基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的單片機課程大綱設(shè)計中的若干問題分析

王 恒，桑元俊

（安徽工程大學(xué)機械工程學(xué)院（人工智能學(xué)院），安徽蕪湖241000）

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證（后面簡稱工程認(rèn)證）是一種國際上通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是我國目前大力推廣的一種合格性評價體系［1-2］。工程認(rèn)證的對象是工科專業(yè)畢業(yè)生，是以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口為導(dǎo)向的［3-4］。工程認(rèn)證的核心是要確認(rèn)這些畢業(yè)生達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此工程認(rèn)證也是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)［5］。工程認(rèn)證要求各門課程在教學(xué)實施過程中需根據(jù)學(xué)生畢業(yè)要求達(dá)成來設(shè)計和開展各個教學(xué)環(huán)節(jié)。教學(xué)大綱是開展教學(xué)的指揮棒，是教學(xué)活動中的綱領(lǐng)性文件，設(shè)計和制定符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)大綱就顯得尤為重要［6］。

單片機課程是測控、機電等專業(yè)非常重要的專業(yè)課［7］。單片機作為檢測控制系統(tǒng)的核心，學(xué)生在參加創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、競賽、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)時都會用到，起到控制的作用，因此掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)對學(xué)生非常重要。

本文以單片機課程為例，以工程認(rèn)證的視角，從知識點角度設(shè)定課程目標(biāo)，分析課程對復(fù)雜工程問題的支撐，明確課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐，給出達(dá)成課程目標(biāo)的途徑和措施［8］。

1 課程目標(biāo)

單片機課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的目標(biāo)主要是為了讓學(xué)生掌握本專業(yè)中設(shè)計和開發(fā)工程問題所需的主控器件的基礎(chǔ)知識和技能；對單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功能及特性，能進(jìn)行初步的需求分析、方案設(shè)計、器件選擇、軟硬件設(shè)計和調(diào)試等。針對課程的知識點進(jìn)行整理后，本課程的目標(biāo)從知識點的角度有如下幾點。

目標(biāo)1：能解釋相關(guān)專業(yè)術(shù)語，如單片機、單片機應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等。

目標(biāo)2：能熟悉單片機內(nèi)部的基本構(gòu)造，會分析單片機內(nèi)部工作原理。

目標(biāo)3：能編寫、調(diào)試基本的C 語言程序，能應(yīng)用C 語言來描述和實現(xiàn)簡單的控制算法，解決工程問題。

目標(biāo)4：能解釋中斷系統(tǒng)的含義，分析單片機應(yīng)用系統(tǒng)使用中斷系統(tǒng)時的實時性，會分析和設(shè)計滿足實際工程性能指標(biāo)要求的中斷控制電路系統(tǒng)。

目標(biāo)5：能理解定時器/計數(shù)器的工作原理，會利用定時器/計數(shù)器解決工程中的實際問題。

目標(biāo)6：能解釋通信的概念，理解UART接口的工作原理，能分析實際工程問題選擇具體接口，并設(shè)計相應(yīng)的串行通信硬件和軟件系統(tǒng)。

目標(biāo)7：能分析系統(tǒng)存儲器資源是否滿足工程需要，能選擇存儲器芯片并設(shè)計相應(yīng)的擴展電路，并分析出系統(tǒng)的地址分配。

目標(biāo)8：能解釋接口和端口的概念及區(qū)別，會根據(jù)接口電路圖分析端口地址，能利用C語言程序控制接口的數(shù)據(jù)傳輸，會解決簡單的實際工程應(yīng)用問題。

目標(biāo)9：能掌握常用I/O 芯片的控制、編程方法，根據(jù)實際工程應(yīng)用問題設(shè)計簡單的電路。

目標(biāo)10：能掌握常用的輸入和輸出器件的使用方法，能根據(jù)工程問題設(shè)計相應(yīng)的電路，并編寫相應(yīng)程序控制輸入、輸出設(shè)備。

目標(biāo)11：能夠建立單片機應(yīng)用系統(tǒng)的整體概念，形成單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力，會分析和解決簡單的實際工程應(yīng)用問題。

2 課程對復(fù)雜工程問題的支撐

工程認(rèn)證的12條畢業(yè)要求中，有8條都與復(fù)雜工程問題相關(guān)。培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的重要途徑是教學(xué)過程的開展，各個課程作為教學(xué)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，必須要有對復(fù)雜工程問題的支撐。教師在授課過程中要引導(dǎo)學(xué)生提煉出復(fù)雜工程問題，然后分析復(fù)雜工程問題，最后運用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)、工具、方法等解決復(fù)雜工程問題［9］。

復(fù)雜工程問題首先是工程問題，工程是科學(xué)和數(shù)學(xué)的某種應(yīng)用，而工程問題是指面向社會應(yīng)用、工程應(yīng)用中的問題［10］。其次，復(fù)雜工程問題具備的“復(fù)雜” 特征如圖1所示。復(fù)雜工程問題必須具備圖1中的特征（1），同時具備圖1 中特征（2）～（7）的部分或全部。單片機課程具體支撐的復(fù)雜特征及說明如圖2所示。

圖1 復(fù)雜工程問題的“復(fù)雜”特征

圖2 單片機課程對復(fù)雜工程問題的支撐

3 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐

將12 條畢業(yè)要求進(jìn)行分解，單片機課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系如圖3所示。

圖3 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐

4 達(dá)成課程目標(biāo)的途徑和措施

（1）學(xué)生可以根據(jù)圖4所示的單片機課程知識架構(gòu)的主線來順序?qū)W習(xí)課本知識，配合2條輔線所列的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計相關(guān)方法，學(xué)生才能更好地掌握全書內(nèi)容。只有知識和方法相結(jié)合，學(xué)生才能真正地實現(xiàn)將理論應(yīng)用于實踐，利用課本知識分析單片機課程中的復(fù)雜工程問題，并予以解決。

圖4 單片機課程知識架構(gòu)的主線和輔線

（2）注重實踐。本課程是一門實踐性非常強的課程，學(xué)生只是聽課、看書是不能解決問題的，需要在實際的動手過程中不斷地吸取和獲得經(jīng)驗。課堂以簡單案例入手，引導(dǎo)學(xué)生分析需求，拆分出所需知識點，然后研究如何使用書本上的理論知識解決問題，具體實現(xiàn)時對比幾種實現(xiàn)方法，分析各種方法的不同和優(yōu)劣。課后作業(yè)以實踐作業(yè)為主，考核時加大實踐內(nèi)容的占分比例。另外，在實踐過程中，通過啟發(fā)和討論的方式，引導(dǎo)學(xué)生自主排除故障，鍛煉學(xué)生思維和動手能力，提高學(xué)生實踐自主性，并鞏固加深對理論知識的理解。通過大量的實踐，學(xué)生能將課程和工程聯(lián)系起來，而不是只停留在書本上。

（3）教學(xué)形式多樣性。課堂精講，留出時間給學(xué)生實踐；多媒體教學(xué)，加入動畫，吸引學(xué)生；針對案例，各小組課堂分組討論，給出解決方案；虛擬仿真，既可以節(jié)約實踐成本，又可以增強學(xué)生實踐能力。

（4）通過作業(yè)、課堂提問及測試等環(huán)節(jié)進(jìn)行訓(xùn)練、督促檢查，以鞏固學(xué)習(xí)成果。

5 結(jié)語

工程認(rèn)證是我國高等教育與世界接軌的橋梁，高校的各門課程在教學(xué)過程中必須要符合工程認(rèn)證的要求。如何設(shè)計制定出符合工程認(rèn)證的教學(xué)大綱也就成了工程認(rèn)證實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以單片機課程為例，從知識點的角度確定了課程目標(biāo)，在分析了復(fù)雜工程問題特征的基礎(chǔ)上探討了單片機中存在的復(fù)雜工程問題，本文還分析了課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求，最后給出了達(dá)成課程目標(biāo)的途徑和措施。本文對設(shè)計和制定符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程教學(xué)大綱中一些問題進(jìn)行了分析和討論，對制定其他專業(yè)課程教學(xué)大綱有一定的參考價值。