面向“卓越计划”的微机原理教学改革研究

胡志强 熊永超 郭华锋 王树臣 陈 跃

徐州工程学院机电学院 江苏徐州 221000

面向“卓越计划”的微机原理教学改革研究

胡志强 熊永超 郭华锋 王树臣 陈 跃

徐州工程学院机电学院 江苏徐州 221000

面向卓越工程师教育培养计划，针对机械设计制造及其自动化专业教育培养计划中的微机原理及应用课程，突破传统的教学模式尝试改革探索，将知识与技能融入项目中，使用图片、动画、视频、仿真软件等信息化手段，有效降低抽象知识的教学难度，化解教学难点，结合信息化技术构建一个自主化、直观化和个性化的学习环境，辅助学生自主学习，创造个性化学习环境。本课程改革的成功实施可以为我校卓越计划背景下其他课程改革提供借鉴。

卓越工程师计划；课程改革；微机原理及应用

世界经济竞争主要是科学技术的竞争，归根结底是人才的竞争。竞争、变革与发展是当今时代的特点。在世界综合国力的竞争中，拥有高素质工程技术人才的多少已成为衡量一个国家科技进步、经济实力、生产力发展水平的重要指标和依据。美国工程与技术认证委员会详细制定了合格的现代工程师应具备的能力和评估标准，主要包括应用数学、科学与工程等知识的能力，根据需要去设计一部件、一系列或一个过程的能力，解决工程问题的能力，有效地表达与交流的能力等。［1］

党的“十七大”以来，党中央、国务院做出了“走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人才强国”等一系列重大战略部署，这对高等工程教育改革发展提出了迫切要求。在此背景下，“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）应运而生。卓越计划是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目［2］，是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。

自2010年启动卓越计划工作以来［3］，教育部先后两次在全国近千所工程人才培养院校中遴选了清华大学等194所高校作为卓越计划的实施高校，其中，市属本科院校仅4所。徐州工程学院是列入该计划的4所市属本科院校之一，其中我院的机械设计制造及其自动化专业成功获得卓越工程师计划实施资格。

未来具有创新能力、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，也需要从今天的一门门课程中汲取营养，逐渐成长壮大起来。如何围绕卓越计划的培养目标进行教学方式方法的改革，这是萦绕在每位授课教师心头的首要问题。

课程改革需要经验、智慧和勇气，特别是针对卓越班这样的新生事物的课程改革，更是摸着石头过河。针对卓越班学生的实际状况，结合我校“地方性、应用型”办学定位，与行业企业对接、与地方产业融合，构建“以社会需求为导向、以职业能力培养为主线”的课程体系，以专业基础课微机原理及应用为例，在教学内容、教学方法、教学过程等方面进行尝试改革。

1 教学内容

以项目为载体重新整合教学内容，将知识点和技能点分散到项目中。依据教学大纲要求，本门课程主要内容包括［4］：微型计算机基础、单片机硬件结构和原理、MCS-51单片机指令系统、MCS-51汇编语言程序设计、MCS-51单片机中断系统、MCS-51定时器/计数器及串行口、外部扩展及接口技术。根据课程内容，使用Altium designer电路PCB设计软件［5］开发项目所需的硬件PCB电路板，并在我院的印制电路板实训室加工制作项目所需的硬件，使用Protus仿真软件开发与此相对应的仿真电路，使用KEIL软件编写各模块相应的程序，使用Flash软件编写相应电路控制原理的动画。课程内容项目化的硬件实验平台如图1所示。

图1 硬件实验平台

2 教学方法

根据重新整合后的课程内容，结合信息化技术构建一个直观化、自主化、个性化的学习环境。以学生为主体、教师为主导的课堂教学安排在理实一体化微机原理及应用实验室，充分利用信息技术和资源（包括：校园网、局域网、投影机、计算机、单片机实验开发平台）。

教学方法中的“教法”采用任务驱动法，“学法”为合作探究法。教学中借助动画化解难点，采用任务驱动法在“做中教”，针对学生更乐于接受直观的学习方式，利用图、文、音、视、仿真软件等信息化手段激发学生的学习兴趣，分小组合作学习。采用合作探究法在“做中学”，在探究发现中促进学生主动学习，实现“教—学—做”一体，根据教学内容特点，依据教学大纲和职业岗位要求，确定教学目标（知识目标、能力目标、素质目标）。

3 教学过程

将教材中的知识点融入每一教学项目中去，采用信息化教学设计，每个项目的教学设计包括5个环节。环节一：情境导入—项目分析；环节二：新知获取—难点突破；环节三：仿真实训—实物实训；环节四：作品评价—回顾总结；环节五：空中课堂—作业拓展。

3.1 情境导入—项目分析

针对每一个项目，学生根据课前作业要求寻找身边单片机控制的应用实例，用自己的手机等数码设备收集大量的图片、视频资料，教师整理后带入课堂，这样很容易将学生带入情境。教师从宏观角度分析其工作原理，为学生解开单片机控制的神秘面纱，然后布置本节课的任务：制作一个简单的单片机控制系统，采用将课堂和社会生产实际相联系的方式，可以大大激发学生的学习兴趣，同时下发任务单，通过所设计好的阶梯式任务要求，引导学生逐步完成学习内容。

3.2 新知获取—难点突破

根据教学内容改革中教师设计的动画来化解教学难点，以项目“数码管动态显示”为例，教学动画一可以设计为慢节奏演示单片机控制信号的流动过程，辅助学生学习单片机I/O口的使用方法和数据传送指令以及控制转移类指令，在传统教学中采用的是参照静态电路图，教师口述工作原理，使得学生对教学内容只能单凭想象，讲解和理解不同步，而通过Flash动画可以将抽象的工作原理以直观的动态的方式演示出来，配合原理文字、声音等，学生可以自主的学习教学难点，很容易的化解教学难点。原理理解后，学生通过程序实现控制功能的仿演还存在困难。为此设计动画二，将程序中的每条指令与控制原理图中的动画过程一一对应，实现软硬件的可视化关联，使学生很容易掌握每条程序与硬件控制动作之间的关系，在反复操作、讨论、探究中学习第二个教学难点（控制数码管显示的工作原理及程序编写）。

3.3 仿真实训—实物实训

做好知识储备后进入第三个环节——实训环节，以往的教学实训环节只有实物实训，但是如果方案有误，那么进行相关的实物设计，就会浪费较多的时间和经费，当实训结果出现错误的时候也难以分析错误所在。为此引入仿真软件，用以验证设计方案的可行性和正确性，优化教学流程，克服传统实验内容的局限，扩展学生思路和促进学生自我拓展，提高教学效益。首先使用Protus仿真软件设计电路的硬件连接图，再使用KEIL编译软件编写程序，将编好的程序在KEIL环境下进行软件调试仿真，生成HEX目标代码，然后将两个软件联调，可以在Protus电路仿真软件中看到和实物相同的效果。当设计有误时，可以在两个软件中查找、分析和修改错误，直至全部正确，因此仿真软件实现了对控制方案的仿真调试和预先验证。而且Protus软件还提供了上千种元器件和多种模拟仪表［6］等，因此学生不仅可以使用软件完成课上任务，而且还可以用来探索不同的设计方案和作品，而不再受限于实验设备、课堂内外，满足不同层次学生的学习需求，克服在传统实验中实验任务固定的弊端，创造了个性化的学习环境，培养了学生的创新精神和探究意识。同时也可以避免实物实训中的操作不当，改善记忆方式，培养严谨作风，有效衔接仿真实训和实物实训。

仿真实训是实物实训前的知识储备、演练和探索，在此基础上学生能顺利地完成实物实训，快速地将知识转化为能力，在任务中掌握教学重点和难点，教师要始终树立“授人以渔”的教学观念，通过设计的阶梯式教学任务（基本任务—巩固与提高—总结与归纳）的要求，引导学生在自我探索中，提高分析问题、解决问题和跟踪新技术的能力。

3.4 作品评价—回顾总结

实训任务结束后，学生提交电子任务单和实物作品，根据作品和任务单的完成程度，采用自评、互评和点评三个角度给出本次内容的成绩，避免仅以最后一次考试作为考查学生对本门课程掌握程度的评价体系，实现“学评学+教评学=成绩”的评价体系，评价内容包括：完成时间+实现程度+材料损耗+作品工艺。

3.5 空中课堂—作业拓展

课后学生登录我校的超星网络教学平台下载作业，并按要求在平台内完成自测，通过建立的校园网络课程平台，学生还可以和教师分享技术前沿资料、开发案例和教学视频等，打破时间和空间的限制，为学生开辟了一个空中课堂，辅助学生课前预习、课上学习、课后复习，引导学生课外拓展。

4 结束语

卓越工程师教育培养计划是教育部为贯彻落实党的“十七大”提出的有关战略部署，目标远大，激动人心，但是合抱之木，始于毫末，九层之台，起于累土。笔者从细微之处，以微机原理及应用课程为切入点，从教学内容、教学方法、教学过程等方面尝试对本课程进行面向卓越计划的教改，然而卓越计划教育培养模式任重道远， 作为新生事物的卓越计划会逐渐完善， 伴随它的教学改革也会不断地进行下去。

［1］ 赵国勇，高军，李志永.“卓越工程师计划”中机床电气控制技术的培养［J］.产业与科技论坛，2012，11（12）：144-145.

［2］ 李江昊，常丹华，张宝荣.“卓越工程师计划” 试点班课堂教学改革与实践［J］.教学研究，2012，35（1）：46-48.

［3］ 尹勇，刘岚.面向卓越工程师计划培养的微机原理课程教学改革浅析［J］.教改创新，2013（14）：11-12.

［4］ 高玉芹，游春霞，胡志强等.单片机原理与应用及C51编程技术［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［5］ 谢龙汉，鲁力，张桂东Altium Designer原理图与PCB设计及仿真［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［6］ 许维蓥，郑荣焕.Proteus电子电路设计及仿真［M］.北京：电子工业出版社，2014.

Teaching Reform of Microcomputer Principle Based on Excellent Engineer Plan

Hu Zhiqiang， Xiong Yongchao， Guo Huafeng， Wang Shuchen， Chen Yue
Xuzhou Institute of Technology School of Mechanical & Electrical Engineering， Xuzhou， 221000， China

Based on excellent engineering plan， aiming at microcomputer principle course of mechanical design manufacturing and automation's education plans， the reform that breaks through the traditional mode integrates knowledge and skills into the project， uses informationized technology include the picture， animation， video， simulation software and son to reduce effectively the teaching diffculty of abstract knowledge. A personalized learning environment that students can study easily by themselves is created by combining with information technology. From point to surface， the successful implementation of this course reformation can give an example for our school other courses under the background of excellent engineering plan.

excellent engineering plan； course reform； microcomputer principle and application

2015-05-20

胡志强，在读博士研究生，讲师。

江苏省现代教育技术研究课题（编号：2015-R-41628）；徐州工程学院高等教育科学研究课题（编号：YGJ1137）