工程教育認證的單片機課程教學論文
摘要：“單片機原理與應用”是電氣工程自動化專業(yè)本科生的重要專業(yè)課程之一，文章以教育工程專業(yè)認證為背景，針對原有課堂教學模式和考核機制不能滿足培養(yǎng)需求的情況，秉承工程專業(yè)認證標準，調(diào)整教學大綱，增加實踐課程設置，構(gòu)建新的考核模式，促進學生在電氣自動化領域的創(chuàng)新和實踐應用能力。
關鍵詞：工程教育認證；單片機；教學
工程教育專業(yè)認證是國際通行的保障工程教育質(zhì)量的基本制度，我國于2013年成功成為華盛頓協(xié)議成員之一，一方面表明了中國的工程教育認證取得里程碑的突破，另一方面對于我國高校的專業(yè)建設，既是機遇又是挑戰(zhàn)[1]。無錫職業(yè)技術學院作為首批國家示范高職院校，率先與江蘇大學聯(lián)合培養(yǎng)的6個專業(yè)的4年制高職本科專業(yè)，也全面以工程教育認證目標為培養(yǎng)方向，積極展開專業(yè)認證的相關工作�！皢纹瑱C原理與應用”是工科院校電氣自動化相關專業(yè)的專業(yè)必修課程之一，研究的是單片機相關硬件指令系統(tǒng)，以及編程方法和設計技術等，直接涉及學生的創(chuàng)新能力，也是提高學生就業(yè)能力的重要技術基礎。為適應就業(yè)市場人才需求，培養(yǎng)國際互認的工程科技人才，課程教學改革應遵從培養(yǎng)學生工程素質(zhì)為主線，強調(diào)應用性和實踐性，以此為切入點，從教學體系結(jié)構(gòu)、實踐實驗內(nèi)容、考核形式等方面進行改進。
1傳統(tǒng)單片機教學與工程認證標準的差距
工程教育認證的基本原則是基于產(chǎn)出導向的教學模式（Outcomes-basedEducation，OBE）。它包含學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件7條通用標準，考慮到我國高等學校以往對本科教學培養(yǎng)目標的制定常由學校統(tǒng)一教學指導機構(gòu)設定，并沒有將以學生為中心的理念完全推行開來，導致違背產(chǎn)出導向的基本原則，使得學校培養(yǎng)出的人才與社會實際需求脫節(jié)。傳統(tǒng)單片機教學方法是按照教材的順序，對照知識點的難易度從簡單到復雜，逐章進行理論知識的講解，雖然在過去取得了一定的教學效果，但與當前工程專業(yè)認證中強調(diào)培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力仍具有一定差距。究其原因，主要存在以下3方面問題。
1.1教學方法
以教師為中心的傳統(tǒng)教學方法仍占據(jù)著教學工作的主導位置。由于在教學過程中老師始終圍繞單片機基本原理，理論講授比例較大，缺少與實際應用的聯(lián)系，導致學生覺得這門課枯燥，嚴重制約學生動手能力和創(chuàng)造性，從而限制了學生對單片機應用和設計能力的培養(yǎng)，很難真正達到專業(yè)認證培養(yǎng)方案以及社會對創(chuàng)新型人才的需求。
1.2教學內(nèi)容
傳統(tǒng)單片機實驗內(nèi)容嚴重制約了學生工程實踐能力的培養(yǎng)。單片機原理與應用屬于理實一體化課程，既包括單片機理論知識學習，也包括配套的實驗訓練。由于傳統(tǒng)單片機實驗設備一般使用實驗箱，該設備結(jié)構(gòu)固化，其封閉性使其無法進行硬件電路修改，學生只要遵照特定實驗要求設定參數(shù)和調(diào)節(jié)開關，編寫程序做一些驗證性實驗即可，導致學生知其然不知其所以然，對整個單片機系統(tǒng)開發(fā)及應用無法形成完整系統(tǒng)的概念，很難拓展學生視野，更談不上為學生提供設計性和創(chuàng)新性的單片機學習環(huán)境。
1.3考核方式
符合工程教育專業(yè)認證的考核機制應充分考慮能否體現(xiàn)學生的真實水平，達到公平有效地評價學生的'學業(yè)水平和創(chuàng)新能力等。但是傳統(tǒng)單片機教學中往往存在一張試卷定成績的考核評價制度，使得教學內(nèi)容、考核方式與實際應用脫節(jié)，導致學生成績不能真實反映開發(fā)能力。
2基于工程教育專業(yè)認證的單片機教學設計
工程教育專業(yè)認證主要包括對培養(yǎng)目標、學生達到畢業(yè)標準的要求以及課程持續(xù)改進能力等相關建設，從基本上反映了社會的實際需求。江蘇大學無錫機電學院重視培養(yǎng)學生的工程實踐能力，支持單片機原理與應用的教學改革，主要從教學方法、教學內(nèi)容、實驗內(nèi)容、持續(xù)改進4個方面展開。
2.1優(yōu)化教學方法
按照工程教育專業(yè)認證“以學生為本”的原則，充分發(fā)揮老師的引導作用，實現(xiàn)“以學生主體，教師指導為輔”的理念。
2.1.1注重學生能力培養(yǎng)
在輔助和引導學生時，要注意分寸，避免手把手替學生解決問題。通過教師的適當引導來培養(yǎng)學生的發(fā)散和深刻思維，鼓勵學生養(yǎng)成自己動手獨立解決問題的能力。具體如下：在教學活動中，多采用啟發(fā)、講授和討論相結(jié)合的方式，在與學生互相探討的過程中，鼓勵學生自主思考，并有意識地培養(yǎng)學生正向思維和逆向思維，引導學生對所學知識先理解，再應用。利用教師主導和學生反饋，在整個教學過程中調(diào)動學生主觀能動性，注重結(jié)合工程實踐，培養(yǎng)學生工程意識，提高學生獨立分析解決問題的能力。
2.1.2教學內(nèi)容與實際問題結(jié)合
基于單片機具體實例，注重課程綜合應用的特點。具體如下：為避免傳統(tǒng)教學方法僅側(cè)重系統(tǒng)和嚴謹性，而忽視應用性，多使用案例教學法。實際上，單片機原理中有相當一部分抽象難以理解的內(nèi)容，都可采用案例教學法。例如，在學習單片機定時器相關內(nèi)容時，圍繞數(shù)碼管秒表顯示案例展開，通過向?qū)W生展示數(shù)碼管顯示的延時控制由定時器功能單元實現(xiàn)，學生很快體會到前面章節(jié)延時指令與新的定時器延時原理不同之處，有助對本章節(jié)的理解。在對具體案例的分析中可讓學生體會單片機系統(tǒng)設計的全過程，鞏固學生對基本概念和理論知識的理解和掌握。
2.2依據(jù)畢業(yè)標準優(yōu)化課程大綱
明確培養(yǎng)目標，調(diào)整完善符合畢業(yè)標準的課程大綱。由于工程教育專業(yè)認證的核心理念是“以人為本”，首先需要明確培養(yǎng)目標，即充分考慮學生的實際情況。筆者所在無錫職業(yè)技術學院電氣自動化專業(yè)針對大三上學期的學生開設單片機原理與應用課程，本課程對應的畢業(yè)要求是學生能夠綜合運用所學的理論和技術手段分析解決問題。
2.2.1調(diào)整教學內(nèi)容
慮到剛進入大學三年級的學生專業(yè)基礎相對薄弱，從學生專業(yè)背景出發(fā)，以學生畢業(yè)要求為導向，適當刪減純理論教學內(nèi)容，調(diào)整實驗實踐內(nèi)容比例。除了安排獨立的單片機實驗實踐課程，還將原先8課時的實驗增至12學時。在課程實踐內(nèi)容設計上，為使實驗環(huán)節(jié)覆蓋多個知識點，將較完整或經(jīng)簡化的實際工程項目分成若干實驗環(huán)節(jié)，循序漸進逐步擴展學習內(nèi)容，最后再加以組合重現(xiàn)完整的工程項目。
2.2.2制定覆蓋畢業(yè)要求指標點的考核方案
單片機原理與應用屬于應用實踐性強的課程，若仍采用以閉卷考試單一為主，即用一張試卷決定學生總評成績，無法客觀評估學生對該課程的掌握程度。考慮上述原因，本課程需要的考核方式，需要覆蓋畢業(yè)要求能力指標點，并使評價結(jié)果盡可能真實體現(xiàn)學生實際水平。新的考核方式本著工程教育專業(yè)認證的理念，為達到客觀體現(xiàn)畢業(yè)要求指標點，側(cè)重多階段測評和多方式考核，著重對學生整個學習過程的表現(xiàn)進行跟蹤評價，考核內(nèi)容圍繞畢業(yè)要求指標點4-1“能夠設計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”和指標點4-2“能夠針對系統(tǒng)編寫軟件程序，并采用科學方法進行模擬調(diào)試”展開，具體考核評分方法如表1所示。采用表1的課程考核評分方式，將終結(jié)性評價體系和過程性評價體系相結(jié)合，對學生單片機學習過程，及實踐創(chuàng)新能力進行考核，全方位考查學生單片機學習情況，避免學生期末突擊式學習，基本符合專業(yè)認證中對學生實踐能力的需求。
2.3豐富實驗內(nèi)容
將計算機仿真技術引入單片機課堂教學中，豐富實驗形式，采用單片機數(shù)字聯(lián)調(diào)仿真。其中proteus軟件是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具之一，可對多款單片機及相關接口芯片提供支持，并兼容keil等第三方編譯開發(fā)軟件，是對單片機應用系統(tǒng)進行輔助設計的全開發(fā)性仿真實驗平臺。教師引導學生在課堂教學同時搭建仿真平臺，既能學習單片機應用系統(tǒng)硬件接線又能學習軟件調(diào)試方法，比如可隨時觀察寄存器、存儲器的變化以及程序不同階段的運行過程，從而跳出傳統(tǒng)實驗箱固有電路的束縛，將以前單片機純理論的抽象內(nèi)容具體化。對學有余力的學生，以前他們課余想練習單片機時，要等實驗室開放，很不方便，而仿真實驗平臺的搭建對硬件設備要求不高，每位學生課后可在自己電腦上安裝單片機虛擬實驗室，不僅提高他們學習興趣，也對學習繪制PCB圖和進行交互式電路仿真有極大幫助，從而激發(fā)學生的主動性，在不知不覺中引導學生自主利用課余時間學習，將仿真結(jié)果真正作用于實際電路，促進學生單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)能力，有效實現(xiàn)了真正的“教學做”一體化。
2.4依據(jù)達成度指標持續(xù)改進課程
工程教育專業(yè)認證重要原則之一是持續(xù)改進，用以促進學生能力的持續(xù)提高，通過最終的達成度評價，來總結(jié)教學過程的經(jīng)驗和教訓，有利教學質(zhì)量的監(jiān)督和反饋[7]。當結(jié)束本輪教學，教師應對本課程對應于畢業(yè)要求能力進行達成度分析，對本輪課程教學進行反思，并將結(jié)果運用到下一輪教學過程的改進中。以電氣自動化專業(yè)“單片機原理與應用”課程為例，對電氣工程自動化2014級和2015級同專業(yè)的該課程總評成績進行統(tǒng)計分析。通過14級課程評價，發(fā)現(xiàn)學生對于硬件接線圖和使用科學方法綜合調(diào)試掌握欠缺，在后續(xù)課程教學中，針對性地增強實踐、課程設計環(huán)節(jié)對學生動手能力的培養(yǎng)，并輔以分組形式進行練習和答辯。在后續(xù)15級本課程評價中，指標點4-1的達成度從79%提升到82%，指標點4-2的達成度從73%提升到75%，達到該課程改進優(yōu)化的目標。
3結(jié)語
工程教育專業(yè)認證對于高等學校人才培養(yǎng)具有重要意義，本文針對“單片機原理與應用”在專業(yè)認證中的教學建設等相關問題進行分析與研究，通過加強對學生學習過程和學習能力的考核，以學生切實掌握單片機應用技術為目標，注重培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，為創(chuàng)新型應用人才需求提供保障。
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