工程教育認(rèn)證背景下單片機(jī)原理課程教學(xué)改革探索

羅（韋華）　袁慶慶　夏鯤

摘 要：單片機(jī)原理是電氣工程及其自動(dòng)化本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。工程教育認(rèn)證背景下，本文闡述了單片機(jī)原理傳統(tǒng)教學(xué)方式和考核機(jī)制的不足，以培養(yǎng)目標(biāo)為主線，以解決存在問題為目標(biāo)，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，依次從優(yōu)化理論教學(xué)方法、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、改革課程評(píng)價(jià)方法四方面，進(jìn)行單片機(jī)原理課程教學(xué)改革探索。引導(dǎo)學(xué)生有效學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、協(xié)作精神以及解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：工程教育;單片機(jī)原理;教學(xué)改革;持續(xù)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、緒論

工程教育認(rèn)證制度對(duì)于保障工程教育的質(zhì)量及其發(fā)展有重要作用，是國際通用的制度。我國在2016年6月正式加入了《華盛頓協(xié)議》，此協(xié)議在國際本科工程教育學(xué)位互認(rèn)方面具有很大影響力，這標(biāo)志著我國工程教育認(rèn)證水平和國際認(rèn)可度不斷提高，對(duì)提高我國工程教育認(rèn)證質(zhì)量和提升中國工程教育認(rèn)證國際競爭力具有重要意義[1]。

單片機(jī)原理是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。本課程的核心教學(xué)成效有以下兩方面，一是學(xué)生能夠熟練地掌握和應(yīng)用單片機(jī)的基本知識(shí)、原理和技能，能夠?qū)纹瑱C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)開發(fā)、調(diào)試和應(yīng)用，二是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、邏輯思維能力，進(jìn)而提升學(xué)生的就業(yè)競爭力，且為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[2]。為了保證上海理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程教育認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)更好地達(dá)成，培養(yǎng)更多具備國際等效工程能力的專業(yè)技術(shù)人才，本文對(duì)工程教育認(rèn)證背景下的單片機(jī)原理課程教學(xué)模式改革進(jìn)行了相關(guān)探索和實(shí)踐。

二、單片機(jī)原理課程培養(yǎng)目標(biāo)和現(xiàn)存問題

以學(xué)生為中心，對(duì)全體學(xué)生進(jìn)行工程能力的培養(yǎng)，是工程教育認(rèn)證的核心理念。落實(shí)在制定培養(yǎng)目標(biāo)、教育教學(xué)資源建設(shè)的評(píng)估和質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制的全過程中。工程教育認(rèn)證是基于學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和能力的提高作為評(píng)價(jià)教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證體系[3]。以上海理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程教育認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)為例，旨在培養(yǎng)“工程型、創(chuàng)新性、國際化”的電氣工程及其自動(dòng)化領(lǐng)域的復(fù)合型人才，可以勝任電氣工程、能源技術(shù)等領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)制造或經(jīng)營管理等工作，滿足國家和長三角區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)新工科、工程型、復(fù)合型人才的需求。具體到工程教育認(rèn)證過程中，《單片機(jī)原理》課程培養(yǎng)目標(biāo)要求畢業(yè)生能夠具備識(shí)別、表達(dá)，并通過文獻(xiàn)研究分析電氣工程領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題的能力。

單片機(jī)原理在電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)等先修課程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用單片機(jī)的能力，包括單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)、調(diào)試和應(yīng)用等工程能力。對(duì)于未修前面所述課程或者前修過程基礎(chǔ)較弱以及沒有硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)而言，單片機(jī)自身特性決定了該課程知識(shí)點(diǎn)龐雜且零碎，基礎(chǔ)概念相對(duì)抽象、對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力要求高，課程內(nèi)容有較強(qiáng)的實(shí)踐性[4]。總結(jié)傳統(tǒng)單片機(jī)原理課程的教學(xué)方式，主要存在以下幾點(diǎn)不符合工程教育認(rèn)證的理念：

（1）單片機(jī)原理這門課程在進(jìn)行理論教學(xué)的過程中，其基礎(chǔ)概念比較復(fù)雜、涉及的知識(shí)點(diǎn)很多，且對(duì)學(xué)生的抽象思維要求較高，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下要求學(xué)生對(duì)單片機(jī)基本概念有一定的了解，并且掌握相關(guān)的匯編語言，能夠編寫一些簡單的程序，然后完成布置的習(xí)題即可[5]，這種方式不利于達(dá)到工程教育認(rèn)證背景下單片機(jī)原理課程培養(yǎng)目標(biāo)。

（2）在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，單片機(jī)原理這門課程是以教師為中心，基于“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)方式，按照教師的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及課程大綱要求來設(shè)計(jì)教學(xué)過程，講課順序也是按知識(shí)點(diǎn)從前到后依次講解，教師的理論講授在教學(xué)過程中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)位置。但這種教學(xué)方式缺乏單片機(jī)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，與工程教育專業(yè)認(rèn)證中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決電氣工程領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題能力仍具有一定的差距。

（3）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的單片機(jī)原理配套實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容相對(duì)固定，學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的內(nèi)容按部就班地進(jìn)行，即可得到結(jié)果，這不利于鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也不利于進(jìn)一步鍛煉學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、硬件測試和軟件調(diào)試等能力。

三、單片機(jī)原理教學(xué)模式探索

工程教育認(rèn)證背景下，單片機(jī)原理課程需要改變傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端，強(qiáng)調(diào)以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力為中心，強(qiáng)調(diào)教師與學(xué)生之間的交流互動(dòng)，通過整合多種教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以老師課堂上所講授內(nèi)容為基礎(chǔ)，進(jìn)行歸納總結(jié)以及應(yīng)用，并借助多種輔助手段，如查找相關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)單片機(jī)和相關(guān)芯片手冊(cè)等，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用和實(shí)踐的能力，不斷優(yōu)化課程體系，以更有效的實(shí)踐能力培養(yǎng)方式來適應(yīng)工程教育認(rèn)證對(duì)這門課程的畢業(yè)要求。

本文以工程教育認(rèn)證為背景，針對(duì)單片機(jī)原理課程教學(xué)中存在的弊端，充分考慮工程教育認(rèn)證對(duì)該課程畢業(yè)要求，從優(yōu)化理論教學(xué)方法、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、改進(jìn)課程評(píng)價(jià)方法三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)單片機(jī)原理課程教學(xué)的創(chuàng)新性教學(xué)模式進(jìn)行探索。

（一）優(yōu)化理論教學(xué)方法

教師運(yùn)用微課、慕課、電子教材等豐富的多媒體資源，根據(jù)課程教學(xué)大綱和往屆學(xué)生的教學(xué)效果反饋，結(jié)合單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)和功能等特點(diǎn)，去設(shè)計(jì)適用于本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)資源，并基于此制作多媒體教學(xué)內(nèi)容。課程開始時(shí)對(duì)班級(jí)學(xué)生按自由組合的方式進(jìn)行分組，約5—8人一組。以小組為單位的學(xué)習(xí)方式貫穿于整個(gè)單片機(jī)原理課程的學(xué)習(xí)過程中，小組成員需要在學(xué)習(xí)過程中，完成課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，互相督促，查漏補(bǔ)缺解決學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題并進(jìn)行總結(jié)。課堂上，引入學(xué)生以小組為單位自學(xué)并輪流講授的方式，給學(xué)生提供充分的展示自我的機(jī)會(huì)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新思維在單片機(jī)應(yīng)用中的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)單片機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新性應(yīng)用和拓展，分享創(chuàng)新過程中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，營造一種鼓勵(lì)創(chuàng)新的學(xué)習(xí)氛圍。在學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的過程中，發(fā)揮小組的能動(dòng)性，對(duì)組內(nèi)成員的知識(shí)掌握情況進(jìn)行匯總，并及時(shí)反饋，進(jìn)而使得教師能夠有目的性地調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和重點(diǎn)。以小組為單位的學(xué)習(xí)方式，有利于使學(xué)生從傳統(tǒng)課堂上的被動(dòng)聽講轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生共同學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在小組成員講授結(jié)束以后，教師對(duì)不足之處進(jìn)行補(bǔ)充并對(duì)學(xué)生所講內(nèi)容的完整性和清晰度進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而提升學(xué)生的課堂參與度以及互相學(xué)習(xí)的積極性，也進(jìn)一步提高了課堂的教學(xué)效率。

（二）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)旨在幫助學(xué)生在單片機(jī)初學(xué)階段將課本抽象的理論知識(shí)以具體的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，進(jìn)而使學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)與課堂上講授的內(nèi)容結(jié)合起來，有助于進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的理解。在多次驗(yàn)證和實(shí)踐中，各小組的主觀能動(dòng)性和小組協(xié)作能力逐步提高。為了提升學(xué)以致用的理念，增強(qiáng)實(shí)踐效果，教師可在課程中期有目的、有意識(shí)地分配給學(xué)生多種開放設(shè)計(jì)的題目，學(xué)生設(shè)計(jì)方案并以該方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。單片機(jī)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，遇到不懂的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)實(shí)踐小組可以隨時(shí)查閱相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，并將知識(shí)點(diǎn)及時(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，有效加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)概念的理解。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人公，不僅要主動(dòng)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理的基本知識(shí)，還要積極培養(yǎng)自己對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分類整合的能力，從而形成自己的知識(shí)框架和體系。同時(shí)，要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，敢于面對(duì)問題、敢于解決問題、善于合作共贏、善于協(xié)同創(chuàng)新。鼓勵(lì)學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生組隊(duì)，參加學(xué)校、市級(jí)和國家各個(gè)級(jí)別的電子競賽活動(dòng)，以賽促學(xué)，以賽代練，通過各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，鍛煉學(xué)生將理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，拓展和提升學(xué)生各方面的素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維，做到理論知識(shí)的學(xué)以致用和動(dòng)手能力的充分鍛煉。

（三）改革課程評(píng)價(jià)方法

制定工程教育認(rèn)證體系下的單片機(jī)原理課程評(píng)價(jià)方法，該評(píng)價(jià)方法與傳統(tǒng)單一的試卷評(píng)價(jià)方式不同，同時(shí)包含課程理論綜合評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果評(píng)價(jià)、創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)、解決工程問題能力評(píng)價(jià)等?？荚嚢鄶?shù)簡答題、少量填空、方案設(shè)計(jì)及思維拓展題等幾部分。充分發(fā)揮單片機(jī)課程學(xué)習(xí)小組在課程評(píng)價(jià)方法中的作用，在學(xué)生平時(shí)成績?cè)u(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，既包含教師打分也引入團(tuán)隊(duì)成員互評(píng)機(jī)制。將學(xué)生的最終成績由教師評(píng)分、個(gè)人自我評(píng)價(jià)、小組成員的評(píng)價(jià)這三部分進(jìn)行評(píng)分權(quán)重的認(rèn)定。教師評(píng)分可依據(jù)該學(xué)生在小組中所起的作用以及其課程綜合能力的高低和創(chuàng)新性。小組成員可參考該學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力及為小組所做出的貢獻(xiàn)等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。鑒于以上評(píng)價(jià)和打分，結(jié)合教育認(rèn)證的課程達(dá)標(biāo)要求，并根據(jù)不同的分?jǐn)?shù)權(quán)重對(duì)該學(xué)生的此門課程進(jìn)行綜合認(rèn)定。

四、結(jié)語

本文指出了工程教育認(rèn)證背景下該課程傳統(tǒng)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和評(píng)價(jià)方法的弊端，并針對(duì)這些弊端，對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下單片機(jī)課程教學(xué)改革方式進(jìn)行了探索。通過改革教學(xué)方法，進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，積累動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)理論和實(shí)踐的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，為培養(yǎng)符合工程認(rèn)證體系的畢業(yè)生奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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作者簡介：羅（1986— ），男，漢族，山西萬榮人，博士，上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電氣工程系，講師，研究方向：大功率電力電子變流器;袁慶慶（1987— ），女，漢族，江蘇啟東人，博士，講師，上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電氣工程系副主任，研究方向：電機(jī)高性能控制，新能源并網(wǎng)控制;夏鯤（1980— ），男，漢族，上海人，博士，副教授，上海理工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長，研究方向：高效電力電子設(shè)備及其故障檢測技術(shù)、精密電機(jī)控制和測量技術(shù)、無人化工廠和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。