刘黎明

(商丘师范学院 物理与电气信息学院， 河南 商丘 476000)

基于能力培养的微机原理课程一体化教学研究

刘黎明

(商丘师范学院 物理与电气信息学院， 河南 商丘 476000)

微机原理是一门理论性和应用性强、学生反映相对难学的专业基础课程.本文从培养高素质应用型人才的角度出发，根据地方应用型本科高校的特点和当地社会经济发展对就业创业人才的需求，以培养具有实践能力和创新精神的高素质应用型人才为目标，形成“理论教学+实践教学+科技创新”三位一体的教学模式，构建以能力培养为核心，分层次、模块化、系统化的教学实践体系，从课外社团活动、课堂讲授、创新项目实践等不同层面上激发和调动学生学习的主动性，培养学生的创新意识与创新能力，探究培养具有工程实践能力的高素质应用型本科人才.

微机原理；层次化教学；教学探索；开放式实验教学

0 引 言

为适应社会发展的需求，解决大学生就业难与企业所需技术技能型人才供给不足的问题，2014年教育部明确了高校改革方向，全国近600所地方本科高校向应用技术、职业教育类型进行转变，我校也确立了向应用型本科高校转型发展的办学思想.对于应用型本科人才而言，微机原理课程的目标是培养学生解决工程实际问题的能力.

1 存在的问题

微机原理课程是电子信息工程、自动化、通信等工科专业一门理论性和实践性都很强的专业基础课程，在整个专业教学体系中起到承上启下的作用[1].然而实际的教学过程中，学生反映课程内容比较抽象难以理解，学起来枯燥缺乏兴趣，唯一感兴趣的动手实践环节，又由于实验形式单一、方法单调导致对课程的学习兴趣大大降低[2].

2 基于能力培养的一体化教学研究

当前，高等教育的根本问题是人才培养的质量问题，单方面的强调课堂教学并不能从根本上提高人才培养的质量，基于能力培养的微机原理课程的教学研究着眼于三个课堂的有机结合，落脚点为课堂教学、实验教学与课外科技实践的有机融合，注重培养学生的自主学习和个性化发展，基于能力培养的一体化教学研究如图1所示.

2.1 以现实需求为引导，讲好第一堂课，激发学生学习兴趣

作为层次化教学的第一阶段，以现实需求及学生的兴趣爱好引导学生，讲好第一堂课，这个阶段学生依据其兴趣爱好加入学校的各种社团，如我院的家电维修社、电子兴趣班等，我院依托大学生科技创新活动兴趣班每年都在新生入学军训结束后，对新生进行宣传、组织报名、测试选拔兴趣班学员，并利用业余时间对其进行培训，目的就是培养兴趣，增加动手实践的机会，同时增加“行业背景”知识[4].随着人工智能、嵌入式的发展，智能化产品如雨后春笋般蜂拥而出，硬件在产品设计中的比重越来越高，特别是当前智能穿戴设备的兴起，如智能手表、智能手环等，在课堂讲授的同时进行适当的引入可以激发学生学习的兴趣和上课的积极性，以现实社会中的需求引导学生对本行业的前沿领域进行了解，既增加了学生对行业知识储备，也为其下一步的职业发展奠定基础，在其求职应聘过程中具备了更强的竞争力和针对性，这不仅有利于学生拓宽就业渠道，也可为社会输送急需的复合型人才.

2.2 多样化的课堂教学方法

随着大规模集成电路的发展，电路集成度越来越高，组成微机的各部件往往被集成在一块芯片中，学生很难从直观上获得感性的认识，还没接触就产生内容抽象枯燥不易掌握的思想[5]，由于本课程内容繁多，知识点零散，学生学起来有“只见树木不见森林”， “知其然，而不知其所以然” 的感觉，这就要求授课教师采用多样化的教学方式来调动学生学习的积极性和主动性，打消其消极情绪.

采用层次化、模块化的教学方式可以将本课程在不同的教学阶段以多种模式针对不同层级的学生进行有针对性的指导，以期最大限度的理论联系实际，培养具有创新意识及动手实践能力的高素质应用型人才[3]，一味的强调微机原理这门课程的教学质量，并不能从根本上提高学生的实践能力，而需要将微机原理课程融入到专业培养体系中去，对大学生实践能力的培养融合进入分层次、模块化的一体化实践教学体系，微机原理层次化、模块化的一体化教学系统结构如图2所示.

图2 层次化、模块化的一体化实践教学体系结构

提升教学质量，需要不断的更新教学观念，以教学改革为动力，以社会需求和就业为导向，以“厚基础+重应用+强技能”实现教学理念的提升，以三个课堂相结合实现教学方式的提升，以科学研究和科技竞赛实现教学水平的提升，以服务地方经济、承担企业的科技攻关项目，引导学生参与对产业核心竞争力具有引领作用的科技创新活动，有效地提高学生的创新实践能力.

(1)采用启发式教学方法结合“黑板+多媒体”的教学手段.随着科技的进步，教学设备也越来越先进，目前绝大多数高校教室都安装有多媒体教学设施，教师也乐意采用融合有图片、动画、音视频等多媒体方式进行授课，使所讲知识能更加轻易的被学生接受，但使用多媒体教学也暴露出了一些弊端，比如教师上课时过分依赖课件，学生注意力难以长时间集中，容易走神，且采用课件讲课速度较快，学生的思路很难跟得上教师讲课的思路，一旦思路跟不上，很容易放弃听课.为此，我们在实际教学过程中，仍是以黑板为主，多媒体为辅，采用启发式的教学方法循序渐进的由浅入深、由易到难的进行讲述，并在此过程中，不断的引出新的问题，引导学生顺应教师的授课思路不断的思考、分析问题，同时对关键知识点、重点难点则以图片、动画的课件形式展现给同学们.比如，在讲到存储器与CPU的连接时，芯片之间的地址线、数据线和控制线的连接规则，需要老师根据自己的授课思路以黑板板书的形式引导学生进行讲述，在结合例题进行巩固和加深知识点的讲授时，以动画等课件形式剖析存储器与CPU的连接方式，易引起学生上课的注意力，同时给学生以思考的余地和记笔记的时间，保证上课的效率.

(2)基于微课和MOOC理念的教学模式，充分提炼每堂课的知识点.目前，高校微课、网络MOOC的在线学习蓬勃发展，进一步影响着高校课程的教学改革，基于MOOC理念的教学模式得到进一步的探索.微课是指以视频为载体，教师根据教学实践要求，围绕课程中的某个知识点开展的简短而完整的教学的活动，其主要的学习形式是自主学习，体现以学生为本的教学思想，虽然时间短但知识点及内容精炼，针对性强，学生学起来注意力更加集中，是一种非常重要的教学资源.MOOC(Massive Open Online Courses)，即大型开放式网络课程.基于微课和MOOC理念的教学模式将课程内容进行进一步的整合，形成一个个的经典知识点或知识模块，教师在讲授这些知识点或知识模块注重结合实际应用，如微机原理课程中，通过对某一个功能电路或典型的芯片的认知学习，使学生更加清晰的了解在一个完整的系统构建过程中各元件的具体选择规律及功用，同时，整个知识点的学习过程既符合一般的认知规律，又具有更强的目的性与实用性.

2.3 建立开放式实验教学模式

(1)逐步开放实验内容，改验证性实验为引导性试验.在完成教学大纲的前提下，以理论验证为基础，加大综合性实验的比例.以能力培养为主线，构建理论验证(基础层)、系统综合性实验(拓展层)、综合设计与创新实验(提高层)三个层次的实验教学课程体系,利用电工电子实验教学示范中心开展网上预约、开放实验室等多元化的实验教学新模式，提高实验室及实验设备的利用率，更好的服务于学生，层次化的实验教学模式如图3所示.

图3 层次化的实验教学模式

(2)引进虚拟实验技术，创新实验项目.积极引入新的实验教学手段和方法，构建基于EDA技术的微机原理实验体系，学生在QUARTUS II平台上完成电路设计，然后下载到FPGA开发板上进行验证，将虚拟仿真实验与动手实践相结合，增加了实验的拓展性和挑战性，从而提高学生独立分析和解决实际问题的能力.

(3)多样化的评价考核方式.学生在提前完成基础实验的前提下，允许学生以自由组合的方式结合自己专业特点及兴趣提出实验题目和实验方案，教师依据学生自身情况进行指导，对实验的难度和存在的不足进行有针对性的引导，对完成具备拓展性实验的学生可以实验考试免试或实验考试加分进行激励，提高其学习的积极性和主动性，达到让学生自己去思考问题、通过实验寻求答案，使实验教学成为课堂教学的有限延伸.在采用层次化的实验教学模式的同时，也要相应的改变实验教学考核的方法，采用层次化、多元化的考核方式有利于调动学生的积极性和主动性，教师的角色有主动转为引导，层次化的实验考核分为基础实验类考核(占总分值的50%)、综合性实验类考核(占总分值的30%)、拓展设计类考核(占总分值的20%)三种，学生在只完成一定比例的基础实验类实验是达不到及格要求的，还必须进行一部分综合性实验，鼓励学生根据自己的实际情况提出具有拓展性的实验题目，为真正提高学生实际动手能力和创新能力，对完成拓展设计类实验的学生给予高分、上传至实验中心网站上供大家借鉴和参考、或以论文的形式发表等多种奖励措施，层次化的考核方式能够清晰客观的考察学生动手能力水平[6]，避免传统实验考核的一刀切的弊端，有效地刺激了学生学习的主动性.

2.4 推动三个课堂的有机融合，培养学生自主学习创新能力

(1)以特色讲座为载体，开阔学生视野，激发学生的创新思维.

(2)以社团活动、校园文化活动、社会实践为基本点，活跃校园科技文化氛围，锻炼学生社会活动能力，积累实践经验，提升大学生的人文素质.

(3)以学科竞赛、创新性项目为平台，激发大学生的创新潜能.同时积极开展校企合作项目，为学生提供一个既可以提高其实践能力、又可以增加其对创业企业的感性认识的平台和机会.为充分调动学生学习的积极性和主动性，培养创新能力，以全国电子设计大赛、机器人大赛等为契机，结合我校创新性实验项目，广泛开展科技创新活动.竞赛不仅能够综合考察学生的综合实践能力，而且通过与其他院校的比赛，还能够开阔视野，了解行业最新进展，把握行业发展方向，带来新理念、新技术.从近几年我校设立的创新性实验项目取得的成果来看，创新性实验项目不仅提高了学生的实际动手能力，而且锻炼了其团队合作能力，注重对学生基础理论、基本技能和综合实践能力的考察，尤其注重的是在完成课题的过程中对学生创新思维、创新能力的培养，图4为我院电子兴趣班学生的一些作品.

图4 电子兴趣班学生作品

3 结束语

在微机原理的教学实践过程中，采用分层次、模块化、系统化的教学实践体系，形成三个课堂的有机结合，不仅能够激发学生自主学习的积极性，而且对学生实践能力的培养是一个有益的尝试，培养和提高了学生的创新思维和创新能力.随着科学技术的发展，微机原理课程的教学改革还需要进一步深化，以达到应用型本科人才培养的目的.

[1] 唐朔飞,刘旭东,王诚，等.“计算机组成原理”课程教学实施方案[J].中国大学教育,2010,11:42-45.

[2] 韩松.“微机原理与接口技术”教学改革与探讨[J].中国电力教育,2012,10:36-38.

[3] 李娜,王爱民,王丁磊，等.微机原理教学改革研究[J].计算机教育,2010,10(21):69-72.

[4] 武英.“微机原理”课程教学体系的改革与实践[J].中国电力教育,2013,17:55-56.

[5] 白媛,张兴.“计算机组成原理”课程阶梯化教学研究[J].计算机教育,2007,01(20):50-52.

[6] 张宏伟,王新环,阎有运.微机系列课程实验教学改革研究[J].实验室科学,2010,13(1):38-40.

[责任编辑：徐明忠]

Exploration and practice on the teaching of microcomputer principle based on the students’ practical ability

LIU Liming

(Schoon of Physics and Electrical Information,Shangqiu Normal University,Shangqiu 476000,China)

Microcomputer principle is a professional basic course which has a strong theoretical and the students are relatively difficult to learn.In this paper, from the perspective of cultivating high-quality applied talents, to form the model of "theory teaching, practice teaching and scientific and technological innovation", we use the hierarchical teaching method in order to inspire and mobilize students’ learning initiative from different level of the community activities, lectures and the innovation project, so as to explore the cultivating high-quality applied undergraduate talents with engineering practice ability.

microcomputer principle; hierarchical teaching; teaching exploration; open experimental teaching

2014-12-15

河南省教育厅项目(JYB2014230)

刘黎明(1982-)，男，河南夏邑人，商丘师范学院助教，主要从事嵌入式系统应用与开发，复杂系统仿真的研究.

G642

A

1672-3600(2015)09-0128-05