以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)卓越工程師培養(yǎng)*

張同莊胡明郭健鵬吳靜然崔冉

（1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州2210082、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221008）

以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)卓越工程師培養(yǎng)*

張同莊1胡明2郭健鵬2吳靜然2崔冉2

（1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州2210082、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221008）

文章從工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的要求出發(fā)，分析了以知識(shí)為導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)課程教學(xué)改革的必要性和可行性。結(jié)合作者多年《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，文章介紹了我校以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的單片機(jī)課程教學(xué)改革采取的一些做法，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)卓越工程師人才培養(yǎng)目標(biāo)。

能力為導(dǎo)向；單片機(jī)卓越工程師；工程教育認(rèn)證

前言

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是工科電類專業(yè)學(xué)生的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過(guò)對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握單片機(jī)的基本硬件組成、工作原理、指令系統(tǒng)、接口電路和編程方法等技術(shù)，能夠利用單片機(jī)進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)與軟件編程開發(fā)［1］。隨著技術(shù)的進(jìn)步企業(yè)對(duì)單片機(jī)技術(shù)人才要求的不斷提高和單片機(jī)芯片的不斷升級(jí)換代，單片機(jī)課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到了很大的挑戰(zhàn)。培養(yǎng)能夠解決實(shí)際工程問(wèn)題的單片機(jī)工程師人才顯得尤為重要，單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，從一定程度上決定了學(xué)生工作崗位中解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和水平。

“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”是國(guó)際工程教育發(fā)展的大趨勢(shì)，也是合格工程師必須具備的能力。美國(guó)《2020的工程師：新世紀(jì)工程愿景》提出：工程師應(yīng)具備的關(guān)鍵特征包括，分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、商務(wù)與管理能力、倫理道德和終身學(xué)習(xí)能力［2］。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、以單片機(jī)卓越工程師人才為培養(yǎng)目標(biāo)的單片機(jī)課程教學(xué)改革顯得尤為重要。

一、必要性分析

工科電類專業(yè)大學(xué)生中，除少數(shù)學(xué)生進(jìn)入碩士、博士學(xué)位攻讀，進(jìn)行理論研究和科研能力的提高外，大部分學(xué)生面臨的是就業(yè)的壓力及工作崗位上解決實(shí)際問(wèn)題能力欠缺的壓力。作為本科層次學(xué)生培養(yǎng)，知識(shí)體系的完整性固然重要，這是其后續(xù)解決問(wèn)題的知識(shí)儲(chǔ)備，但是分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力在其就業(yè)崗位中則顯得更加重要。因此，從以知識(shí)為導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)課程教學(xué)改革的是很有必要的。

二、可行性分析

（一）單片機(jī)課程性質(zhì)分析

單片機(jī)課程是電類專業(yè)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和技能考核等項(xiàng)目訓(xùn)練的方式提高硬件電路設(shè)計(jì)與軟件編程開發(fā)能力的培養(yǎng)。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格分析

學(xué)習(xí)風(fēng)格（Learning Style）的概念是由美國(guó)學(xué)者Herbert-Thelen于1954年首次提出［3］。利用學(xué)習(xí)風(fēng)格教育學(xué)模型對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試分析，有助于了解學(xué)生的特征，為教學(xué)改革提供理論依據(jù)。課程組對(duì)我校電類專業(yè)近1000名學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)風(fēng)格測(cè)評(píng)并分析得出：本校學(xué)生善于通過(guò)外在行動(dòng)轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)，屬于行動(dòng)主義與實(shí)用主義，善于發(fā)現(xiàn)思想和理論的應(yīng)用，有能力解決實(shí)際問(wèn)題并作出決策，喜歡用新思想去做試驗(yàn)、仿真、實(shí)驗(yàn)性作業(yè)和應(yīng)用。因此，其更適合采用能力為導(dǎo)向的課程教學(xué)模式。

三、采取措施及取得的成效

（一）加強(qiáng)過(guò)程考核，提高獨(dú)立分析問(wèn)題的能力

單片機(jī)課程具有課時(shí)長(zhǎng)、實(shí)踐性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)，扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)是分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的理論依據(jù)。因此，需要加強(qiáng)該課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程考核，分階段消化理論知識(shí)。

采取單片機(jī)教學(xué)過(guò)程考核的辦法，為學(xué)生分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題打下理論基礎(chǔ)。本課程組在期末考試的基礎(chǔ)上，改為按知識(shí)點(diǎn)每?jī)烧逻M(jìn)行一次課堂考試測(cè)驗(yàn)、課程中間進(jìn)行期中考試、課程結(jié)束進(jìn)行期末考試，采取4次階段性小考、2次大考的措施，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與鞏固，總評(píng)成績(jī)按照平時(shí)20％，期中30％，期末50％計(jì)算成績(jī)，從學(xué)生反饋來(lái)看，雖然任務(wù)加重了，但是知識(shí)掌握的更牢了。

（二）在線教學(xué)，提高學(xué)生自學(xué)能力

將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)相結(jié)合，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，提升學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力［4］。

課題組在研究網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與課堂教學(xué)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，開設(shè)單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂，輔助課堂教學(xué)，提高學(xué)生自學(xué)能力。利用Sakai平臺(tái)，先后建設(shè)了《海爾單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)》、《單片機(jī)原理與應(yīng)用》等專業(yè)基礎(chǔ)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生和教師可以利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布課程計(jì)劃、課程課件、作業(yè)和習(xí)題等內(nèi)容，學(xué)生可以隨時(shí)隨地使用任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備完成網(wǎng)上Flash播放、測(cè)試習(xí)題，同時(shí)可以使用調(diào)查功能，了解學(xué)生過(guò)程中接受程度，隨時(shí)調(diào)整講課進(jìn)度和難度。

為達(dá)到較好的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果，利用Flash與PPT制作技術(shù)，設(shè)計(jì)課程Flash動(dòng)畫近50個(gè)，制作高水平的多媒體課件，利用視頻錄制與編輯技術(shù)，加強(qiáng)微課堂建設(shè)，為MOOC建設(shè)積累資源，起到輔助教學(xué)的作用，教學(xué)效果顯著，得到學(xué)生的好評(píng)，每屆近400名學(xué)生受益。課程組先后獲得第十五屆全國(guó)多媒體課件大賽一等獎(jiǎng)、全國(guó)高校微課教學(xué)比賽江蘇省一等獎(jiǎng)。

（三）學(xué)科競(jìng)賽，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力

單片機(jī)在電類學(xué)科競(jìng)賽中作為核心控制單元，學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力得到了較好的訓(xùn)練。多年來(lái)，課題組圍繞獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，組織并指導(dǎo)大學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生挑戰(zhàn)杯大賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等各類學(xué)科競(jìng)賽，學(xué)生獲得國(guó)家級(jí)比賽冠軍、一等獎(jiǎng)等各類獎(jiǎng)項(xiàng)近200余項(xiàng)，青年教師獲得優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)近20余人次，較好地訓(xùn)練了學(xué)生，提高了教師的專業(yè)能力。

（四）校企合作，訓(xùn)練學(xué)生解決企業(yè)實(shí)際問(wèn)題能力

企業(yè)是科技創(chuàng)新、新科技運(yùn)用的主體，因此開展多方面深層次校企合作，緊跟單片機(jī)技術(shù)發(fā)展，引入企業(yè)先進(jìn)技術(shù)顯得尤為重要，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生與企業(yè)無(wú)縫對(duì)接最好途徑。

課程組先后與艾特梅爾（ATMEL）、德州儀器（TI）、宏晶科技（STC）、單片機(jī)開展校企合作，開展大學(xué)合作計(jì)劃，共建了ATMEL聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、東軟載波單片機(jī)聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)室、STC單片機(jī)聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)室，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，充分利用校企合作平臺(tái)，開設(shè)了專業(yè)選修課，如《東軟載波單片機(jī)原理與技術(shù)》課程。同時(shí)，承擔(dān)企業(yè)橫向科研課題，與企業(yè)聯(lián)合申報(bào)大學(xué)生科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生解決企業(yè)實(shí)際問(wèn)題，提高綜合能力。

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)引入企業(yè)橫向課題，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。將單片機(jī)項(xiàng)目、課題設(shè)計(jì)與制作融入課堂，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，經(jīng)過(guò)這一系列有針對(duì)性的改革和實(shí)踐，在單片機(jī)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)教學(xué)效果有了明顯提高，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課堂出勤率較以往有所提高，學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力得到了較好的加強(qiáng)，特別是通過(guò)校企合作將企業(yè)橫向課題環(huán)節(jié)引入單片機(jī)課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力的提高起到了很大作用。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章從工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，分析了以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)課程教學(xué)改革的必要性和可行性，介紹了單片機(jī)課程組在分階段過(guò)程考核、在線教學(xué)與傳統(tǒng)課堂相融合、學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)建設(shè)、校企合作等多個(gè)方面單片機(jī)課程教學(xué)改革采取措施，提高學(xué)生分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、學(xué)習(xí)能力，從而培養(yǎng)單片機(jī)卓越工程師人才。

［1］付慧生，畢文艷.《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程教改實(shí)踐［J］.徐州：煤炭高等教育，2000，1：75-77.

［2］徐瑾，李志.祥對(duì)工科大學(xué)生素質(zhì)要求的調(diào)查分析［J］.北京：北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，2013，2：155-160.

［3］陳海明.學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格與學(xué)習(xí)指導(dǎo)策略研究［J］.湖北：高等繼續(xù)教育學(xué)報(bào)，2016，1（29）：34-38.

［4］高云靜，皮輝煌，陳香.課堂教學(xué)與在線教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)探討［J］.廣西：求知導(dǎo)刊，2016，1：127.

From the requirements of engineering education accreditation standards"Training Students to Solve Complex Engineering Problems"，this paper analyzes the necessity and feasibility of teaching reform based on the MCU course:the knowledge-oriented to competency-oriented.Combined the research and practical experience of" Principles and Applications of MCU"，the paper introduces some of the practices of competency-oriented teaching reforms based on the MCU course and the training objectives of the MCU excellence engineer are achieved.

competency-oriented；MCU excellence engineer；engineering education accreditation

C961

A

2096-000X（2016）21-0092-02

江蘇省青藍(lán)工程項(xiàng)目，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院橫向科研課題“基于HW2000、HR7P194芯片的童車系統(tǒng)開發(fā)”（QA1601）；2015江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（15KJB510033）

張同莊（1964-），男，漢族，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，博士，副教授，從事電氣工程及自動(dòng)控制方面的教學(xué)科研工作，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。胡明（1985-），男，漢族，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，碩士，講師，主要從事電類專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究工作，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)與智能識(shí)別與控制技術(shù)。