不同专业背景微机原理差异化本科教学

上传:richardxu 2022-07-12 11:18:04 版权声明 举报文章

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0引言

民用芯片技术一直以来都是我国半导体行业的痛点,尽管在某方面有所突破,但是离世界前沿还有很长的路要走。面对新一轮的工业革命,面对新工科建设,高校必须不断审视和调整相关课程的教学。“微机原理”是大学工科各专业关于计算机硬件技术的基础课程,是自动化、电子、通信等专业的核心课。该课程对学生理解微型计算机的工作过程、提高软件开发能力以及适应未来电子信息技术的发展有着重要作用[1]。但是由于不同专业背景学生有着不同的先验课程,课程大纲不尽相同,不同专业学生对该课的理解能力也不同,因此针对不同专业需要结合相关先验课程进行课堂设计。目前“微机原理”课程教学大致存在以下问题。⑴多数学校在课程讲授时重应用轻原理。原因在于教材多以80×86、ARM系列等CPU为框架,由于技术封锁无法掌握核心技术等多种原因,没有办法获得底层原理,因此教材对8086内核的介绍非常有限,这就导致在多数时候学生听起来枯燥无味,无法理解。⑵“微机原理”是一门需要理论与实践深入结合的课程,课程内容纷繁复杂,比如设计CPU内部机构及系统以及与外部各部件、引脚之间时序逻辑等相互联动的动态过程。但是由于课时缩减,教学过程中理论与实践无法很好兼顾,加之填鸭式教学,导致学生理论上无法建立完整的知识框架,更不能深层次理解知识结构,实践能力也得不到提升。

1教学分析

“微机原理”是工科专业了解计算机硬件技术的入门课程,几乎国内高校所有的工科专业都开设了本门课程,但是针对不同专业又有不同针对性的课程设计,同时也反映了各高校的课程特色。文章选取通信工程、软件工程、机械设计三个专业作为研究对象,如图1所示,从三种不同的培养课程学习目标可以看出:通信工程与软件工程对课程深度要求较高,要求学生了解微机的工作原理,掌握常用的I/O接口软硬件技术,还需要学生理论联合实际,有一定的软硬件设计能力,教学安排对应着40理论课时+16实验课时的课程时间;机械专业只对需了解一定的发展历史和浅层次的工作原理,对软硬件的设计能力要求较低。教学安排对应着28理论课时+8实验课时的课程时间。从图2可以看出,三个专业中,通信工程的先验课程多达5门,主要涉及硬件的基础知识,主要包括数字电路、模拟电路,语言预备基础为C语言;软件工程的硬件基础课程为数字电路,语言基础为C语言程序设计和汇编语言;机械专业相关的硬件课程只为电工与电子技术,语言基础为C语言程序设计。从前序课程安排来看,学生在该门课的基础不同,势必影响对课程的理解力。从后续课程安排来看,通信工程后续相关专业课程最多,为四门课;软件工程后续相关课程两门,有一门为选修课程;机械只有一门,且为选修课。由此可见,不同专业学生由于专业课程安排,理解力和学习目标都存在差异,那么在教学过程中需要探究不同的教学方法,以获得更好的学习效率。当前各高校也积极探索,通过多种教学途径提高教学质量。冯其红在“基于‘以学生为中心’理念的课程改革与实践”中提出要树立以学生为中心的教育理念,明晰教学过程中教与学的关系,充分尊重学生主体性、差异性和理论联系实际的能力[2]。授课过程中要按照课堂情况转变教育教学理念、融合信息化教育技术、改革教育教学方法、深化协同育人模式[3]。教学方法大致归纳为启发式、互动式、讨论式、任务驱动式等多种方式,这些无一例外都需要考虑学生自身实际,因此对教师理解大纲、理解学生有很高要求。

2教学设计

2.1以竞赛课题带动通信工程专业微机原理的教学

竞赛对教学的促进作用是有目共睹的,但是竞赛的难度对普通学生而言过高,参加过竞赛的尖子生在课堂上的带动作用也比较小。另外以竞赛促进教学对实验室的硬件设施需求量也比较大,对于单纯某个专业的教学改革来讲,还可承受,但是对于多种专业多个班级,则对实验室的管理、设施提出很高要求。因此,如何做好竞赛题目分解、利用虚拟仿真环境、做好小组安排是非常值得研究的。本文引入“CDIO”的教学理念,通过让学生构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate)全面获得提升综合能力[4]。智能车竞赛是电子类的主要竞赛项目,对“模电”和“数电”的基础有较高要求,对通信工程的后续课程--单片机的学习也有促进作用。该专业可以结合单片机的使用来开展教学。课堂上可分组教学,每组5人左右,配备一套开发板,从整体上介绍I/O口、处理器、存储器等内容,给出简单的实验供学生实验,比如:点亮LED等。在该专业的C语言和“模电”、“数电”基础上,可以很快提高学生的兴趣。当学生具备一定的实践基础后再进行理论学习。同样的,理论课用PPT形式讲解。微机原理与单片机不一样的地方是:微机系统更加复杂,微机原理多是以8086CPU为框架结构、汇编语言进行教学。因此在教学过程中教师需要将涉及的知识点有机串联,加强学生认知。在进入课程设计单元,合理分解竞赛题目,让学生完成电机驱动、舵机使用等内容。此种教学方式对教学设计和课堂组织有着较高要求,但能快速提高学生自驱力和学习效率。

2.2以慕课+翻转课堂相结合方式对软件工程授课

针对软件工程专业,该专业的硬件要求稍许降低,学生着重学习跟专业更为密切的内容,因此可以选择慕课结合翻转课堂的方式进行授课。经过疫情,学生早已适应在线课堂的节奏,网路课程为异步传授,可以不受时间和空间的约束,但需要注意几点问题:一、学生上课主动性不足。在线课程的学习需要学生有更强的自驱力和自我约束力,多数学生不能抵御网络诱惑,一心二用。虽然完成了视频浏览时长,但学习效果低于线下课堂。二、课堂讨论达不到预期。翻转课堂的目的是让课堂回归培养学生能力的目标,但是如果慕课效果达不到预期,那么课堂实践、课堂讨论的效果必然不佳。三、考核程度标准不一。目前考核的形式已不再拘泥于一张试卷,一般参考实验、实践、大作业等方式。如果以翻转课堂的形式展开教学,那么课堂表现应占较大的考核比重。因此设定课堂占比和课堂考核标准变得与教师个人标准密切相关,某种程度上过于主观。

2.3主题式联动教学

针对机械专业教学,从教学目标上来看,课程深度要求不高,那么从可以调整内容维度,适当增加内容趣味性。在教学设计上,可以以书本章节为主线开辟主题式讨论,适当增加当前局势、课程思政、最新产品技术等内容。比如:就缺芯问题、半导体行业历史展开课堂讨论,并要求学生制作小视频。在实践环节,可以就实验主题倒推理论知识,让学生自主查阅资料并实施。整个过程中学生创新思维、动手能力以及与专业结合的能力都能得到提升,教学过程教师也能碰撞出思维火花。这种方式能够增加课程趣味性,提高大部分学生的主观能动性,同时对教师知识的广度、课程创新能力、新信息接受能力等素质有着较高要求,需要深度挖掘。

3结束语

教育的重要功能之一是要把人的创造与创新力量诱导激发出来,激发潜能、发展个性、活跃思维。许多高校一直致力于课堂教学创新,推动精品课程建设,慕课、微课层出不穷[5],以期待获得更好的教学效果和学习热情。但是知识的横向和纵向的要求不可兼得,在短短的安排的课时里学生主动获得的知识量一般不会超过总量的80%。因此,因材施教,提升学生自我学习能动力非常重要。在教学设计时,考虑专业特点是非常必要的。本文的教学设计初步实施,得到了较好的效果,课堂积极性有较大的提高。但还存在一些问题:学生适应度不够,参与度低;对实践课题拆分生硬,需要后期更多研究等。教学对教师而言,未来需要用时间完善,目前处于起步阶段,教师需要做的是紧跟时势,更新观念。

作者:崔娟娟 陈万培 单位:扬州大学广陵学院 扬州大学信息工程学院