基于項目驅(qū)動的微機原理與接口技術(shù)課程教學研究

【摘要】在新工科建設(shè)背景下，應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)，針對具有國際競爭力的高素質(zhì)復合型人才培養(yǎng)的需求，本文提出調(diào)研企業(yè)的人才需求，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟特色，以實際項目開發(fā)與應(yīng)用為出發(fā)點， 將教學內(nèi)容與工程實踐結(jié)合，對微機原理與接口技術(shù)課程的教學內(nèi)容、教學模式、教學手段、教學方法進行課程改革研究，培養(yǎng)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的人才。

【關(guān)鍵詞】微機原理與接口技術(shù);項目驅(qū)動法;仿真設(shè)計

【基金項目】本文由湖南信息學院教學改革示范課項目、湖南信息學院教學改革研究項目、湖南信息學院精品在線開放課程建設(shè)項目、2019年湖南省教育廳普通高校教學改革研究項目（項目序號：1180）資助。

中國近三十多年與世界經(jīng)濟接軌后，有了飛速發(fā)展，很多的網(wǎng)絡(luò)、軟件系統(tǒng)搭建起來，甚至進行創(chuàng)新，打造出國外并沒有的商業(yè)模式。2019年人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機器人技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用越來越深入，智能家居、智慧園區(qū)、智慧城市已不僅僅是概念，而在不斷落地，很多科學家、學者都認為新的科技革命即將開始。為此，許多國家開始提前布局，美、德率先提出了各自的戰(zhàn)略規(guī)劃——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“工業(yè)4.0”，中國也適時的提出了自己的戰(zhàn)略。但無奈的一點是，盡管中國靈敏的發(fā)現(xiàn)了機會也看到了前景，但關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)展還是不足，尤其很多在關(guān)鍵零部件、芯片等，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人才嚴重不足，國內(nèi)高素質(zhì)復合型人才的供需存在缺口，這就造成了很多時候我們根本不硬氣。在經(jīng)歷過中興、華為事件后，國內(nèi)一些大的機構(gòu)和公司擔起重任，勵志投資研發(fā)最底層CPU芯片等技術(shù)，同時教育部也正積極推進新工科建設(shè)，著力培養(yǎng)符合社會需求的新型高素質(zhì)復合型人才，高校應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。

微機原理與接口技術(shù)這門課程緊密結(jié)合微機CPU芯片、半導體存儲器、硬件接口、總線等技術(shù)發(fā)展，是計算機、通信工程、電子信息工程、自動化等本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學生從事人工智能等高新信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)。課程有著較強的應(yīng)用性和實踐性，包含較為豐富的課程內(nèi)容，知識點多，概念抽象，學生難以全面了解和理解。針對這樣的情況，基于項目驅(qū)動對微機原理與接口技術(shù)課程的教學內(nèi)容、教學模式、教學手段、教學方法進行課程改革研究，調(diào)研企業(yè)的人才需求，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟特色，以實際項目開發(fā)與應(yīng)用為出發(fā)點，將教學內(nèi)容與工程實踐結(jié)合，基于理論知識的全面掌握，將學生動手實踐能力提高，提升學生工程應(yīng)用能力。

1. 傳統(tǒng)課程教學方式存在的問題

傳統(tǒng)的教學中知識點的組織按照層次展開進行教學，知識模塊獨立性較強，綜合訓練較少，與工程項目應(yīng)用的實際不符，和前沿技術(shù)切合度不夠，因此各地高校都展開相應(yīng)的課程改革研究，在微機原理和接口技術(shù)的實際教學中存在諸多問題主要體現(xiàn)如下。

（1）教學內(nèi)容側(cè)重理論化，教學形式單一。當下高校教學內(nèi)容依照課程知識體系的順序組建，教學中沒有將知識與實際項目應(yīng)用很好結(jié)合起來，沒有融合最新的技術(shù)，學生在學習中重知識體系而輕能力，難以達到高素質(zhì)復合型人才培養(yǎng)的要求。

（2）以教師為主體的教學難以讓學生形成主動意識。教學中“滿堂灌”、“填鴨式”的教學方法不能激發(fā)學生積極主動的學習激情，大多數(shù)學生按照老師講的案列，模仿著完成學習任務(wù)，缺乏深入思考與創(chuàng)新。

（3）實訓教學中內(nèi)容偏簡單，學生的實踐能力提高不明顯。學生在實驗過程中按照實驗指導書按部就班的完成原理圖接線、編程、調(diào)試、運行，學生在實驗中重視實驗結(jié)果輕視過程分析;同時實驗大多為驗證型實驗，設(shè)計型實驗偏簡單，學生獨立分析問題、解決問題的能力提高不明顯，創(chuàng)新意識弱。

（4）考試評價方式單一，傳統(tǒng)的開卷和閉卷考核方式，難以對學生學習能力、實際項目的開發(fā)與應(yīng)用能力進行較精準的評價。

2. 基于項目驅(qū)動的課程教學改革

項目驅(qū)動教學的核心是在企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，以項目教學為主線，教師為主導、學生為主體，將教學內(nèi)容穿插融合于具體項目中，使學生在一定的學習情境下，結(jié)合學過的知識對項目進行分析，鞏固學過的知識，強化知識的應(yīng)用能力和項目實施能力。根據(jù)微機原理和接口技術(shù)課程特點，充分考慮學生基礎(chǔ)，進行基于項目驅(qū)動的課程教學結(jié)構(gòu)與內(nèi)容改革。教師可通過向?qū)W生發(fā)放項目任務(wù)書，讓學生從大處著眼，從小處著手，開展項目實施，靈活應(yīng)用課程知識。

2.1 企業(yè)調(diào)研，優(yōu)化教學結(jié)構(gòu)與內(nèi)容

秉承產(chǎn)教融合的辦學思路，為讓學生更好地適應(yīng)新工科發(fā)展要求，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟特色，進行企業(yè)調(diào)研。主要圍繞計算機系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)項目任務(wù)和崗位技能，進行知識解析，構(gòu)建學習領(lǐng)域，明確教學內(nèi)容，微機原理及接口技術(shù)系統(tǒng)講述微型計算機系統(tǒng)的基本組成、工作原理、指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計、半導體存儲器技術(shù)、硬件接口技術(shù)、總線技術(shù)等。教學形式較多，例如理論教學、仿真教學、實驗教學以及綜合設(shè)計等。進行課程教學結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮對以上各種因素進行統(tǒng)籌，根據(jù)教學內(nèi)容設(shè)計課程教學結(jié)構(gòu)，并制定系列項目課題，利用仿真設(shè)計、實驗驗收及課堂討論等教學形式以及信息技術(shù)手段開展項目任務(wù)、實現(xiàn)教學要求和教學目標。使學生牢固掌握微型計算機的原理和硬件接口技術(shù)，建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，并從應(yīng)用系統(tǒng)的角度了解其軟件體系和相關(guān)接口。

2.2 項目驅(qū)動法教學實踐

每一部分教學內(nèi)容都設(shè)有項目驅(qū)動法，能夠使學生結(jié)合學過的知識對項目進行分析，以此來鞏固學過的知識。除此以外，在項目設(shè)計期間，需要學習新知識點，這一方法能夠促進新知識的掌握，學生在自主分析和設(shè)計項目后，能夠增強參與感以及滿足感，從而更加積極地參與到這一課程的學習中。比如，教授微處理器項目時，為激發(fā)學生學習興趣，鞏固之前學習的內(nèi)容，可以讓學生設(shè)計處理器，從中學生通過查閱資料了解CPU發(fā)展歷史，掌握在不同應(yīng)用場合CPU 結(jié)構(gòu)特點。處理器設(shè)計項目可以劃分為兩個子項目，一個是設(shè)計傳統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，另一個是設(shè)計流水線結(jié)構(gòu)，對比不同結(jié)構(gòu)執(zhí)行程序的效率，非常有趣和充滿挑戰(zhàn)。

2.2.1 項目發(fā)布

教師根據(jù)課程教學目標對項目進行制定和選取，在課程開始前向?qū)W生發(fā)放項目任務(wù)書，設(shè)計思考題，推薦相關(guān)的學習資料。學生通過項目任務(wù)書及時了解項目內(nèi)容和課程內(nèi)容，并提前做好準備。項目任務(wù)書應(yīng)很詳細，尤其是功能要求以及設(shè)計提示部分，應(yīng)包含項目名稱、教學要點、知識預(yù)備、功能要求以及設(shè)計提示等。將學生劃分為各個小組，選出小組項目經(jīng)理，項目經(jīng)理根據(jù)工程項目管理形式來管理小組。設(shè)計項目前應(yīng)分析項目，按照項目問題與要求，來分析需求進行總體設(shè)計，并進行詳細設(shè)計。

2.2.2 項目實施

項目實施過程中，學生需要分析項目要求、查找相關(guān)資料、進行芯片選型以及設(shè)計電路原理圖、編寫程序代碼，通過proteus軟件等集成開發(fā)平臺驗證軟件及硬件設(shè)計的可行性，開展調(diào)試和仿真工作，實現(xiàn)電路功能，以此來滿足設(shè)計項目的要求;同時在在實驗環(huán)節(jié)中，應(yīng)用Proteus、微機原理的實驗箱系統(tǒng)進行項目仿真調(diào)試，要根據(jù)課程內(nèi)容適當調(diào)節(jié)實驗難度，讓學生在掌握好基礎(chǔ)知識的同時，能進行拓展性學習。通過項目實施，有利于學生掌握有關(guān)課程概念及規(guī)律，掌握接口電路工作的原理和方式、硬件連接方法以及程序結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

設(shè)計項目的趣味性和獲得仿真結(jié)果的直觀性，能夠激發(fā)學生學習這一課程的興趣，使其更加積極、主動的參與到項目設(shè)計以及課程學習中，以此來掌握更多的理論知識，轉(zhuǎn)變被動學習的狀況，主動進行學習與探究，從而學會使用理論知識對問題進行分析和解決，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提升實際項目的開發(fā)與應(yīng)用能力。

2.2.3 課堂討論

在教學中學生是主體，在分析項目需求、分解任務(wù)后，教師引導學生找到項目完成需要解決的重點問題;在討論重點知識后，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題、并加以思考和解決，最后找到任務(wù)完成的不同途徑和實現(xiàn)方法。通過Proteus等開發(fā)軟件，構(gòu)建一個將學生作為中心的學習情境，以展示各類基本模塊的控制和演示，使知識更加生動和直觀，可集中學生注意力，并主動參與到學習中。最后項目活動中存在問題的總結(jié)報告，教師統(tǒng)一講授共性問題，可單獨輔導個性問題，完善項目解決問題的思路和方案。

2.2.4 項目評價

根據(jù)學生任務(wù)完成情況，采用教師等級評定與學生互評的方式，對學生項目實現(xiàn)過程中的觀察能力、思維能力、自學能力以及實習技巧，組織學習能力、協(xié)同合作能力獲得考核成績，在交流和評價之中提升學生能力。應(yīng)從正面引導進行評價，將評價導向性充分發(fā)揮出來，鼓勵積極參與的學生，表揚努力探索的學生，以吸引更多學生進行探究。

2.3 混合式教學設(shè)計

項目的發(fā)布與實施可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展線上和線下混合式教學。線上教學主要包括項目課題準備，項目人員分組、交流討論、在線測試、問卷調(diào)查、報告提交、在線互評;線下教學包括課堂面授、分組討論、實操練習、匯報答辯、評價總結(jié)等環(huán)節(jié)。學生根據(jù)線上資源進行自主學習，制定適合自己的學習計劃，合理安排學習時間。教師根據(jù)學生在線學習數(shù)據(jù)實時了解學生的學習情況，督促學生學習，根據(jù)學生反饋信息改進教學方法。

4. 結(jié)束語

基于項目驅(qū)動的教學改革，能提高微機原理與接口技術(shù)的教學效果，調(diào)動學生學習的積極性和主動性，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，更加符合新工科人才培養(yǎng)需求。

參考文獻：

[1]熊檢.“中國制造2025”和德國“工業(yè)4.0”對比研究[J].中國集體經(jīng)濟，2019（10）：86-87.

[2]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.

[3]劉軍芳，孫金萍.應(yīng)用型復合型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐——基于項目驅(qū)動的《微機原理與接口技術(shù)》實驗教學改革[J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2019，19（04）：100-102+108.

[4]劉娟，黃忠.“微機原理與接口技術(shù)”項目驅(qū)動教學[J].安慶師范大學學報（自然科學版），2019，25（04）：96-98.

[5]葉愛芹，徐朝勝.微機原理與接口技術(shù)課程教學改革初探[J].電子世界，2019（15）：33.

[6]林靈燕.“微機原理與接口技術(shù)”教學改革探討[J].科教導刊（中旬刊），2019（05）：136-137+157.

作者簡介：易晨暉，湖南新化，碩士研究生，高級實驗師，主要從事計算機應(yīng)用教學和研究。