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“微机原理及接口技术”课程的研究性教学探索

2019-09-20万里冰霍凯赵嘉蔚肖燕彩

大学教育 2019年9期
关键词:专题研究研究性教学实验

万里冰 霍凯 赵嘉蔚 肖燕彩

[摘 要]“微机原理与接口技术”是测控技术与仪器专业的一门重要专业基础课。针对课程内容琐碎、实践性强的特点,教师在教学过程中应重视案例的设计,突出专题研究的地位,并对课程实验的设计和考核方式的改进进行了尝试,以提高学生的系统设计能力和解决工程实际问题的能力。

[关键词]微机原理与接口技术;研究性教学;实验;专题研究

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2019)09-0007-03

研究性教学是目前国际上普遍认同和采用的一种大学教学模式,具有重过程、重应用、重体验、重全员参与的特点,对于培养学生的学习能力、研究能力和创新能力具有重要的促进作用。研究性教学的具体形式多种多样,其实质是采用科学研究的基本步骤和思维方式来组织教学,促进学生提升学习能力,增强学习效果,使学生能够在独立思考、探索和实践过程中理解知识、应用知识并解决工程实际问题[1-3]。

“微机原理及接口技术”是我校机电大类各专业的一门专业基础课,授课对象是机电大类专业的二年级本科生,在课程体系中居于较重要的地位。课程的主要内容是以MCS-51系列单片微型计算机为例,讲授微型计算机的工作原理、系统扩展以及接口技术,着重培养学生的动手能力、应用能力和工程意识,使学生掌握解决测控领域复杂工程问题的方法。该课程内容较琐碎,具有理论基础性、工程实践性、知识交叉性强的特点,单纯的课堂讲授配合若干实验的传统教学方法已经不能适应和满足当今知识的发展和社会的需求。因此,为了帮助学生更深刻地理解和掌握书本知识,培养学生自主学习探究的能力和综合运用所学知识解决实际工程问题的能力,课程组改传统“填鸭式教学”为“智慧启迪式教学”,开展了研究性教学的探索。

一、研究性教学方案的制订

“微机原理及接口技术”课程由于具有应用性、实践性强的特点,根据“以学生为中心,培养和提高学生自主学习、自主探究能力”的指导思想,十分适合开展研究性教学[4-5]。课程组在对课程内容进行了梳理,对沿袭多年的传统教学方法的不足进行了分析之后,基于机电类专业的培养目标和毕业要求,首先确定了课程目标,并根据课程目标制订了研究性教学方案。通过逐步开展基于问题与案例的教学活动和基于研究性教学的主动学习,并加强实践训练,以提升学生的学习能力与实践能力。本课程教学目标的重新优化具体表现在引导学生掌握以下几个方面的知识与能力。

(1)能够解释说明微型计算机与单片微型计算机的基本知识、基本工作原理,并能正确运用单片微型计算机软硬件系统构成的基本原理和基本设计方法,为解决测控系统的复杂工程问题奠定专业基础。

(2)能够应用本课程所学的基本原理及基本设计方法并结合文献检索等,针对测控系统复杂工程问题的设计开发要求,明确设计目标并进行功能原理分析,提出可行的系统设计方案。

(3)能够正确运用相关仪器设备完成微型计算机软硬件系统的设计实验,记录实验过程,进行结果分析,获得实验结论。

(4)能够使用恰当的软硬件设计与分析工具开展测控系统复杂工程问题的仿真、分析、综合调试与设计。

(5)在研究性专题训练中,能够树立一定的团队合作意识和协作精神并发挥相应的作用。

针对以上课程目标,课程组在仔细讨论的基础上制定的研究性教学方案主要包括改进教学方法、增设研究性专题、改进课程实验、完善考核方式等多个方面。方案确定主要依托工程案例、研究性专题、设计性实验和研究报告4种载体开展本课程的研究性教学,并明确了研究载体与课程目标以及学生能力培养之间如图1所示的相互关系,这就为实施研究性教学奠定了基础。

二、研究性教学的实施

在研究性教学方案的具體实施过程中,“微机原理及接口技术”课程组主要对以下几方面进行了探索。

(一)加强案例教学

课堂讲授是大学知识传播的重要环节,课程组在课堂授课过程中着重强调课程基本概念的建立和应用单片微型计算机解决机电工程领域中测控系统复杂工程问题的基本方法。除讲解MCS-51系列单片机系统的原理和设计方法外,还介绍其他微型机系统的技术与发展。本课程内容虽比较系统,但知识点细碎,学生在课堂学习中常感到乏味和细节记忆困难。因此,教师在实施研究性教学的过程中,首先应该改变传统的“满堂灌”教学方法。为了让学生提高学习兴趣和热情,在课堂中积极思考并能参与到教学过程中,根据课程具有应用性、实践性强的特点,课程组在课堂教学过程中,着重加强了案例教学这一教学方法的运用。把教改和教学研究成果及学科最新发展引入课堂教学,能使学生深化对单片机技术的基本原理、概念、新知识、新技术的理解,引导学生掌握用于解决测控系统复杂工程问题的专业基础知识和技能,掌握开展系统功能分析、方案设计及综合调试与仿真的方法。

课程组挑选了多个日常生活和工程实际中的具体案例,引出具体教学内容。例如,在第1章“绪论”课中,教师讲授“单片机的应用”这部分内容时设置了教学案例“太阳能路灯”,既紧密结合当前低碳节能理念吸引学生,同时从单片机的控制器、传感器、充放电过程等方面解剖系统功能和构成,使得作为初学者的学生对单片机应用有感性认识的同时,意识到单片机系统可以解决很多生活中的实际问题,进而对这门课产生浓厚的兴趣。教师在讲授“单片机计数器/定时器”单元时,可以先以如何设计教室内人数计数系统来引导学生思考。由于此案例易于理解且与学生的日常学习和生活密切相关,因此快速地吸引了学生的注意力,激发了学生的思考和学习热情,并实现了师生的良好互动。教师在课堂讲授过程中将工程案例与课程知识有机结合起来,让学生加深对课程基础知识的理解,建立测控系统设计的概念,培养工程思维和工程意识,提高分析、解决问题和综合运用知识的能力[6]。

(二)增设专题研究

为帮助学生形成系统设计的概念,培养学生的工程意识,加深学生对“微机原理及接口技术”课程知识点的理解和掌握,并能够初步设计和调试单片机应用系统,课程组在本课程的教学过程中增设了专题研究的环节。研究性专题的布置应在所需要的知识点已完成课堂教学的基础上进行,研究性专题题目由教师给出且应具有一定的综合性和工程背景。学生开展专题研究与系统设计是在课外时间,要求学生以两三人为一组开展专题研究。小组设组长1名,内部有分工,但也明确要求学生应注重合作、协调与讨论,共同完成题目。要求学生经过检索相关文献、阅读技术资料以及系统需求分析后,小组应能做出符合题目要求、预定功能的总体设计方案,完成单片机应用系统的功能模块划分、CPU与存储器等核心器件选型、外围接口电路设计和软件设计,并以仿真的形式给出软硬件联调的运行结果,验证系统设计的正确性和完整性。

专题研究的考核形式为提交小组研究报告并在课堂上进行项目答辩和演示,演示与答辩安排2个课内学时,由每个小组派出代表以PPT形式对该组的设计方案、软硬件设计和仿真结果进行讲述和演示。学生演示结束后由教师和同学提问,教师根据研究设计完成程度、报告撰写情况和答辩演示给出研究专题总评分。评分的主要依据是学生对知识点的掌握程度、资料查阅情况、扩展知识的自主学习应用水平、小组分工与合作情况、报告的撰写情况、演示答辩的表现等,这个成绩则以一定比例计入课程期末考核总成绩。专题研究活动的开展锻炼了学生总结归纳、理论联系实际的能力,促进了学生对课堂基础知识的吸收和运用,同时帮助学生较好地掌握了搜索和获取工程技术资料和科技文献的方法,初步具有了较为完整、规范地撰写研究报告的能力。学生在参与专题研究的过程中,充分意识到利用网络资源和信息技术的重要性,培养了借助互联网相关资源解决问题的习惯。专题研究活动的开展以项目小组的形式进行,也培养了学生的团队精神,让学生体会到分工与合作在工程项目设计中的重要性。

(三)增设设计性实验

实验在“微机原理及接口技术”课程中占有重要地位,做课程实验是学生理论联系实际的重要途径,能够加深学生对微型计算机工作工程的理解,在培养学生动手能力方面具有不可替代的重要作用。针对课程实践性和应用性强的特点,课程组对课程实验进行了研讨,实验设置的基本思路是减少验证性实验和增加设计性实验。每个实验分为基本要求和提高要求,以满足不同层次学生的需要。对于设计性实验,要求学生在进入实验室之前必须完成预习报告,设计出接口电路,完成程序的设计,在课内实验过程中则完成系统的软硬件联合调试,修改错误,使系统实现预定功能。设计性实验改变了学生参照指导书完成实验的方式,但要取得预期效果,还应督促学生在课前完成实验项目的软硬件设计工作。实验过程中,强调由学生自主完成全部实验内容,实验指导教师起辅助作用。实验完成后,还需要求学生写出详尽的实验报告,锻炼学生的总结能力,为其撰写科技论文奠定基础。

针对部分学生学有余力、对科学研究兴趣浓厚的特点,课程组在增设课内设计性实验的同时,还鼓励学生在课余时间进入实验室深入研究课上的专题,借助实验室的有利条件具体实施研究专题中的设计方案,建立可真正实现预定功能的单片机应用系统。课后实验与专题研究项目的紧密结合不但大大提升了专题研究的层次,为学生的学习提供了广阔的空间,也使学生真正体验到了“从无到有”的乐趣,增加了学生对专业的理解和热爱,促进了学生自学能力和动手实践能力的培养,为学生以后的课程设计和毕业设计奠定了基础。

(四)健全考核评价体系

考核方式是影响学生对课程重视程度的重要因素,科学的考核和评价方式能有效调动学生学习的主动性和积极性。为了能够更准确、完整地评价课程目标的达成度,体现研究性专题、设计性实验在课程中的地位与作用,本课程建立健全了“过程与结果并重”的考核评价规则。评价规则中加大了平时成绩的比例,以检查学生对知识点的掌握程度为评判标准,考核内容包括作业与考勤、研究性专题、研究报告、实验、期末考试。期末笔试采用开卷形式,主要考查学生对单片微型计算机基础知识掌握和运用的能力。期末试卷成绩仅占总评成绩的60%,其他几部分构成平時成绩,占总评成绩的40%。平时成绩中,作业主要考核学生对每章节知识点的复习、理解和掌握程度,每次作业按五级制单独评分,取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。实验成绩是由实验指导教师根据学生每次实验的完成情况和实验报告质量进行评分,取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。专题研究成绩主要评价学生应用所学知识解决测控系统工程问题的文献检索能力、方案设计能力、实践能力、口头和文字表达能力以及团队合作能力,其具体可细分为文献检索(15%)、设计方案与仿真(30%)、报告的规范性与完整性(30%)、演示与答辩情况(15%)、个人完成情况(10%)5个部分。

三、结束语

近年来,在建设研究型大学的过程中,培养创新型拔尖人才已成为我国高等教育的重要任务,本科教学改革对实现这一目标具有重要的作用。实践证明,“微机原理及接口技术”课程研究性教学的实施,能够有效地激发学生的学习兴趣和热情,提高学生主动思考和参与研究的积极性,锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。学生通过上讲台讲解设计方案、演示仿真成果及撰写研究报告等方式,得到了多方面的锻炼,提高了综合素质,为其后续专业课程的学习奠定了坚实基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 卢德馨. 研究型教学20年:理念、实践、物理[M]. 北京:清华大学出版社,2008.

[2] 夏锦文,程晓樵. 研究性教学的理论内涵与实践要求[J]. 中国大学教学,2009 (12).:25-28.

[3] 花奇芹,陆娟. 专业层面研究性教学改革的基本原则及其要点[J]. 中国大学教学,2017(2):43-46.

[4] 董增文, 邓晓华, 张华. 研究性教学在工科教育中的实践与反思[J]. 高等工程教育研究,2013(5):164-167.

[5] 张妍. “微机原理及应用”研究性教学模式探索与实践[J]. 实验室科学,2017(4):117-120.

[6] 田芬. 我国高校创新人才培养目标的提出与实践[J].苏州大学学报(教育科学版),2017(4):20-27.

[责任编辑:庞丹丹]

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