基于“卓越計(jì)劃”的微機(jī)類課程教學(xué)改革研究

張曉輝　溫顯斌　王曉曄

摘要： 依據(jù)“卓越計(jì)劃”的目標(biāo)，針對微機(jī)類課程的教學(xué)現(xiàn)狀，以注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，突出工程實(shí)踐能力為要求，重構(gòu)微機(jī)類課程的課程體系，組建高素質(zhì)的工程型師資隊(duì)伍，加強(qiáng)實(shí)踐基地建設(shè)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，以期培養(yǎng)出滿足社會需求、具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的人才。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；微機(jī)類課程

一、背景

2010年6月23日，教育部正式啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱“卓越計(jì)劃”），該項(xiàng)目作為《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》組織實(shí)施的一個(gè)重大項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)造就一大批卓越工程師后備人才。2011年天津理工大學(xué)正式啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，制定了《天津理工大學(xué)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”工作方案》 。該方案旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。要求教師應(yīng)面向社會需求培養(yǎng)人才，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)也成為我?！白吭接?jì)劃”實(shí)施專業(yè)之一。從目前微機(jī)類課程的教學(xué)過程及教學(xué)效果、學(xué)生對微機(jī)技術(shù)的掌握與開發(fā)能力以及畢業(yè)生就業(yè)狀況來看，距卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的要求還有一定的差距。在教學(xué)過程中還存在很多問題，如課程體系設(shè)置內(nèi)容重復(fù)，課程體系銜接不夠；傳統(tǒng)教學(xué)模式重理論而輕實(shí)踐，課堂講授多、實(shí)踐動手少，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力欠缺，人才培養(yǎng)與社會需求相對脫節(jié)等。

二、教學(xué)改革目標(biāo)

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃明確指出要強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的工程技術(shù)人才。因此，微機(jī)類課程的教學(xué)改革目標(biāo)為在課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法中強(qiáng)化實(shí)踐能力的培養(yǎng)；組建高素質(zhì)的工程型師資隊(duì)伍；加強(qiáng)實(shí)踐基地建設(shè)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需求的各類工程科技人才。

三、教學(xué)改革措施

（一）重構(gòu)課程體系

微機(jī)類課程體系中，雖然各門課程的側(cè)重點(diǎn)不同，但是在內(nèi)容上存在知識點(diǎn)的重復(fù)。如圖1 微機(jī)類課程體系結(jié)構(gòu)圖所示。在以往的教學(xué)過程中，每個(gè)老師講授其中一門課程，每門課程的學(xué)時(shí)安排為36節(jié)理論學(xué)時(shí)和12節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，共48學(xué)時(shí)。學(xué)生會學(xué)習(xí)3遍指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)等。既容易造成學(xué)生對知識的認(rèn)識混亂，也浪費(fèi)了時(shí)間。使得學(xué)生對整個(gè)課程體系目的不明確，構(gòu)建不出微機(jī)類課程體系環(huán)環(huán)相扣，循序漸進(jìn)的知識體系結(jié)構(gòu)。學(xué)生的能力也只能平行發(fā)展，特別欠缺實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)。

于是，將微機(jī)類課程包含的微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用以及嵌入式系統(tǒng)這三門課進(jìn)行整合，重構(gòu)課程體系。如圖2 重構(gòu)微機(jī)類課程體系結(jié)構(gòu)圖所示。學(xué)生在第3學(xué)期學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程，注重基礎(chǔ)知識和理論的學(xué)習(xí)，主要內(nèi)容包括80x86/Pentium微處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、存儲器以及輸入/輸出接口技術(shù)等。在第5學(xué)期學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程，其中MSC-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、存儲器和輸入輸出接口技術(shù)等基礎(chǔ)理論知識部分以學(xué)生自學(xué)為主，教師主要針對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，應(yīng)用PBL（Problem-Based learning）教學(xué)法對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)。同樣，第7學(xué)期的嵌入式系統(tǒng)課程，基礎(chǔ)理論知識的內(nèi)容相似部分也引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)為主，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。教師主要針對嵌入式OS及移植應(yīng)用、嵌入式軟件設(shè)計(jì)以及嵌入式應(yīng)用開發(fā)實(shí)例模塊，通過課程設(shè)計(jì)、12周校內(nèi)實(shí)習(xí)的方式學(xué)習(xí)，以鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計(jì)動手能力。

（二）組建高素質(zhì)的工程型師資隊(duì)伍

改變傳統(tǒng)的一名教師一門課程的教學(xué)模式，以教學(xué)團(tuán)隊(duì)的形式承擔(dān)課程的教學(xué)任務(wù)。培養(yǎng)、選拔若干名教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)重構(gòu)后的微機(jī)類課程體系，進(jìn)行理論課程的講授和實(shí)踐課程的指導(dǎo)。第3學(xué)期的微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識部分，是整個(gè)課程體系的基礎(chǔ)，由一名資深教授講授。實(shí)驗(yàn)部分是課堂講授的補(bǔ)充，由一名動手能力強(qiáng)的青年教師帶領(lǐng)學(xué)生完成3門課程在3個(gè)不同學(xué)期的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、難度的層層遞進(jìn)。第5學(xué)期和第7學(xué)期的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要以鍛煉學(xué)生動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識為主，由科研前沿的教師擔(dān)任。第7學(xué)期12周的校內(nèi)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是重構(gòu)課程體系的特色，也是培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程意識、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和開發(fā)設(shè)計(jì)能力以及溝通合作能力非常重要的環(huán)節(jié)，由具有工程經(jīng)歷的教師或者具有資深工作經(jīng)驗(yàn)企業(yè)人員進(jìn)行指導(dǎo)。

整個(gè)教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)，要定期開會，研討教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法。做到教學(xué)內(nèi)容不重復(fù)，教學(xué)方法多樣化。發(fā)揮每個(gè)教師的長處，每學(xué)期都能使學(xué)生學(xué)到新的知識、鍛煉新的技能，提高新的能力。

（三）加強(qiáng)實(shí)踐基地建設(shè)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)

創(chuàng)新人才培養(yǎng)須要打造平臺，提供舞臺。為實(shí)施卓越計(jì)劃，學(xué)校與北京中軟國際信息技術(shù)有限公司、天津燈塔涂料有限公司、天津第一機(jī)床總廠、河南許繼工控系統(tǒng)有限公司共建了4個(gè)國家級工程實(shí)踐教育中心。在我院也建設(shè)了相關(guān)實(shí)踐教學(xué)基地，如計(jì)算機(jī)技術(shù)硬件實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)與信息化部微軟嵌入式技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等。

充分利用實(shí)踐基地，開展微機(jī)類課程的實(shí)踐活動。實(shí)踐活動主要包括實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、校內(nèi)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)和校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。

1.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)中的不足，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中保證讓每一個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，使每個(gè)學(xué)生的動手能力都得到充分鍛煉。使學(xué)生掌握微機(jī)的基本組成、工作原理、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法，接口電路及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法，為解決工程實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。使學(xué)生具有一定的應(yīng)用、開發(fā)各類微機(jī)的技能，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析解決實(shí)際問題的能力。

2.課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中實(shí)施PBL教學(xué)法。PBL教學(xué)法以問題為導(dǎo)向，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式。 教學(xué)思路設(shè)計(jì)分為問題提出、資料查閱、討論研究和總結(jié)反思4個(gè)主要步驟。學(xué)生之間互相合作、共同探究，逐步尋找問題的解決方法。以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我探究為主，作為合作者的教師僅在關(guān)鍵時(shí)刻起到點(diǎn)撥和引導(dǎo)作用。

在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)階段表現(xiàn)突出的同學(xué)可以擔(dān)任組長，由其選擇組員并確定題目。在教師指導(dǎo)下分工合作，查閱資料、小組討論，提出合理、可行的方案。教師在指導(dǎo)過程中采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，小組提出方案后，同小組學(xué)生一同討論，研究其合理性、可行性。課程設(shè)計(jì)在實(shí)踐教學(xué)基地進(jìn)行，保證學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間，給學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)和自我研究的空間。此階段以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力為主，要鼓勵(lì)學(xué)生求新、求異。

3.校內(nèi)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)：模擬企業(yè)模式，組成學(xué)生開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行長達(dá)12周的校內(nèi)實(shí)習(xí)。在有工程經(jīng)歷教師或資深經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)人員指導(dǎo)下，模擬企業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)模式，組成學(xué)生開發(fā)團(tuán)隊(duì)。學(xué)生團(tuán)隊(duì)可以選擇教師提供的項(xiàng)目，也可自擬題目，團(tuán)隊(duì)成員分工合作，相互學(xué)習(xí)、交流，共同完成項(xiàng)目。

校內(nèi)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)過程中，教師起引導(dǎo)、點(diǎn)撥、督促的作用，可介紹相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與政策法規(guī)，讓學(xué)生提前熟悉企業(yè)工作模式。該環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程意識、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計(jì)能力以及管理與溝通合作能力等，完成學(xué)生進(jìn)入社會的熱身。

4.校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)：經(jīng)過了以上幾個(gè)環(huán)節(jié)的錘煉，學(xué)生已經(jīng)具備了基本的實(shí)踐動手能力。應(yīng)該安排學(xué)生到企業(yè)去體驗(yàn)鍛煉。在學(xué)校建成的國家級工程實(shí)踐教育中心，或者其他企業(yè)進(jìn)行校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。使學(xué)生開闊思路，拓廣知識面，將學(xué)到的微機(jī)類課程的知識應(yīng)用到真正的實(shí)踐中去。

編輯∕岳 鳳