论文部分内容阅读
【摘要】在新工科建设背景下，应用型本科人才培养面临着新的机遇与挑战，针对具有国际竞争力的高素质复合型人才培养的需求，本文提出调研企业的人才需求，结合区域经济特色，以实际项目开发与应用为出发点， 将教学内容与工程实践结合，对微机原理与接口技术课程的教学内容、教学模式、教学手段、教学方法进行课程改革研究，培养新一代信息技术产业的人才。
【关键词】微机原理与接口技术;项目驱动法;仿真设计
【基金项目】本文由湖南信息学院教学改革示范课项目、湖南信息学院教学改革研究项目、湖南信息学院精品在线开放课程建设项目、2019年湖南省教育厅普通高校教学改革研究项目（项目序号：1180）资助。
中国近三十多年与世界经济接轨后，有了飞速发展，很多的网络、软件系统搭建起来，甚至进行创新，打造出国外并没有的商业模式。2019年人工智能、物联网、机器人技术在产业中应用越来越深入，智能家居、智慧园区、智慧城市已不仅仅是概念，而在不断落地，很多科学家、学者都认为新的科技革命即将开始。为此，许多国家开始提前布局，美、德率先提出了各自的战略规划——“工业互联网”和“工业4.0”，中国也适时的提出了自己的战略。但无奈的一点是，尽管中国灵敏的发现了机会也看到了前景，但关键核心技术发展还是不足，尤其很多在关键零部件、芯片等，新一代信息技术产业从业人才严重不足，国内高素质复合型人才的供需存在缺口，这就造成了很多时候我们根本不硬气。在经历过中兴、华为事件后，国内一些大的机构和公司担起重任，励志投资研发最底层CPU芯片等技术，同时教育部也正积极推进新工科建设，着力培养符合社会需求的新型高素质复合型人才，高校应用型本科人才培养面临着新的机遇与挑战。
微机原理與接口技术这门课程紧密结合微机CPU芯片、半导体存储器、硬件接口、总线等技术发展，是计算机、通信工程、电子信息工程、自动化等本科专业的专业基础课，是学生从事人工智能等高新信息技术产业的专业基础。课程有着较强的应用性和实践性，包含较为丰富的课程内容，知识点多，概念抽象，学生难以全面了解和理解。针对这样的情况，基于项目驱动对微机原理与接口技术课程的教学内容、教学模式、教学手段、教学方法进行课程改革研究，调研企业的人才需求，结合区域经济特色，以实际项目开发与应用为出发点，将教学内容与工程实践结合，基于理论知识的全面掌握，将学生动手实践能力提高，提升学生工程应用能力。
1. 传统课程教学方式存在的问题
传统的教学中知识点的组织按照层次展开进行教学，知识模块独立性较强，综合训练较少，与工程项目应用的实际不符，和前沿技术切合度不够，因此各地高校都展开相应的课程改革研究，在微机原理和接口技术的实际教学中存在诸多问题主要体现如下。
（1）教学内容侧重理论化，教学形式单一。当下高校教学内容依照课程知识体系的顺序组建，教学中没有将知识与实际项目应用很好结合起来，没有融合最新的技术，学生在学习中重知识体系而轻能力，难以达到高素质复合型人才培养的要求。
（2）以教师为主体的教学难以让学生形成主动意识。教学中“满堂灌”、“填鸭式”的教学方法不能激发学生积极主动的学习激情，大多数学生按照老师讲的案列，模仿着完成学习任务，缺乏深入思考与创新。
（3）实训教学中内容偏简单，学生的实践能力提高不明显。学生在实验过程中按照实验指导书按部就班的完成原理图接线、编程、调试、运行，学生在实验中重视实验结果轻视过程分析;同时实验大多为验证型实验，设计型实验偏简单，学生独立分析问题、解决问题的能力提高不明显，创新意识弱。
（4）考试评价方式单一，传统的开卷和闭卷考核方式，难以对学生学习能力、实际项目的开发与应用能力进行较精准的评价。
2. 基于项目驱动的课程教学改革
项目驱动教学的核心是在企业调研的基础上，以项目教学为主线，教师为主导、学生为主体，将教学内容穿插融合于具体项目中，使学生在一定的学习情境下，结合学过的知识对项目进行分析，巩固学过的知识，强化知识的应用能力和项目实施能力。根据微机原理和接口技术课程特点，充分考虑学生基础，进行基于项目驱动的课程教学结构与内容改革。教师可通过向学生发放项目任务书，让学生从大处着眼，从小处着手，开展项目实施，灵活应用课程知识。
2.1 企业调研，优化教学结构与内容
秉承产教融合的办学思路，为让学生更好地适应新工科发展要求，结合区域经济特色，进行企业调研。主要围绕计算机系统设计的相关项目任务和岗位技能，进行知识解析，构建学习领域，明确教学内容，微机原理及接口技术系统讲述微型计算机系统的基本组成、工作原理、指令系统及汇编语言程序设计、半导体存储器技术、硬件接口技术、总线技术等。教学形式较多，例如理论教学、仿真教学、实验教学以及综合设计等。进行课程教学结构设计时，应考虑对以上各种因素进行统筹，根据教学内容设计课程教学结构，并制定系列项目课题，利用仿真设计、实验验收及课堂讨论等教学形式以及信息技术手段开展项目任务、实现教学要求和教学目标。使学生牢固掌握微型计算机的原理和硬件接口技术，建立微型计算机系统的整体概念，并从应用系统的角度了解其软件体系和相关接口。
2.2 项目驱动法教学实践
每一部分教学内容都设有项目驱动法，能够使学生结合学过的知识对项目进行分析，以此来巩固学过的知识。除此以外，在项目设计期间，需要学习新知识点，这一方法能够促进新知识的掌握，学生在自主分析和设计项目后，能够增强参与感以及满足感，从而更加积极地参与到这一课程的学习中。比如，教授微处理器项目时，为激发学生学习兴趣，巩固之前学习的内容，可以让学生设计处理器，从中学生通过查阅资料了解CPU发展历史，掌握在不同应用场合CPU 结构特点。处理器设计项目可以划分为两个子项目，一个是设计传统执行结构，另一个是设计流水线结构，对比不同结构执行程序的效率，非常有趣和充满挑战。 2.2.1 项目发布
教师根据课程教学目标对项目进行制定和选取，在课程开始前向学生发放项目任务书，设计思考题，推荐相关的学习资料。学生通过项目任务书及时了解项目内容和课程内容，并提前做好准备。项目任务书应很详细，尤其是功能要求以及设计提示部分，应包含项目名称、教学要点、知识预备、功能要求以及设计提示等。将学生划分为各个小组，选出小组项目经理，项目经理根据工程项目管理形式来管理小组。设计项目前应分析项目，按照项目问题与要求，来分析需求进行总体设计，并进行详细设计。
2.2.2 项目实施
项目实施过程中，学生需要分析项目要求、查找相关资料、进行芯片选型以及设计电路原理图、编写程序代码，通过proteus软件等集成开发平台验证软件及硬件设计的可行性，开展调试和仿真工作，实现电路功能，以此来满足设计项目的要求;同时在在实验环节中，应用Proteus、微机原理的实验箱系统进行项目仿真调试，要根据课程内容适当调节实验难度，让学生在掌握好基础知识的同时，能进行拓展性学习。通过项目实施，有利于学生掌握有关课程概念及规律，掌握接口电路工作的原理和方式、硬件连接方法以及程序结构等内容。
设计项目的趣味性和获得仿真结果的直观性，能够激发学生学习这一课程的兴趣，使其更加积极、主动的参与到项目设计以及课程学习中，以此来掌握更多的理论知识，转变被动学习的状况，主动进行学习与探究，从而学会使用理论知识对问题进行分析和解决，培养创新意识，提升实际项目的开发与应用能力。
2.2.3 课堂讨论
在教学中学生是主体，在分析项目需求、分解任务后，教师引导学生找到项目完成需要解决的重点问题;在讨论重点知识后，鼓励学生发现问题、并加以思考和解决，最后找到任务完成的不同途径和实现方法。通过Proteus等开发软件，构建一个将学生作为中心的学习情境，以展示各类基本模块的控制和演示，使知识更加生动和直观，可集中学生注意力，并主动参与到学习中。最后项目活动中存在问题的总结报告，教师统一讲授共性问题，可单独辅导个性问题，完善项目解决问题的思路和方案。
2.2.4 项目评价
根据学生任务完成情况，采用教师等级评定与学生互评的方式，对学生项目实现过程中的观察能力、思维能力、自学能力以及实习技巧，组织学习能力、协同合作能力获得考核成绩，在交流和评价之中提升学生能力。应从正面引导进行评价，将评价导向性充分发挥出来，鼓励积极参与的学生，表扬努力探索的学生，以吸引更多学生进行探究。
2.3 混合式教学设计
项目的发布与实施可以结合互联网技术开展线上和线下混合式教学。线上教学主要包括项目课题准备，项目人员分组、交流讨论、在线测试、问卷调查、报告提交、在线互评;线下教学包括课堂面授、分组讨论、实操练习、汇报答辩、评价总结等环节。学生根据线上资源进行自主学习，制定适合自己的学习计划，合理安排学习时间。教师根据学生在线学习数据实时了解学生的学习情况，督促学生学习，根据学生反馈信息改进教学方法。
4. 结束语
基于项目驱动的教学改革，能提高微机原理与接口技术的教学效果，调动学生学习的积极性和主动性，有助于培养学生的创新意识和创新创业能力，更加符合新工科人才培养需求。
参考文献：
[1]熊检.“中国制造2025”和德国“工业4.0”对比研究[J].中国集体经济，2019（10）：86-87.
[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.
[3]刘军芳，孙金萍.应用型复合型人才培养模式的研究与实践——基于项目驱动的《微机原理与接口技术》实验教学改革[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2019，19（04）：100-102+108.
[4]刘娟，黄忠.“微机原理与接口技术”项目驱动教学[J].安庆师范大学学报（自然科学版），2019，25（04）：96-98.
[5]叶爱芹，徐朝胜.微机原理与接口技术课程教学改革初探[J].电子世界，2019（15）：33.
[6]林灵燕.“微机原理與接口技术”教学改革探讨[J].科教导刊（中旬刊），2019（05）：136-137+157.
作者简介：易晨晖，湖南新化，硕士研究生，高级实验师，主要从事计算机应用教学和研究。
【关键词】微机原理与接口技术;项目驱动法;仿真设计
【基金项目】本文由湖南信息学院教学改革示范课项目、湖南信息学院教学改革研究项目、湖南信息学院精品在线开放课程建设项目、2019年湖南省教育厅普通高校教学改革研究项目（项目序号：1180）资助。
中国近三十多年与世界经济接轨后，有了飞速发展，很多的网络、软件系统搭建起来，甚至进行创新，打造出国外并没有的商业模式。2019年人工智能、物联网、机器人技术在产业中应用越来越深入，智能家居、智慧园区、智慧城市已不仅仅是概念，而在不断落地，很多科学家、学者都认为新的科技革命即将开始。为此，许多国家开始提前布局，美、德率先提出了各自的战略规划——“工业互联网”和“工业4.0”，中国也适时的提出了自己的战略。但无奈的一点是，尽管中国灵敏的发现了机会也看到了前景，但关键核心技术发展还是不足，尤其很多在关键零部件、芯片等，新一代信息技术产业从业人才严重不足，国内高素质复合型人才的供需存在缺口，这就造成了很多时候我们根本不硬气。在经历过中兴、华为事件后，国内一些大的机构和公司担起重任，励志投资研发最底层CPU芯片等技术，同时教育部也正积极推进新工科建设，着力培养符合社会需求的新型高素质复合型人才，高校应用型本科人才培养面临着新的机遇与挑战。
微机原理與接口技术这门课程紧密结合微机CPU芯片、半导体存储器、硬件接口、总线等技术发展，是计算机、通信工程、电子信息工程、自动化等本科专业的专业基础课，是学生从事人工智能等高新信息技术产业的专业基础。课程有着较强的应用性和实践性，包含较为丰富的课程内容，知识点多，概念抽象，学生难以全面了解和理解。针对这样的情况，基于项目驱动对微机原理与接口技术课程的教学内容、教学模式、教学手段、教学方法进行课程改革研究，调研企业的人才需求，结合区域经济特色，以实际项目开发与应用为出发点，将教学内容与工程实践结合，基于理论知识的全面掌握，将学生动手实践能力提高，提升学生工程应用能力。
1. 传统课程教学方式存在的问题
传统的教学中知识点的组织按照层次展开进行教学，知识模块独立性较强，综合训练较少，与工程项目应用的实际不符，和前沿技术切合度不够，因此各地高校都展开相应的课程改革研究，在微机原理和接口技术的实际教学中存在诸多问题主要体现如下。
（1）教学内容侧重理论化，教学形式单一。当下高校教学内容依照课程知识体系的顺序组建，教学中没有将知识与实际项目应用很好结合起来，没有融合最新的技术，学生在学习中重知识体系而轻能力，难以达到高素质复合型人才培养的要求。
（2）以教师为主体的教学难以让学生形成主动意识。教学中“满堂灌”、“填鸭式”的教学方法不能激发学生积极主动的学习激情，大多数学生按照老师讲的案列，模仿着完成学习任务，缺乏深入思考与创新。
（3）实训教学中内容偏简单，学生的实践能力提高不明显。学生在实验过程中按照实验指导书按部就班的完成原理图接线、编程、调试、运行，学生在实验中重视实验结果轻视过程分析;同时实验大多为验证型实验，设计型实验偏简单，学生独立分析问题、解决问题的能力提高不明显，创新意识弱。
（4）考试评价方式单一，传统的开卷和闭卷考核方式，难以对学生学习能力、实际项目的开发与应用能力进行较精准的评价。
2. 基于项目驱动的课程教学改革
项目驱动教学的核心是在企业调研的基础上，以项目教学为主线，教师为主导、学生为主体，将教学内容穿插融合于具体项目中，使学生在一定的学习情境下，结合学过的知识对项目进行分析，巩固学过的知识，强化知识的应用能力和项目实施能力。根据微机原理和接口技术课程特点，充分考虑学生基础，进行基于项目驱动的课程教学结构与内容改革。教师可通过向学生发放项目任务书，让学生从大处着眼，从小处着手，开展项目实施，灵活应用课程知识。
2.1 企业调研，优化教学结构与内容
秉承产教融合的办学思路，为让学生更好地适应新工科发展要求，结合区域经济特色，进行企业调研。主要围绕计算机系统设计的相关项目任务和岗位技能，进行知识解析，构建学习领域，明确教学内容，微机原理及接口技术系统讲述微型计算机系统的基本组成、工作原理、指令系统及汇编语言程序设计、半导体存储器技术、硬件接口技术、总线技术等。教学形式较多，例如理论教学、仿真教学、实验教学以及综合设计等。进行课程教学结构设计时，应考虑对以上各种因素进行统筹，根据教学内容设计课程教学结构，并制定系列项目课题，利用仿真设计、实验验收及课堂讨论等教学形式以及信息技术手段开展项目任务、实现教学要求和教学目标。使学生牢固掌握微型计算机的原理和硬件接口技术，建立微型计算机系统的整体概念，并从应用系统的角度了解其软件体系和相关接口。
2.2 项目驱动法教学实践
每一部分教学内容都设有项目驱动法，能够使学生结合学过的知识对项目进行分析，以此来巩固学过的知识。除此以外，在项目设计期间，需要学习新知识点，这一方法能够促进新知识的掌握，学生在自主分析和设计项目后，能够增强参与感以及满足感，从而更加积极地参与到这一课程的学习中。比如，教授微处理器项目时，为激发学生学习兴趣，巩固之前学习的内容，可以让学生设计处理器，从中学生通过查阅资料了解CPU发展历史，掌握在不同应用场合CPU 结构特点。处理器设计项目可以划分为两个子项目，一个是设计传统执行结构，另一个是设计流水线结构，对比不同结构执行程序的效率，非常有趣和充满挑战。 2.2.1 项目发布
教师根据课程教学目标对项目进行制定和选取，在课程开始前向学生发放项目任务书，设计思考题，推荐相关的学习资料。学生通过项目任务书及时了解项目内容和课程内容，并提前做好准备。项目任务书应很详细，尤其是功能要求以及设计提示部分，应包含项目名称、教学要点、知识预备、功能要求以及设计提示等。将学生划分为各个小组，选出小组项目经理，项目经理根据工程项目管理形式来管理小组。设计项目前应分析项目，按照项目问题与要求，来分析需求进行总体设计，并进行详细设计。
2.2.2 项目实施
项目实施过程中，学生需要分析项目要求、查找相关资料、进行芯片选型以及设计电路原理图、编写程序代码，通过proteus软件等集成开发平台验证软件及硬件设计的可行性，开展调试和仿真工作，实现电路功能，以此来满足设计项目的要求;同时在在实验环节中，应用Proteus、微机原理的实验箱系统进行项目仿真调试，要根据课程内容适当调节实验难度，让学生在掌握好基础知识的同时，能进行拓展性学习。通过项目实施，有利于学生掌握有关课程概念及规律，掌握接口电路工作的原理和方式、硬件连接方法以及程序结构等内容。
设计项目的趣味性和获得仿真结果的直观性，能够激发学生学习这一课程的兴趣，使其更加积极、主动的参与到项目设计以及课程学习中，以此来掌握更多的理论知识，转变被动学习的状况，主动进行学习与探究，从而学会使用理论知识对问题进行分析和解决，培养创新意识，提升实际项目的开发与应用能力。
2.2.3 课堂讨论
在教学中学生是主体，在分析项目需求、分解任务后，教师引导学生找到项目完成需要解决的重点问题;在讨论重点知识后，鼓励学生发现问题、并加以思考和解决，最后找到任务完成的不同途径和实现方法。通过Proteus等开发软件，构建一个将学生作为中心的学习情境，以展示各类基本模块的控制和演示，使知识更加生动和直观，可集中学生注意力，并主动参与到学习中。最后项目活动中存在问题的总结报告，教师统一讲授共性问题，可单独辅导个性问题，完善项目解决问题的思路和方案。
2.2.4 项目评价
根据学生任务完成情况，采用教师等级评定与学生互评的方式，对学生项目实现过程中的观察能力、思维能力、自学能力以及实习技巧，组织学习能力、协同合作能力获得考核成绩，在交流和评价之中提升学生能力。应从正面引导进行评价，将评价导向性充分发挥出来，鼓励积极参与的学生，表扬努力探索的学生，以吸引更多学生进行探究。
2.3 混合式教学设计
项目的发布与实施可以结合互联网技术开展线上和线下混合式教学。线上教学主要包括项目课题准备，项目人员分组、交流讨论、在线测试、问卷调查、报告提交、在线互评;线下教学包括课堂面授、分组讨论、实操练习、汇报答辩、评价总结等环节。学生根据线上资源进行自主学习，制定适合自己的学习计划，合理安排学习时间。教师根据学生在线学习数据实时了解学生的学习情况，督促学生学习，根据学生反馈信息改进教学方法。
4. 结束语
基于项目驱动的教学改革，能提高微机原理与接口技术的教学效果，调动学生学习的积极性和主动性，有助于培养学生的创新意识和创新创业能力，更加符合新工科人才培养需求。
参考文献：
[1]熊检.“中国制造2025”和德国“工业4.0”对比研究[J].中国集体经济，2019（10）：86-87.
[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.
[3]刘军芳，孙金萍.应用型复合型人才培养模式的研究与实践——基于项目驱动的《微机原理与接口技术》实验教学改革[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2019，19（04）：100-102+108.
[4]刘娟，黄忠.“微机原理与接口技术”项目驱动教学[J].安庆师范大学学报（自然科学版），2019，25（04）：96-98.
[5]叶爱芹，徐朝胜.微机原理与接口技术课程教学改革初探[J].电子世界，2019（15）：33.
[6]林灵燕.“微机原理與接口技术”教学改革探讨[J].科教导刊（中旬刊），2019（05）：136-137+157.
作者简介：易晨晖，湖南新化，硕士研究生，高级实验师，主要从事计算机应用教学和研究。