浅议面向工程实践的实验课教学改革

王坤 许韫韬

【摘 要】 本文分析了“微机原理及单片机应用”实验课程教学中存在的主要问题。阐述了《微机原理与单片机应用》实验课程的教学改革理念：合理调整实验项目内容、比重及实验项目之间的关系设置;积极更新知识结构，改变知识传递方式，提升授课效率;秉承工程教育认证所注重的过程性评价理念，构建灵活且严格的成绩量化评定方式。

【关键词】 微机教学;改革理念;实践教学

实践教学环节是高等教育体系中的重要组成部分，是巩固学生理论知识、提高学生动手能力、培养学生工程设计基本素质的重要环节。本科教育过程中，专业实验课通常被安排在第5-7学期，这段时间恰好位于生产实习以及本科毕业设计环节之前，对学生来说，既是对过往知识的强化与灵活运用的过程，又是培养正确工程设计观念的环节，因此，专业实验课的教学效果往往会对学生专业课程的学习、毕业设计的完成乃至就业后从事技术行业的基础水平产生较为深远的影响。

《微机原理及单片机应用》课程是学生最先接触到的硬件和软件相结合、且密切相联的一门课程，是一门实践性和应用性都很强的课程，因此该课程的实验教学就成为了学好这门课程的关键。在国家倡导高校以“学生为中心”、以“面向产出”为目标，不断提高“教育教学质量”的要求下，[1-3]如何既要让学生学习掌握微机的基本理论和原理，为后续课程打下较扎实的理论基础，又要让学生真正掌握单片机的应用技术，以提高学生的实验实践能力、创新创业能力，这对以培养应用型人才为主的本科教学来说极为重要。

一、“微机原理及单片机应用”实验课程教学中存在的主要问题

《微机原理及单片机应用》是“微机控制技术”、“嵌入式系统”等课程的先修课程。通过本门课程的学习，要求学生掌握微型计算机系统的基本概念，熟悉微型计算机系统的构成原理、单片机系统的基本组成与各部分的工作原理，从而使学生能清楚地了解微机系统的结构与工作流程，将软硬件知识融会贯通，建立应用系统的概念，能够进行微机应用系统设计方面的工作。为了通过实验教学达到对学生在该课程中所学知识的验证、利用及发展提高，实验教学的内容设置、实验的教学方法及实验考核的方式对课程的学习效果将起到至关重要的作用。在现行的实验教学过程中，主要存在以下一些问题：

1、《微机原理及单片机应用》课程包涵有《微机原理及接口技术》和《单片机原理及应用》两大知识模块。微机原理部分偏向于原理性的介绍，实验比較简单;而单片机原理部分偏向于应用性，设计性的实验项目比较多。两部分的内容既相关又有区别，实验过程及编程的方式非常相似。正是由于两部分内容的相似性使得学生常常出现相互混淆的情况，导致部分学生接受有困难，甚至造成厌学情绪。

2、该课程具有明显的实践性，许多内容会直接应用于工程实践。对于这些内容，只有通过相应的实验及设计环节，才能让学生深刻掌握这些内容，而不是纸上谈兵。实践教学最主要的一个环节就是让学生动手去做，但目前大多开设的只是验证性的实验，设计性实验偏少，很难调动学生学习的积极性，实践环节在教学过程中的辅助作用越来越不明显。

3、在这门课程的学习中，随着实验内容中设计功能的不断增加，电路的连接越来越复杂，学生排错越来越困难，实验中初始化程序和应用程序大都是由汇编语言编写而成的，如果没有课前认真、充分的准备，很难达到预期的实验效果，从而无法实现对学生动手动脑能力的训练，也就更谈不上进行系统开发的创新设计训练，很难达成应用型创新人才培养的目标。

考虑该门课程在实验教学过程中所存在的这些问题，我们必须秉承“工程教育认证”的理念，从培养应用型创新人才的目标出发，以“微型计算机控制技术”在工程实际中的广泛应用为线索，重新梳理实验教学内容中的重点和难点，优化实验教学内容，合理安排教学计划;不断改进实验教学方法与教学手段，将学生的学习由被动变为主动，激发学生学习的积极性、主动性;通过考核方式的改革，利用有限的学时让学生多动手实践，从而解决基本理论与实际应用的矛盾，培养学生的工程应用能力、实际动手能力与自主创新能力。

二、合理调整实验项目内容、比重及实验项目之间的关系设置

根据理论课程的课程目标和教学任务要求，《微机原理及单片机应用实验》共安排24学时，以往实验内容设置上，考虑到微机原理作为基础理论性课程等原因，安排微机原理相关内容实验16学时（8项），单片机相关内容8学时（4项）;现调整为实验理论授课4学时（2次，均为在线授课资源），微机原理必修实验8学时（4项，配套2次在线授课资源），单片机应用必修实验10学时（5项，配套2次在线授课资源），综合必修实验2学时（1项，同时配套在线授课资源），同时设置其他选修实验项目。

通过实验理论授课讲解工程化设计的概念思路，为学生树立科学的软硬件设计观念，并简要介绍实验环境，完成实验教学的入门;通过以汇编语言软硬件设计为主的微机原理必修实验，强化贴近硬件底层编程的思路;通过单片机应用1至2次实验完成从汇编语言到C语言的过渡，并通过剩余的单片机应用必修实验内容完成多个单独功能模块的训练;综合必修实验内容通常会提前告知，届时，学生将利用前若干次的实验成果完成并提交综合实验要求。通过上述实验内容设置的调整，实现了在强调基础性实验的基础上，形成必修实验、选修实验、开放实验、创新实验相结合的多层次实践教学内容，构建了“递进式工程实践能力培养和专业训练”实践教学内容设置的新模式。

三、积极更新知识结构，改变知识传递方式，提升授课效率

无论培养方案与教学大纲规划了什么样的授课内容，授课教师准备了哪些知识点进行讲解，最终的教学效果往往取决于这些内容、知识点有多少被学生掌握吸收，这就是所谓的授课效率。[4-5]长期以来，国内多数大学本科教育课堂形式依然为“教师讲，学生听”的模式，单就实验课堂而言，则可描述为“教师讲解内容步骤，学生照做”的状态，基础公共实验如此，专业实验亦是如此。这样的教学模式以教师为主导，学生为被动，教学效果多依赖于教师展现知识的手法、教师的教学经验与个人魅力或师生群体之间的关系。

为达到更好的教学效果，实现更高的授课效率，教师不仅要通过各种途径保持自身知识储备的与时俱进，不断提升教学能力素质，提升人文修养以培养更强的个人魅力，更重要的是要改变教学理念，以提升学生就业能力和工程实践能力为根本出发点，从单纯的“我要教某些内容”变为“学生愿意听什么内容”，把“在讲台讲解”的形式变为“到学生中讲解”的形式，变“教师手把手的教实验”为“学生思考着做实验”，并着手实施。

在实验教学实施过程中，应充分考虑大学生群体的特点，在保证教学内容的前提下，在实验运行方式上进行创新性的探索。

1、“技能树”形的实验项目结构

以《微机原理及单片机应用实验》为例，根据实验项目设置，所有的实验项目以如图1的树形结构来展现，逻辑顺序由底层向顶层逐步完成，只有完成了当前节点下层连接的所有节点，才可“激活”当前节点，同层节点无固定先后顺序。该结构借鉴了游戏中“技能树”的概念与逻辑，“技能树”形的实验项目结构设计，相连节点之间互相关联，上下节点之间层次分明，用学生喜闻乐见的方式，既阐明了课程包含的所有实验项目内容，又表明了各实验项目之间的逻辑依存关系，同时也充分考虑了大学生群体自主间，激发学生兴趣，提升了教师实施教学环节的亲和力。

实验“技能树”通常在实验理论授课环节进行展示，這样能够让学生对实验课程内容有一个宏观上的把握。进入实验操作课程后，每次实验课的实验教学讲解环节依然按照大纲安排，按时间顺序讲解实验内容要点，而后学生根据实验要求完成相应实验内容，由指导教师验收。同时，依托“技能树”形的实验项目结构图，也可约定为：学有余力的同学可以根据自身情况按照“技能树”自行决定实验项目，根据实验完成情况提交结果验收，改变以往死板教条的按次实验、实验内容相关度不高的方式，保持了内容的连贯性，强化了知识点之间的相关性，为学生培养基于模块化的工程设计理念，树立科学的软硬件设计理念，实际教学效果良好。

2、全面覆盖的分层次教学理念

在实际的实验教学运行中，采用创新的实验授课模式，实现分层次教学的全新理念。具体的做法是在实验课程开始之前提前与学生接触，通过雨课堂平台等沟通方式了解学生的学习需求和出发点，将需求分为“毕业型”、“技术知识型”、“工程应用型”三个层次，分别对应为大纲知识掌握、扩展知识融合、工程技术应用技能培养三层不同要求，为不同需求层次的学生合理设计安排必做和1至2项选做实验内容，进一步细化每个实验内容要求，合理配置教学资源，令绝大多数学生能学懂，学有余力的学生能学精，保证教学大纲既定知识点的普及教育，同时注重精英培养，物尽其用，人尽其才。

四、秉承工程教育认证所注重的过程性评价理念，构建灵活且严格的成绩量化评定方式

结合全新的实验内容设置和实验教学运行新模式，课程的成绩评定方式也将随之改革，使得考核方式更加灵活、更加公平合理。实验教师以每次（每周）实验课时间为对应实验项目的最迟验收时间，按时间节点验收，也可由学生根据实验“技能树”的关系自行安排实验并提前申请验收;验收时主要考察实验过程参与度、实验完成速度、实验结果三个方面，辅以随机提问作为参考，计单次实验成绩;同时，各次实验成绩按照难易程度不同分配相应权重，课程综合评定成绩按各项成绩加权量化计算;另外，实验到课情况与实验报告占较低权重，但具有一票否决特性。该成绩评定方式同样会在开设实验课程初期向学生公布，为确保教学效果，各项权值并不公布。在教学活动实施中运用在线签到、随堂线上答题、课堂互动、预习情况、习题等方式对学生学习情况进行全方位监控，并运用统计数据对课堂学习效果、教学进程推进情况进行检验和控制，实时对课堂教学进程进行调整。

这种成绩评定方式摈弃了以实验报告成绩为主的成绩核算方法，丰富了考核评价手段，由于实验报告和到课情况在成绩评定中的一票否决特性，确保了教学秩序，减少了为保证成绩抄报告的现象，各项成绩加权量化计算的方式旨在培养学生踏踏实实的学习态度，树立一步一个脚印的科研习惯，对学生的教育不仅局限于对课程知识本身，同样关注学生世界观价值观的培养。

五、总结

结合近些年的专业实验教学实践，秉持“培养学生创新意识和工程实践能力”为导向，针对“微机原理及单片机应用”实验教学过程中存在的主要问题进行了探讨，通过优化实践教学内容、改革实践教学手段和教学方法，探索出了一种全新的实验教学模式。借助“分层次”教学模式的改革创新，为学生创造了宽松的实验环境，充分调动了学生的主观能动性，有利于培养学生积极探索、开拓创新的能力，有利于教学质量和学生素质的提高。

【参考文献】

[1] 李文娟.面向工程教育专业认证，提升高校教学管理水平[J].高教学刊，2017（1）130-131.

[2] 李志义. 解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）7-10.

[3] 赵亦希.以学生能力培养为导向是工程教育专业认证的基本准则[J].上海教育评估研究，2014（4）5-7.

[4] 赵元黎. 在《微机原理》实验中应用研究型教学模式[J].实验科学与技术，2014（12）63-65.

[5] 万军.基于翻转课堂的《微机原理》课程实验教学改革[J].软件导刊，2016（15）190-191.

【作者简介】

王 坤（1976—）女，西安工业大学电子信息工程学院副教授，研究方向：微机控制技术及其应用.

许韫韬（1983—）男，西安工业大学电子信息工程学院助工，研究方向：嵌入式系统控制理论及其应用等.