基于CDIO的微机原理与接口技术课程改革
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作者:申东 李强 杨桂芹
摘 要 “微机原理与接口技术”是通信工程专业的一门必修课，课程内容庞杂，知识点理论性过强、实践性不够，当前的教学模式存在较多缺陷。结合CDIO教育模式，明确教学体系改革的方向，对教学方式和考核方式进行改革，使学生不仅更好地掌握基础理论知识，也有更好的实践机会，充分提升学生的创新能力、项目实践能力和团队协作能力。
关键词 微机原理;接口技术;CDIO;课程改革
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）22-0096-03
Microcomputer Principle and Interface Technology Course Re-form based on CDIO//SHEN Dong， LI Qiang， YANG Guiqin
Abstract Microcomputer Principle and Interface Technology is a compulsory course of communication engineering specialty. This course is complex in content， strong in theory and inadequate in prac-
tice. There are many defects in the current teaching mode. Combi-ning with CDIO educating mode， the teaching mode and assessment mode are formed through the direction of teaching system reform. Students not only better grasp the basic theoretical knowledge， but
also gain more practice opportunity. The mode fully enhances stu-
dents’ innovation ability， project practice ability and team coopera-tion ability.
Key words microcomputer principle; interface technology; CDIO; course reform
1 引言
21世纪是一个科学技术飞速发展的崭新时代，同时，国际环境也在不断恶化，使得很多处于制造行业链末端的制造企业遭到冲击，需要将“中国制造”转换为“中国创新”[1]。这就要求高校教育以培养具有创新思维、创新水平、创新精神且厚基础、强能力和宽口径的综合型技术人才为目标，使得培养优秀的工程师成为必不可少的要求之一。
为了适应21世纪对于人才培养的需求，原国家教委组织实施“面向21世纪高等工程教育教学内容和课程体系改革计划”，并由此提出我国高等工程教育的课程改革要根据社会主义现代化建设和科学技术发展的需求做出相应的调整。
CDIO工程教育模式包括构思（Conceive）、设计（De-sign）、实现（Implement）、运作（Operate），是2000年由美国麻省理工学院等高校联合提出的一种工程教育改革体系，是国际工程教育模式改革的重要成果，继承且更好地发展了欧美近年来提出的各种工程教育改革理念，具有较强的操作性[2]。该理念将产品研发至产品运行看作整个产品生命周期的载体，与传统教育模式区别在于，要求学生不仅掌握基础学科知识，而且要求学生自主参与从理论知识学习到产品开发完成的学习过程，旨在培养学生个人素质和发展能力、工程基础知识学习能力、团队协作能力以及工程系统能力这四个方面的能力，能够适应现代团队合作的工程环境。CDIO工程教育模式要求突出实践性、经济学、综合性、创新性，尽可能将实践与理论相结合，课程实验教学先从具体的实际出发，上升至理论知识，随后再回到实际的操作中，教学目标是创作出最终产品。
2 “微机原理与接口技术”课程现状
“微机原理与接口技术”是大学本科电气类、信息类、机电类等非计算机专业所学习的一门基础课程，通过CPU结构、接口技术和汇编语言的学习，不仅可以使学生掌握软硬件的组成和工作原理，而且可以学习到存储器的性能和原理、中断系统及中断技术、输入输出技术，对于毕业设计有很大程度的帮助[3]。
“微机原理与接口技术”的特色是内容抽象，软、硬件紧密结合且相互渗透，尤其是实践部分，可以培养学生的实际工程意识及能力、创新水平及意识。而当前的教学存在一些缺陷。
1）课程内容繁杂且乏味，具有很强的理论性和技术性，内容涉及面广，前后知识点紧密联系、逻辑性强。由于学时有限、教学内容陈旧，教师讲课通常是大满灌形式，无法表达正确的工程实际需求，缺少趣味和创新，留给学生独立思考的时间极少，使学生对课程缺乏感性认识，很难调动学生学习的积极性，使学生感觉学习压力大，得不到理想的教学效果。
2）实践时间少，在传统的实验过程中都是使用试验箱，提供源程序，学生只是照抄程序，根据实验指导书中的步骤进行连线，運行程序后看结果，只有极少数学生可以独立思考实验的设计原理，分析实验数据，自己尝试修改程序。由于配套性实验内容操作简单，试验箱硬件结构固定，里面的器件品种难以扩展，实验内容的突破被试验箱所限制，虽然在一定程度上起到复习巩固基础知识的作用，但不利于培养学生自主学习创新的能力，未能调动学生的自主能动性，阻碍了发散性思维的形成，与社会实际结合度不高。
3）考核的方式单一，忽视了学生的实践水平。通常，“微机原理和接口技术”课程的考核是由平时成绩和期末考试成绩组成的，平时成绩包括课堂表现、作业、课后答疑、出勤、实验成绩组成，期末考试采取闭卷笔试的方式。根据期末成绩占比重的情况，教师和学生将绝大部分的精力放在期末考试上，学生在考试前通过背知识点的方式应付考试，不能很好地将知识点融会贯通。 3 “微机原理与接口技术”教学体系构建思路
基于CDIO教育模式，构建一个有效的“微机原理和接口技术”教学体系。将传统的课堂教学转换为系统的、整体的课程体系，整合资源，从而为课程教学提供完整的解决方案，通过集体智慧，多方面、多角度进行细致的规划和设计，形成一个尽可能满足社会实际需求的工程型人才培养方案，使学生在系统地学习基础理论知识的同时，可以有目的地开展且参与各项实践教学的活动。
1）将课程内容模块化，制定新的教学大纲，剔除陈旧知识点，编写适合本专业学生的教材，建立院级课程体系，使教学内容具有科学性和先进性，可以充分显示微机领域最新的科技成果和学术内容，强调将应用作为教学目的，在第一堂课中就让学生了解这门课程联系的具体工程中的技术问题，可以通过视频案例形象、生动地凸显微机的重要性。
2）课程改革以“卓越工程师”为培养标准，以社会实际行业要求和发展为导向[4]。工科院校的学习时长为四年，包括三年校内理论基础学习和一年校外实习以及毕业设计。传统教学模式的课程学习顺序并不能满足“卓越计划”的培养要求，机械地课堂讲解电类基础课程会对后续专业的发展形成一定程度的影响，并不能为学习该门课程奠定良好基础。因此，需要参照“卓越工程师”的标准和要求，制定相应的教学路线和实践脉络，形成多个子方向的目标，同时设立与之适合的教学大纲，逐步完善形成符合行业要求的“微机原理与接口技术”课程的教改方案。
3）形成理论与工程、学习与创新、综合与分析相交互的工程教育模式。在課堂学习结束之后，相应地开设键盘和显示器接口实验、温度调试实验、主从式控制实验以及工程训练的内容，有助于更好地理解基础知识。引入实际训练课程，如设计一个基于微机的信号测控装置[5]，该设备可以接入典型传感器、变送器的信号，同时可以输出标准电压/电流信号，满足抗干扰性、安全性、通用性、性价比等原则的要求，让学生自主完成一个控制系统的分析、设计、安装和调试过程。
4）以学生为主导，教师在实际教学过程中偏向于学生的学习过程和结果，激发学生对于微机的兴致，将学生作为一个独立的个体，尊重每个人的差异，通过分组学习的方式使学生之间相互督促，淡化课内课外的界限，全天候开放实验室，鼓励学生去实验室进行探索，形成良好的学习氛围[6]。
4 课程改革重点
教学方式改革 “微机原理与接口技术”课程由两部分内容组成，即单片机原理及其编程语言和接口技术，根据CDIO教育模式，开展分段、分层次的教学方式。
第一层次为基础知识的学习。专业课的学习总是枯燥无味的，在教学过程中应紧密联系实际，以现实案例来引导学生，将传统的知识讲解转换为解决问题，实现问题的具体化，使学生进入自动化学习的状态。在学习基础知识的同时，进行一些入门级的软、硬件验证性实验，使学生可以具体地掌握理论知识，熟悉实验装置和实验流程，通过提供的程序编码和试验箱，学生按照要求连接接口芯片的引脚，对微机有一个初步认识。
第二层次为综合性实验，主要为了培养学生独立思考、设计、解决问题的能力，在掌握基本指令和程序与芯片接线的基础上，引导学生参与整个电路设计，深入了解芯片内部结构和工作原理，通过Proteus软件进行实验仿真，让学生对芯片有更直观的认识。
第三阶段为应用性实验，在培养学生硬件开发能力过程中，采用开放式平台、开放式课题研究形式，将硬件开发能力贯穿教学过程，在讲课之余给予学生更多独立思考的时间，精讲多练，加强创新能力的实践环节。在熟练掌握基础知识、基本指令和程序的基础上，启发学生解决实际问题，采用分组的方式实施项目研发，遵循组长负责制度。学生自由选择课题，自由组成课题小组，小组成员不超过六人，小组长由组内学生竞选，具体操作步骤如下：
①项目开发之前将小组成员所收集的关于项目的知识点进行汇总，制订学习计划并分工学习，学习完成后将各自的知识点向其他成员讲解，可以有效缩短学习项目基础知识的时间;
②开展设计研究，由小组长负责召集成员进行项目研讨、技术交流，及时处理研究过程中出现的问题，教师在此过程中组织小组长进行阶段性考察，控制项目进度;
③完成硬件开发后需要准备技术报告，为项目答辩做准备，小组成员需要在答辩的时候演示自己的成果。
考核方式改革 传统的考核方式是对多个孤立的知识点进行衡量，知识点之间的联系程度不大，并不能很好地评估课程质量。根据CDIO教育模式的要求，最终考核成绩不再以闭卷成绩为主，选择开放性的考核模式，着重在技术要求和目标方向这两个方面对“微机原理与接口技术”的内容进行整理分类，优化考核模式。
最终考核成绩由平时成绩（30%）、期末考试成绩（40%）和项目成绩（30%）组成。其中，平时成绩由课堂表现、课后答疑、实验成绩、作业完成情况等组成，实验成绩强调实验预习、实际操作过程、实验结果及实验报告;期末考试是采用闭卷形式，考核学生对基础内容的掌握情况;项目成绩通过小组答辩的形式，主要考核项目的完成度以及组内成员掌握知识点的程度，通过实物展示和PPT讲解的形式，展现个人口头表达水平、逻辑思维能力和团队合作精神。这种考核形式可以综合、真实、公平地映射学生的水平，益于提高学生的创造性、自身素质和积极性。
5 结语
CDIO教育模式下的“微机原理和接口技术”课程改革，主张实践与理论知识综合发展，极大地激发了学生的学习主动性，通过项目的引入，实现理论与实际的联系，在教学过程中以学生为中心，提高学生团队协作能力和实际解决问题能力，使学生在未来社会环境中可以更好适应。在今后将进一步探索关于“微机原理和接口技术”课程改革的方案，提高工程教育的质量，使得这门课程更加具有科学成效性。
参考文献
[1]柳飞.创新机制下“微机原理与接口技术”教学改革研究[J].中国电力教育，2012（26）：81-82.
[2]何金枝，赵天翔，李云强.基于IB-CDIO理念的《微机原理》实验教学探索[J].电脑知识与技术，2016（34）：138-140.
[3]王东霞，温秀兰，黄家才，盛党红.工程教育专业认证指导下的微机、单片机原理与应用课程教学改革[J].中国现代教育装备，2016（21）：32-34.
[4]马霁旻，王粟.面向“卓越计划”的“微机原理及应用”课程改革探索[J].中国电力教育，2013（32）：93-94.
[5]卢晓红，王福吉，陈星.兴趣导向的《微机原理与控制技术》课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2014（53）：128-129.
[6]蔡李花，方海峰，高进可.应用型本科《微机原理与接口技术》课程探索[J].电脑知识与技术，2017（11）：93-94.
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