基于工程教育專業(yè)認證的課程改革研究與實踐

楊雅寧　楊世浩

摘要：微機原理與單片機技術課程是電子信息工程專業(yè)最重要的專業(yè)課之一。以寧夏師范學院微機原理與單片機技術課程為例，分析了該課程現(xiàn)狀及存在的問題，在工程教育專業(yè)認證導向下，課程組根據畢業(yè)要求和培養(yǎng)計劃出發(fā)，多方位進行課程改革和實踐，旨在有效促進課程效果，提升教學質量，體現(xiàn)對學生職業(yè)能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，形成持續(xù)改進機制，進而有效推動電子信息工程專業(yè)的工程教育認證工作。

關鍵詞：工程教育專業(yè)認證;課程改革;微機原理與單片機技術

中圖分類號：G42? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）09-0159-03

工程教育專業(yè)認證是國家對工程技術人才培養(yǎng)的統(tǒng)一標準和要求，是我國工程技術人才培養(yǎng)與國際接軌的橋梁[1-2]。自2016年，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式會員，標志著我國工程教育質量認證體系實現(xiàn)了國際等效，我國工程專業(yè)質量標準獲得了國際認可[3-4]。工程教育專業(yè)認證為我國高等工程教育指明了方向，可以促進我國高等教育的發(fā)展[5]，有效提升我國高等教育質量。目前，我國各高校一線教師本科教學改革的方向、手段和措施也是基本圍繞工程教育專業(yè)認證標準實施的。

寧夏師范學院位于寧夏南部山區(qū)，以服務民族地區(qū)、貧困地區(qū)基礎教育和區(qū)域經濟社會發(fā)展為己任。電子信息工程專業(yè)是學校為數不多的非師范專業(yè)之一，在工程專業(yè)教育認證的背景下，我校電子信息工程專業(yè)以 “成果導向教育”“以學生為中心”“持續(xù)改進”為指引，以“新工科”“產教融合示范專業(yè)”“一流專業(yè)”為載體，認真落實“培養(yǎng)滿足寧夏、輻射西北的電子信息行業(yè)高素質應用型工程技術人才”的專業(yè)人才培養(yǎng)目標。

微機原理與單片機課程作為電子信息類專業(yè)的專業(yè)核心課，對專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及課程體系都有非常重要的支撐作用。我校電子信息工程專業(yè)和電氣工程極其自動化專業(yè)都設置了微機原理與單片機課程。因此，客觀分析與評價我校微機原理與單片機課程的教學狀況，總結教學改革過程中的經驗和教訓，找出課程教學中不符合工程教育要求的方面，進行改革和實踐，不僅對微機原理與單片機課程建設起到促進作用，而且能為我校電子信息工程專業(yè)順利通過工程教育專業(yè)認證提供保障。

筆者從自身講授微機原理與單片機課程的實際情況出發(fā)，分析該課程的教學現(xiàn)狀和存在的問題，總結該課程教學的教學改革成功方法和經驗，提出課程教學改革的措施，為該專業(yè)面向工程教育專業(yè)認證提供理論支撐。

1 課程特點及主要的教學狀況

1.1 課程特點

目前電子信息技術的高速發(fā)展，在各行各業(yè)都有著廣泛與深入的應用，基于微型計算機的控制技術已在儀器儀表、過程控制、數據采集、信號處理等領域得到廣泛的應用。微機原理與單片機技術課程主要研究微型計算機的硬件結構、工作原理、常用的接口技術的理論知識，討論運用微型計算機及接口技術解決實際問題的思路和方法，使學生具備使用所學理論知識和實踐經驗解決復雜工程問題的能力。該課程是電子信息專業(yè)的專業(yè)核心課之一，在第四學期開設，共64學時。

微機原理與單片機技術課程的主要內容包括兩部分，第一部分從通用微型計算機的角度出發(fā)，講授通用微型計算機的結構、工作原理。第二部分以某型單片機為例，講授單片微型計算機的硬件結構、工作原理、指令系統(tǒng)、接口技術及應用，主要側重于討論單片機的CPU、存儲器和片內接口的工作原理和各部件之間的關系，運用單片機及常見接口分析和設計自動控制系統(tǒng)，解決實際問題。第一部分內容的理論性很強，第二部分內容的實踐性強。理論部分知識點多且零散、細碎、抽象，尤其是CPU、存儲器、接口技術的內部結構和工作原理部分，各部件的結構復雜，單元模塊多，信號多，信號之間交互邏輯和流程復雜，因此信息量很大，學生看不著、摸不到，只能根據原理框圖和信號流程去想象，給學生的學習帶來了很大困難。在實踐部分的學習中，首先學生難以建立實際問題與理論知識的聯(lián)系，同時，大部分學生編程能力較弱，導致學生的學習信心不足，影響學生的學習效果和課程目標的達成度。

1.2 總體教學目標

通過學習該課程，學生應該了解通用計算機的發(fā)展情況，掌握通用計算機系統(tǒng)的組成部分和工作原理，將理論與基于微型計算機的控制系統(tǒng)的設計相結合，建立起系統(tǒng)的概念，有一定的系統(tǒng)分析、設計和調試能力，為下一步學習其他微型計算機和微型處理器打下良好基礎。在此過程中，培養(yǎng)學生的自學能力。學習完本課程后，學生能夠觸類旁通，具備自學并使用其他微型計算機進行系統(tǒng)設計的能力。

1.3 教學現(xiàn)狀

1）教學內容選擇與組織緊跟教材，課程目標不明確

在傳統(tǒng)的教學模式下，微機原理與單片機的課程大綱一般是根據教材內容形成的，課程目標設計、教學內容的安排與編制人所選的教材緊密相關;在教學實施過程中，教學內容的選擇與組織也與教師所選教材強相關，對課程總體目標的支撐度低。因此，傳統(tǒng)的教學模式下，存在課程目標不明確，依據教材選擇和組織教學內容，難以支撐工程教育專業(yè)認證背景下的畢業(yè)要求。

2）教學方式和教學手段單一

多年來微機原理與單片機技術課程一直遵循傳統(tǒng)的教學模式，以教師講授教材，學生聆聽接收為主。在這種教學模式下，學生對教學活動參與不夠，失去了學生學習的主觀能動性。教學手段單一，現(xiàn)代化、智能化教學手段應用太少。

3）教學評價方式單一

傳統(tǒng)的課程評價方式主要采用期末閉卷考試和平時作業(yè)考查和檢驗學生的學習情況。這種考核方式存在以下幾個問題：a.無法有效監(jiān)督學生作業(yè)監(jiān)督，可能存在作業(yè)抄襲現(xiàn)象，因此作業(yè)成績難以有效反應學生本質上的學習情況;b.期末閉卷考試方式，導致學生不重視課程的平時學習，在臨近期末考試時突擊準備，因此對教學效果評價不夠全面;c.傳統(tǒng)考核方式和成績構成中，不含實踐考核內容，因此缺乏對實踐教學效果的評價。1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76

4）實踐教學重視程度

微機原理與單片機技術課程的主要特點是理論性與實踐性并重，傳統(tǒng)的教學模式下，無論是教學的課時分配還是考核方式都呈現(xiàn)出“重理論、輕實踐”的特征。傳統(tǒng)教學模式下，實踐教學方式主要是課程配套實驗，教學內容以基礎實驗為主，綜合型、設計型實驗較少，對實踐教學的考核與評價不足，難以理論聯(lián)系實際，對學生的知識應用能力和工程實踐能力培養(yǎng)不足。

2 課程教學改革與實踐

根據工程教育專業(yè)認證的要求，電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)生首先應具有正確的世界觀、人生觀和價值觀;其次在掌握工程基礎知識的基礎上，具備應用工程知識提出問題、分析問題、解決問題能力;再次在研究和解決工程問題的過程中掌握新工具、新方法的使用，有團隊意識，在解決問題的過程中能夠綜合考慮所涉及的社會、安全、法律、環(huán)境、健康等因素。

針對我校微機原理與單片機技術課程教學中存在的問題，以工程教育認證對電子信息工程專業(yè)學生的培養(yǎng)要求和我校電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)要求指標點為指導，課程組對該課程進行了改革和實踐，構建課程對畢業(yè)要求指標點的有力支撐。

2.1 凝練教學目標，優(yōu)化教學內容，修訂教學大綱

在本專業(yè)工程教育認證工作的指導下，依據“成果導向教育”“以學生為中心”“持續(xù)改進”的要求，課程組認真研究畢業(yè)要求、課程特點和內容，凝練課程目標，優(yōu)化教學內容，修訂教學大綱。最終確定本課程的三個教學目標：1）掌握通用計算機的硬件結構、工作原理和常見接口技術的理論知識，具備分析和描述電子信息領域復雜系統(tǒng)的組成、工作流程能力，具備應用理論知識分析復雜系統(tǒng)故障的能力。2）掌握一種單片機芯片的內部結構和工作原理，了解指令系統(tǒng)，掌握常見的片內/片外接口技術;能結合實驗，模擬工程場景，分析并抽象實際問題，細化需求，并應用單片機極其接口技術設計進行電子系統(tǒng)的方案設計，并在設計中考慮性能、成本、周期和環(huán)境等問題。3）能理論聯(lián)系實際，根據復雜電子系統(tǒng)的方案，應用所學知識進行系統(tǒng)硬件單元電路設計、軟件模塊流程設計和代碼實現(xiàn)，并基于現(xiàn)代電子設計工具，進行系統(tǒng)仿真和調試，呈現(xiàn)設計結果。具備解決實際問題的能力，為工程設計打好扎實的基礎。該課程的課程目標支撐專業(yè)畢業(yè)要求1.4、3.1、3.2和3.3。根據課程目標，優(yōu)化教學內容，形成與工程教育緊密契合的教學大綱。

2.2 教學方式改革與實踐

針對教學方式和教學手段單一的問題，結合課程內容特點，課程組經過多次討論和實踐，全方位地改革和創(chuàng)新了教學方式和教學手段，提升教學實施過程中學生的參與度，讓學生成為教學的主體，保證教學效果，提高教學質量。

1）設計預習提綱、測試題目，使學生在課前預習的過程中能夠把握好重點難點。將課前預習的完成度和完成質量納入考核環(huán)節(jié)，督促學生高質量完成課前預習，以保證課堂效果。

2）針對教學內容抽象的特點，在教學過程中利用多媒體授課，采用形象化教學法，舉例子、打比方，制作動圖、動畫、信號的動態(tài)流程圖等，把聲音、動畫、圖形和文字等媒體有機地組合在一起，使講述的內容形象、逼真地演示出來， 幫助學生理解抽象概念，使學生深入地認識和了解微型計算機的內部結構和工作原理。

3）針對知識點零散的特點，在教學實施過程中適當采用“雨課堂”授課，講授完知識點講完后，通過選擇、填空、判斷等客觀題的方式進行隨堂測試，一方面檢驗學生對知識點的掌握情況，另一方面通過這種方式進行課堂留白，給學生獨立思考的機會，最后進行測試題講解，幫助學生補充完善。每期組織 2 次階段性測驗，督促學生常回顧、常復習。

4）在課堂教學中，結合課程內容的特點，插入課程思政，比如，在涉及通用計算機結構的內容中，讓學生收集國內外CPU和存儲器芯片的相關資料，了解我國在這方面與國外的差距，結合我國在芯片行業(yè)所處的境遇，培養(yǎng)學生的愛國情懷，幫助學生樹立正確的價值觀。

2.3 加強實踐教學，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

除本課程配套5個驗證性實驗、3個設計性實驗外，學生在學期結束之前還必須完成一個綜合類應用項目。組織學院內部的電子設計比賽，鼓勵和引導學生參加各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、電子設計競賽等。積極開展校企合作，通過開展企業(yè)實踐、認知實習等方式，拓展學生的實踐平臺，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

2.4 教學評價與課程考核改革

堅持執(zhí)行“學?！獙W院—教研室—學生”四位一體的聽課評課制度，由學校督導、學院教學督導、教研室教師隨機聽課打分，將得分與學生評課得分綜合后，對教師授課情況進行綜合、公平、公正、透明的評價。由學院教學督導組織學生填寫課程調查問卷，并將學生對教師授課過程提出的意見或建議反饋給授課教師，幫助教師持續(xù)改進。授課教師在學院Moodle平臺收集學生對授課效果的評價及建議，幫助授課教師持續(xù)改進教學方法。

課程考核總成績采用百分制，由平時成績和期末成績構成，其中平時成績占50%，期末成績占50%。平時成績由課前預習、課后作業(yè)、階段測試、綜合設計四項構成。期末成績由期末考核卷面成績給定。期末考核采用閉卷考試的形式進行，總分100分，試卷內容涵蓋該課程的理論與實踐內容，突出課程理論與實踐并重的特點。

3 結束語

工程教育專業(yè)認證是國家對工程技術人才培養(yǎng)的統(tǒng)一要求。目前國內高校都在依據工程教育認證的標準和要求，探索和實施高等工程教育的改革。高等教育的改革，包括定位明確的人才培養(yǎng)目標、制定具體的畢業(yè)要求、構建合理的課程體系等，最終的效果還是要通過課程教學體現(xiàn)出來。因此，課程改革與實踐才是最終的落腳點，包括確定課程內容、采用的教學方式、教學評價和課程考核方式，課程改進等。盡管微機原理與單片機課程改革與實踐取得了一些成績，初步形成了符合工程教育專業(yè)認證的教學模式，但是，課程改革與創(chuàng)新仍需要更多時間去驗證，也需在今后的教學實踐中不斷改進和完善。

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【通聯(lián)編輯：張薇】1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76