微机原理与接口技术课程教学创新设计与实践

摘要：微机原理与接口技术课程是电气工程及其自动化专业的核心课程，旨在培养学生对微机原理与接口技术的基础知识掌握、电气设备的控制与应用能力，以及大国工匠精神。本研究通过学情分析和教学痛点分析，对教学的各个环节进行创新设计。主要创新方法和途径包括：明确课程学习目标、重塑教学内容、改革创新教学方法、创建智慧型教学环境、设计科学的计量考核方式。通过教学实践检验，该创新设计显著提升了教学效果。

关键词：微机原理与接口技术；教学创新设计；OBE理念

中图分类号：TP242 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0112-03

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的必修课程，旨在教授学生微机原理与接口技术的基础知识，以及培养电气设备控制与应用技能。该创新设计探讨了工程领域中的多个关键环节，包括课程建设体系、个性化教学和学生素质培养等方面，强调了将实际工程需求与课程内容整合的重要性。同时，提出了与企业合作、深入挖掘产学研融合发展路径的培养模式。本文还阐述了基于大数据的定制化教学环境对教育的影响，以及深入第二课堂、全过程育人等教育理念。此外，文末表明要科学设计考核方式和评价标准，以及培养实践与理论结合的能力。

1 课程简介

微机原理与接口技术课程是电气工程及其自动化专业学科大类必修课，在培养人才的体系中具有至关重要的地位。作为核心课程，它着重于探讨51单片机的体系结构和程序设计方法。通过学习这门课程，学生将能够掌握更多专业知识与技能：熟悉单片机的硬件结构和工作原理，积极参与实践，以便真正理解这些知识，并能够应用所学内容进行程序设计和代码编写。由于该专业紧跟时代发展步伐，本课程还致力于带领学生深度学习计算机运行原理，掌握现代计算机系统、数据存储与处理等知识。这些全面而深入的学习目标使得微机原理与接口技术课程成为电气工程领域中不可或缺的一门必修课程。根据多年研究和实践经验，学生需要正确判断和汇编C51的指令执行结果，同时还要掌握一些重要的程序设计、下载和调试方法，以高效学习单片机系统。此外，学生还需要具备使用汇编或C51编写程序来控制单片机IO接口的能力。在实际解决工程问题时，综合运用中断、定时和串行通信功能将发挥重要作用。最后，学生须深入了解典型单片机系统的扩展方法，并学会灵活应用它们。

2 教学分析

通过近几年的教学实践和研究，学生的学习具有以下特点：学习兴趣无法贯穿全过程，主动性、互动积极性较低；具有一定编程基础，但学习思维和方法缺乏开放性；具备一定的主动学习能力和实践能力，但主动探究、拓展学习、整合能力较弱；对微机原理性知识学习一知半解，缺乏深入探索的精神，容易产生畏难心理。在教学设计和实施方面，存在以下痛点：课程体系僵硬，课程内容多且抽象，学习难度大；教学方法循规蹈矩，手段陈旧，教学设计缺乏创新性和先进性；理论和实际的融合程度不足，应用创新能力较为欠缺；考核方式与评价内容缺乏科学性。

该课程是理论与实践融合度较高的一门计算机类课程。在实验课程的教学中，应采取新的教学理念，以项目的形式贯穿每一个实验环节，根据实验内容将多个实验优化组合，更新实验模式，围绕“构思、设计、实现、运行”的思路设计每一个实验项目[1]。

基于以上学情分析和教学痛点分析，结合多年理论与实践教学经验，对微机原理与接口技术课程进行创新改革，有效增强了学生的学习效果，形成了可借鉴的教学成果。

3 教学创新方法及途径

3.1 明晰课程学习目标

结合专业培养方案中规定的培养目标以及毕业要求，重新梳理课程学习目标。笔者采用OBE（以结果为导向教育）作为基本理念，并根据“可测量、可实现、有成果”的原则来设计和实施教学活动[2]。在教学目标中，特别关注高阶思维能力的培养，强调创新性思维和面对挑战的勇气。同时，重视学生的家国情怀、人文素养以及科学精神的发展。通过采用BLOOM教学方法，我们希望能够更好地促进这些方面的培养。

如图1所示，通过以培养目标为基础，反向确定教学目标的方式，可以使教学目标与课程产出相一致，同时包括了思政教育方面的目标。

3.2 优化重塑教学内容

本课程以电气领域为研究背景，以实际案例为任务驱动，对课程整体知识架构进行统筹规划，系统地统筹考虑电气技术的知识体系和技术要素。以实际应用系统为例，帮助学生建立整体学习计划。针对知识的特点及其关联性，对整体知识结构进行模块化分解和组合，逐个模块采取突破的教学方法。在模块化学习之后，构建知识模块之间的关联，将独立的知识模块整合统一，重新完成系统的设计，改进和丰富功能。

该方法旨在将知识内化为解决实际工程问题的能力，并提高学生的综合能力，使其能够举一反三，最终达到素质目标。教师在教学过程中，以启发式和引导式教学模式讲解主线的核心知识和内容走向，非主线内容让学生根据需要或兴趣自学，通过案例教学，将“构思、设计、实现和运作”的CDIO教学循环模式[3]应用到课堂中，从而达到优化教学内容并节约课时的目的。

3.3 改革创新教学方法

3.3.1 课程开展“线上-线下+翻转课堂”混合式教学实践

本课程采用“线上+线下+翻转课堂+综合实验”的混合教学模式，将在线教学引入传统课堂，并对基本教学环节进行设计。在课前，通过网络教学平台发布相关资料和预习任务，指导学生进行课前预习。在教学过程中，充分利用在线平台资源和信息工具，助力讲解和实践相结合，并将线上电子资源引入传统的实践环节，更好地组织学生的主体性行为和个人能力培养。作业分配后，及时评估完成情况，并通过多种方式提供反馈和鼓励，激发学生的积极性。采用这种全面有效的混合教育模式可以更好激发学生兴趣、提高听课效率、加强知识点掌握，对促进学生综合素质提升有相当大的贡献[4]。

在课堂上，教师可以以课前布置的任务为起点，激发学生的兴趣和好奇心，并根据学生提出的疑问展开具体教学内容，将知识内化于学生的提问之中。此外，局部翻转教学的方法可以安排一些讨论和学习活动在小组内进行，通过思考和互动培养学生自主探究和解决问题的能力。通过面对面的交流、探索与研讨，结合老师引导及同伴合作，培养学生的自主学习核心素养，并迅速解决重难点问题[5]。

课后教学不仅在于对课前和课中所学知识的深度拓展，更是为了让学生通过线上作业和测试、线上讨论、线下练习等形式巩固所学。传统教育方式无法达到的一些效果，在课后教学中得以实现，因此有理由相信，在将来的教育改革中推广这种形式会带来积极成果。

3.3.2 深入第二课堂，全过程育人，促进人才培养能力全面提高

在当前教育环境下，第二课堂已成为高校普及全员、多元化育人的重要手段。为了促进人才培养能力的全面提高，需要采取全员、全过程、全方位的教学模式，结合社会需求和学生个体特性。围绕学生所需的实践条件与技能要素，对课程体系进行不断改进和优化，致力于培养知识储备丰富和具有创新思维能力的应用型人才。

在科教融合方面，通过科研反支撑教学达成更好效果。学生参与科研项目，不仅拓宽创新视野，还为教师提供丰富的教学案例，形成了“科研项目+企业合作→学生参与科研活动→教师积累教学案例→学生通过参与科研项目促进企业技术革新”的良性循环。积极鼓励学生参加科技竞赛，以赛促学、以赛促教、以赛促创，在这种环境下激发出更多年轻人的创新激情和探索精神。

3.3.3 加强校企合作，开展基于产教融合的教学模式探索与实践

学校积极与国家重点实验室等优质企业、研究单位展开校企合作，构建校企协同的课程育人模式。深入研究基于产学研一体化的微机原理与接口技术课程建设路径，与合作伙伴共同探索创新性的教学方法和内容设置。在电气工程领域展开深入合作，共同打造工程特色的课程建设体系。注重将实际工程需求与课程内涵结合，在培养学生时更加强调个人特点和不同方式方法的融合。通过这种方式，致力于培养具备爱国情怀、大国意识及工匠精神的青年电气事业接班人。通过对接先进企业和深入挖掘产学研融合发展路径，努力为青年电气后备人才提供广阔平台与方向。

3.4 创建基于大数据的“学生主体+持续发展”的智慧型教学环境

现今，互联网时代的到来使得网络大数据教学成为教育界一个新兴的热门议题。在这种背景下，一款能够利用线上与线下先进教学资源的“资源-平台-实践”三位一体智能教学支撑环境也应运而生。多样化的在线课程平台及共同体等已成为学生可以自主选择进行参与互动的智能化课堂；而在这样优秀的教育背景下，一个全新、引领时代潮流并装备了最先进技术工具的实践空间也应运而生——促使课堂气氛呈现出“以学生为中心”的新型智能化教室[6]。

移动式创新实验室与传统实验室相比，具有更加灵活多样的教学手段，极大提升了互动性与趣味性；同时，我们还与企业紧密合作，共同构建STC高性能单片机技术训练中心，并将实践与实际工程应用有机结合起来。通过这种方式，可以将课堂延伸至合作企业内进行开设，让学生真正置身于工作场景中。这样的操作不仅丰富了教学内容和形式，还能够提供一个更加真实、丰富、综合的学习环境给学生。

3.5 科学设计考核方式

3.5.1 建立“面向产出”的课程评价标准

以检测课程学习目标的达成度为引导，课程考核方式与评价标准的科学计量致力于推动学生进步。其着眼点在于激发学生学习动力和专业兴趣，确保教学内容与教学模式的匹配。除了完善了3+X的考核要求，还加强了对学生综合评价，包括课堂内外、线上线下学习情况。及时反馈和清晰合理的评价规则是此过程中不可或缺的元素。重点评估应用能力以及增量式的熟练度提升，在提供清晰明确的评价标准上做得更出色。

同时，本课程实践性较强，要加强学生的理论和实践结合的能力，平时成绩的评定除上课考勤外，还要加强实验课的考核，实验课的评分提高到总成绩的35%～40%，期末考试采用上机考试，完成一个小项目案例。此种考核方式使学生产生学习紧迫感，增加实践动手能力[7]。

3.5.2 设计“面向产出”的课程评价内容

课程非常注重对学生能力的培养和学生成果的展示。为此，我们特别建立了一个创新团队，以便将培养出来的优秀成果推广到更多的学生身上，并系统地培养他们的科研创新与实践应用能力。这个团队主要依托了教师在电气控制技术方面的相关研究课题，为学生制定与微机技术相关的研究题目。在团队单位下进行创新应用研究，采用微机技术来解决电气问题。通过这种组织形式，在大量具体问题中锤炼出来综合能力较强、科研创新精神和实践动手能力均衡发展的优秀人才，从而更好地满足社会对高素质人才需求。

为了评估他们的创新能力，相关指标包括微机信息技术相关论文的撰写情况、专利或软件著作权的取得情况，以及学生科研立项和大赛获奖情况。这些标准将全面考查学生在电气控制领域中的综合素养和能力发展水平。通过合理的课程达成度评价，分析课程对毕业要求中指标点的支撑情况，有助于促使师生明确学习中的角色定位，增强课程自主学习能力，并对课程的设计及进展过程动态反馈，发现课程教学薄弱之处，为课程持续改进指出方向[8]。

4 总结

该教学创新设计及实践的效果非常显著，而且具有示范辐射作用。我们建立了能够衡量课程目标达成情况和毕业要求达成情况的评价机制，这个评价机制更加注重结果导向。通过这种方式培养出来的学生在人才培养方面取得了显著成果，育人目标基本上都得到了很好的实现。此外，在教学资源建设方面我们也取得了很大进展。未来，我们将以新工科课程建设要求为指导开展更多探索与创新。具体而言，我们计划开展一门基于大数据的微机原理于接口技术课程，该门课程旨在为中国电气发展培养更多优秀人才。通过这门课程的构建与实施，我们将努力满足社会对于电气领域专业人才的需求，在推动行业发展和技术进步方面发挥积极作用[9-10]。

参考文献：

[1] 朱红萍，于文新.卓越人才培养背景下“微机原理与接口技术”实验课程教学改革研究[J].江苏科技信息， 2021（12）：59-61.

[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] BANKEL J，BERGGREN K F，BLOM K，et al.The CDIO sylla⁃bus：a comparative study of expected student proficiency[J].Eu⁃ropean Journal of Engineering Education，2003，28（3）：297-315.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 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，2021（34）：94-96.

[7] 曾艳阳，孙江峰《. 微机原理与接口技术》教学创新方法研究[J].科技视界，2016（22）：49，39.

[8] 余新栓，康金辉，吴耀华，等.《 微机原理与接口技术》课程目标达成度评价体系的构建及应用[J].教学天地.2020：115

[9] 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.

[10] 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.

【通联编辑：唐一东】

基金项目：北京市教委科研计划项目（KM201911417007）