基于“卓越計劃”的微機類課程教學改革研究

張曉輝　溫顯斌　王曉曄

摘要： 依據“卓越計劃”的目標，針對微機類課程的教學現狀，以注重培養學生創新能力，突出工程實踐能力為要求，重構微機類課程的課程體系，組建高素質的工程型師資隊伍，加強實踐基地建設，強化實踐環節，以期培養出滿足社會需求、具有創新精神和工程實踐能力的人才。

關鍵詞：卓越計劃；微機類課程

一、背景

2010年6月23日，教育部正式啟動“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”），該項目作為《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010-2020）》組織實施的一個重大項目，旨在培養造就一大批卓越工程師后備人才。2011年天津理工大學正式啟動“卓越工程師教育培養計劃”，制定了《天津理工大學“卓越工程師教育培養計劃”工作方案》 。該方案旨在培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量的工程技術人才。要求教師應面向社會需求培養人才，對培養學生的實踐動手能力提出了更高的要求。計算機與通信工程學院的計算機科學與技術專業也成為我?！白吭接媱潯睂嵤I之一。從目前微機類課程的教學過程及教學效果、學生對微機技術的掌握與開發能力以及畢業生就業狀況來看，距卓越工程師教育培養計劃的要求還有一定的差距。在教學過程中還存在很多問題，如課程體系設置內容重復，課程體系銜接不夠；傳統教學模式重理論而輕實踐，課堂講授多、實踐動手少，學生的創新能力和實踐能力欠缺，人才培養與社會需求相對脫節等。

二、教學改革目標

卓越工程師教育培養計劃明確指出要強化培養學生的學習能力、實踐能力和創新能力，培養適應經濟社會發展需要的工程技術人才。因此，微機類課程的教學改革目標為在課程體系、教學內容和方法中強化實踐能力的培養；組建高素質的工程型師資隊伍；加強實踐基地建設，強化實踐環節，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力，培養適應經濟和社會發展需求的各類工程科技人才。

三、教學改革措施

（一）重構課程體系

微機類課程體系中，雖然各門課程的側重點不同，但是在內容上存在知識點的重復。如圖1 微機類課程體系結構圖所示。在以往的教學過程中，每個老師講授其中一門課程，每門課程的學時安排為36節理論學時和12節實驗學時，共48學時。學生會學習3遍指令系統、匯編語言程序設計等。既容易造成學生對知識的認識混亂，也浪費了時間。使得學生對整個課程體系目的不明確，構建不出微機類課程體系環環相扣，循序漸進的知識體系結構。學生的能力也只能平行發展，特別欠缺實踐動手能力的培養。

于是，將微機類課程包含的微型計算機原理與接口技術、單片機原理與應用以及嵌入式系統這三門課進行整合，重構課程體系。如圖2 重構微機類課程體系結構圖所示。學生在第3學期學習微型計算機原理與接口技術課程，注重基礎知識和理論的學習，主要內容包括80x86/Pentium微處理器結構、指令系統、匯編語言程序設計、存儲器以及輸入/輸出接口技術等。在第5學期學習單片機原理與應用課程，其中MSC-51單片機結構、指令系統、匯編語言程序設計、存儲器和輸入輸出接口技術等基礎理論知識部分以學生自學為主，教師主要針對單片機應用系統設計模塊，應用PBL（Problem-Based learning）教學法對學生進行引導式教學。同樣，第7學期的嵌入式系統課程，基礎理論知識的內容相似部分也引導學生自學為主，培養學生的學習能力。教師主要針對嵌入式OS及移植應用、嵌入式軟件設計以及嵌入式應用開發實例模塊，通過課程設計、12周校內實習的方式學習，以鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，以及創新意識和開發設計動手能力。

（二）組建高素質的工程型師資隊伍

改變傳統的一名教師一門課程的教學模式，以教學團隊的形式承擔課程的教學任務。培養、選拔若干名教師組成教學團隊，根據重構后的微機類課程體系，進行理論課程的講授和實踐課程的指導。第3學期的微型計算機原理與接口技術的基礎理論知識部分，是整個課程體系的基礎，由一名資深教授講授。實驗部分是課堂講授的補充，由一名動手能力強的青年教師帶領學生完成3門課程在3個不同學期的實驗指導，做到實驗內容、難度的層層遞進。第5學期和第7學期的課程設計環節，主要以鍛煉學生動手實踐能力和創新意識為主，由科研前沿的教師擔任。第7學期12周的校內實習環節是重構課程體系的特色，也是培養學生現代工程意識、學習能力、創新能力和開發設計能力以及溝通合作能力非常重要的環節，由具有工程經歷的教師或者具有資深工作經驗企業人員進行指導。

整個教師教學團隊，要定期開會，研討教學內容與教學方法。做到教學內容不重復，教學方法多樣化。發揮每個教師的長處，每學期都能使學生學到新的知識、鍛煉新的技能，提高新的能力。

（三）加強實踐基地建設，強化實踐環節

創新人才培養須要打造平臺，提供舞臺。為實施卓越計劃，學校與北京中軟國際信息技術有限公司、天津燈塔涂料有限公司、天津第一機床總廠、河南許繼工控系統有限公司共建了4個國家級工程實踐教育中心。在我院也建設了相關實踐教學基地，如計算機技術硬件實驗室、工業與信息化部微軟嵌入式技術聯合實驗室等。

充分利用實踐基地，開展微機類課程的實踐活動。實踐活動主要包括實驗環節、課程設計環節、校內實習環節和校外實習環節。

1.實驗環節：通過實驗環節的訓練，彌補課堂理論教學中的不足，增強學生的感性認識。在實驗環節中保證讓每一個學生獨立完成實驗，使每個學生的動手能力都得到充分鍛煉。使學生掌握微機的基本組成、工作原理、指令系統、匯編語言程序設計的基本方法，接口電路及系統硬件設計方法，為解決工程實際問題打下基礎。使學生具有一定的應用、開發各類微機的技能，培養學生應用計算機進行系統設計及分析解決實際問題的能力。

2.課程設計環節：在課程設計環節中實施PBL教學法。PBL教學法以問題為導向，是基于現實世界的以學生為中心的教育方式。 教學思路設計分為問題提出、資料查閱、討論研究和總結反思4個主要步驟。學生之間互相合作、共同探究，逐步尋找問題的解決方法。以學生自主學習和自我探究為主，作為合作者的教師僅在關鍵時刻起到點撥和引導作用。

在實驗環節階段表現突出的同學可以擔任組長，由其選擇組員并確定題目。在教師指導下分工合作，查閱資料、小組討論，提出合理、可行的方案。教師在指導過程中采用啟發式的教學方法，小組提出方案后，同小組學生一同討論，研究其合理性、可行性。課程設計在實踐教學基地進行，保證學生的實驗時間和空間，給學生充分的自主學習和自我研究的空間。此階段以培養學生的創新實踐能力為主，要鼓勵學生求新、求異。

3.校內實習環節：模擬企業模式，組成學生開發團隊進行長達12周的校內實習。在有工程經歷教師或資深經驗的企業人員指導下，模擬企業開發團隊模式，組成學生開發團隊。學生團隊可以選擇教師提供的項目，也可自擬題目，團隊成員分工合作，相互學習、交流，共同完成項目。

校內實習環節過程中，教師起引導、點撥、督促的作用，可介紹相關的技術標準與政策法規，讓學生提前熟悉企業工作模式。該環節注重培養學生現代工程意識、學習能力、創新意識和開發設計能力以及管理與溝通合作能力等，完成學生進入社會的熱身。

4.校外實習環節：經過了以上幾個環節的錘煉，學生已經具備了基本的實踐動手能力。應該安排學生到企業去體驗鍛煉。在學校建成的國家級工程實踐教育中心，或者其他企業進行校外實習環節。使學生開闊思路，拓廣知識面，將學到的微機類課程的知識應用到真正的實踐中去。

編輯∕岳 鳳