《微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)》優(yōu)質(zhì)核心課程建設(shè)的研究與實(shí)踐

王詠梅，張 妍

（華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003）

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，發(fā)展迅速。微型計(jì)算機(jī)向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，微機(jī)和單片機(jī)技術(shù)已在儀器儀表、過程控制、數(shù)據(jù)采集、信號處理、家用電器、機(jī)電一體化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、測量技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物，已“嵌入”到工業(yè)、民用等各種儀器設(shè)備中。自動化專業(yè)更是與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)，嵌入式方向類課程在其中扮演起越來越重要的作用。因此，需要建設(shè)一門綜合性強(qiáng)，技術(shù)先進(jìn)，實(shí)踐性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)核心課程來滿足時(shí)代的需要。

1 課程建設(shè)的指導(dǎo)思想

在當(dāng)前“減學(xué)時(shí)強(qiáng)能力”的教育環(huán)境下，本校自動化專業(yè)2017 版培養(yǎng)方案將總學(xué)時(shí)進(jìn)行壓縮的同時(shí)，提出了“培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維、多學(xué)科知識交叉融合和創(chuàng)新能力，具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力、具有團(tuán)隊(duì)合作精神和良好的溝通能力，能在自動化工程領(lǐng)域尤其是在能源電力自動化領(lǐng)域從事研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)及管理工作的高素質(zhì)復(fù)合型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，對學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)研發(fā)能力提出了更高的要求。

在此背景下，將教學(xué)內(nèi)容相近又有部分重疊的《微機(jī)原理及應(yīng)用》和《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)》課程合并，設(shè)立《微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)》課程，并增設(shè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)。目的是整合并更新課程內(nèi)容以滿足社會發(fā)展對人才的需求，加大實(shí)驗(yàn)力度助力實(shí)踐能力的培養(yǎng)，推進(jìn)教學(xué)方法和考試方法改革，更注重學(xué)習(xí)過程中創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)開發(fā)能力的培養(yǎng)，將其建設(shè)成為自動化專業(yè)優(yōu)質(zhì)核心課程，以達(dá)到“能力做加法，學(xué)時(shí)做減法”的目的。

2 優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)的研究

《微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)》是一門理論與實(shí)踐并重的課程[2]，根據(jù)該課程的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法及教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行了一系列的改革探索。

2.1 教學(xué)課程內(nèi)容改革

將原來的《微機(jī)原理及應(yīng)用》《單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)》兩門課程內(nèi)容整合，并不是簡單的內(nèi)容合并，而是提煉出微型計(jì)算機(jī)和嵌入式微處理器在基本概念和基本理論的共性內(nèi)容，形成課程的基礎(chǔ)理論部分。應(yīng)用部分以單片機(jī)為主，在綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)以STM32 內(nèi)容作為應(yīng)用擴(kuò)展，課程結(jié)構(gòu)如表1 所示。

2.2 開展以項(xiàng)目為導(dǎo)向的研究型教學(xué)

教育部在多個(gè)文件中提出，高校人才培養(yǎng)模式的改革要以“倡導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)為核心”。對某一門具體課程的研究型教學(xué)，是將該教育理念融入教學(xué)全過程的實(shí)踐，即在教師的主導(dǎo)下，將課程的內(nèi)容轉(zhuǎn)變成生活、生產(chǎn)或科學(xué)中的實(shí)際問題，以學(xué)生為中心，在教師的幫助下按照科學(xué)研究的模式來分析、解決這些問題，最終達(dá)到學(xué)生獲取知識且更重在提高能力的一種教學(xué)過程。

2.3 探索翻轉(zhuǎn)課堂新模式

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動的重點(diǎn)，既包含知識傳遞環(huán)節(jié)視頻教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，又包含課堂合作學(xué)習(xí)的組織，以實(shí)現(xiàn)啟發(fā)學(xué)生思考，組織小組協(xié)作，自主探究問題的目標(biāo)[3]。

針對難理解的課程內(nèi)容，錄制成微視頻。視頻短而精，每一個(gè)視頻都針對一個(gè)特定的問題，有較強(qiáng)的針對性，查找起來也比較方便；同時(shí)視頻具有暫停、回放等多種功能，可以自我控制，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。課前借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，推送視頻到學(xué)生手機(jī)端作為課前預(yù)習(xí)任務(wù)發(fā)布，合理延拓課外學(xué)時(shí)；課上針對預(yù)習(xí)內(nèi)容展開討論，鼓勵學(xué)生走向講臺，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和與教師的交流，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的問題，探討解決的方法。

表1 課程結(jié)構(gòu)設(shè)置Table 1 Course structure settings

2.4 信息化教學(xué)手段輔助管理

探索“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的信息化教學(xué)新模式，在教學(xué)管理中引入在線課堂管理平臺“課堂派”。利用該平臺可以很方便地對學(xué)生的平時(shí)成績和教學(xué)資源進(jìn)行管理，積極促進(jìn)課堂內(nèi)互動。而且，新穎的授課方式能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，拓寬師生間交流渠道。

圖1 實(shí)踐層次體系Fig.1 Practice hierarchy

圖2 學(xué)生成果展示Fig.2 Student achievement show

3 實(shí)踐教學(xué)改革

該課程實(shí)踐性強(qiáng)，合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是順利開展研究型教學(xué)的核心。整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系分為三層如圖1 所示。對于基礎(chǔ)理論知識，入門級實(shí)驗(yàn)有助于對抽象原理的理解，同時(shí)及時(shí)建立學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，激發(fā)深入學(xué)習(xí)的動力；基礎(chǔ)級實(shí)驗(yàn)有助于引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目分解后的各項(xiàng)任務(wù)，消除對項(xiàng)目設(shè)計(jì)的畏難情緒；綜合實(shí)踐有助于對知識的靈活掌握、融會貫通，對綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)采用“類工程項(xiàng)目管理方法”管理。競賽提高層結(jié)合工程項(xiàng)目的應(yīng)用需求，構(gòu)建便于二次開發(fā)的多樣化嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐開發(fā)平臺。項(xiàng)目組老師在課堂教學(xué)的同時(shí)，積極組織學(xué)生參加與課程內(nèi)容相關(guān)的科技競賽，如全國大學(xué)生智能車競賽、全國機(jī)器人大賽等。實(shí)行全過程指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)制，開展參賽學(xué)生的選拔、培訓(xùn)和參賽等工作。通過導(dǎo)向性、趣味性、開放性及綜合性問題的設(shè)計(jì)，使學(xué)生完成由淺入深、由易到難一系列環(huán)環(huán)相扣、逐層遞升的實(shí)踐訓(xùn)練，從而引導(dǎo)創(chuàng)新人才培養(yǎng)向縱深推進(jìn)，構(gòu)建循序漸進(jìn)的嵌入式實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法[4]。

4 優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)的成果

課程改革促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、工程能力和創(chuàng)新意識的全面提升，教學(xué)效果在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了充分體現(xiàn)。如圖2 所示為學(xué)生成果展示。同時(shí)，調(diào)動了學(xué)生參加科技活動的熱情，學(xué)生在全國大學(xué)生智能車競賽、全國機(jī)器人大賽、計(jì)算機(jī)應(yīng)用大賽，全國大學(xué)生智能互聯(lián)創(chuàng)新大賽等科技活動中多次取得賽區(qū)一、二、三等獎，全國一、二等獎的好成績。

5 總結(jié)

優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)是學(xué)校課程建設(shè)的重要內(nèi)容和主要目標(biāo)，是一個(gè)長期堅(jiān)持的過程[5]。通過《微機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)課程》優(yōu)質(zhì)課程的建設(shè)，優(yōu)化課程內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，取得了一定的成效。今后將進(jìn)一步提升課程建設(shè)水平，加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)，激發(fā)學(xué)生系統(tǒng)知識和實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的綜合發(fā)展。