微机原理与接口技术课程实验教学改革实践探究

曹婷，崔良中，余恒

（海军工程大学，湖北 武汉 430033）

0 引言

自2017 年以来，教育部积极推动新工科建设[1]，各高校也积极响应国家新工科的教学理念[2-4]。新工科专业下培养的人才强调创新能力和实践能力。新工科对军队院校人才培养的要求进一步提升，对于面向实战的人才培养工作也提出了挑战[5]。强军兴军，关键靠人才，基础在教育。军队院校教育是军事人才培养的主渠道。“微机原理与接口技术”是军队院校面向指挥信息系统工程、测控工程、光电信息科学与工程等10个工科专业开设的基础课程，该课程既是对大学计算机基础、程序设计基础、电子技术基础等前序课程知识的综合运用，也是学好如ARM、单片机、DSP等后续课程的先修课程[6-7]，起着承上启下的作用。课程的学习可为学员今后从事软硬件系统设计和应用系统开发奠定技术基础，而实验教学在该课程教学中是一个很重要的环节，既是对理论教学的支撑，也是培养学员实践能力和创新精神的主途径。因此，探究在军队院校微机原理与接口技术这门实验课中培养具有创新精神和实践能力的新工科人才，具有重要的探索和实践价值。它既是落实立德树人的根本任务，也是贯彻新时代军事教育方针的基本举措。

1 课程实验教学现状

传统实验教学是以“理论知识讲授结合动手实操验证”的形式开展，学员在课堂中习惯于被动接受知识。同时由于教学内容陈旧，实验设备落后，考核方式较为单一，导致学员主动学习和动手实践的积极性普遍不高。

为解决以上课程教学中面临的主要问题，进一步强化实践环节，促进创新意识和创新能力的形成，课程组成员积极探索，以提高学员硬件开发实践能力为牵引，根据教学内容安排，采用多元化教法与手段，构建基础实验、思考题实验、综合实验、创新实验的新型分层递进实验体系。精心挑选实验套件，引入了“口袋实验”的概念，并设计了贴近具体生活的实验项目，丰富了实验内容，制定了综合考核评价体系，打破长期以来的硬件类教学理论与实践二分离的局面。以工作任务为中心，实现理论与实践一体化教学。从传统的“教员讲，学员听”的教学模式转变为“我要学，所以教员讲”的教学模式。授之以渔，把灯点亮，把课堂交给学员，从主体参与、真切体验中增强育人实效。

2 教法与手段

本校微机原理与接口技术实验课程共20学时，根据教学计划要求和培养新工科人才需要，注重对学员基本能力和创新能力的培养，合理地掌握每个实验项目的深度和广度。课程组对实验内容及学时分配重新进行了梳理，划分为基础性实验和综合性实验两个板块，其中基础实验7个，综合实验1个。各个实验项目名称、学时、内容、类型如表1所示。

表1 微机原理与接口技术实验教学一览图

2.1 基础实验教法与手段

2.1.1 验证实验教学方法

在基础实验的验证实验中，教员先示范实验过程，讲解基本原理、特点以及应用场景。在实践环节，采用教员引领、学员自主学习和同伴互助的教学模式。这样，通过基础验证实验的学习，学员懂原理、晓特点、会应用。实验过程中，学员难免会遇到各种各样的问题，而且大部分为共性问题。如果是复杂的问题，教员集中讲解，对于一些简单的问题，学员自主完成或是通过同伴互助来完成。教的过程，也是一个自我强化记忆和认识的过程。教会他人，他人提出疑问、质疑和新想法，会增强我们自身的认识。既能互帮互助，又能加深对知识点的学习，学员们也乐于接受同伴互助模式，这种模式无形中也增强了同学之间“团结友爱、互帮互助”的意识。

2.1.2 思考题实验教学方法

为了巩固学员基础验证实验的学习和培养发散思维，在每节验证实验的基础上均设有开放提高性的思考题实验。思考题为选做部分，且解题方法不是唯一的。

例如，学员在完成图形化呼吸灯验证实验基础上，充分理解了使用for 循环语句控制管脚来改变输出的模拟电压，从而实现呼吸灯功能。思考题要求：将LED模块换成电机模块，如何进行软硬件设计？由于学员是第一次接触电机，为了避免学员因操作不当而烧毁仪器，在做思考题前，教员应讲解电机相关原理和提醒学员注意事项。比如做电机实验时需要配合电机接连部件使用，用多大电压驱动电机？电机正反转原理等等。然后采用苏格拉底式提问教学法，在课堂上进行翻转使学员成为主导，引发学员思考LED模块和电机有何异同点？这种异同点在硬件连接和软件编写上如何体现？充分给予学员独立思考的空间，学员主动探究解决方法，独立设计硬件连接电路和编写代码。最后，教员根据学员完成的思考题情况，进行小结，再逐步引入更深层次的知识点。对于思考题完成度高、创意新和代码可读性好的学员，可将他们请到讲台上来，为大家讲解解题思路和代码。将课堂交给学员，同伴间相互影响、相互启迪、拓宽视野，形成同伴示范效应，实现主动学习的开放教育作用。

实践表明：这种苏格拉底式提问教学法、半启发式和同伴辐射、带动的教学模式极大地激发学员的学习热情和对专业的认可度，培养了学员主动探究知识的学习能力和思辨能力，强化了科学思维和发散思维的训练，实现了情感上的共鸣，增强了教学的实效性。

2.2 综合实验教法与手段

7个基础实验为综合实验提供了创新思想的源泉和支撑。为更好地引导学员在实践中研究、在研究中实践，综合实验以2-4 人为一组，以小组的形式来完成。要求设计一份综合实验作品、提交一份综合实验报告和进行PPT 汇报。题目自拟，但须贴近实际应用，具有军事价值，组员分工明确。综合实验考查学员的理论学习深度、专业知识灵活运用能力、逻辑思维能力和团队合作能力。

教育是精神的唤醒[8]。教育的价值在于激发学员们主动成长的内驱力。学员们通过讨论、查阅文档资料、观看网络课程、合理借鉴学长学姐们优秀竞赛成果等“输入”的形式，建立系统的概念，提升理论知识转化为应用的能力。而综合实验作品的设计（方案设计、硬件连接、代码编写等）、综合实验报告的撰写和制作PPT等这些“输出”的形式，不仅在实践中强化了团队合作精神，还提高了学员学习、总结、归纳信息和多媒体技术应用的能力，塑造了严谨的科学态度，明确了创新和军事人才培养价值导向。部分学员综合实验作品如图1所示。

图1 部分学员综合实验作品及介绍

善学者尽其理，善行者究其难。对于学习兴趣高、基础较好的学员，鼓励他们参加各种创新竞赛。以赛促教、以赛促学、以学促做、以赛促改，达到塑学风、提素养、促教风的成效。采用探究式教学法，以学员为主体，以学员“发现问题-提出问题-分析问题-解决问题-创新问题”认知规律为基础，教员以指导者和引导者的身份，引导他们主动参与实验的“自主”意识，培养学员分析、思考、辨别、归纳的过程，明确探究目标。通过质疑、交流和讨论将所学知识从设计的角度回归到实际应用中，发挥创新精神，促进知识的转化，完成从“现实问题”到“科学本质”的升华。

3 实验教学内容

善战者因其势而利导之。课程组成员不仅在教学方法上因事而化，在内容上也因势而新。对于每届学员提交的综合实验作品，课程组的教员们都会认真研读学习，从中找出精品，并凝练精华，及时更新和不断丰富实验教学内容，反哺实验教学和教材。通过这样的一个良性循环，微机原理与接口技术实验教学不仅迎来了形式和内容的“迭代升级”，也在因时而变中挖掘出了知识的“深度”，紧跟军事科学和实际应用发展持续改进，更加注重实效性、时代性和指导性，同时也实现了坚持立德树人，为战育人要求，并使课程和实验内容建设更多更好地与新工科契合。

4 考核模式

教学与考核关系密不可分，考核是教学质量监控的重要环节，也是教学回馈的重要机制。“微机原理与接口技术”实验课程的考核紧紧围绕教学大纲和培养目标，结合实践课程的特点，积极探索以素质教育为核心的课程考核模式，回归育人的本质。通过树立正确评价导向，细化学员考核评价，坚持分类评价，实施过程评价、报告评价、综合实验考核评价等全面全方位全员的考核评价体系，科学测评学员学习效果和能力培养，从而促进学员自主学习，提高学员综合素质。

实验成绩由基础实验成绩（40%）和综合实验成绩（60%）综合评定。具体考核要求如下：

4.1 基础实验评分标准

1）为了进一步了解学员基础实验掌握情况和培养学员的发散思维，每次基础实验均设置了思考题，思考题是基础验证实验的提高部分，选做且解题方法不是唯一的。

2）不做实验或不交实验报告基础实验成绩评定为0分。实验2次（或2次以上）不做实验或不交实验报告基础实验成绩评定在60分以下（不及格）。

3）基础实验成绩由两部分组成：基本实验任务成绩（80%）和思考题（20%）成绩。

4）基础实验报告评价内容及等级和基础实验成绩评定标准分别见表2和表3。

表2 基础实验报告综合评价内容及等级

表3 基础实验成绩评定标准

4.2 综合实验评分标准

综合实验评分制度，坚持质量、创新、贡献为核心的评价导向，全面准确反映综合设计创新水平、转化应用绩效和对军事和社会的实际贡献。综合实验报告模板和评分标准分别如图2和表4所示。

图2 综合实验报告模板

表4 综合实验评分标准

各院校各专业具体情况不尽相同，教学考核办法也就没有统一的标准可循。符合本校本专业实际情况的教学考核制度才能激发广大学员的积极性、主动性和创造性，实现师生相长的双赢局面。

5 结论

微机原理与接口技术是一门理论性、工程性和实践性均很强的课程。在新工科背景下，课程组成员在实验教学中构建层次化的实验体系结构，配合多元化的教学方法，以贴合实际应用和军事需求的实验作品融入教学内容为手段，坚持以素质教育为核心的考核模式，开展了课程改革探索与实践工作。该工作激发了学员的学习兴趣，拓宽了学员的知识面，提高了学员运用所学知识分析、解决实际问题的综合能力，强化了学员的团队合作意识，培养了学员的创新精神和科学精神。如何进一步利用好在线课程平台，整合教学资源，形成更为完整的课程体系，建立更为合理的教学评价机制都将是后续需要深入研究的方向。