工程教育認(rèn)證背景下微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)改革與探索

蘇曉峰　王海濤　張平　魏勇　張軍鋒

摘? ?要：針對傳統(tǒng)微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)缺乏系統(tǒng)性、教學(xué)方式方法單一、考核與評價不合理等問題，以工程教育認(rèn)證的理念和標(biāo)準(zhǔn)，對該課程實踐體系的構(gòu)建過程，實踐方式方法的改革與創(chuàng)新及實踐環(huán)節(jié)考核與評價進(jìn)行了探索和研究，旨在提高學(xué)生微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證? 微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)? 實踐教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0216-02

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的保障工程教育質(zhì)量的基本制度，我國于2016年成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員，意味著工程教育逐步規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、國際化和可持續(xù)發(fā)展。工程教育認(rèn)證強調(diào)以學(xué)生為中心的教育理念，并將其落實在培養(yǎng)目標(biāo)制定和評估、教育教學(xué)資源建設(shè)及質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制的全過程，采用學(xué)生學(xué)習(xí)效果、能力提升作為標(biāo)準(zhǔn)來評價教育質(zhì)量[1]。

《微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)》課程是工科院校電控等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的主要目的是為了幫助學(xué)生建立微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的整體概念，掌握微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的工作原理和組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外圍常用接口電路、編程語言及方法等，并具備實際應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的初步能力?？偨Y(jié)傳統(tǒng)微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的實踐教學(xué)，主要存在以下問題與工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和要求有較大差距。

1? 與工程教育認(rèn)證的差距

1.1 實踐教學(xué)體系缺乏系統(tǒng)性

實踐環(huán)節(jié)在微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程中起著至關(guān)重要的作用[2]。然而在傳統(tǒng)“重理論、輕實踐”的觀念影響下，微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)改革的深度并不明顯，實踐教學(xué)只是作為理論教學(xué)的驗證與補充。如今大部分高校微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的實踐教學(xué)還僅限于課內(nèi)幾學(xué)時的實驗，這種實踐方式明顯深度不夠，且缺乏系統(tǒng)性和延續(xù)性，僅能使學(xué)生掌握簡單的微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實驗操作技能，難以形成微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的能力，更達(dá)不到工程教育認(rèn)證所要求的學(xué)生工程應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

1.2 實踐教學(xué)形式和方法單一

目前，微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)形式主要還是以實驗為主，由學(xué)生借助微機(jī)系統(tǒng)實驗箱完成。由于微機(jī)實驗箱結(jié)構(gòu)相對固化，對學(xué)生開放的資源很少或者沒有，導(dǎo)致學(xué)生既看不清實驗箱內(nèi)部的硬件電路，也無法修改電路，只能遵照特定的實驗步驟和要求進(jìn)行接線，然后編寫程序調(diào)試結(jié)果，使得學(xué)生很難進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計[3]。這種實踐方式與工程教育專業(yè)認(rèn)證指導(dǎo)思想相違背，不能讓學(xué)生真正參與進(jìn)來，學(xué)生缺乏主動設(shè)計和主動思考的機(jī)會，學(xué)生的體驗感差。

1.3 實踐教學(xué)的考核評價有待完善

工程教育認(rèn)證十分重視培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、課程目標(biāo)等目標(biāo)達(dá)成度的評價，然而目前微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)的考核和評價還不盡完善和合理。實踐環(huán)節(jié)在期末考試成績、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等最終成績評定中所占的比重較低，且沒有突出學(xué)生方案設(shè)計的合理性和創(chuàng)新性、電路設(shè)計的規(guī)范性、實踐動手能力的強弱等應(yīng)用能力與過程考核的重要性。因此，這種考核方式尚不能全面地評價學(xué)生的微機(jī)綜合實踐與應(yīng)用創(chuàng)新能力，也很難激發(fā)學(xué)生主動思考、學(xué)習(xí)和應(yīng)用微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的熱情。

2? 工程教育認(rèn)證背景下的實踐教學(xué)體系改革

在工程教育認(rèn)證背景下，為適應(yīng)未來市場人才需求，培養(yǎng)國際互認(rèn)的工程應(yīng)用人才，微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)改革應(yīng)遵從以學(xué)生為中心的教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)為目標(biāo)，強調(diào)應(yīng)用性和實踐性，并以此為切入點，從實踐教學(xué)體系構(gòu)建、實踐的形式、實踐的考核與評價等方面進(jìn)行全方位的改革。

2.1 實踐教學(xué)體系構(gòu)建

任何知識的學(xué)習(xí)都是一個“由淺入深，由易到難”循序漸進(jìn)的過程。因此，微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建也應(yīng)遵從這樣的規(guī)律，采用分層次、逐級遞進(jìn)的實踐教學(xué)方法，使之形成一個科學(xué)而完整的教學(xué)體系[4]。第一階段，從實驗開始，通過課內(nèi)設(shè)置的一些典型的驗證性、設(shè)計性、綜合性及課外拓展性與開放性實驗，使學(xué)生先掌握微機(jī)系統(tǒng)各芯片的工作原理，熟悉微機(jī)系統(tǒng)軟硬件結(jié)合的實驗方法;第二階段，是指課程設(shè)計，要求學(xué)生能夠在教師的要求和指導(dǎo)下獨立開發(fā)一個小型的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，過程包括系統(tǒng)方案的確定、元器件的選型、程序的編寫、實物的制作與調(diào)試等，使學(xué)生初步了解和掌握微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的過程和方法;第三階段，主要是引導(dǎo)和鼓勵高年級學(xué)生積極參與本科生科研訓(xùn)練計劃（SSRT）與大創(chuàng)計劃、本科生電子設(shè)計大賽、機(jī)器人大賽、各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、教師的科研項目等，在參與項目和比賽的過程中不斷總結(jié)開發(fā)與設(shè)計經(jīng)驗，鍛煉自己能力。第四階段，是指畢業(yè)設(shè)計，此時教師應(yīng)選擇一些貼近工程實際、綜合性強、具有一定創(chuàng)新性的課題，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，去獨立設(shè)計和研究，以培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并為其畢業(yè)后從事機(jī)電一體化設(shè)計研發(fā)方面的工作打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 實踐教學(xué)方法改革

（1）實驗室開放。充分利用實驗室資源和校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺，將實驗室對學(xué)生開放，并通過設(shè)計開發(fā)一些應(yīng)用性較強的綜合性、創(chuàng)新性微機(jī)與嵌入式系統(tǒng)實驗項目，讓學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約，以彌補課內(nèi)實驗學(xué)時有限、學(xué)生實踐能力得不到充分鍛煉缺點。通過實驗室開放，一方面可以使閑置的實驗室資源得到充分的利用，另一方面可以使學(xué)生自主地、創(chuàng)造性地完成實驗任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)生的微機(jī)綜合實踐與應(yīng)用創(chuàng)新的能力[5]。