基于工程对象法的微机原理课程教学实践

2016-04-14苑广军孙继元北华大学电气信息工程学院吉林吉林132021

计算机教育 2016年4期

苑广军，孙继元，白晶( 北华大学电气信息工程学院，吉林吉林 132021 )

基于工程对象法的微机原理课程教学实践

苑广军，孙继元，白晶
( 北华大学电气信息工程学院，吉林吉林 132021 )

摘要：分析微机原理课程的特点，提出工程对象教学法，即课堂教学以某一工程专题为核心，采用任务驱动模式讲解课程的知识点，强调在实践教学的过程中利用实验教学平台并结合课程的知识点，分步设计实现各个专题的功能模块，在课程设计和实习中完成该工程专题。

关键词：工程对象教学法；微机原理；教学实践；创新

0　引　言

微机原理课程是高校工科非计算机专业类的重要专业基础课之一[1]。虽然微机原理课程以电路理论、模拟电子技术和数字电子技术为基础，但是其核心知识点也广泛应用在单片机、嵌入式系统和DSP相关课程中。此外，通过学习该课程中的汇编语言，学生编程逻辑的严谨性也可得到很大的提高。但是，微机原理课程还存在知识点比较抽象、教学内容分散、理论与实际脱节、课程教学不能引起学生的学习兴趣等问题，学生普遍反映课程不好学，也加大了课程的教学难度。如何对微机原理课程进行教学改革，是摆在教师面前的重要课题[2]。通过分析，笔者认为在微机原理课程中引入工程对象教学法可以有效解决以上问题。

1　工程对象教学法的教学思路及教学模式

1.1教学思路

工程对象教学法的目标是服务于学生的实践教学和课程教学，这不仅体现了工程教育的需要，还体现了本教学法的自身特点，即浅显易懂又易于概念推广。大学的工程教育应该重点提高学生的实践能力以及创新能力已经成为共识[3-4]，但在教学方法上不能仅从工程训练环节入手，应该从教材编排、教学方法、教学模式、实验平台设计、工程训练体系、工程训练平台设计等多方面系统考虑，应该涵盖学生微机原理课程学习的整个过程。

1.2教学模式

工程对象教学法的教学模式是一种基于典型工程对象进行教学，是MBA案例教学法在工程教育中的应用[5]。工程对象教学法的特征是在将工程对象引入理论教学中时，使学生深入理解微机原理各要点及其运用；将工程对象引入实践教学中时，使学生更系统全面地理解并掌握所学知识和各项技能，使学生对知识点融会贯通；丰富而实际的对象类型可使学生对课程产生浓厚的学习兴趣[6]。工程对象教学法的优势在于，适当的工程对象可代表部分或多项典型的专业应用，可适用于某大类专业或具有一定的专业覆盖面，可灵活拆解或扩展。工程对象教学法的体系构架是按“任务驱动”的模式分解各个知识点，用“实践—归纳—推理—再实践”的模式进行授课，将授课和实验合二为一，老师“在讲中做、在做中讲”，学生“在学中做、在做中学”。教学方案的进程将理论教学和实践教学分为不同层次和阶段，如此来实现提高创新能力、实践能力和工程素质的目标。

2　微机原理课程的改革模式

工程对象教学法教学模式的研究是培养学生的工程素质与能力，课程方案需针对学生特点和课程特点进行全面改革。因此，需要在新的理念基础上编写教材、培养师资和制作课件，需要利用新的教学平台，创建新的教学模式和教学方法，开展新的工程教学设备及教学工作的研究。

2.1工程对象的选择

工程对象的选择决定了课程改革的成败。选择工程对象的原则是：学生易于接受，即以学生现有的理论基础能够理解该工程对象；涵盖面广，即可涵盖微机原理课程大纲要求的所有知识点；可扩展性强，即与微机原理相关的后续课程所选的工程对象可在微机原理的工程对象基础上进行扩展[7]。在微机原理课程中选择8086和80286作为主要讲解芯片，因为这两款CPU内部基本结构、汇编指令的寻址方式、中断的基本概念、响应流程等对目前的科研和生产仍然具有指导意义，有利于学生后续对嵌入式系统和DSP的学习[8]；8086和80286内部没有集成RAM、ROM、中断控制器等功能模块，可以锻炼学生扩展芯片的能力，也为学生后续学习和理解单片机课程打下基础。此外，教师在讲解基本概念的同时，还可以介绍其在当前技术中的发展和应用。

2.2课堂教学内容的组织

课堂教学分为课程导入、知识点讲解及任务节点解析和课程总结3个部分。其中，课程导入是最关键的部分，教师利用多媒体flash、结合自身科研工程经验将工程对象按知识点分解成多个任务节点，使学生直观地了解微机原理课程的主线以及各知识点之间的关系；知识点讲解及任务节点解析中，教师通过讲解知识点，使学生了解如何完成任务节点，因此，讲解一定要注意承上启下，这样才能使各个知识点联系得更紧密，任务节点解析则是将知识点和任务节点联系在一起并启发学生利用知识点解决问题；在课程总结的有效途径中，应用桑红石老师的“三明治”教学法使得课堂气氛活跃，有效提高了学生学习的主动性，此外，针对每章需要掌握的重点内容，教师可以通过动画的方式加强设计举例的生动性[9]。

2.3实践教学内容的组织及相关案例

实践教学内容分成实验和课程设计两类。实验主要是针对关键任务节点（子对象），可将以往的实验预习报告改写成项目申请，实验过程是项目实现，实验报告则为结项报告。由此，每个实验就是整个工程对象（工程项目）的子项目，只要把这些子项目有效地连接在一起，就可以完成整个工程项目，即为课程设计。项目设计的具体步骤有：①题目设立（占用1个课时），题目要在工程对象的基础上略加功能扩展；②撰写项目申请书（占用1个课时），包括项目的目的、意义、方案论证、项目计划（时间节点）、项目测试条件等；③项目制作以及项目测试（占用4个课时）；④结项报告（占用2个课时）。学生利用周末或课余时间完成项目设计任务，具体教学案例如下。

1）任务的提出。

以8255交通灯实验的展开为例，选取十字路口交通灯为工程对象。那么，对交通灯的管制则为工程项目，项目中的定时器模块、中断、灯显等各模块为此工程项目的子项目。

在实际教学过程中，针对实验给学生分配具体任务：2名相邻学号的学生组成1个小组，各组成员根据对知识掌握的不同程度分工合作，每人负责若干个子项目，最后将所有子项目组合到一起，搭建成一个完整的项目，即交通灯设计。本实验不仅可以帮助学生熟悉并掌握各个部件和芯片的工作原理，还可以让学生明白芯片接口之间是如何建立联系和相互通信的，既能覆盖教学内容，又能调动学生的积极性[10]。

2）任务节点解析。

对于给定的任务，教师应鼓励学生之间广泛开展讨论，分析问题、解决问题并预测效果，充分发挥学生的自主学习能力，让学生自发寻找任务中的相关知识点，教师则重点讲解学生忽略和缺失的知识点，必要时辅助学生进行任务分解。

3）任务的实施。

通过查阅资料，熟悉所用芯片的引脚说明、芯片的模式设定、部件间的布局以及简单的调试，学生能复习以前学过的知识点，在通力合作中体验完成任务的成就感。任务实施期间，教师可以提供基本芯片的控制程序，同步对程序做出必要的讲解，以提高学生对汇编语言的熟悉程度。

3　实施效果

基于工程对象教学法的微机原理课程教学

改革，我们首先在北华大学的吉林省电力电子应用技术科技创新中心的四十多名学生中试运行了一个学期。通过试运行，这些学生对课程产生了浓厚的兴趣，基本能够掌握课程中所涉及的知识点，很好地完成了相关的实验实习；学生的工程意识和创新意识得到了加强；在后续课程的学习中，学生能将微机原理课程中的工程对象针对新的课程进行更改和扩展；在毕业设计中，学生能应用微机原理课程中的工程对象进行设计，并取得较好成绩。

4　结　语

工程对象教学法的核心教学模式是“实践—归纳—推理—再实践”，这正好符合人类认识过程“感性认识—理性认识—再认识”的客观规律。因此，学生在该教学法下可以很好地学会理论知识，而该教学法的“再实践”部分则是引导学生运用已有的知识去解决未知的问题，即“温故而知新”的过程，这也正是“创新”的精髓。在此基础上，通过不断地尝试，我校微机原理课程的教学效果和教学质量有了明显的改善。

参考文献：

[1] 姚大杰.“微机原理与接口技术”课程教学改革探索[J]. 黑龙江科技信息,2015(2): 100-101.

[2] 张妍, 王咏梅. 任务驱动法在微机原理及应用课程中的应用[J]. 实验科学与技术, 2015, 13(1): 172-175.

[3] 赵树宽, 王茵. 吸引优秀创新创业人才协同高校创新创业教育[N]. 辽源日报, 2013-08-19(03).

[4] 孙继元, 苑广军. 工程对象教学法培养创新能力的应用研究[J]. 实验技术与管理, 2014, 31(2): 21-22.

[5] 蒋华平. 基于机器人综合实训平台工程对象教学法的实践[J]. 职教通讯, 2013(3): 71-72.

[6] 陈赜, 邹道胜. 电子创新设计技术[M]. 北京: 科学出版社, 2008: 154-158.

[7] 钟国辉. 以设计性实验为牵引的微机原理课程教学[J]. 高等工程教育研究, 2013(3): 154-158.

[8] 张宏伟.“微型计算机原理与接口技术”教学的几点探讨[J]. 当代教育实践与教学研究, 2015(2): 85.

[9] 桑红石. 以讨论和应用为主的微机原理教学探索[J]. 中国现代教育装备, 2015(8): 67-69.

[10] 苏日建, 郭功兵. 基于项目驱动的微机原理与接口技术教学方法研究[J]. 河南教育: 高教, 2015(8): 76-77.

（见习编辑：赵盼）