多学科融合下的“微机原理与接口技术”课程体系建设

［摘 要］ “微机原理与接口技术”课程是电子信息类专业的专业必修课。目前，西安工业大学“微机原理与接口技术”课程体系与其他学科交融性较差，课程内容与实际工程问题脱轨严重。为了拓展课程的广度与实用性，以西安工业大学“微机原理与接口技术”课程现有课程体系为背景，指出了现有课程体系的缺点，并从实施多维度课程培养模式、优化重组新课程内容、强化综合实践能力培养、完善考核形式等四方面提出了一些改革措施，形成了多学科融合下的课程培养方案，进一步强化了学生的工程实践能力，激发了学生的创新意识及动手能力，以期为多学科交叉融合课程培养体系的建设提供一定的参考。

［关键词］ 多学科融合；培养方法；课程实践

［基金项目］ 2022年度中国电子教育学会研究生教育分会研究生教育改革与实践研究课题“研究生导师团队建设与研究生创新能力培养的研究”（2022-08）；2022年度西安工业大学教学改革研究项目一般项目“多学科交叉融合的微机原理及单片机应用课程教学培养模式探索与实践”（22JGY21）

［作者简介］ 张 峰（1988—），男，湖北随州人，博士，西安工业大学电子信息工程学院讲师，主要从事光谱分析、智能传感器研究；陈超波（1978—），男，浙江宁波人，博士，西安工业大学电子信息工程学院教授，主要从事智能控制、故障诊断与容错控制研究；李 林（1992—），男，湖北荆门人，博士，西安工业大学电子信息工程学院讲师，主要从事静电传感器、信号分析与模式识别研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）43-0017-04 ［收稿日期］ 2023-10-08

新一轮产业技术革命的关键在于多学科领域的技术融合程度、创新型拔尖工科人才的培养数量与质量。因此，学生除了须具备专业知识与实践动手能力之外，还须具备多学科交叉融合的创新思维及广泛学术视野。

一、研究现状

“微机原理与接口技术”课程是电子信息类专业的专业基础课，课程知识大多抽象、实践性强，与众多学科相辅相成、辐射范围广泛，是学生学习嵌入式系统技术的基础课程［1］。课程主要讲述计算机进制基础知识、冯·诺依曼体系下的X86构架的8086/8088微处理器的内部结构、工作寄存器、汇编语言、接口技术等。通过课程学习，学生可以掌握微型计算机系统的内部结构、系统总线的形成，了解微型系统各单元的工作原理，能够应用微型CPU、存储器、通信技术、接口技术、总线接口、程序设计等技术将软硬件知识融会贯通，建立应用系统的概念，使学生能够应用微机系统知识储备来解决实际问题的能力［2］。

近年来，随着微型计算机系统软硬件的快速发展，在硬件上，芯片的制造工业进入三纳米时代，每年性能都会出现迭代更新，硬件的更新换代是多种学科相互融合的集中体现；在软件上，机器视觉、模式识别、大数据计算、网联网、新型控制系统等前沿技术的不断涌现，使得软件市场出现百花齐放的现象。进一步地，若按照现有的单一的课程培养体系进行培养，则缺乏行业支撑，需求导向不明显，无法提高学生的学习动力。因此，须要结合学校自身的人才培养目标，探索多学科交叉融合的人才培养模式与课程培养方案，以满足当下课程的自身发展，契合新工科专业建设的需求，这对于提高多学科交融的新工科专业型人才的培养质量具有重要的理论和实践意义［3］。

二、现有“微机原理与接口技术”课程体系中存在的问题

西安工业大学电子信息类专业“微机原理与接口技术”课程大纲规定，课程总课时为48学时，其中理论教学为40学时，实践教学为8学时。在理论教学过程中，按照层次递进式教学先讲述8086系列CPU的结构与原理、系统总线的形成，再讲述接口技术部分。在实践教学中，按照先易后难的原则，先进行基础性实验，再进行8253定时器以及8255并行接口实验。

然而，在现有的理论教学过程中，大多数知识点通过“满堂灌”的方式进行讲授，课程内容与实际工程项目结合程度不高，同时与前沿科学技术融合度不足，难以满足新工科建设背景要求下应用型人才的培养目标；在现有的实验教学过程中，近年来的实验课内容几乎无变化，与工程实际项目关联性不足。因此，亟须对当前课程的教学方法及教学内容进行变革，重新制订一套行之有效的教学方案，从而提高学生的主观能动性，为社会输送应用型新型科技人才［4］。结合课程的全过程监控，西安工业大学“微机原理与接口技术”课程培养过程主要存在如下的问题。

（一）课程教学形式单一

课程教学形式单一，教学内容与十年前的内容变化不大，且部分教学内容过于冗余，教学方法依然选用PPT授课结合课后作业训练的方式，与当前运用现代化工具解决工程实际问题的趋势脱节严重，易造成学生知识面单一、学习积极性差、解决实际问题能力差、难以应用现代化工具解决工程实际问题。因此，须要对教学形式进行重塑，使用现有的工具进行配套教学，并引入前沿学科知识进行多层次融合教学，激发学生的学习兴趣与活力，形成多学科相互渗透的多元化教学模式。

（二）课程与实际工程项目的结合度不高

课程侧重于理论教学，教学形式单一，教学计划规划不合理，课程体系与教学内容结构僵化。学生在课程学习中，着重理论知识的学习，忽略实践动手能力的培养，无法达成高素质复合型人才的培养目标。进一步地，受限于教学课时，并且教学内容涉及范围广，课程安排紧凑，教师在授课时大多采用“大水漫灌”的讲授方式，易导致课程内容与实际工程项目结合度不高，留给学生独立思考的时间不足，课程缺乏新颖性与趣味性，课堂互动性差，难以调动学生课内外学习的积极性，造成学生学习动力不足。

（三）课程缺乏工程性实验

课程实践教学共8学时，分为4个实验，主要采用章节式实验教学法，由实验教师制定实验手册，学生按照手册的步骤进行接线、编程、调试、记录结果，实验报告完成后意味着实验结束。但大多数学生的实验结果重复率过高，没有对实验的根本原理进行深入剖析，并且实验之间跨度较大，知识点间缺乏连续性与系统性，缺少工程性实验以将各个知识点串联在一起，易造成知识点的“孤岛”效应，难以提高学生的动手能力与工程实践能力。

（四）考核形式不够完善

一些学生把精力花费在期末考试上，利用考前一周的时间进行突击训练，通过短暂记忆教师划定的重要知识点来应付考试，这种恶性循环导致了“高分低能”这一现象的产生，部分学生仅仅完成了知识点的短时记忆，而没有真正地将知识点进行深入理解、融会贯通，进而无法利用相关知识来解决工程中遇到的实际问题。此外，试卷的难易程度区分不大，试卷内容与历年试题较为相似，学生仅依靠考前的刷题就能顺利通过测试，进一步降低了学生平时学习的积极性。虽然，考核增加了实验评价环节，但是更多地采用唯实验结果论的评价方式，而实验成绩则依据实验结果与实验报告，导致一些学生在实验时相互抄袭实验结果，实验结束后的相关实验报告雷同率过高，难以充分调动学生的主观能动性，限制了创新型人才的培养。

三、课程体系设置方案

“微机原理与接口技术”作为电子信息类专业一门承上启下的课程，其知识点覆盖范围广，内容前后衔接紧密，须要有“模拟电路”“数字电路”“编程基础”作为支撑。根据西安工业大学的人才培养目标，对课程的学时进行了压缩，为了能够在有限的课程教学时间内，将理论与实践教学进行紧密衔接，须要对教学内容与体系进行有效的改革。本文从以下几个方面制订了课程培养方案。

（一）实施多维度课程培养模式

以学生为中心，借助先进的信息化技术、多媒体、互联网、开放式学习资源等多元化学习资源来拓展学习时空，促使教育平台处于开放的环境，促进师生之间的相互交流，实施因材施教的教学策略。使用可视化、情景化教学来帮助学生理解难以消化的知识点，激发学生的学习动力与探索知识的兴趣，提升教学效率。此外，根据教学内容，使用传统板书、师生互换法、虚拟仿真法、多媒体演示法、沉浸式教学法等单一或者组合的教学方法，进一步加强学生的理解能力，提高课堂质量与教学效率。融合前沿技术，拓宽学生的学术视野，培养学生对课程的兴趣。强化校企合作，构建赛教融合多种培养模式，培养学生的工程设计思维能力、工程实践能力与动手能力，从而实现其知识、能力和综合素质的全面提升。

（二）优化重组新课程内容

对课程内容进行完善，全方位实现课程的多元化协同发展。在教学过程中，如在讲授8086/8088微处理器的结构与功能知识点时，应结合当前嵌入式系统中常用的处理器，以此为基础，采用对比式、情景化教学以提高学生的学习效率，更加深刻地理解微机系统的内部结构与功能。在讲述汇编语言指令时，应结合工程实例，以汇编语言为基础语言讲述模块化及工程化编程理念，提高学生的编程思维能力。进一步地，讲述工程中常用的外围接口技术，提高学生系统的综合设计能力；增加多学科交叉融合案例教学（如存储器扩展设计、电机控制技术等），以更好地符合新工科建设和系统能力培养的现实需求。“微机原理与接口技术”课程内容规划结构如图1所示。

（三）强化综合实践能力培养

提出基于CDIO模式的实践教学体系，具体实施步骤如图2所示，将课程实验划分5个阶段，分别是验证性实验、设计性实验、应用性实验、综合性实验和创新性实验；分别对应课程的基本理论基础实验、汇编语言程序设计、外部接口应用、综合应用系统设计和多学科交融系统，以丰富学生的知识面，提高其综合能力。

（四）完善考核形式

学生的最终成绩由四部分组成：过程成绩（20%）、实验成绩（20%）、综合设计成绩（20%）、期末考试成绩（40%）。其中，过程成绩由课后作业、随堂练习、出勤率组成；课后作业应在题目库中选择，应用学习通软件进行随机组题，避免学生之间相互抄袭。实验成绩由实验完成情况、实验报告组成。综合设计成绩由设计方案、源代码、完成结果及工程结合度组成，考查学生的创新思维能力。期末考试成绩主要考查学生对知识点的掌握情况，试卷题目应具有新颖性与工程性，避免与往年试卷类型重复。

结语

本文分析了西安工业大学“微机原理与接口技术”教学过程中存在的问题，以问题驱动改革为指引，从实施多维度课程培养模式、优化重组新课程内容、强化综合实践能力培养等三个方向对课程的新方案进行了分析与制订。通过研究多学科融合下的“微机原理与接口技术”课程体系建设，积累了在新工科背景下电子信息类专业基础课程改革的经验，对其他类似课程的改革与探索具有借鉴意义。

参考文献

［1］毕翔，石磊，卫星，等.面向系统能力培养的微机原理课程教学改革研究［J］.计算机教育，2020（5）：127-132.

［2］左国玉，雷飞，乔俊飞.新工科背景下面向创新能力培养的微机原理与应用课程改革［J］.计算机教育，2021（2）：108-112.

［3］杨潇.“新工科”背景下应用型大学《微机原理与接口技术》课程教学探索［J］.教育教学论坛，2019（22）：210-211.

［4］龚琴.“新工科”背景下《微机原理与接口技术》实践教学改革研究［J］.新型工业化，2021，11（12）：23-24+27.

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