面向“卓越應(yīng)用型工程師”培養(yǎng)的微計(jì)算機(jī)控制系列課程教學(xué)改革的探索

李愛蓮 崔桂梅 梁麗

[摘要]以“工程能力素質(zhì)”培養(yǎng)為主線，采用工程對象教學(xué)法，選取小型賽車為典型工程對象，建設(shè)工程應(yīng)用型教材，系統(tǒng)、全面改革微計(jì)算機(jī)控制系列課程理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，為“卓越自動(dòng)化應(yīng)用型工程師”的培養(yǎng)提供良好的課程設(shè)置支撐，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試能力的進(jìn)階培養(yǎng)，促進(jìn)群眾化創(chuàng)新活動(dòng)的開展。

[關(guān)鍵詞]工程對象教學(xué)法 教學(xué)改革 小型賽車 實(shí)踐與創(chuàng)新

[中圖分類號]G642

引言

近幾年來，冶金、稀土、礦產(chǎn)等成為西部地區(qū)的支柱行業(yè)，對自動(dòng)化科技人才的要求不斷提高，需求量迅速增加。但從我國目前教育培養(yǎng)現(xiàn)狀來看，人才培養(yǎng)模式單一，缺乏多樣性和適應(yīng)性，工程教育中實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱問題長期未能解決，對學(xué)生的創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練重視和投入不足，導(dǎo)致自動(dòng)化專業(yè)本科生缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與能力，走上工作崗位后上手慢、實(shí)踐與創(chuàng)新能力弱，發(fā)展空間小，從而嚴(yán)重制約了我國西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型工程科技人才，是建設(shè)創(chuàng)新型國家、實(shí)施科教興國戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略的關(guān)鍵之所在。2010年國家教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重大改革項(xiàng)目，我校已被批準(zhǔn)為第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)，自動(dòng)化專業(yè)為試點(diǎn)專業(yè)之一。[1]

一、教學(xué)改革的基礎(chǔ)

以培養(yǎng)“卓越應(yīng)用型工程師”為視角，自動(dòng)化專業(yè)一直致力于“以工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線”的人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐[2]。

自動(dòng)化專業(yè)微計(jì)算機(jī)控制系列課程現(xiàn)狀：

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)模塊側(cè)重計(jì)算機(jī)文化、技術(shù)及程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識講授，開設(shè)專業(yè)共用一份課程大綱，缺乏專業(yè)針對性；電基礎(chǔ)模塊課程設(shè)置系統(tǒng)性不強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)尤其是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)所占比重太大，不利于學(xué)生電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。并且實(shí)驗(yàn)課程單獨(dú)開課且由實(shí)驗(yàn)教師單獨(dú)完成，經(jīng)常存在理論教學(xué)與實(shí)踐進(jìn)度脫節(jié)的現(xiàn)象；控制理論模塊教學(xué)理論性太強(qiáng)，難于理解、接受，不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)；微機(jī)原理與單片機(jī)模塊內(nèi)容不夠緊湊，突出專業(yè)應(yīng)用性不強(qiáng)，與“卓越計(jì)劃”壓縮講授學(xué)時(shí)，精簡教學(xué)內(nèi)容，突出工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的節(jié)奏不相適應(yīng)；微型機(jī)技術(shù)應(yīng)用是自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代檢測技術(shù)相結(jié)合的綜合應(yīng)用技術(shù)， 是一門多課程相關(guān)、實(shí)踐性強(qiáng)的課程模塊，其教學(xué)改革應(yīng)緊跟控制理論等模塊的改革步伐，為學(xué)生提供充分面向工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

二、教學(xué)改革內(nèi)容與關(guān)鍵點(diǎn)

整合課程，建立全新的自動(dòng)化專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)，以“工程能力素質(zhì)”培養(yǎng)為主線，選定典型對象，全過程采用工程對象教學(xué)法，進(jìn)行微計(jì)算機(jī)控制系列課程的理論、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。

1）著重進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)模塊課程整合，并開設(shè)早期工程體驗(yàn)課程

采用工程對象教學(xué)法，將小型賽車作為工程對象，為學(xué)生提供C語言工程實(shí)踐環(huán)境和任務(wù)要求，在小型賽車C語言編程平臺上開展C語言實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)小型賽車控制，提高學(xué)習(xí)興趣，體現(xiàn)工程項(xiàng)目導(dǎo)向的理念，同時(shí)在大一也為學(xué)生提供早期工程體驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

2）大力度進(jìn)行基礎(chǔ)模塊課程整合

大幅度壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，理論教學(xué)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，任課教師進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

3）強(qiáng)調(diào)實(shí)踐應(yīng)用背景，進(jìn)行控制理論模塊課程整合

在工程應(yīng)用中開展理論教學(xué)，并以小型賽車作為工程對象，開展比賽活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)控制、理解控制、學(xué)習(xí)控制，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際控制裝置上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制。

4）強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用，整合“微機(jī)原理”與“單片機(jī)”課程，突出實(shí)訓(xùn)

從強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，制定了整合后“微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用”課程大綱和“微計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)”項(xiàng)目，選用基于C語言的工程應(yīng)用型教材，并以小型賽車為對象進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的開展，熟練掌握外圍接口電路的設(shè)計(jì)及編程。

5）緊跟控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)等模塊的改革步伐，進(jìn)行計(jì)控技術(shù)的改革

引入工程案例教學(xué)法，采用多媒體教學(xué)手段，利用仿真軟件自行開發(fā)教學(xué)演示實(shí)例——如利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)開發(fā)算法仿真實(shí)例，讓學(xué)生觀察和了解選取不同的控制參數(shù)、采用不同的控制算法、在不同的信號驅(qū)動(dòng)下對控制系統(tǒng)性能的影響， 提高學(xué)生的綜合分析能力；構(gòu)建實(shí)踐能力進(jìn)階、多元化培養(yǎng)模式，逐級培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，并應(yīng)用于小型賽車，最終工程對象教學(xué)法的成果為小型賽車實(shí)物，為畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新活動(dòng)等綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。

三、教學(xué)改革的實(shí)施

1）為突出“工程能力素質(zhì)”的培養(yǎng)，制定如下實(shí)施方案[4]

①條件允許的課程，做到理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)打通，講授完某個(gè)知識點(diǎn)立即操作練習(xí)。

②實(shí)踐環(huán)節(jié)項(xiàng)目設(shè)置原則：

門檻低--所有學(xué)生都能上手開展工作；

可發(fā)揮空間大—給學(xué)生留有充分的發(fā)揮空間；

環(huán)境要求低—為大量學(xué)生提供工程實(shí)踐環(huán)境；

鼓勵(lì)創(chuàng)新—學(xué)生可自主設(shè)置題目，體現(xiàn)個(gè)性培養(yǎng)；

項(xiàng)目難易等級制、成績等級制—學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)等級項(xiàng)目，據(jù)完成情況取得相應(yīng)成績，體現(xiàn)層次性培養(yǎng)；

③實(shí)踐教學(xué)實(shí)施系統(tǒng)化，分階段進(jìn)行：

第一階段：具體實(shí)踐平臺培訓(xùn)。

第二階段：分組、選題。以團(tuán)隊(duì)為單位對題目展開方案論證，并進(jìn)行分工。

第三階段：實(shí)踐與輔導(dǎo)。實(shí)踐周，實(shí)驗(yàn)室全天開放，按教學(xué)安排輔導(dǎo)；課余時(shí)間實(shí)驗(yàn)室仍開放，定點(diǎn)安排教師輔導(dǎo)，確保每位同學(xué)完成項(xiàng)目。

第四階段：驗(yàn)收。通過團(tuán)隊(duì)匯報(bào)、成果演示、文檔報(bào)告與現(xiàn)場答辯進(jìn)行驗(yàn)收，考核項(xiàng)目完成的過程細(xì)節(jié)，給出綜合成績及評價(jià)。

第五階段：效果評價(jià)。通過實(shí)施過程意見積累、問卷調(diào)查、座談會(huì)等形式，根據(jù)反饋結(jié)果及時(shí)改進(jìn)下一輪教學(xué)。

④實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，淡化理論考試，突出實(shí)踐能力的考核。

2）建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新與技能開發(fā)平臺[5]

建設(shè)“科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，購置、設(shè)計(jì)搭建了由各類機(jī)器人、智能車組成的研究開發(fā)平臺，以及各種傳感器、單片機(jī)開發(fā)板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、kinect體感裝置等常用設(shè)備和材料，購置了電路板PCB加工、小型多功能機(jī)床等設(shè)備，用于實(shí)訓(xùn)中的電路板、機(jī)械加工，這些平臺既可以用于實(shí)訓(xùn)，也可以用于學(xué)生參加各種電子設(shè)計(jì)競賽，并組建了各競賽訓(xùn)練隊(duì)，具體科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、競賽訓(xùn)練隊(duì)及其對應(yīng)關(guān)系如圖。

制定了詳細(xì)的運(yùn)作模式和教師指導(dǎo)學(xué)生科技活動(dòng)的具體要求及工作量、業(yè)績核定辦法，并采取多種措施積極引導(dǎo)學(xué)生參與科技實(shí)

踐與創(chuàng)新活動(dòng)，如系列課程教學(xué)選取競賽用小車為對象；在學(xué)生綜合測評、評獎(jiǎng)、推優(yōu)、發(fā)展黨員等工作中，提高在科技創(chuàng)新活動(dòng)中取得成果所占的比重；對在創(chuàng)新方面有特殊才能和突出貢獻(xiàn)的學(xué)生，在專業(yè)選修課程學(xué)習(xí)等方面給與適當(dāng)照顧，鼓勵(lì)他們在科技創(chuàng)新方面脫穎而出；在科技活動(dòng)團(tuán)隊(duì)從事服務(wù)工作的學(xué)生納入學(xué)院學(xué)生干部管理系列，享受相應(yīng)的社會(huì)活動(dòng)賦分和評優(yōu)表彰等。

四、改革的創(chuàng)新點(diǎn)

1）工程對象教學(xué)法的采用

整個(gè)教學(xué)過程選取小型賽車為典型工程對象，成果為小型賽車作品，采用工程對象教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生“工程能力素質(zhì)”的進(jìn)階培養(yǎng)，如圖所示。

2）群眾化創(chuàng)新活動(dòng)的推廣

由于系列課程教學(xué)改革整個(gè)教學(xué)過程選取小型賽車為典型工程對象，大部分學(xué)生對小型賽車從編程—接口電路設(shè)計(jì)—控制及軟件實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)，極大地激發(fā)了學(xué)生參與創(chuàng)新活動(dòng)的積極性，創(chuàng)新活動(dòng)參加人數(shù)越來越多，熱情越來越高。創(chuàng)新活動(dòng)已由原來個(gè)性化培養(yǎng)發(fā)展為群眾化創(chuàng)新活動(dòng)，參賽由原來少數(shù)學(xué)生專門培養(yǎng)參加各類智能車大賽發(fā)展成為校內(nèi)選拔優(yōu)秀選手參賽，為賽出好成績奠定了基礎(chǔ)，更有效的促進(jìn)了學(xué)生動(dòng)手、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

五、結(jié)束語

教學(xué)改革促進(jìn)了專業(yè)課程群和師資隊(duì)伍建設(shè)，我校自動(dòng)化專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)被評為自治區(qū)優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)，《自動(dòng)控制原理》《微計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》被評為自治區(qū)精品課程，多門課程評為校級精品課程。指導(dǎo)學(xué)生獲得全國“智能車大賽”多項(xiàng)省部級、國家級獎(jiǎng)。多名教師完成了多項(xiàng)各級教改項(xiàng)目，多次獲得校級教學(xué)成果獎(jiǎng)，發(fā)表教改核心論文多篇。自動(dòng)化專業(yè)評為自治區(qū)品牌專業(yè)、國家級特色建設(shè)專業(yè)和國家教育部第二批“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)。我校與包鋁集團(tuán)聯(lián)合申請成功國家級工程實(shí)踐教育中心，為深度產(chǎn)學(xué)研合作提供了平臺。改革增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢，突顯了自動(dòng)化專業(yè)“學(xué)以致用、能力為本、就業(yè)為上”的人才培養(yǎng)模式，力爭做好 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的示范點(diǎn)，為同類院校起示范作用。

基金項(xiàng)目：第三批國家級高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目（TS10704）；教育部教高[2011]1號，“卓越工程師培養(yǎng)教育計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目；內(nèi)蒙古科技大學(xué)教改研究重點(diǎn)立項(xiàng)課題（JY2011020）

[參考文獻(xiàn)]

[1]周雪梅.面向卓越工程師培養(yǎng)的教學(xué)改革研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011（5）：50-50.

[2]韓璞等.自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師課程體系的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（10）：262-271.

[3]羅運(yùn)虎等.基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程設(shè)計(jì)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（6）14-15

[4]李娟等.在高等工科院校中全面推廣開放實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（8）：22-25.

[5]南新元等.完善自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，加強(qiáng)工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（8）：147-150.

（作者單位：內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭）