的教材知識，積極引入前沿的計算機技術，以拓寬學生視野并激發學習興趣。例如，在課堂中融入量子計算機、生物計算機、華為鯤鵬處理器、人工智能大模型技術等前沿知識；在實驗教學中，圍繞“藍橋杯”“全國大學生電子設計大賽”“中國機器人及人工智能大賽”等競賽內容，設計實驗任務，引導學生興趣，鼓勵參賽，并全面培養學生的自主學習能力、動手實踐能力和創新思維能力。

在教學方法上，采用多樣化教學方式。

① 利用學習通、中國大學、雨課堂等線上平臺，開展線上線下混合式教學，結合國內高校精品課程和在線資源，讓學生與C9高校同上一堂課，從而提升教學質量；

② 實施翻轉課堂教學模式，課前布置學習任務，學生主動學習，課堂中講解重難點，并通過互動答疑提高教學效率；

③ 推行PBL（問題式分組學習） 教學，通過教師下發任務，讓學生分組協作完成，之后在課堂中匯報成果，鍛煉學生的團隊協作能力和語言表達能力；

④ 實施探究式教學，根據學生興趣布置探究任務，引導學生自主探究完成，從而培養主動學習意識與思維能力。

2） 轉變教學理念

秉承OBE（成果導向教育） 教學理念，始終堅持以學生為中心，關注學生學習的全過程，摒棄單一以考試成績評估效果的傳統方式，轉變教學思維，從知識目標、能力目標和素養目標層面引導學生自學與探索。教師在課堂中不再僅是知識的灌輸者，而是引導者，引學、導學，與學生形成學習共同體。通過這種方式，學生能逐步培養獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力，同時培養良好的學習習慣，為未來的課程學習和職業發展奠定基礎。

3） 搭建虛擬實驗平臺

針對傳統實驗教學中TD-PITE實驗箱的局限性（地理限制、耗材損耗、系統封閉性等問題） ，在實驗教學中引入 emu8086 匯編編程軟件和春軟虛擬實驗教學平臺：

emu8086匯編軟件：學生僅需在個人電腦上安裝該工具，即可編程實踐，適用于簡單匯編程序的調試；

春軟虛擬實驗教學平臺：學生通過該平臺可實現硬件線路布局設計、電路布線操作，配合程序編寫與調試，完成綜合性實驗。這種平臺對電腦性能要求較低，學生只需在常規電腦上安裝，即可在宿舍、家里隨時完成實驗操作。

這種靈活的虛擬實驗方式顯著提升了學生的實驗參與度，使學生擺脫物理實驗室的束縛，同時在持續實踐中培養了邏輯思維、創新意識和動手能力。

4） 促進賽教融合

推進“賽教融合”理念，在教學中鼓勵學生參加如“藍橋杯”“全國大學生電子設計大賽”等競賽，通過示范作用激發學生學習熱情，優化班級學習氛圍。此外，獲得競賽證書不僅為學生就業增添競爭力，也為教師職稱評審與職業發展提供了優勢。這種雙向激勵機制不僅調動了教師的教學積極性，還持續推動了學生參與競賽，促進教學質量提升和教學成果產出，全面實現教學效果的優化。

5） 完善教學評價

課程采用多維度評價體系，通過過程性評價和終結性評價相結合的方式，全面客觀反映學生的學習效果。

平時表現：包括學生出勤率、課堂參與度、小組項目匯報、學習通上的作業成績、線下作業完成質量等；

實驗表現：主要評價編程技能、實驗報告質量和綜合性挑戰實驗完成情況；

競賽加分政策：對參賽學生設置加分激勵措施，鼓勵更多學生參賽；

期末考試：主要考查學生對理論知識、電路設計和應用能力的掌握情況。

這一評價體系多角度關注學生的學習表現，注重過程性與能力的培養，確保學生全面發展，從而為實際需求導向的課程目標服務。教學評價體系的具體構成如圖2所示。

3 改革效果

3.1 學生三大能力增強

通過課程教學改革的實施與評估，學生在自主學習能力、動手實踐能力和創新思維能力方面取得了顯著進步。從第一輪教學改革實施時，學生只能使用 emu8086 和 TD-PITE 實驗箱完成實驗，到第二輪教學改革時，學生能夠采用春軟虛擬實驗平臺和 Proteus 軟件進行仿真。在參加競賽方面，學生設計作品參賽獲獎也取得了較大的突破。第一輪教學實踐時，學生參加“藍橋杯”大賽僅有一名學生獲得貴州賽區嵌入式設計與開發大學組三等獎；而在第二輪教學實踐中，有5名學生獲得貴州賽區二等獎，2名學生獲得貴州賽區一等獎，且有1名學生獲得全國總決賽三等獎。在學生創新思維方面也有一定提升，學生從一開始只能按照書本給定的樣例進行思考，發展到現在可以根據企業實際需求進行創新性思考。具體改革成效如圖3、圖4、圖5所示。

3.2學生綜合成績提升

課程改革實施以來，從學生的成績表現、知識掌握程度、能力發展和素養提升等方面來看，課程的目標達成度及學生對課程的滿意度逐年提高。學生在畢業設計中的用時逐漸減少，畢業設計的功能性和創新性不斷增強，這反映了學生的動手實踐能力和自信心得到了穩步提升，表明本課程的教學改革取得了良好的效果。圖6展示了學生最近3年在該課程上的期末平均成績，可以明顯看出課程成績逐年上升，這不僅表明學生的學習積極性逐步提高，也進一步證實了以學生為中心、成果導向教育結合線上線下混合式教學改革的成效顯著。

4結束語

以成果為導向的微機原理與接口技術課程教學改革從線上線下、“課內+課外”、“虛擬+現實”等6個方面入手，從教學目標、內容、方法、模式及評價等多維度進行改革探索與實施。改革過程中始終堅持以學生為中心，堅定學生的主體地位，激發學生的學習熱情和內驅力，增強學生的學習主觀能動性，提升學生的動手實踐能力，培養學生的高階創新思維能力，達成了知識傳授與能力培養的教學目標。通過兩輪教學改革的成效來看，初步表明該教學改革方案在提升教學效果和質量方面發揮了一定的積極作用。在未來的教學過程中，我們將借助人工智能技術構建課程知識圖譜，重構課程畫像，打造可視化的教學空間，同時深入挖掘思政元素，并以案例教學的形式將這些元素融入課程教學，努力實現知識傳授與德育引領的有機統一。