工程教育認(rèn)證的單片機(jī)課程教學(xué)
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摘要：“單片機(jī)原理與應(yīng)用”是電氣工程自動(dòng)化專業(yè)本科生的重要專業(yè)課程之一，文章以教育工程專業(yè)認(rèn)證為背景，針對(duì)原有課堂教學(xué)模式和考核機(jī)制不能滿足培養(yǎng)需求的情況，秉承工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整教學(xué)大綱，增加實(shí)踐課程設(shè)置，構(gòu)建新的考核模式，促進(jìn)學(xué)生在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用能力。
關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；單片機(jī)；教學(xué)
工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的保障工程教育質(zhì)量的基本制度，我國(guó)于2013年成功成為華盛頓協(xié)議成員之一，一方面表明了中國(guó)的工程教育認(rèn)證取得里程碑的突破，另一方面對(duì)于我國(guó)高校的專業(yè)建設(shè)，既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)[1]。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為首批國(guó)家示范高職院校，率先與江蘇大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的6個(gè)專業(yè)的4年制高職本科專業(yè)，也全面以工程教育認(rèn)證目標(biāo)為培養(yǎng)方向，積極展開專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)工作?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”是工科院校電氣自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修課程之一，研究的是單片機(jī)相關(guān)硬件指令系統(tǒng)，以及編程方法和設(shè)計(jì)技術(shù)等，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力，也是提高學(xué)生就業(yè)能力的重要技術(shù)基礎(chǔ)。為適應(yīng)就業(yè)市場(chǎng)人才需求，培養(yǎng)國(guó)際互認(rèn)的工程科技人才，課程教學(xué)改革應(yīng)遵從培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)為主線，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性和實(shí)踐性，以此為切入點(diǎn)，從教學(xué)體系結(jié)構(gòu)、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、考核形式等方面進(jìn)行改進(jìn)。
1傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)與工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的差距
工程教育認(rèn)證的基本原則是基于產(chǎn)出導(dǎo)向的教學(xué)模式（Outcomes-basedEducation，OBE）。它包含學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊(duì)伍、支持條件7條通用標(biāo)準(zhǔn)，考慮到我國(guó)高等學(xué)校以往對(duì)本科教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的制定常由學(xué)校統(tǒng)一教學(xué)指導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)定，并沒(méi)有將以學(xué)生為中心的理念完全推行開來(lái)，導(dǎo)致違背產(chǎn)出導(dǎo)向的基本原則，使得學(xué)校培養(yǎng)出的人才與社會(huì)實(shí)際需求脫節(jié)[2-4]。傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)方法是按照教材的順序，對(duì)照知識(shí)點(diǎn)的難易度從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐章進(jìn)行理論知識(shí)的講解，雖然在過(guò)去取得了一定的教學(xué)效果，但與當(dāng)前工程專業(yè)認(rèn)證中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力仍具有一定差距。究其原因，主要存在以下3方面問(wèn)題。
1.1教學(xué)方法
以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法仍占據(jù)著教學(xué)工作的主導(dǎo)位置。由于在教學(xué)過(guò)程中老師始終圍繞單片機(jī)基本原理，理論講授比例較大，缺少與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生覺(jué)得這門課枯燥，嚴(yán)重制約學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)造性，從而限制了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，很難真正達(dá)到專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)方案以及社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求。
1.2教學(xué)內(nèi)容
傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嚴(yán)重制約了學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。單片機(jī)原理與應(yīng)用屬于理實(shí)一體化課程，既包括單片機(jī)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，也包括配套的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。由于傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般使用實(shí)驗(yàn)箱，該設(shè)備結(jié)構(gòu)固化，其封閉性使其無(wú)法進(jìn)行硬件電路修改，學(xué)生只要遵照特定實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定參數(shù)和調(diào)節(jié)開關(guān)，編寫程序做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)即可，導(dǎo)致學(xué)生知其然不知其所以然，對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用無(wú)法形成完整系統(tǒng)的概念，很難拓展學(xué)生視野，更談不上為學(xué)生提供設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的單片機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境。
1.3考核方式
符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的考核機(jī)制應(yīng)充分考慮能否體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)水平，達(dá)到公平有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和創(chuàng)新能力等[5]。但是傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)中往往存在一張?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)的考核評(píng)價(jià)制度，使得教學(xué)內(nèi)容、考核方式與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生成績(jī)不能真實(shí)反映開發(fā)能力。
2基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的單片機(jī)教學(xué)設(shè)計(jì)
工程教育專業(yè)認(rèn)證主要包括對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生達(dá)到畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求以及課程持續(xù)改進(jìn)能力等相關(guān)建設(shè)，從基本上反映了社會(huì)的實(shí)際需求。江蘇大學(xué)無(wú)錫機(jī)電學(xué)院重視培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，支持單片機(jī)原理與應(yīng)用的教學(xué)改革，主要從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、持續(xù)改進(jìn)4個(gè)方面展開。
2.1優(yōu)化教學(xué)方法
按照工程教育專業(yè)認(rèn)證“以學(xué)生為本”的原則，充分發(fā)揮老師的引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生主體，教師指導(dǎo)為輔”的理念。
2.1.1注重學(xué)生能力培養(yǎng)
在輔助和引導(dǎo)學(xué)生時(shí)，要注意分寸，避免手把手替學(xué)生解決問(wèn)題。通過(guò)教師的適當(dāng)引導(dǎo)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散和深刻思維，鼓勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成自己動(dòng)手獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。具體如下：在教學(xué)活動(dòng)中，多采用啟發(fā)、講授和討論相結(jié)合的方式，在與學(xué)生互相探討的過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生自主思考，并有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生正向思維和逆向思維，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)先理解，再應(yīng)用。利用教師主導(dǎo)和學(xué)生反饋，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，注重結(jié)合工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，提高學(xué)生獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力。
2.1.2教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合
基于單片機(jī)具體實(shí)例，注重課程綜合應(yīng)用的特點(diǎn)。具體如下：為避免傳統(tǒng)教學(xué)方法僅側(cè)重系統(tǒng)和嚴(yán)謹(jǐn)性，而忽視應(yīng)用性，多使用案例教學(xué)法。實(shí)際上，單片機(jī)原理中有相當(dāng)一部分抽象難以理解的內(nèi)容，都可采用案例教學(xué)法。例如，在學(xué)習(xí)單片機(jī)定時(shí)器相關(guān)內(nèi)容時(shí)，圍繞數(shù)碼管秒表顯示案例展開，通過(guò)向?qū)W生展示數(shù)碼管顯示的延時(shí)控制由定時(shí)器功能單元實(shí)現(xiàn)，學(xué)生很快體會(huì)到前面章節(jié)延時(shí)指令與新的定時(shí)器延時(shí)原理不同之處，有助對(duì)本章節(jié)的理解。在對(duì)具體案例的分析中可讓學(xué)生體會(huì)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，鞏固學(xué)生對(duì)基本概念和理論知識(shí)的理解和掌握。
2.2依據(jù)畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化課程大綱
明確培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)整完善符合畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的課程大綱。由于工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是“以人為本”，首先需要明確培養(yǎng)目標(biāo)，即充分考慮學(xué)生的實(shí)際情況。筆者所在無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)針對(duì)大三上學(xué)期的學(xué)生開設(shè)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程，本課程對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求是學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的理論和技術(shù)手段分析解決問(wèn)題。
2.2.1調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
慮到剛進(jìn)入大學(xué)三年級(jí)的學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，從學(xué)生專業(yè)背景出發(fā)，以學(xué)生畢業(yè)要求為導(dǎo)向，適當(dāng)刪減純理論教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容比例。除了安排獨(dú)立的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，還將原先8課時(shí)的實(shí)驗(yàn)增至12學(xué)時(shí)。在課程實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)上，為使實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)覆蓋多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，將較完整或經(jīng)簡(jiǎn)化的實(shí)際工程項(xiàng)目分成若干實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)逐步擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容，最后再加以組合重現(xiàn)完整的工程項(xiàng)目。
2.2.2制定覆蓋畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的考核方案
單片機(jī)原理與應(yīng)用屬于應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)的課程，若仍采用以閉卷考試單一為主，即用一張?jiān)嚲頉Q定學(xué)生總評(píng)成績(jī)，無(wú)法客觀評(píng)估學(xué)生對(duì)該課程的掌握程度。考慮上述原因，本課程需要的考核方式，需要覆蓋畢業(yè)要求能力指標(biāo)點(diǎn)，并使評(píng)價(jià)結(jié)果盡可能真實(shí)體現(xiàn)學(xué)生實(shí)際水平。新的考核方式本著工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，為達(dá)到客觀體現(xiàn)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，側(cè)重多階段測(cè)評(píng)和多方式考核，著重對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，考核內(nèi)容圍繞畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4-1“能夠設(shè)計(jì)滿足特定需求的電氣系統(tǒng)并選擇元器件，繪制電氣原理圖、元器件安裝布置圖、電氣接線圖，編制I/O分配表”和指標(biāo)點(diǎn)4-2“能夠針對(duì)系統(tǒng)編寫軟件程序，并采用科學(xué)方法進(jìn)行模擬調(diào)試”展開，具體考核評(píng)分方法如表1所示。采用表1的課程考核評(píng)分方式，將終結(jié)性評(píng)價(jià)體系和過(guò)程性評(píng)價(jià)體系相結(jié)合，對(duì)學(xué)生單片機(jī)學(xué)習(xí)過(guò)程，及實(shí)踐創(chuàng)新能力進(jìn)行考核，全方位考查學(xué)生單片機(jī)學(xué)習(xí)情況，避免學(xué)生期末突擊式學(xué)習(xí)，基本符合專業(yè)認(rèn)證中對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的需求。
2.3豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入單片機(jī)課堂教學(xué)中，豐富實(shí)驗(yàn)形式，采用單片機(jī)數(shù)字聯(lián)調(diào)仿真。其中proteus軟件是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具之一，可對(duì)多款單片機(jī)及相關(guān)接口芯片提供支持，并兼容keil等第三方編譯開發(fā)軟件，是對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的全開發(fā)性仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[6]。教師引導(dǎo)學(xué)生在課堂教學(xué)同時(shí)搭建仿真平臺(tái)，既能學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件接線又能學(xué)習(xí)軟件調(diào)試方法，比如可隨時(shí)觀察寄存器、存儲(chǔ)器的變化以及程序不同階段的運(yùn)行過(guò)程，從而跳出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱固有電路的束縛，將以前單片機(jī)純理論的抽象內(nèi)容具體化。對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，以前他們課余想練習(xí)單片機(jī)時(shí)，要等實(shí)驗(yàn)室開放，很不方便，而仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建對(duì)硬件設(shè)備要求不高，每位學(xué)生課后可在自己電腦上安裝單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅提高他們學(xué)習(xí)興趣，也對(duì)學(xué)習(xí)繪制PCB圖和進(jìn)行交互式電路仿真有極大幫助，從而激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，在不知不覺(jué)中引導(dǎo)學(xué)生自主利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)，將仿真結(jié)果真正作用于實(shí)際電路，促進(jìn)學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力，有效實(shí)現(xiàn)了真正的“教學(xué)做”一體化。
2.4依據(jù)達(dá)成度指標(biāo)持續(xù)改進(jìn)課程
工程教育專業(yè)認(rèn)證重要原則之一是持續(xù)改進(jìn)，用以促進(jìn)學(xué)生能力的持續(xù)提高，通過(guò)最終的達(dá)成度評(píng)價(jià)，來(lái)總結(jié)教學(xué)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，有利教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)督和反饋[7]。當(dāng)結(jié)束本輪教學(xué)，教師應(yīng)對(duì)本課程對(duì)應(yīng)于畢業(yè)要求能力進(jìn)行達(dá)成度分析，對(duì)本輪課程教學(xué)進(jìn)行反思，并將結(jié)果運(yùn)用到下一輪教學(xué)過(guò)程的改進(jìn)中。以電氣自動(dòng)化專業(yè)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程為例，對(duì)電氣工程自動(dòng)化2014級(jí)和2015級(jí)同專業(yè)的該課程總評(píng)成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)14級(jí)課程評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于硬件接線圖和使用科學(xué)方法綜合調(diào)試掌握欠缺，在后續(xù)課程教學(xué)中，針對(duì)性地增強(qiáng)實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，并輔以分組形式進(jìn)行練習(xí)和答辯。在后續(xù)15級(jí)本課程評(píng)價(jià)中，指標(biāo)點(diǎn)4-1的達(dá)成度從79%提升到82%，指標(biāo)點(diǎn)4-2的達(dá)成度從73%提升到75%，達(dá)到該課程改進(jìn)優(yōu)化的目標(biāo)。
3結(jié)語(yǔ)
工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)于高等學(xué)校人才培養(yǎng)具有重要意義，本文針對(duì)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”在專業(yè)認(rèn)證中的教學(xué)建設(shè)等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)能力的考核，以學(xué)生切實(shí)掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，為創(chuàng)新型應(yīng)用人才需求提供保障。
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作者:葉茜 單位:無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
