基于應用型人才培養的工具軟件應用模塊教學初探

李珊紅　儲忠　劉偉

【摘 要】針對應用型人才培養和企業需求之間的差距，合肥學院自動化專業在模塊化教學改革中，新設工具軟件應用作為一門專業選修模塊，以能力輸出為導向構建工具軟件應用的模塊化教學模式，并建立完善的教學方法和考核方式。近幾年的實施情況表明，該模塊的執行能夠有效支撐應用型人才培養目標和畢業要求的達成。

【關鍵詞】工具軟件應用；模塊化；教學模式

應用型本科院校是我國應用型本科教育的實施主體。著名教育學家潘懋元指出，應用型本科教育是以面向地方為主的本科教育類型[1]。其目標是培養滿足社會需求的具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才，這類人才應具有適用的理論基礎、較強的動手能力和一定的技術開發與創新能力[2]。要求各專業緊密結合地方特色，注重學生的實踐能力，重在“應用”。合肥學院作為我國高等教育應用型示范本科高校，堅持“地方性、應用型、國際化”辦學定位，借鑒德國應用科學大學人才培養模式，大力探索應用型人才培養模式，以能力輸出為導向大力進行模塊化教學改革，提高應用型人才培養質量。

模塊化教學法（MES）是20世紀70年代國際勞工組織提出的以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式[3]。20世紀90年代末歐洲29個國家共同簽署Bologna宣言，決定到2010年在歐洲學士和碩士教育中全面實現模塊化教學。模塊化課程是相對于傳統的學科課程而言，根據人才規格中的某一素質要素來構建所需的教學內容板塊和教學方式，重點突出所選內容的使用價值，而不是知識體系的完整性[4]。要想實現學生畢業時與工作崗位實現“零距離對接”，就必須根據各崗位的素質要求構建相應的模塊化課程體系。在此背景下，工具軟件應用在我校自動化專業模塊化教學改革中應運而生。

1 模塊簡介

工具軟件應用是一門專業選修模塊，重點圍繞自動化專業常用的軟件工具進行系統教學，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等，涉及相關電路仿真軟件、單片機編程軟件、電路制版軟件以及數學仿真計算軟件等。旨在培養學生使用現代工具軟件和初步分析問題的能力，有助于學生了解和學習系統仿真思想，使學生初步具有一定的電路分析能力、單片機編程能力，以及科學的仿真計算能力。

在自動化專業以前的人才培養方案中，并未單獨開設類似工具性的模塊化課程。而是在各模塊授課過程中需要使用某軟件時，由專業模塊老師另外講授，這造成教師工作的重復。同時這種授課方式使得學生對軟件的認知較為分散，難以構成一個完整全面的體系，降低了教師的授課效率和學生的學習效率。此外，我們也針對學生認知實習、畢業實習及畢業后的反饋，結合企業的實際需求進行考慮，以合肥學院模塊化教學改革思想為理論指導，將本專業常用的工具軟件整合為一個獨立模塊，集中學習，以滿足后期學習過程中對工具軟件的使用要求。通過本模塊的學習，學生可掌握初步的電路分析設計能力、單片機編程能力和科學的工程計算及數值分析能力，為學生進行后續模塊的學習打下一定的工具性使用基礎。同時，通過本模塊的學習，使學生掌握專業工具軟件的使用方法，為學生在后期參與認知實習、第二課堂以及畢業設計提供有力的支撐。工具軟件應用有支撐作用的后修模塊如圖1所示。

2 構建工具軟件應用模塊化教學模式

模塊化教學思想源自德國，強調在專業教學過程中，將理論教學和實踐教學兩個環節緊密結合，通過教學內容和教學方法的有積結合，培養學生的綜合素質。在確定工具軟件應用教學內容的基礎上，按“知識、素質、能力”三個要素對教學內容分解為理論學習、實踐學習和自主學習三個環節；通過三個環節的學習，使學生掌握自動化專業常用工具軟件的使用方法和操作技巧，可獨立利用相關軟件進行電路原理圖繪制、電路仿真、單片機聯合調試、PCB板設計以及數值分析計算等操作。為后期其他課程學習提供相應的工具支撐，也有利于學生在今后的工作中能更快的適應單位在工程實踐中對相關軟件使用的要求，同時增強其自主學習能力，拓展專業知識素養。

2.1 教學內容

工具軟件應用實質是將本專業可能用到的軟件工具放在一起，集中學習。通過對各工具軟件的橫向對比，找到學習軟件使用方法的技巧，同時將模塊開設時間提前，滿足后期學習過程中對工具軟件的使用要求。根據自動化專業在學習過程中應該掌握的工具使用及相關能力，將以前的工具課程整合成一個模塊，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB，涵蓋電路仿真、軟件工程開發、電路及數值仿真計算等。該模塊初建時共3學分，其中包括24學時理論教學和24學時實驗實踐。與其他專業模塊相比，該模塊實驗實踐學時所占比重較高，能夠看出其對培養學生應用能力的重視。

2.1.1 理論教學

在學習過程中根據開設的內容，對課程的相關性進行講解，相同內容進行刪減。如PROTEUS中的PCB制作和PROTEL中的功能重復，則以更常用的PROTEL進行相關講解；而PROTEL中電路仿真部分則放入PROTEUS中學習。在有限的理論教學課時中，按照所確定的知識點，引導學生在解決問題的過程中學習上機實驗前需掌握的新知識，確保實驗教學的順利開展，為該模塊培養目標的實施提供有力的理論支撐。

對于初學者來說，掌握課堂講授的知識點后，能夠獨立使用相關軟件完成簡單的工程問題。

2.1.2 實驗教學

實踐教學環節是強化學生應用能力培養的關鍵要素之一。在實驗教學內容的設計方面，主要掌握PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等軟件的使用能力；具體來說，包括：（1）電路仿真與調試能力：掌握PROTEUS、KEIL等工具的使用方法，能夠使用PROTEUS對典型電路特性進行分析；使用KEIL完成一個工程的建立，學會模塊化編程，結合PROTEUS軟件進行單片機聯合仿真調試。（2）初步具有PCB電路制版能力：可以根據給出的電路要求，通過所學知識利用相關軟件進行簡單電路的制版。（3）初步具有數學計算仿真能力：通過對MATLAB的學習，使初步學生具備運用數學軟件進行工程計算及數值分析的能力。

2.1.3 自主學習

傳統概念中的自主學習主要包括課前預習、課后復習和作業，以及實驗前預習、撰寫實驗報告等內容；在工具軟件應用模塊教學內容中，轉換傳統思維，變課后復習和作業為項目訓練。項目1：基于AT89C51的流水燈設計與實現。針對流水燈電路的設計與仿真，考察學生對PROTEUS和KEIL兩個軟件聯合調試的使用能力、電路仿真能力及程序調試能力。項目2：單片機最小系統的PCB設計。基于該項目的實施，重點考察學生使用PROTEL進行電路原理圖繪制及PCB制圖能力，使學生熟練使用PROTEL，并學習電氣工程制圖規范。項目3：海爾、聯想、方正三家公司銷售情況分析。通過該項目的完成，考察學生利用MATLAB進行讀數據、矩陣操作以及科學繪圖能力。

除一般的課前預習、課后復習、實驗前預習及撰寫實驗報告等內容之外，增加的項目訓練以分組的形式，以組為單位讓學生合作完成相關設計，可以讓學生拓展思維，且鍛煉其團隊協作能力，保證教學效果的實現。

2.2 教學方法

教學方法是組織教學活動的重要手段，直接影響教學效果，并關系到教學目標的實現程度。我校模塊化教學改革的目標是通過打造模塊化課程，突破學科定勢，將傳統的“以知識輸出為導向”的教學理念轉變為“以能力輸出為導向”，強調對學生能力的培養。工具軟件應用是一門以實驗實踐為主的專業選修模塊，需要以培養應用能力為導向，從過去單一的課程教學思路向模塊化教學轉變，以實現對學生能力的培養。

2.2.1 理論教學

理論知識的學習在多媒體教室進行，綜合采用講授法、互動法、基于問題學習法，并基于具體案例討論來引導學生對專業軟件的功能進行系統學習。以KEIL為例，課堂上會引入如何用單片機控制LED的點亮與熄滅這一話題，引導學生熟悉KEIL開發軟件的界面及操作，以及單片機的相關基礎知識，為實驗教學的順利進行奠定基礎。

2.2.2 實驗教學

為激發學生的學習興趣，在實驗內容的安排上，將驗證性實驗、設計性實驗及綜合性實驗相結合，從易到難，分三個層次逐漸強化學生應用能力訓練。基于驗證性實驗，使學生系統的學習工具軟件，掌握其基本操作，同時加深對以前所學知識的認知與理解；基于設計性實驗，使學生進一步掌握所學工具軟件的操作方法，培養其電路仿真、設計能力和數值分析能力；基于綜合性實驗，使學生進一步掌握相關軟件的使用方法，熟悉常用技巧，并訓練其對實驗結果進行分析判斷，使學生具有一定的查閱資料能力和獨立思考能力。

3 基于過程的綜合考核方式

在評價學生能力達成度方面，積極響應我校模塊化教學改革思想，以能力輸出為導向，以學生為主體，采用N+2考核方式，打破期末“一考定成績”的傳統做法。其中“N”指一學期不少于3次的過程考核，“2”指期末考試和平時成績。

過程考核在實施過程中，采取分階段考核的形式進行，具體為考慮到PROTEUS和KEIL軟件的聯合調試單片機功能，在完成PROTEUS和KEIL的軟件學習之后，進行第一次過程考核；PROTEL學習完成之后，進行第二次過程考核；MATLAB學習結束之后，進行第三次過程考核。這樣的考核方式既能保證從理論知識（卷面考試）、應用能力（實驗）、自主學習能力（學習筆記、大作業）等方面全面考核，而且過程考核有利于教師及時獲得學生學習情況的反饋信息，提高教學質量。

4 總結

工具軟件應用模塊建立于2012年，在第3學期開設，已經歷4屆學生。通過近幾年的教學實踐和教學總結得出，經過一個學期的學習，學生對該模塊內容有較高的興趣，初步具有將理論應用于實際工程中的思想，能夠用現代工具進行工程問題的分析，且在后續模塊和各類專業比賽以及畢業實習/設計中也具有較好的工具軟件能力支撐。能夠為以后在現代制造業第一線從事控制系統（或機器、或設備）的分析、設計打下基礎。特別是這幾屆學生和用人單位的反饋表明，該模塊的開設較有意義，在自動化專業應用型本科人才的培養上有重要效果，有力的支撐人才培養方案中有關培養目標和畢業要求的達成。

【參考文獻】

[1]潘懋元，車如山.略論應用型本科院校的定位[J].高等教育研究，5（2009）：35-38.

[2]蔡敬民.基于能力導向的模塊化教學體系構建：以合肥學院為例[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2012.

[3]樊亞娟.項目教學法在化工工藝課中的實踐探析[J].長春理工大學學報（高教版），2008，3（4）：74-76.

[4]伍德勤.建立模塊化課程市場 滿足應用型人才培養需求[J].合肥學院學報： 自然科學版，22.2（2012）：53-57.

[責任編輯：王楠]