強化工程實踐與創新能力培養的微機類課程實驗教學

陳國定, 楊東勇, 陳 朋

(浙江工業大學 信息工程學院, 杭州 310023)

強化工程實踐與創新能力培養的微機類課程實驗教學

陳國定, 楊東勇, 陳 朋

(浙江工業大學 信息工程學院, 杭州 310023)

微機類課程是電氣信息類專業重要的支柱課程之一, 我校自動化專業在注重學生基本實驗原理、實驗技術、實驗方法(即三基)能力培養的基礎上, 落實產出導向(OBE)教學理念，結合大學生課外科技項目和科技競賽活動，構建了基礎性、綜合性、設計性、創新性4層次組成的實驗教學體系，轉化科研成果，研發新的實驗項目，開展多樣化教學，強化工程實踐與創新能力的培養，取得明顯的效果，有效提高了專業培養目標的達成度。

微機類課程； 產出導向； 實驗教學體系； 能力培養

0 引 言

微機類課程是電氣信息類專業重要的支柱課程之一[1]，它包括微機原理、單片機原理及應用、嵌入式系統、DSP原理及應用、計算機控制技術等。這類課程對于培養學生計算機硬件和軟件的應用能力起著至關重要的作用[2-9]。隨著電子技術的迅速發展，微計算機日新月異，新技術、新架構、新產品不斷涌現，資源豐富又相對廉價[10]。為跟上時代發展，落實以學生為主體，培養應用能力為導向的教學理念，我校在浙江省嵌入式系統實驗教學示范中心、浙江省“十二五”優勢專業和校重點教改等項目的推動下，對微機類系列課程實踐教學進行綜合改革，以激發興趣、夯實基礎、強化綜合、突出創新為改革路徑，取得明顯的效果[11]。

1 以OBE為導向培養三基實驗能力

工科學生工程實踐能力和創新能力培養的目標是要使學生具備將構思和概念轉化成切實可用、能帶來效益的產品和服務的能力。因此，微機類課程實踐綜合改革在注重學生基本實驗原理、實驗技術、實驗方法(即三基)能力培養的基礎上，確定芯片功能使用、產品電路原理設計、應用電子產品設計與硬件軟件開發的全過程能力，確定預期的實驗教學目標，實施國際工程教育認證的學生學習產出導向(OBE)的實驗教學過程；在以學生為主體的“有效教學”理念[12]引領下,通過增加密切結合電子技術發展和課程知識前沿的實驗項目,激發學生自主式、研究式地開展實驗，最大限度地使接受此系列課程教學的全體學生普遍受益,切實提高學生的工程實踐能力和創新能力。

2 強化工程實踐能力的實驗教學體系

打破各課程實驗自成體系的舊格局，微機類課程實驗按照“基礎→綜合→設計→創新”的能力順序遞進關系，并結合學生課外科技項目立項和科技競賽活動，強化工程實踐與創新能力培養，構建新的實驗教學體系[12]，如圖1所示。

2.1 實驗內容分層次、模塊化

實驗類型分為基礎性、綜合性、設計性、創新性4個層次。基礎性實驗為芯片基本功能的驗證、開發平臺的使用；綜合性實驗為芯片加適當外圍電路構成基本功能的應用實驗；設計性實驗為芯片加傳感器與執行機構實際應用系統的設計與實現；創新性實驗為面向實際應用系統的多模塊構成系統的實驗，如溫度控制、智能車控制、機器人控制等。設立必修、選修、自選等多個實驗模塊,自選實驗可由學生自主設計的實驗,或來源于大學生創新研究項目、科技競賽項目等,諸如智能車、機器人、電子設計、挑戰杯等[13]。

微機類課程開出實驗項目43個，包括微機原理5個、單片機原理及應用13個、嵌入式系統12個、DSP原理及應用8個、計算機控制技術4個、計算機控制系統大型實驗1個，其中基礎類實驗10個，綜合性實驗16個，設計性實驗12個，創新性實驗5個。

2.2 教學方式多樣化

實驗教學過程是實驗室、實驗設備、教師、學生協同合作完成的，為達成目標，教學方式可以多樣化。

(1) 實驗室全天候向學生開放，實踐過程全覆蓋。除大型實驗，所有實驗項目1人一組，從實驗準備(實驗預習)、實驗過程到實驗報告撰寫，獨立完成。指導教師全過程跟蹤，給各個環節評分，突出“三基”能力達成度。

(2) 個性化研究性實驗和自主實驗，列入自選實驗模塊。兼顧創新引導、課內課外實踐一體。將國家大學生創新創業訓練計劃項目、浙江省大學生科技創新項目和學生課外科技活動[14]作為課程實驗的自然延伸，形成課內課外一體化的實踐教學新體系。

(3) 必修選修相結合。實驗有必修、選修項目，設定選修項目最低要求。

(4) 課內課外相結合。自主研發的Cortex-M4內核的芯片的實驗系統[13]，學生可將最小系統帶在身邊，在寢室、教室等，利用個人電腦隨時隨地做實驗，大大提高了學生實驗的積極性和自主性。

(5) 虛實結合、網上網下多方式的實踐體系。充分利用計算機網格和圖像技術，設計開發虛擬實驗和遠程實驗項目，形成由傳統的實驗室實驗、虛擬實驗和網絡遠程實驗組成的新型實驗體系[15]。

3 更新實驗內容，確保實驗項目的先進性和創新性的培養

優化設計微機類課程實驗項目，整合實驗技能培養簡單重復的實驗項目，增加綜合性、設計性、創新性和研究探索性實驗項目，使三性實驗達到54%。

(1) 將科研成果轉化為實驗項目。新研發了37個實驗項目，這些來源于工程實際的項目，既具備研究性，也能提高學生實驗興趣。

(2) 與時俱進，同步更新實驗內容。為跟上時代發展，著眼于學以致用，單片機原理課程教學從51系列轉換為采用Cortex-M4內核MCU[3,7,10]，為此，開發了基于Cortex-M4的單片機實驗項目13個，包括基礎性實驗5個，綜合性實驗項目4個、設計性實驗項目3個、創新性實驗項目1個，實驗項目見表1。同步更新計算機控制系統大型實驗。嵌入式系統、DSP課程也一樣，開發了機器人綜合實踐和嵌入式ARM9平臺綜合開放實驗等綜合性、創新性開放實驗項目。

(3) 與企業共建實驗室。及時為實驗教學提供最新的芯片、實際應用的解決方案，保持實驗室設備、實驗教學內容的持續先進性，保證了一流的教學水平與質量[16]。共建實驗室有：INTEL嵌入式系統實驗室、ALTERA公司EDA/SOP聯合實驗室、Atmel公司AVR微控制器實驗室、松下電器公司聯合實驗室、INTEL多核技術聯合實驗室、TI公司MSP430單片機聯合實驗室、DSP實驗室等。

表1 單片機實踐課程實驗項目(Cortex-M4)

4 結 語

微機類課程實驗教學體系年受益學生1 600余人，通過3年的實踐，學生的工程實踐能力和創新能力得到有效加強，提高了“三基”能力達成度，得到用人單位的高度肯定，同時涌現了一批優秀的學生，如2015年度創新與科技競賽國家一等獎獲得者單列指標保研中，接受本系列課程教學的學生占到了全校科技競賽單列名額的近32%。

3年來，學生完成國家大學生創新創業訓練計劃項目12項，完成浙江省大學生科技創新項目28項，獲得國家級科技競賽特等獎3項、一等獎30項、二等獎28項，獲省級競賽一二等獎78個；這些項目與獲獎都離不開微機應用能力的有力支撐。自主研發的實驗設備獲全國高等教育學校自制設備銀獎，實驗綜合改革獲浙江省高校實驗室工作研究成果二等獎。

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Research on the Experimental Teaching System of Microcomputer Courses to Strengthen Engineering Practice and Innovation Ability

CHENGuoding,YANGDongyong,CHENPeng

(College of Information Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China)

Microcomputer course is one of pillar courses for electric and information specialty. In attention to cultivating the student abilities of basic experimental principal, basic experimental technology, basic experimental methods (three bases), the output oriented (OBE) teaching philosophy is implemented. The experimental teaching system consisting of four levels of basic level, comprehensive level, design, innovation is constructed and combined with students’ science and technology projects and competition. Students' engineering practice and innovation ability is strengthened, the training goal reaching degree is effectively improved.

microcomputer courses; outcomes-based education (OBE); experimental teaching system; ability training

2016-09-19

自動化浙江省”十二五”優勢專業建設(浙教高教[2012]70號)、浙江工業大學教改項目(JG1303)

陳國定(1962-),男,浙江寧波人, 博士, 教授, 系主任, 從事自動化專業教學與科研工作。獲得浙江省教學成果獎一等獎。

Tel.: 0571-85290585; E-mail: gdchen@zjut.edu.cn

TP 391.9; G 642.0

A

1006-7167(2017)04-0171-03