“微机原理与接口技术”理论与实践课程教学探索

［摘 要］ 针对“微机原理与接口技术”理论课程知识点繁杂、实践课程操作性强等特点，结合西安工业大学机器人工程专业课程培养体系，分析了现有教学过程中存在的问题，探索了该课程在理论与实践教学过程中的教学方法。在理论教学上，以培养创新型高级专业技术人员为目标，革新现有教学方法，使繁杂的知识点易消化，充分调动学生学习的积极性。在实践教学上，强化工程实践能力培养、引入工程实践项目，使得实践教学与实际工程紧密结合。在教学质量评价机制上，对教师与学生进行综合评价，可以有效提高课程教学质量。

［关键词］ 理论教学；实践教学；教学评价

［基金项目］ 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）；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）

［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）47-0109-04 ［收稿日期］ 2023-10-08

引言

创新型高级技术人才培养的数量与质量决定着未来产业技术革命的领导权。为培养创新型高级技术人才，教育部正加速推进新工科人才培养进程。“微机原理与接口技术”课程是从事计算机以及嵌入式领域的专业必修课，课程具备承前启后的作用，需要以C语言、数电、电路、模电等知识为基础，又能为后续的单片机、ARM、DSP等嵌入式系统课程类的学习提供很好的知识铺垫［1-2］。课程主要讲述计算机进制信息表述、冯·诺依曼体系下的X86构架的8086/8088微处理器的结构与功能、汇编语言设计基础、微处理器的外设接口技术。课程主要表现为理论知识点繁杂、实践课程操作性强等特点，使用传统的教学方法进行授课时，缺乏对学生理解能力与创新思维能力的锻炼，无法满足创新型高级技术人才的培养需求。因此，亟须对该课程的理论教学与实践教学进行新的探索，从而响应新工科人才培养号召，培养创新型高级技术人才［3-4］。

一、目前存在的问题

（一）理论教学形式单一

西安工业大学机器人工程专业“微机原理与接口技术”课程理论教学为40学时。理论教学时间紧凑，课程知识点涉及面广、概念性术语众多。在现有教学过程中，部分知识点存在重复教学的情况，理论知识讲授过程中依然采用“满堂灌”的方式进行授课，学生无法在课堂上及时消化众多知识点，造成一步跟不上、步步跟不上的局面。教学方法单一，现有教学方法依然采用PPT与课后作业相结合的方式，且PPT授课内容每年变化不大，甚至有部分PPT内容会出现错误，导致学生在课后阅读课件时出现厌烦情绪。在教学过程中，缺乏应用现代化工具辅助教学环节，教师上课时与学生互动少，互动方法为采用传统的点名方式让学生在黑板上进行板书，在点名回答问题时，只有被点名的学生会记忆深刻，其余学生玩手机、聊天居多。长此以往，导致学生听课时常感到枯燥，上课抬头率低，学习热情不高。

（二）实践教学缺乏系统性实验，无法与实际工程紧密结合

实践教学课时为8学时，细分为汇编语言编程——码值转换实验、汇编语言编程——程序清零实验、8253定时器实验、8255并行接口等四个实验，每个实验占用2学时。实验方法沿用传统的章节式教学方法，授课教师会事先制定实验手册，学生只是机械式地按照实验手册的步骤进行接线、编程、调试、记录结果，缺少对程序及电路工作原理的理解。进一步地，实验之间独立性大，结合度不高，缺乏系统性实验将理论知识点串联在一起，造成知识点的“孤岛”效应。现有的四个实验近几年来没有发生变化，导致学生抄袭往届学生实验报告居多，实验内容没有与工程实际项目结合，实验内容没有开放式实验，禁锢了学生的创新思维，脱离了工程式与系统性的实践教学理念，难以培养学生的创新思维能力与工程实践能力。

（三）考核方式不够完善

“微机原理与接口技术”课程最终考评成绩由出勤率、课后练习正确率、实验成绩、期末考试成绩这几部分组成。在出勤率考核方式上，教师通常是采用名单点名的方式，当上课结束后，考勤名单往往随着时间的推移被遗弃，而且采用点名的方式会占用教学时间。在课后练习考核方式上，教师在布置课后练习作业时，更多地以书本上课后练习为主，很少在实践操作上布置作业，课后作业学生之间相互抄袭严重，甚至有学生在网上下载课后习题答案，因此，课后练习成绩区分度不大。而实验成绩则是根据实验结果与实验报告综合给定，采用唯结果论的评价方式，忽略了过程考核，因此，有部分学生投机取巧，直接复制优秀学生的实验结果，抄袭其实验报告，长此以往，无法调动学生实验的积极性。在期末考试成绩考核方式上，由于期末成绩所占比重较大，大部分学生会在临近期末考试时，利用考前一两周时间，结合教师答疑时划定的重点范围进行突击，应付考试，学生仅凭短暂的记忆就能获得不错的成绩，且期末考试内容与往年试卷区分度不大，学生往往通过复习往年试卷就能通过考试，导致学生没有深入理解课程的知识点，易造成高分低能现象。

二、课程教学探索

相比之前，我校机器人工程专业“微机原理与接口技术”课程的理论与实践教学学时均进行了压缩，若要在有效时间内对涵盖的知识点进行讲授，则须对教学内容与手段进行变革。本文将采取如下方法对理论教学与实践教学进行探索。

（一）理论教学探索

优化教学内容，革新教学方法。优化教学内容需要对冗杂的知识点进行过滤处理。例如，在讲授进制转换、系统总线形成所需芯片、编程技巧、常用接口芯片等知识点时，授课教师需要事先对学生所掌握的基础知识进行统计梳理，根据分析结果，讲授难点内容，对于已掌握的内容进行删减，对于少部分学生难以理解的知识点，鼓励其课后结合网络资源自主学习。革新教学方法需要对目前单一的PPT教学方法进行革新，使用情景化、可视化、仿真化工具帮助学生掌握难懂的知识片段，提升学生学习积极性，活跃课堂气氛。结合教学内容，采用黑板板书、学习通随堂练习、多媒体演示、软件仿真等方法进行组合教学，加深学生对教学内容的理解，提高课堂的教学质量。例如，在讲授汇编语言程序编写时，在学习通上发布题目，规定完成时间。同时，随机点名2名学生在黑板上进行板书。根据学生完成情况，讲述重要知识点。学习通会自动统计学生随堂练习完成情况，当学生错误率较高时，则借助EMU8086仿真工具，演示程序的书写、编译、调试，进一步加深学生对知识点的理解。此外，发布课外学习资源，借助视频、多媒体、优质网络教学资源等多元化学习资源作为课后辅助工具，丰富学生学习资源。

（二）实践教学探索

层次递进，拓展实验教学深度与广度。在实践教学课时无法增加的情况下，应根据实验难度合理规划每个实验的授课时间。首先，实验前，根据实验内容制定多个题目，然后采用随机分配原则分配给每名学生，要求学生提前预习实验内容，完成原理图的设计以及源代码的编写，撰写实验报告。在实验开始时，实验教师依次检查学生的完成情况，并现场给予评分，此方法可以提高学生课外实验积极性，并能节约实验时间。实验时，实验教师应观察学生的完成进度，并进行简要记录，对于实验课“摸鱼”的学生应当及时指出，并安排单独的实验平台，让其独立完成。实验结束后，根据学生完成度以及完成顺序，给予及时评价，让学生明白此次实验的完成情况，激发学生做实验的积极性与动手能力。其次，合理安排课外实验，例如，存储器扩展实验，8253定时器、8255并行接口实验可以安排在课后进行，这些课程均可以利用proteus软件进行，课外实验需要实验教师录制网络教学视频，布置多个课题，防止学生相互抄袭，学生按照实验要求在规定时间内完成，实验教师应及时检查学生完成情况，并及时将实验成绩反馈给学生，此方法可以提高学生运用现代工具进行学习的能力。最后，提出基于CDIO模式的实践教学体系，将实验内容划分为4个阶段，分别为熟悉性、设计性、应用性和创新性实验。熟悉性实验安排在第一个课时，主要让学生熟悉实验箱的原理、结构，以及汇编语言编写、编译、链接、调试等过程。设计性实验教师制定实验内容，学生根据实验内容设计原理图并编写程序调试。应用性实验安排在第三节实验，结合工程中的实际需求布置实验内容。创新型实验由学生自己选题，学生利用学校开放式实验室完成实验。上述方法的实施，可以提高学生实验课的动手能力、创新思维能力、有效提高实验教学的质量。

（三）完善课程教学质量评价机制。

对学生与教师进行综合评价。对于教师来说，采用多方评价方法对教师的教学能力进行评价，具体评价方式如图1所示。规范教学活动，强化教学管理，从技术准备、教学设计、课程思政、辅导答疑等方面对教学的课前、课中、课后各个环节进行评价，制定课堂教学质量评价专家听课表，督导组在评教环节中对课程思政教育、内容前沿性、学生应用专业技术解决工程复杂问题的综合能力进行评价；采用座谈反馈、问卷调查等方法实行学生评价教师制度；同时，采用教师自评、院级评价、校级评价等递进评价方法，对课程中的教学准备、教学过程、教学产出成效三环节，实施全过程的课程教学质量评价模式，实现“评价—反馈—持续改进”的教学质量闭环管理机制。对于学生，由授课教师制定综合评价方法，理论教学评价采用课前、课中、课后综合评价方法，利用学习通软件提取学生理论课程的在线学习时长、随堂练习完成情况，导出出勤率与课后作业成绩，创建题库，在布置课后练习时，采用随机组卷方式分配给学生，避免学生之间的相互抄袭。期末考试题型应具有新颖性和工程实践性，在囊括知识点的同时，与工程实际项目结合，避免与往年试卷题型重复，锻炼学生的工程实践能力；实践教学采用实验前、实验中、实验后综合评价方法，在课前检查学生预习情况，并给出成绩；实验中检查学生动手操作能力，并进行记录；实验后，检查学生实验完成情况，观察是否有创新。采用上述评价方法，可以对学生和教师的学习状况和教学质量进行全过程、全方位、多形式、分阶段的考核评价，有效提高课程教学质量。

结语

以我校培养创新型高级专门人才为立足点，笔者分析了我校机器人工程专业在“微机原理与接口技术”课程教学中存在的问题，以问题驱动改革为指引，从优化教学内容、革新教学方法，层次递进、拓展实验教学深度与广度，完善课程教学质量评价机制等三个方面对课程新的教学方案进行了探索，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，为其他类似课程的改革与探索起到了借鉴应用作用。实施教学改革后，学生的学习效率相比之前明显提高，知识点掌握牢固，编程能力、动手能力、团队协作能力、创新思维能力得到明显提升。

参考文献

［1］王晨旸.新工科背景下应用型本科院校微机原理与接口技术教学建设研究［J］.电脑知识与技术，2021，17（17）：143-144.

［2］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.

［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］蔚瑞华，张伟，徐志宇.新工科背景下微机原理与接口技术实践教学改革［J］.实验室科学，2021，24（1）：61-64.