创新机制下“微机原理与接口技术”教学改革研究 微机原理与接口技术

　　摘要：卓越工程师教育培养计划是我国高等工程教育亟待实施的重要任务。分析卓越工程师对工程教育的特点和要求，结合“微机原理与接口技术”的教学特点和困难，力图探索应用型卓越工程师培养的有效途径和实现条件，在培养模式、教学形式和实践类型等方面提出满足工程师要求的培养策略，突出知识点的综合、实践目标的工程导向和创新能力的强化，为课程建设明确方向。
　　关键词：卓越工程师；微机原理与接口技术；培养模式
　　作者简介：柳飞（1978-），男，贵州贵阳人，贵州大学机械工程学院，讲师。（贵州?贵阳?550025）
　　中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）26-0081-02
　　随着国际经济环境的不断恶化，处于制造行业利益链条末端的“中国制造”受到了巨大的冲击，亟待将“中国制造”转变为“中国创造”，优秀工程师的培养是其中的核心环节之一。“卓越工程师培养计划”是教育部于2010年推出的重大教育改革计划，它属于国家中长期教育改革和发展规划，[1]其目标主要包括三个方面，其一是强化学生的工程实践能力和创新能力，其二是指导学校制定卓越工程师的培养标准，其三是强调企业深度参与学校教育。
　　目前，我国的工科教育受到投入经费、传统观念和实践手段等多重约束，缺乏自主创新和个性化设计能力，教育模式同质化现象严重，难以满足企业的多样化需求。高校扩招后，一方面巨大的师生比和实验环境的投入不足，重理论、轻实践的教育环境导致技术型、实用型和创新型的人才培养机制发展滞后，另一方面，企业界参与培养的程度不够，也造成人才的输出不足。[2]企业发展最为重要的工程师严重匮乏，已经成为制约行业转换的主要原因。虽然我国在教育改革方面已经做出了大量工作并取得了许多成果，但是在教育成果的衡量和转换方面仍然无法达到量化的程度，[3]相比国内，西方发达国家在课程讲授时始终坚持产学教育一体化，比如德国“卓越计划”和欧洲高等工程教育的H3E/E4/TREE计划中，对教学效果等方面制定了适合企业需要且满足教学要求的标准，为后期的量化提供参照。
　　一、课程教学中出现的主要问题
　　“微机原理与接口技术”（以下简称为“微机原理”）是贵州大学（以下简称“我校”）机械、电工电子、计算机和通信等工科专业的重要基础课之一，在本科教学培养体系中具有重要地位。随着大量新技术的出现和快速发展，“微机原理”涵盖的知识不断扩大，成为众多技术学科的交叉点，是后续诸多课程不可横亘的关键。“微机原理”是学生接触和掌握后续微机控制类课程的基础，开设目的在于培养学生利用所学的微机原理知识，分析和解决相关工程实践中的基本问题的能力。西方发达国家在相关课程的安排可以为我们提供参考，我们可以从具体的教学内容中看出端倪。西方发达国家在讲授“微机原理”时通常没有固定的知识框架，以实际应用为导向，根据科技发展的方向随时更换教学内容，在8位单片机、32/64位通用PC、嵌入式ARM系统、信号处理DSP、可编程器件FPGA以及片上SOC系统等知识构成中灵活把握课程内容和形式，不拘泥于教材内容和实践模式。与此相对，国内在课程教学中普遍存在与实际应用脱节的现象，教材内容常围绕INTEL 8086/88 CPU，ISA/EISA/PCI总线，以及8251/8255接口芯片等已经淘汰或处于淘汰边缘的知识，无法满足行业领域的卓越工程师素质的培养，学生在努力学习课程后却发现自己处于无法设计、无法使用和无法扩展的尴尬境地。
　　“微机原理”主要面向低年级工科学生开设，由于学时数压缩、生源素质下降和前导知识的不完备等主客观原因，课程的教学任务面临诸多困难，而这也是国内相关课程教育的常态现象。当前，国内在“微机原理”的教授过程中存在的问题主要包括下述三个方面，教材内容陈旧，无法正确表达工程实际需要；不断减少的学时数与庞大的微机教学内容矛盾突出；学生对微机内部结构缺乏感性认识，从实践角度分析工程问题等专业素养较难提升。[4]上述三个问题集中表现为理论与实践的脱节，一方面逐渐成为课程教学的瓶颈，另一方面与卓越工程师的培养要求存在较大差距，急需在坚持以生产实际为导向的前提下，对课程教学形式和培养模式进行改革，是每一位课程老师不断思考的新问题。
　　二、教学研究的方向和改革重点
　　根据卓越工程师的培养要求和衡量标准，需要对“微机原理”课程进行改革，主要集中在研究方法、技术路线和实现手段等三个方面。
　　1.研究方法
　　课题采用参与人员从“卓越工程师”培养标准出发，通过头脑风暴得到基础思想，邀请教育专家和企业人士探讨并定下原型方案，最后通过引入不同层次的学生代表到课题中，得到满足要求的教改方案。具体解决下述三个方面的问题：细化行业需求，包括设计在不同专业、不同课时量前提下可配置知识的覆盖框架；设计课程交叉知识点在不同学科、不同专业的效用矩阵，以及相应的权重值；设计智能化实验流程生成系统，用于产生基于行业目标的实验流程。
　　2.技术路线
　　参照“卓越工程师”的要求和标准，以行业实践要求和发展需要为导向，评估课程中各个知识点的权重值，制定相应的教学和实践教学脉络，形成多个子方向，量化子方向的目标后，建立相应的课题里程碑，以时间和目标的组合方式倒推出课题实施计划，同时，通过构建支撑网站的形式，将课题研究结果对外发布，包括课程核心知识点、关联知识、延伸内容和虚拟实验平台等，获取相应修改意见，逐步完善符合行业需求的“微机原理”课程教改方案。
　　3.具体改革手段
　　（1）优化“微机原理”教学内容。 对于非计算机方向的工科专业，“微机原理”课程内容大，学时相对较少，需要对授课内容进行优化，突出主线内容。根据行业实际需要和后续课程的知识传承，重新设定课程需要覆盖的知识点，经过有机整合后拟定教学主线。教师在主线的教学过程中，以启发式和引导式教学思路讲解主线的核心和内容走向，非主线内容让学生根据需要或爱好自学，采用案例进行教学，将构思、设计、实现和运作的CDIO教学循环模式。[5]以内存的组织架构为例，教学的重点在于内存的类型选择以及与硬盘等外部设备的信息通信模式，至于内存中的内容组织形式和调度模式等知识不作为重点讲解内容，达到了优化教学内容，节约课时的目的。