不同專業背景微機原理差異化本科教學

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0引言

民用芯片技術一直以來都是我國半導體行業的痛點，盡管在某方面有所突破，但是離世界前沿還有很長的路要走。面對新一輪的工業革命，面對新工科建設，高校必須不斷審視和調整相關課程的教學。“微機原理”是大學工科各專業關于計算機硬件技術的基礎課程，是自動化、電子、通信等專業的核心課。該課程對學生理解微型計算機的工作過程、提高軟件開發能力以及適應未來電子信息技術的發展有著重要作用[1]。但是由于不同專業背景學生有著不同的先驗課程，課程大綱不盡相同，不同專業學生對該課的理解能力也不同，因此針對不同專業需要結合相關先驗課程進行課堂設計。目前“微機原理”課程教學大致存在以下問題。⑴多數學校在課程講授時重應用輕原理。原因在于教材多以80×86、ARM系列等CPU為框架，由于技術封鎖無法掌握核心技術等多種原因，沒有辦法獲得底層原理，因此教材對8086內核的介紹非常有限，這就導致在多數時候學生聽起來枯燥無味，無法理解。⑵“微機原理”是一門需要理論與實踐深入結合的課程，課程內容紛繁復雜，比如設計CPU內部機構及系統以及與外部各部件、引腳之間時序邏輯等相互聯動的動態過程。但是由于課時縮減，教學過程中理論與實踐無法很好兼顧，加之填鴨式教學，導致學生理論上無法建立完整的知識框架，更不能深層次理解知識結構，實踐能力也得不到提升。

1教學分析

“微機原理”是工科專業了解計算機硬件技術的入門課程，幾乎國內高校所有的工科專業都開設了本門課程，但是針對不同專業又有不同針對性的課程設計，同時也反映了各高校的課程特色。文章選取通信工程、軟件工程、機械設計三個專業作為研究對象，如圖1所示，從三種不同的培養課程學習目標可以看出：通信工程與軟件工程對課程深度要求較高，要求學生了解微機的工作原理，掌握常用的I/O接口軟硬件技術，還需要學生理論聯合實際，有一定的軟硬件設計能力，教學安排對應著40理論課時+16實驗課時的課程時間；機械專業只對需了解一定的發展歷史和淺層次的工作原理，對軟硬件的設計能力要求較低。教學安排對應著28理論課時+8實驗課時的課程時間。從圖2可以看出，三個專業中，通信工程的先驗課程多達5門，主要涉及硬件的基礎知識，主要包括數字電路、模擬電路，語言預備基礎為C語言；軟件工程的硬件基礎課程為數字電路，語言基礎為C語言程序設計和匯編語言；機械專業相關的硬件課程只為電工與電子技術，語言基礎為C語言程序設計。從前序課程安排來看，學生在該門課的基礎不同，勢必影響對課程的理解力。從后續課程安排來看，通信工程后續相關專業課程最多，為四門課；軟件工程后續相關課程兩門，有一門為選修課程；機械只有一門，且為選修課。由此可見，不同專業學生由于專業課程安排，理解力和學習目標都存在差異，那么在教學過程中需要探究不同的教學方法，以獲得更好的學習效率。當前各高校也積極探索，通過多種教學途徑提高教學質量。馮其紅在“基于‘以學生為中心’理念的課程改革與實踐”中提出要樹立以學生為中心的教育理念，明晰教學過程中教與學的關系，充分尊重學生主體性、差異性和理論聯系實際的能力[2]。授課過程中要按照課堂情況轉變教育教學理念、融合信息化教育技術、改革教育教學方法、深化協同育人模式[3]。教學方法大致歸納為啟發式、互動式、討論式、任務驅動式等多種方式，這些無一例外都需要考慮學生自身實際，因此對教師理解大綱、理解學生有很高要求。

2教學設計

2.1以競賽課題帶動通信工程專業微機原理的教學

競賽對教學的促進作用是有目共睹的，但是競賽的難度對普通學生而言過高，參加過競賽的尖子生在課堂上的帶動作用也比較小。另外以競賽促進教學對實驗室的硬件設施需求量也比較大，對于單純某個專業的教學改革來講，還可承受，但是對于多種專業多個班級，則對實驗室的管理、設施提出很高要求。因此，如何做好競賽題目分解、利用虛擬仿真環境、做好小組安排是非常值得研究的。本文引入“CDIO”的教學理念，通過讓學生構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）全面獲得提升綜合能力[4]。智能車競賽是電子類的主要競賽項目，對“模電”和“數電”的基礎有較高要求，對通信工程的后續課程--單片機的學習也有促進作用。該專業可以結合單片機的使用來開展教學。課堂上可分組教學，每組5人左右，配備一套開發板，從整體上介紹I/O口、處理器、存儲器等內容，給出簡單的實驗供學生實驗，比如：點亮LED等。在該專業的C語言和“模電”、“數電”基礎上，可以很快提高學生的興趣。當學生具備一定的實踐基礎后再進行理論學習。同樣的，理論課用PPT形式講解。微機原理與單片機不一樣的地方是：微機系統更加復雜，微機原理多是以8086CPU為框架結構、匯編語言進行教學。因此在教學過程中教師需要將涉及的知識點有機串聯，加強學生認知。在進入課程設計單元，合理分解競賽題目，讓學生完成電機驅動、舵機使用等內容。此種教學方式對教學設計和課堂組織有著較高要求，但能快速提高學生自驅力和學習效率。

2.2以慕課+翻轉課堂相結合方式對軟件工程授課

針對軟件工程專業，該專業的硬件要求稍許降低，學生著重學習跟專業更為密切的內容，因此可以選擇慕課結合翻轉課堂的方式進行授課。經過疫情，學生早已適應在線課堂的節奏，網路課程為異步傳授，可以不受時間和空間的約束，但需要注意幾點問題：一、學生上課主動性不足。在線課程的學習需要學生有更強的自驅力和自我約束力，多數學生不能抵御網絡誘惑，一心二用。雖然完成了視頻瀏覽時長，但學習效果低于線下課堂。二、課堂討論達不到預期。翻轉課堂的目的是讓課堂回歸培養學生能力的目標，但是如果慕課效果達不到預期，那么課堂實踐、課堂討論的效果必然不佳。三、考核程度標準不一。目前考核的形式已不再拘泥于一張試卷，一般參考實驗、實踐、大作業等方式。如果以翻轉課堂的形式展開教學，那么課堂表現應占較大的考核比重。因此設定課堂占比和課堂考核標準變得與教師個人標準密切相關，某種程度上過于主觀。

2.3主題式聯動教學

針對機械專業教學，從教學目標上來看，課程深度要求不高，那么從可以調整內容維度，適當增加內容趣味性。在教學設計上，可以以書本章節為主線開辟主題式討論，適當增加當前局勢、課程思政、最新產品技術等內容。比如：就缺芯問題、半導體行業歷史展開課堂討論，并要求學生制作小視頻。在實踐環節，可以就實驗主題倒推理論知識，讓學生自主查閱資料并實施。整個過程中學生創新思維、動手能力以及與專業結合的能力都能得到提升，教學過程教師也能碰撞出思維火花。這種方式能夠增加課程趣味性，提高大部分學生的主觀能動性，同時對教師知識的廣度、課程創新能力、新信息接受能力等素質有著較高要求，需要深度挖掘。

3結束語

教育的重要功能之一是要把人的創造與創新力量誘導激發出來，激發潛能、發展個性、活躍思維。許多高校一直致力于課堂教學創新，推動精品課程建設，慕課、微課層出不窮[5]，以期待獲得更好的教學效果和學習熱情。但是知識的橫向和縱向的要求不可兼得，在短短的安排的課時里學生主動獲得的知識量一般不會超過總量的80%。因此，因材施教，提升學生自我學習能動力非常重要。在教學設計時，考慮專業特點是非常必要的。本文的教學設計初步實施，得到了較好的效果，課堂積極性有較大的提高。但還存在一些問題：學生適應度不夠，參與度低；對實踐課題拆分生硬，需要后期更多研究等。教學對教師而言，未來需要用時間完善，目前處于起步階段，教師需要做的是緊跟時勢，更新觀念。

作者：崔娟娟 陳萬培 單位：揚州大學廣陵學院 揚州大學信息工程學院