淺談面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程改革

施凱 徐培鳳 孫宇新 刁小燕

摘要：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)是電類專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是工科其他非電類專業(yè)的一門專業(yè)選修課，在許多專業(yè)的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)都被列為一個(gè)重要考察指標(biāo)。針對專業(yè)認(rèn)證的要求，并結(jié)合該課程的特點(diǎn)，提出通識(shí)、特色和工程教育相結(jié)合的課程教學(xué)新體系，進(jìn)一步提高該實(shí)踐類課程教學(xué)的教學(xué)水平和教學(xué)效果，以滿足各專業(yè)工程教育認(rèn)證的要求。

關(guān)鍵詞：專業(yè)認(rèn)證；單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)改革

0、引言

參照英、美等《華盛頓協(xié)議》成員國的通用做法[1]，我國于2005年10月正式成立中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)由工程教育相關(guān)的機(jī)構(gòu)和個(gè)人組成的全國性社會(huì)團(tuán)體，主要負(fù)責(zé)我國工程教育認(rèn)證工作的組織實(shí)施，由教育部主管，是中國科協(xié)的團(tuán)體會(huì)員[2]。通過開展工程教育專業(yè)認(rèn)證，提高我國工程教育質(zhì)量，為工程教育改革和發(fā)展服務(wù)，為工程教育適應(yīng)政府、行業(yè)和社會(huì)需求服務(wù)，為提升中國工程教育國際競爭力服務(wù)。協(xié)會(huì)建立了國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育認(rèn)證體系，認(rèn)證工作得到了國際社會(huì)的廣泛認(rèn)可。2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》，通過認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工程專業(yè)，畢業(yè)生學(xué)位得到《華盛頓協(xié)議》其他組織的認(rèn)可，極大地提高了我國工程教育的國際影響力[3]。

近年來，工程教育專業(yè)認(rèn)證已在我國逐步發(fā)展起來，針對專業(yè)認(rèn)證的要求，各高校均實(shí)行了不同程度的專業(yè)改革、教學(xué)計(jì)劃改革和課程改革。單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程是一門電類專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是汽車、機(jī)電等其他非電類工科專業(yè)的選修專業(yè)基礎(chǔ)課，它在許多專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中都被列為一個(gè)重要考察指標(biāo)。這門課程屬于理論知識(shí)和實(shí)踐能力并重的一門課程，對于電類專業(yè)而言實(shí)踐教學(xué)比重更大。

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容涉及知識(shí)包括單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編寫知識(shí)等多方面，屬于多課程知識(shí)的交叉融合、應(yīng)用和實(shí)踐為一體的產(chǎn)物。學(xué)生需要在掌握計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語言和C語言程序設(shè)計(jì)等多門課程知識(shí)的基礎(chǔ)上，面向?qū)嵺`和應(yīng)用能力的學(xué)習(xí)和拓展，難度較大。此外，經(jīng)過多年的發(fā)展，各學(xué)校之間的課程體系不同、學(xué)生程度各異、教材風(fēng)格和內(nèi)容差別等，也造成了這門課程教學(xué)成為了一個(gè)比較難以統(tǒng)一的難題。如何在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)手段和方法、教學(xué)評價(jià)體系等方面找到一個(gè)平衡點(diǎn)，促進(jìn)和提高教學(xué)效果，同時(shí)又符合各專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，值得我們?nèi)ド钊胨伎己吞剿鳌?/p>

1、課程教學(xué)中存在的問題

1.1教材的使用

本課程的相關(guān)教材和內(nèi)容大多偏重于理論和單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的介紹，對于單片機(jī)與實(shí)際結(jié)合的應(yīng)用介紹較少，尤其是案例分析更是缺少，甚至不做任何介紹。此外，教材內(nèi)容大多滯后于我們現(xiàn)在的電子技術(shù)和工業(yè)發(fā)展，未體現(xiàn)出單片機(jī)技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域已得到廣泛使用的現(xiàn)狀。

1.2教學(xué)方法

針對教材內(nèi)容使用PPT講解，缺乏具體的案例上學(xué)生自己動(dòng)手，邊學(xué)邊做，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)對單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的使用及實(shí)際應(yīng)用開發(fā)等問題無從下手。即便課堂教學(xué)的PPT中使用了一定數(shù)量的案例，也與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，缺乏應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)處理實(shí)際問題的思路和想法，還停留在照本宣科的狀態(tài)，無法達(dá)到一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)目的。

1.3教學(xué)手段

課堂教學(xué)以老師講學(xué)生聽為主，案例分析時(shí)學(xué)生始終在跟蹤老師的思路和步伐，師生之間沒有形成良好的互動(dòng)和溝通，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，造成實(shí)踐性環(huán)節(jié)學(xué)生無法達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。

1.4成績評價(jià)

對學(xué)生的成績評價(jià)仍然以考試+平時(shí)+實(shí)驗(yàn)成績加權(quán)評價(jià)為主，缺乏對學(xué)生的全面學(xué)習(xí)成績的評價(jià)手段或體系。

2、課程改革與探索

2.1輔助教學(xué)材料編寫

目前的教材內(nèi)容普遍滯后于實(shí)際，需針對此現(xiàn)狀補(bǔ)充目前的前沿知識(shí)，基于地區(qū)發(fā)展與專業(yè)所在行業(yè)發(fā)展，與教材相結(jié)合；此外，教材的內(nèi)容過于寬泛和理論化，聯(lián)系實(shí)際不夠，應(yīng)定期更新單片機(jī)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合的案例，多開展案例教學(xué)，以提高教材的實(shí)用性和可讀性。

2.2教學(xué)方法變革

（1）教學(xué)中多注重書本知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)這門課程時(shí)不覺得所學(xué)知識(shí)過于理論和空洞，多加入學(xué)生感興趣的案例，以鮮活的案例出發(fā)，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合一起，不僅可以增加學(xué)生對課程的喜歡度，還能激發(fā)他們的積極性，提高學(xué)習(xí)效果。（2）將理論課與實(shí)踐課相結(jié)合。可以將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口通訊等部分課程教學(xué)內(nèi)容放到實(shí)踐課中講授，讓學(xué)生在自己動(dòng)手的過程中領(lǐng)悟理論知識(shí)的重要性，同時(shí)又能提高學(xué)生對理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，便于在課后自己自學(xué)和拓展課程的學(xué)習(xí)。（3）將科研的基礎(chǔ)內(nèi)容引入到教學(xué)中。針對電氣工程和控制工程等領(lǐng)域?qū)τ趩纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程密切相關(guān)的科研領(lǐng)域，舉例說明在解決高深、前沿的科學(xué)研究時(shí)，該課程能夠扮演重要角色，不僅可以加深學(xué)生對課程重要性的認(rèn)識(shí)，也能促動(dòng)學(xué)生迫切學(xué)好課程知識(shí)，以便后期投入科研和生產(chǎn)中去。（4）提高電子競賽或者專題競賽與課程教學(xué)的關(guān)聯(lián)度。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成比較和競爭，培養(yǎng)他們的好勝心和動(dòng)手熱情，豐富學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，這也是對培養(yǎng)和選拔各專業(yè)參加各種競賽提供了一個(gè)很好的途徑。

2.3教學(xué)手段豐富

改變目前單一的采用多媒體教室+PPT的教學(xué)手段模式，增加視頻案例、實(shí)踐課與部分課堂教學(xué)合并統(tǒng)一、特殊的教具等多種模式的教學(xué)手段，不僅能夠增加學(xué)生的新鮮感，增大課程教學(xué)的信息量，還能豐富老師的教學(xué)思維，全方位的提高教學(xué)效果。針對課堂教學(xué)用的多媒體課件，應(yīng)多補(bǔ)充與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的案例，增加與科研、競賽、未來工作就業(yè)環(huán)境中與本課程密切相關(guān)的產(chǎn)業(yè)或領(lǐng)域等方面的相關(guān)知識(shí)，豐富多媒體課件的內(nèi)容。此外，還可以引進(jìn)雨課堂等智慧教學(xué)方案，使得課堂教學(xué)更加立體和便捷。

2.4成績評價(jià)改進(jìn)

基于學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)習(xí)和課外實(shí)踐，建立多方面相結(jié)合的一套完備的成績評價(jià)體系。針對課堂學(xué)習(xí)，更多注重基礎(chǔ)知識(shí)的考核，以及對基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用能力的考察，因此應(yīng)該多加入應(yīng)用案例，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式技術(shù)開發(fā)的內(nèi)容，體現(xiàn)出課程的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢。針對實(shí)踐學(xué)習(xí)，應(yīng)該完全摒棄以報(bào)告和出勤率為依據(jù)的考核和評價(jià)模式，應(yīng)該能體現(xiàn)出實(shí)踐主動(dòng)性和實(shí)踐質(zhì)量的區(qū)分，按照多題目、多方案的形式，根據(jù)難易程度和學(xué)生的思路及解決方案，給出相應(yīng)的實(shí)踐學(xué)習(xí)成績，既公平公正，又能體現(xiàn)可行性和先進(jìn)性。針對課外實(shí)踐類，可以適當(dāng)加入較少比例的加分環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生在掌握課堂知識(shí)的同時(shí)，走出課堂，針對單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)這類實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，體現(xiàn)實(shí)踐能力在課程考核中的重要性，讓學(xué)生能夠真正的學(xué)到知識(shí)、學(xué)會(huì)知識(shí)和掌握知識(shí)。

3、結(jié)語

針對工程教育專業(yè)認(rèn)證需求，通過對“單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)”課程的改革，將該課程的教材編寫、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段與課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特性緊密結(jié)合，提出更科學(xué)、更合理、更有發(fā)展前景的課程教學(xué)改革方法。通過教材內(nèi)容補(bǔ)充或者改編、完善教學(xué)內(nèi)容、增加實(shí)踐教學(xué)、將課程教學(xué)和科研相結(jié)合、豐富教學(xué)手段、以及建立一套完備的成績評價(jià)和考核體系，可以不斷完善該課程的教學(xué)，提升學(xué)生的興趣和能力，滿足工程教育的培養(yǎng)要求。當(dāng)然，這門課程屬于多專業(yè)的交叉課程，各專業(yè)應(yīng)該根據(jù)自己專業(yè)的特色和特殊性，專門定制一些特殊的教學(xué)改革方法，以豐富該門課程的教學(xué)改革和思路，最終達(dá)到開展該門課程的教學(xué)目的，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果，為國家培養(yǎng)高質(zhì)量的工程專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣復(fù)量，李向陽，譚凱旋.專業(yè)認(rèn)證背景下的安全工程專業(yè)特色教育研究與實(shí)踐[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20（1）：12-18.

[2]中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì).中國工程教育認(rèn)證單位[EB/OL].http：//ceeaa.heec.edu.cn/result_search.php.

[3]周凌波，王芮.從《華盛頓協(xié)議》談工程教育專業(yè)建設(shè)[J].高等工程教育研究，2014（4）：6-14.