新工科背景下地方高校工科專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索

董曉慶 苗利明 林科業(yè) 謝森林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-3319

摘? 要：針對工科專業(yè)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力不強(qiáng)及新工科背景下產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展需更新教學(xué)內(nèi)容的需求，本文以單片機(jī)類課程為例，開展“新工科背景下地方高校項目驅(qū)動教學(xué)方法探索與實踐”研究，包括設(shè)計符合地區(qū)主要支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求的課程項目，探索“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法及其配套考核方式，推動工科專業(yè)中注重應(yīng)用開發(fā)能力相關(guān)課程的改革創(chuàng)新，探索以學(xué)生為中心的工程教育嶄新模式。

關(guān)鍵詞：新工科? 應(yīng)用創(chuàng)新能力? 培養(yǎng)模式? 單片機(jī)課程? 項目驅(qū)動

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0210-04

Exploration on the Cultivation of Applied Innovation Ability of Engineering Majors in Local Universities under the Background of New Engineering? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——Take "Single Chip Microcomputer" as an Example

DONG Xiaoqing1? MIAO Liming2? LIN Keye1? XIE Senlin1*

（1.School of Physics and Electronic Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041? China;2.School of Computer and Information Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041? China ）

Abstract：? In response to the lack of application innovation ability of engineering students and the need to update the teaching content of industry and technology development under the background of new engineering， this article uses single-chip courses as an example to carry out a research on "Exploration and Practice of Project-driven Teaching Methods in Local Universities under the Background of New Engineering" ， Including designing curriculum projects that meet the transformation and upgrading needs of the main pillar industries in the region， exploring the "student-centered" teaching method and its supporting assessment methods， promoting the reform and innovation of related courses focusing on application development capabilities in engineering majors， and exploring student-centered A new model of engineering education.

Key Words： New engineering; Applied innovation ability; Training mode; Single-chip computer course; Project-driven

1? 引言

單片機(jī)廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、家用電器、工業(yè)控制及各種智能終端中，是控制系統(tǒng)及智能終端的重要部件[1-2]?！皢纹瑱C(jī)”課程主要包括《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》《單片機(jī)原理及應(yīng)用》等，是大部分工科院系電子信息工程、電氣工程及自動化、電子信息科學(xué)與技術(shù)等工科專業(yè)的核心專業(yè)課。

單片機(jī)教學(xué)大多按照知識結(jié)構(gòu)體系，課程理論教學(xué)和實踐教學(xué)分開，課堂教學(xué)以理論為主，實踐教學(xué)一般采用單片機(jī)實驗箱或開發(fā)板進(jìn)行驗證性實驗，簡單的軟件程序調(diào)試并下載到實驗板使得學(xué)生缺少綜合的應(yīng)用開發(fā)鍛煉機(jī)會，綜合的工程開發(fā)能力差[3]。另一方面，為應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》，通知強(qiáng)調(diào)“將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入教學(xué)過程，更新教學(xué)內(nèi)容和課程體系，建成滿足行業(yè)發(fā)展需要的課程和教材資源，打通最后一學(xué)里”，探索實施“新工科”工程教育人才培養(yǎng)的新模式[4-7]。

在新工科背景下單片機(jī)課程教學(xué)模式改革方面，全國各大高校紛紛展開了研究，取得了相關(guān)的研究成果。牛軍等人[8]針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中理論教學(xué)與實驗教學(xué)分離、先理論后實踐的問題，對傳統(tǒng)教學(xué)模式和考核模式進(jìn)行改革，將理論與實踐交叉融合并行進(jìn)行的模式，并用過程化考核取代傳統(tǒng)閉卷考試形式，重點關(guān)注學(xué)生的應(yīng)用開發(fā)能力考核，取得了良好的教學(xué)效果。謝宏霖等[9]提出了“項目驅(qū)動法”的單片機(jī)類課程教學(xué)的新思路，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度及主觀能動性，大大改善了教學(xué)效果。王莉等人[10]對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了對比分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于SPOC的混合教學(xué)模式，詳細(xì)介紹了在線課程資源的制作方法及混合教學(xué)模式的實施方案，實施效果表明該混合教學(xué)模式有助于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。李佳佳等人[11]針對“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，指出在課程教學(xué)過程中應(yīng)更多關(guān)注學(xué)生實踐動手能力及應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以電氣信息類專業(yè)的必修課程“單片機(jī)原理及應(yīng)用”為例，，針對該課程理論講授課時比例偏大，不能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性問題，作者突破傳統(tǒng)教學(xué)方法，以課程設(shè)計 、科研項目及學(xué)科競賽等多種實踐鍛煉方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情;同時，通過開設(shè)任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)課程，改革考試機(jī)制，全方位提高教學(xué)效果。閆鵬程[12]根據(jù)新工科要求，以自動化類課程教學(xué)為例，結(jié)合工科院校專業(yè)課程教學(xué)存在的學(xué)生實踐鍛煉機(jī)會少、應(yīng)用開發(fā)能力不強(qiáng)等問題，提出新工科背景下單片機(jī)課程的教學(xué)模式改革與探索，提高了自動化專業(yè)學(xué)生的工程實踐能力和綜合應(yīng)用開發(fā)能力。王利[13]等人根據(jù)新工科建設(shè)對機(jī)電類專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，以滿足新經(jīng)濟(jì)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展對新工科人才的需求，針對目前該課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)風(fēng)建設(shè)、考核評價方式等四個方面進(jìn)行了改革與探索，采用項目驅(qū)動教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合的方法，同時結(jié)合學(xué)科競賽和科研興趣小組，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力、跨學(xué)科交叉融合能力和團(tuán)隊合作精神。

綜上所述，當(dāng)前研究成果根據(jù)新工科對學(xué)生綜合應(yīng)用開發(fā)能力的工程教育需求，對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了改革，增加了學(xué)生動手實踐能力的鍛煉機(jī)會，改革了考核方式，提升了學(xué)生綜合應(yīng)用開發(fā)能力。但對地方院校工科專業(yè)學(xué)生在新工科背景下如何培養(yǎng)方面研究較少，基于此，本文針對目前單片機(jī)課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)分開導(dǎo)致學(xué)生工程研發(fā)能力差的問題及新工科背景下產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展需更新教學(xué)內(nèi)容的需求，開展“新工科背景下地方高校單片機(jī)類課程項目驅(qū)動教學(xué)方法探索與實踐”研究，包括研究設(shè)計符合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求的課程項目、研究以學(xué)生為中心能激發(fā)學(xué)生志趣的理論實踐充分融合的項目驅(qū)動教學(xué)方法、研究項目驅(qū)動的“單片機(jī)類課程”配套考核方式，對推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，培養(yǎng)具有較強(qiáng)行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才具有重要意義。

2? 教學(xué)模式改革思路

下面分別從課程項目設(shè)計、項目驅(qū)動教學(xué)方法探索、配套考核方式制訂三個方面詳述改革的思路，具體如下。

2.1 設(shè)計符合地方產(chǎn)業(yè)需求且涵蓋課程主要知識點的課程項目

團(tuán)隊近年來與所在地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)企業(yè)開展了深入的合作，包括陶瓷、不銹鋼、包裝印刷、茶葉等行業(yè)，科研項目涵蓋包裝印刷裝備大數(shù)據(jù)平臺研發(fā)、茶葉種植過程監(jiān)測、智能玩具研發(fā)、智能馬桶開發(fā)等，具有豐富開發(fā)經(jīng)驗，對地方產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有較深刻的見解;同時，團(tuán)隊成員常年擔(dān)任學(xué)院單片機(jī)類課程任課老師，具有豐富的任課經(jīng)驗，熟悉單片機(jī)課程知識體系。

基于上述的地方資源及自身優(yōu)勢，團(tuán)隊主動對接區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，進(jìn)一步對地區(qū)陶瓷、不銹鋼、包裝印刷等支柱產(chǎn)業(yè)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研交流，梳理產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求，例如裝備的自動化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化，制造車間的數(shù)字化等;結(jié)合團(tuán)隊承擔(dān)的縱向、橫向項目，并重新組織單片機(jī)課程相關(guān)知識點，將企業(yè)需求及項目團(tuán)隊研究成果轉(zhuǎn)化為單片機(jī)課程的“項目”，讓課程項目有效串起各個主要知識點，讓知識點內(nèi)化于項目的各個功能模塊，從而設(shè)計出一套既符合地方產(chǎn)業(yè)需求同時能夠涵蓋單片機(jī)課程主要知識點的課程項目。

下面以一個課程項目為例，說明如何制定課程項目：（1）羅列出單片機(jī)課程的主要知識點，比如I/O口控制、中斷系統(tǒng)、定時器、串口、AD/DA等;（2）梳理地方主要產(chǎn)業(yè)及其開發(fā)需求，比如學(xué)校所在地廣東省潮汕地區(qū)主要特色支柱產(chǎn)業(yè)且與本校工科專業(yè)密切相關(guān)的有智能馬桶、智能玩具、陶瓷生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線;（3）確定課程項目。制定原則包括：項目需包含單片機(jī)主要知識點且項目跟企業(yè)需求密切相關(guān)。根據(jù)該原則及前面兩點，本課題制定 智能馬桶語言識別模塊及智能馬桶主控板兩個項目。這兩個項目均包含了I/O口控制、中斷系統(tǒng)、定時器、串口、AD/DA等單片機(jī)主要知識點，同時又是本地支柱產(chǎn)業(yè)智能馬桶的核心控制模塊，企業(yè)對這方面的人才需求巨大。

2.2 探索“以學(xué)生為中心”的項目驅(qū)動教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)過程以教師、教材及課堂為中心，教師以教材作為授課內(nèi)容，在教室、實驗室等主要教學(xué)場所，通過板書、語言等媒體工具將知識按安排的順序傳授給學(xué)生。該模式主要弊端是，教學(xué)實施過程中學(xué)生是被動地灌輸及接受者，缺乏雙向的互動，教學(xué)效果一般[10-13]。

項目驅(qū)動教學(xué)以學(xué)生為中心，教學(xué)過程中教師作為組織者及指導(dǎo)者，該過程中教師主要作用是利用各種環(huán)境要素充分發(fā)揮、調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，實現(xiàn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)及探索。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，“項目驅(qū)動法”能更大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生的工程思維能力、實踐動手能力以及團(tuán)隊協(xié)作能? ? ? ? ?力[8-9]。

團(tuán)隊以設(shè)計符合區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求的課程項目為基礎(chǔ)，將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入教學(xué)過程，將團(tuán)隊的研究成果及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹學(xué)科研究新進(jìn)展、實踐發(fā)展新經(jīng)驗，提高學(xué)生對單片機(jī)課程的興趣度，讓學(xué)生在項目研發(fā)中學(xué)習(xí)單片機(jī)的各個知識點，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維、工程思維、溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力。

2.3 制訂科學(xué)的考核方式

課程項目的評估總結(jié)是“項目教學(xué)法”的重要環(huán)節(jié)。實施過程中，教師針對學(xué)生遇到的問題，協(xié)助指出問題的所在并針對性提出解決的思路，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考并盡量通過自己的努力解決問題，在該過程中鍛煉解決問題的能力，提升攻堅克難的耐心及自信心;同時，要注重培養(yǎng)組內(nèi)及各組間學(xué)生的團(tuán)隊意識及協(xié)調(diào)解決問題的能力，互相學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短。

項目驅(qū)動教學(xué)方式的考核主要在于項目實施過程中的評分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)課程項目特點及教學(xué)模式，考核評價標(biāo)準(zhǔn)主要包括：完成時間、完成效果、口試、報告和綜合表現(xiàn)5項內(nèi)容。5個評價目標(biāo)充分顯示學(xué)生的各種學(xué)習(xí)能力，從方案制定、軟硬件開發(fā)設(shè)計、焊接調(diào)試、溝通協(xié)調(diào)等多方面對學(xué)生進(jìn)行綜合評價。例如本課題制定的課程項目“智能馬桶主控板研發(fā)”，該項目涵蓋了I/O口控制、中斷系統(tǒng)、定時器、串口、AD/DA等知識點，項目組3～4人，分模塊進(jìn)行開發(fā)，時間期限1個月，每周上課除了理論課教學(xué)之外，專門安排時間抽查部分組別的開發(fā)進(jìn)度，詢問組內(nèi)各個成員的開發(fā)情況，并針對問題給出指導(dǎo)意見，在此過程中培養(yǎng)并考察學(xué)生研發(fā)能力及解決復(fù)雜工程問題的能力，真正做到過程化考核。

3? 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)工科專業(yè)培養(yǎng)模式不適用新工科背景下工程教育培養(yǎng)模式的問題，以單片機(jī)課程為例，對新工科背景下地方高校學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行了有益的探索，包括設(shè)計符合所在地區(qū)主要支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級或新興產(chǎn)業(yè)需求的課程項目，探索“以學(xué)生為中心”的單片機(jī)類課程項目驅(qū)動理論實踐高度融合的教學(xué)方法及其配套考核方式，推動工科專業(yè)單片機(jī)類課程的改革創(chuàng)新，探索以學(xué)生為中心的工程教育模式。通過本課題的實施，在課程項目中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，同時為地方產(chǎn)業(yè)輸送對口的人才，促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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