基于OBE理念的微机原理与接口技术课程教学创新设计

曹大伟 于鑫 曹林林

摘要：为克服传统微机原理与接口技术课程教学活动存在以教师为主、知识陈旧、互动性不强等问题，对教学各环节进行有针对性的创新设计。通过重塑教学内容、丰富教学手段，设计线上+线下混合式教学模式，同时，建设了适用于课程的智慧型教学环境，提出了更加合理的教学评价体系。该教学创新设计已连续多年在电气工程及其自动化专业进行实践，充分调动起学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。

关键词：微机原理与接口技术；OBE理念；教学创新；混合式教学

中图分类号：G424        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）35-0145-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

微机原理与接口技术课程是电气工程及其自动化专业必修课程，旨在培养学生微机原理与接口的基础知识和电气设备控制与应用能力。同时，该课程与相关的单片机课程设计课程等实践环节结合，以提升学生对于微机原理与接口技术的综合应用能力。主要内容包括讲解51单片机的体系结构和程序设计方法，并设定具体教学目标：1） 学生需熟练掌握51单片机内存分配、IO接口和指令系统等核心知识，并具备初级编程能力；2） 理解定时、中断和串行通信等关键概念，掌握相应程序设计方法；3） 具备利用51单片机实现对电气设备等进行精确控制的能力。该课程内容繁复乏味，知识体系僵化，教学形式单一，实践课时有限，导致教学效果不尽如人意。因此，在当前的教学实践中，怎样让学生对晦涩难懂的知识产生兴趣、提高学生在学习中的主动性以及改善学习效果成为亟待解决的问题。基于多年的教学经验，在信息化工具的有效利用下，本文通过对传统教育活动进行创新设计，在教材内容、授课方式、教学模式、环境及评估方面展开了改革措施提出了相关建议。

1 教学现状与问题

1.1 教学内容陈旧

该课程体系结构过于死板，涵盖的知识点较多且过于抽象，内容单调乏味学习难度较高，缺少具有前沿性的知识。教材更新速度较慢，在单片机实验设计中与实际工程应用之间存在差距，致使学生理论知识与实际应用之间的关联不够有效，学生对此缺乏兴趣。

1.2 教学手段单一

面对信息技术的进步，多样化和先进性的教学方式需求日益增长，传统的教学方法已显得陈旧、缺乏创新。如今，在传统课堂中口述和展示PPT仍是常见做法。然而，由于课程概念繁杂、指令复杂度高、操作烦琐且内容晦涩难懂等原因，这种单一、枯燥并且过时的教学模式无法吸引学生的注意力，持续效果有限。

1.3 教学模式固化

教学过程仍然沿用教师为中心进行课堂讲授，学生被动接受的教学模式，未能体现“教师主导、学生主体”的教学理念[1]。此外，课堂教学中理论与实践的结合程度不高，导致学生在掌握了抽象知识后难以将其转化到具体实际中进行应用。

1.4 教学环境单一

在传统的教室教学中，教师一直扮演着主导角色。教学活动在指定的多媒体教室和固定的时间进行。然而，在网络和大数据时代，学生不再局限于仅有课堂作为他们唯一的学习场所。现今各种多样化的学习平台为学生提供了更加灵活和个性化的学习環境。丰富广泛的学习资源使学生能更好地调整自己的时间、选择适合自己方式完成任务或工作。因此，借助多样化、灵活性强、智能化的在线学习平台和可移动学习工具，可以大幅提升学生的学习效率。

1.5 教学评价单一

课程考核方式与评价标准过于独立和单一化。传统的考核方式更加偏向衡量学习的最终结果，忽视了对学习过程的关注。同时，过程性学习考核方法相对僵化，通常仅限于计算出勤率、进行测验和完成作业等方面的评估，在合理认定竞赛、科研、实践等开放性内容方面尚缺乏适当途径。课程学习评价标准的单一性突显了教师评价主导的特点，此外未涵盖学生自我评价、同伴互评和企业评价，仍然体现了“教师为主”的教学体系。

2 教学创新改革措施

本课程定位于“应用型、创新型”的电气工程专业应用型人才培养目标，根据学生的认知规律并结合该课程的特点，对教学内容、活动、评价、方法等教学要素方面进行分析和创新建设，提出以学生为中心的教学创新设计思路（图1） 。本教学创新设计遵循OBE（Outcomes-based Education）理念[2]、“学以致用”校训，设计并开展课堂教学，全程关注学生的学习效果和实际感受。教学理念符合学科专业与课程要求，体现学以致用思想和“学生中心、产出导向、持续改进”的教育教学理念[3]，将思政建设[4]贯穿育人全过程。

2.1 教学内容创新

融合经典基础理论知识与实际案例、前沿研究成果，并鼓励创新思维和实践应用。将电气领域最新的科研成果纳入课程教学内容，有机地整合电气工程及自动化专业课程和实践环节，使其与学生特点和社会需求相契合。通过注重培养学生能力和关注社会发展需求，在构建课程内容时注重必备的基础核心知识，并积极吸收整合国内外领先的研究成果，从而体现该学科领域的前沿性。本课程旨在以我国重要研究领域为背景，将课程所学专业知识转化成电气系统自动化与智能化的科技成果。为了让学生更好地掌握理论知识，在选择研讨题目时笔者采取以日常实际应用为主线，促使其加强实践应用、发挥所长并致力于深入研究相关领域。

在将电气领域作为研究背景下，基于实际案例的任务推动，旨在对课程整体知识架构进行系统化的计划和统筹。通过综合考虑电气技术的知识体系和技术要素，寻找具体且有实际应用的系统，并协助学生建立完善的该门课程规划。针对知识要素及其之间的关联特征，采用模块化分解与组合的方法来整理总体知识结构，并以逐个突破方式进行教学，以处理每个知识模块所具有的特点。经过模块化学习后，学生需要在指导教师的帮助下，建立各个知识模块之间相互联系的桥梁，从而形成一个完整无缝的系统。在这个过程中，学生可以进行系统功能重构和优化设计，以实现最终的学习目标。通过这种方式深入内化所掌握的知识，并将其应用于实际工程解决方案中，在不断挑战和尝试中提高自身综合素质、掌握新技能、培养创新思维和理论知识灵活运用能力。

为了增加教学内容的前沿性和新颖性，笔者邀请了在专业领域内拥有卓越成就的科学家和工程师来到课堂。他们将最新的研究成果和工程应用融入课堂教学中，以展示微机原理理论与应用方面的最新进展。通过这种方式，能够建立一个具有高阶性、创新性和挑战性的知识体系，并向学生展示微机原理在实际应用中取得的最新成果。

2.2 教学手段创新

在传统教学手段中，PPT课件和多媒体播放是主要方式。然而对于微机原理这种实践性很强的课程，这种教学方式有其局限性。为了更好地设计教学方案，需要有机融合多种教具，如图片、动画、视频以及实物等多种媒体素材，通过创新性采用这些素材进行授课，在视觉效果上达到更佳的冲击效果。该方法可以将抽象概念变得生动形象并增加趣味性，同时可以激发学生的学习兴趣。例如，外部中断的掌握是教学中的难点和重点。除了理解原理外，还需要熟练掌握外部中断程序设计。因此，在教学过程中，可以采用“PPT讲解+实物展示（按键中断）+视频讲解（雨课堂）+上机实训”等多种方式深入详细地介绍这一内容。这种渗透式、立体化的教学方法能够有效攻克外部中断的难点和重点。

随着教育信息技术的逐渐壮大，线上学习方式日益多样化。在微机原理与接口技术课程创新设计中，利用现代信息科技手段，进一步提升对于知识的认知和学习效果。通过蓝墨云班课、雨课堂以及腾讯会议等在线学习平台发布教材和相关资源，并且建立交流渠道，实现线上线下相互协作与资源共享。采用信息化手段，可实现对课程全过程进行精细化管理。建立覆盖课前、课中、课后学习环节的无缝衔接及监测系统，以便随时了解学生在各个阶段的学习效果。这种教学闭环质量管理系统有助于提升教育教学质量。

2.3 教学模式创新

以信息技术为支撑，展开混合式教学金课建设[5]。课程设计采用“线上/线下同行+翻转课堂+竞赛/合作”的混合教学模式，将在线教学引进传统课堂。课前，通过“雨课堂”平台发布学习资料，提出讨论主题，指出学习任务，以学习任务为驱动指导学生进行预习。课中，以课前布置的任务为驱动[6]，以学生的疑问为出发点展开教学，使知识内化，同时可采取局部翻转课堂[7]的方式，选择学生作为某一知识点的讲解人，引导学生从中发现问题、提出问题、解决问题。教师通过内容精讲、问题讨论、小组式学习等线下方式进行教学活动，激发学生的互动思维，通过面对面的探究和研讨培养学生的核心素养，解决重难点。运用雨课堂进行课堂测试，通过内容精讲、问题讨论、小组式学习等线下方式进行教学活动，激发学生的互动积极性。课后，学生通过线上作业和测试、线上讨论、线下练习等形式巩固知识。通过教学效果观察，混合式教学方式更能满足学生的学习需求，提高学习效果。

根据新工科建设需求，探索微机原理第二课堂新思路。该课程是一门实践性很强的课程，因此仅仅依靠有限的课内上机学时是远远不够的。通过带领学生走入一线微机企业，近距离接触无人驾驶、机器人等前沿领域，使学生了解微机技术真实应用和岗位需求，引导学生思考：书本上的理论知识是如何应用实现的？鼓励学生参与老师科研项目，促进学生科技创新立项，通过科技竞赛将理论知识运用到实践中，培养学生工程应用与研究创新能力。

2.4 教学环境创新

随着大数据、互联网的飞速发展，传统的教学环境已不能满足互联网时代的大学生对知识获取的需求。基于网络大数据教学背景，利用线上线下先进教学资源，构建了“资源-平台-实践”三位一体的新型智慧型教学支撑环境。通过筛选中国大学慕课、爱课程、学院路共同体等学习体系和资源，为学生提供优秀线上学习环境；充分利用智慧教室的现代教学工具[8]，组织学生进行讨论式课堂，交互式教学，创造自由式学习氛围；实验环境不再拘泥于传统的实验教室，通过构建移动式创新实验室，让学生真正参与创新、创造；与企业共同构建STC高性能单片机技术训练中心，将实践与实际工程应用紧密结合，将课堂开设到合作企业。

2.5 教学评价创新

以检测课程学习目标的达成度为导向，科学设计课程考核方式与评价标准。围绕课程教学目标，对学生课内课外、线上线下的学习进行综合测评，且给予及时反馈[9]。课程的总体评价包括自主学习、课堂表现和期末考试三部分。将过程性考核作为最终考评的重要因素，将在线学习、课后作业、课堂积极性、平时测验、第二课堂成绩等均纳入评价模式，并明确计分方法与评分细则。利用信息技术手段对学生的日常学习生活进行详细的记录，激励学生注重平时成绩的积累。平时自主学习情况可以由网络学堂学习后台统计数据进行监督和反馈，是有效监督自主学习质量的重要保障。教学评价创新中，更加注重考查学生综合运用所学知识和技能分析、解决实际问题的能力。通过考核评价的内容和方式创新，促进学生学习过程。

3 结束语

通过进行创新设计和实践，解决了传统微机教学活动中存在的知识体系僵硬、教师为中心、学生应用能力不足以及评价方式不合理等问题。该研究在教学内容、教学手段、教学模式、教学环境和教学评价等方面进行了全面的创新。接下来，将进一步利用信息技术手段，构建更加智能化的微机原理与接口技术新课堂。

参考文献：

[1] 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.

[2] 胡福志，国海，权悦，等.OBE理念下微机原理与接口技术课程教学改革与实践[J].造纸装备及材料，2022，51（6）：214-216.

[3] 刘艳，秦鑫，张文超.新工科背景下微机原理课程教学模式探讨[J].电脑知识与技术，2022，18（5）：160-161.

[4] 王飞，曹开田，江敏.《微机原理与接口技术》课程设计与思政探究[J].中国电力教育，2021（7）：50-51.

[5] 张洁.基于MOOC+SPOC+翻转课堂的“微机原理与接口技术” 混合教学模式研究[J].电脑知识与技术，2022，18（11）：167-168，180.

[6] 徐嘉莉，周曉清，朱晓玲.基于项目驱动的模块化教学在微机原理与接口技术中的应用研究[J].电脑知识与技术，2023，19（13）：152-154.

[7] 蒋一.基于翻转课堂的“微机原理与接口技术” 课程教学改革研究[J].江苏科技信息，2021，38（15）：54-56.

[8] 吴银锋，冯仁剑，于宁，等.“微机原理与接口技术” 智慧课堂教学改革探索[J].科教文汇（上旬刊），2021（34）：94-96.

[9] 廖文江，于丽杰，方建军.“微机原理与接口技术” 教学改革探索[J].电脑知识与技术，2023，19（3）：131-133.

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