物联网工程专业“微机原理与接口技术”课程的教学改革探索

张 阳，吕书波，任 刚

(河南工学院，河南 新乡 453003)

0 引言

“微机原理与接口技术”是物联网工程专业的核心课程，该课程能够使学生深入理解基于微处理器的程序设计，为进一步学习嵌入式相关知识打下坚实的基础。然而，传统“微机原理与接口技术”课程在讲授时面临知识点冗余、重点不突出、课时安排不足、应用导向不强、实验设置保守等问题，课程内容与实验和物联网工程专业的培养目标存在一定的差距。本文针对该课程的教学现状和物联网工程专业的培养目标，探讨了物联网工程专业“微机原理与接口技术”课程的改革方向。

1 物联网工程专业“微机原理与接口技术”教学中存在的问题

1.1 教学内容庞杂，重点不突出

“微机原理与接口技术”课程内容包括微型计算机基础、8086CPU体系结构、微处理器指令系统、汇编程序设计、存储器和可编程I/O接口芯片等方面。物联网工程专业是一门交叉学科，涉及通信技术、传感技术、网络技术以及RFID技术、嵌入式系统技术等多项知识，但想在本科阶段深入学习这些知识的难度很大，学时也无法保证，因此本科毕业生应从与物联网有关的知识着手，找准专业方向、夯实基础，同时增强实践与应用能力。而传统的“微机原理与接口技术”课程注重知识体系的完整性，内容庞杂。课程重“微机原理”而“轻接口技术”，在汇编语言、指令集等基础理论方面课时安排较多，接口应用方面内容较少。总体来看课程涵盖的知识点较多、课时安排较有限、课堂信息量很大，导致学生普遍跟不上教师授课进度[1]。这种教学安排不适合物联网工程专业重实践应用的培养目标，也加重了学生的学习负担。

1.2 教学方式单一，教学效果差

目前本科教学课堂普遍采用“填鸭式”教学，学生学习积极性不高，课堂参与程度低，从而导致教学效果大打折扣。首先，教学主体是老师而不是学生，老师单向灌输，学生被动接受；其次，知识以通用教材和统一教学内容为中心，来源单一，缺乏特色，学生接受和理解难度大；最后，教学场景以课堂为中心，学生缺乏有效的自学途径。这种传统模式无法满足“新工科”背景下，对学生的培养要求。

1.3 实验创新不足，学生收获少

实验教学是“微机原理与接口技术”课程教学的重要组成部分，是培养学生学科综合能力的重要基础。但是，在实验教学环节，实验的设计以验证为主，缺乏自主探索型实验，学生只会按照实验指导书复现实验，不理解为什么。这种实验方式，削弱了实验教学在课程教学中的重要作用[2]。另外，在实践环节的学时设置上，传统“微机原理与接口技术”理论教学和实验教学的比例大概是3∶1，这对偏重应用的物联网专业来说比例偏低。再加上验证式的教学场景，无法保证现有实验环节的有限性，导致学生无法通过此环节习得创新能力。

1.4 考核方式单一，压抑学生创新

当前本课程主流的考核方式是试卷考试，侧重理论掌握程度的考察，学生的实践能力只是简单的通过实验课上的表现进行评价，计入平时成绩。这种方式，没有体现出物联网工程专业应用导向和偏重实践的办学特色。现代社会，应注重学习能力和应用能力的培养，而不是对知识的生搬硬套。因此，本课程的考核方式，应重点考查学生利用本学科知识，解决实际问题的能力。

2 物联网工程专业特色的“微机原理与接口技术”教学改革

“新工科”建设要求教学和学习内容特别是涉及快速发展的工程科技领域的专业内容应及时更新，体现当前科技发展的新成果和新知识[3]。物联网工程专业的知识体系，应密切追踪当前行业发展趋势，以满足现代企业对工程技术人才的要求为核心。本文探讨的改革措施主要体现在教学内容优化、教学方式创新和实践环节创新等方面。

2.1 提炼教学内容，注重物联网应用需求

针对物联网工程专业知识维度广、交叉课程多的状况，以应用需求为导向，对“微机原理与接口技术”的教学内容适当优化和精简。比如，部分学校在学习“微机原理与接口技术”之前，开设了“计算机组成原理”这门课。两门课在计算机基础、存储、指令集等内容存在一定的重复。大部分教材在编著的时候，考虑到知识体系的完整性，依然会将这部分内容写到书中。教师在授课时，应首先明确物联网专业对本课程的核心要求，即培养学生基于单片机等微系统开发物联网应用的能力。围绕这个目标，“微机原理与接口基础”课程重点应为寻址方式与指令系统，I/O接口，可编程定时器/计数器和可编程中断控制器。内容总体侧重应用，掌握接口芯片和外围芯片的使用，培养学生软硬件结合的能力。其他学生感兴趣的内容可通过MOOC等资源进行自主学习。

2.2 多种教学方式结合，提高学生自主学习能力

首先，教学内容开放，学生积极参与教学过程。教学内容的开放首先是教学大纲和教学计划的开放，让每一位学生学习该课程前对课程主要教学内容及课时的分配有一个大致的了解[4]。开放教学大纲和教学计划，发动学生探讨教学大纲和教学计划。例如，可以探讨“你认为本课程该如何讲授？”“你认为本课程中哪些是最应该掌握的？”等问题，通过充分的讨论和教师的引导，使学生了解本门课的学习目的和内容，了解前置知识的必要性，充分调动学生学习的积极性，变被动为主动。

其次，翻转课堂，开展混合式教学。混合式教学，即将在线教学和传统教学的优势结合起来的一种“线上”+“线下”的教学。通过两种教学组织形式的有机结合，可以把学习者引向深度学习。当前学生在上课时，普遍存在注意力不集中、玩手机等现象，利用学习通、雨课堂等在线工具，能够“占领学生手机”，将学生拉回课堂。同时，由于课时压缩，可以将部分简单的概念阅读材料作为课下学习任务，课堂上利用在线测试等工具对学生进行考查。在见面课上，主要侧重对重难点的讲解和学习效果的考查，引导学生自主学习，培养学习能力。

最后，项目式教学，提高学生创新能力。项目教学是针对教学内容设计项目，将所要学的知识、技能转化为若干个典型项目，以学生为主体，教师仅仅是引导者，当项目完成时，学生能理解课程相关理论知识、获得相应技能[5]。课程中后期，将学习I/O接口、可编程计数器、可编程中断控制器等外围芯片，可以考虑应用项目式教学，将课程的核心内容融合于几个项目中。在项目设置上，应按照由简单到复杂，循序渐进，在完成项目的同时，掌握芯片的使用技巧，培养学生的工程实践能力。

2.3 运用虚拟仿真，灵活配置课程实验

当前的课内实验多以验证为主，很多情况受限于硬件。进行实验室建设之初，就设计好实验例程，硬件结构也是基于实验例程进行配置。这种实验环境虽然提供了真实硬件，但是缺乏灵活性，学习自主发挥的空间较小。受益于虚拟仿真技术的发展，微机原理与接口技术虚拟仿真平台应运而生。除了可以利用虚拟仿真环境进行教学设计，以更加直观、形象的方式讲解微型计算机的工作原理和指令执行过程，提高学生兴趣，提高课堂效果，还可以摆脱硬件限制，灵活地配置实验环境和所需要的芯片，增加了学生自主创新的自由度[6]。

2.4 优化考核方式，强调创新能力

传统的考核方式注重理论，针对物联网工程专业特色，应重点考察学生的工程应用能力和自主创新能力。在设计考核方式时，可以增加实验环节和项目教学环节的过程性评价，鼓励学生应用课程知识，设计或者实现有价值的作品。对创新型较高的项目或作品，可以作为额外加分项，体现在综合成绩里，从而引导学生在实践中掌握理论。

3 结语

本文针对传统“微机原理与接口技术”授课的不足之处，结合物联网工程专业的办学目标，探讨了物联网工程专业“微机原理与接口技术”课程的改革方向。具体来说，主要包括教学内容的开放化讨论、混合式教学、灵活的实验环节和突出实践创新过程化考核，引导学生自主学习，培养学生的实践能力和创新能力。作者的实践证明，新的教学模式，既有效地提升了课堂教学体验，又能显著提高学生的学习效果和动手能力。