淺談面向工程教育專業認證的單片機與嵌入式系統課程改革

施凱 徐培鳳 孫宇新 刁小燕

摘要：單片機與嵌入式系統是電類專業一門必修的專業基礎課，同時也是工科其他非電類專業的一門專業選修課，在許多專業的工程教育認證標準都被列為一個重要考察指標。針對專業認證的要求，并結合該課程的特點，提出通識、特色和工程教育相結合的課程教學新體系，進一步提高該實踐類課程教學的教學水平和教學效果，以滿足各專業工程教育認證的要求。

關鍵詞：專業認證；單片機與嵌入式系統；教學改革

0、引言

參照英、美等《華盛頓協議》成員國的通用做法[1]，我國于2005年10月正式成立中國工程教育專業認證協會，該協會由工程教育相關的機構和個人組成的全國性社會團體，主要負責我國工程教育認證工作的組織實施，由教育部主管，是中國科協的團體會員[2]。通過開展工程教育專業認證，提高我國工程教育質量，為工程教育改革和發展服務，為工程教育適應政府、行業和社會需求服務，為提升中國工程教育國際競爭力服務。協會建立了國際實質等效的工程教育認證體系，認證工作得到了國際社會的廣泛認可。2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學位互認協議《華盛頓協議》，通過認證協會認證的工程專業，畢業生學位得到《華盛頓協議》其他組織的認可，極大地提高了我國工程教育的國際影響力[3]。

近年來，工程教育專業認證已在我國逐步發展起來，針對專業認證的要求，各高校均實行了不同程度的專業改革、教學計劃改革和課程改革。單片機與嵌入式系統課程是一門電類專業的必修專業基礎課，同時也是汽車、機電等其他非電類工科專業的選修專業基礎課，它在許多專業的工程教育專業認證標準中都被列為一個重要考察指標。這門課程屬于理論知識和實踐能力并重的一門課程，對于電類專業而言實踐教學比重更大。

單片機與嵌入式系統課程內容涉及知識包括單片機的基礎知識、嵌入式系統的硬件設計和軟件編寫知識等多方面，屬于多課程知識的交叉融合、應用和實踐為一體的產物。學生需要在掌握計算機組成原理、匯編語言和C語言程序設計等多門課程知識的基礎上，面向實踐和應用能力的學習和拓展，難度較大。此外，經過多年的發展，各學校之間的課程體系不同、學生程度各異、教材風格和內容差別等，也造成了這門課程教學成為了一個比較難以統一的難題。如何在課堂教學、實踐教學、教學手段和方法、教學評價體系等方面找到一個平衡點，促進和提高教學效果，同時又符合各專業的工程教育專業認證要求，值得我們去深入思考和探索。

1、課程教學中存在的問題

1.1教材的使用

本課程的相關教材和內容大多偏重于理論和單片機內部結構的介紹，對于單片機與實際結合的應用介紹較少，尤其是案例分析更是缺少，甚至不做任何介紹。此外，教材內容大多滯后于我們現在的電子技術和工業發展，未體現出單片機技術在我國工業生產和應用領域已得到廣泛使用的現狀。

1.2教學方法

針對教材內容使用PPT講解，缺乏具體的案例上學生自己動手，邊學邊做，造成學生在學習時對單片機與嵌入式系統的使用及實際應用開發等問題無從下手。即便課堂教學的PPT中使用了一定數量的案例，也與實際應用嚴重脫節，缺乏應用自己所學知識處理實際問題的思路和想法，還停留在照本宣科的狀態，無法達到一門實踐性較強的專業基礎課程的教學目的。

1.3教學手段

課堂教學以老師講學生聽為主，案例分析時學生始終在跟蹤老師的思路和步伐，師生之間沒有形成良好的互動和溝通，不能調動學生學習的積極性，造成實踐性環節學生無法達到理想的學習效果。

1.4成績評價

對學生的成績評價仍然以考試+平時+實驗成績加權評價為主，缺乏對學生的全面學習成績的評價手段或體系。

2、課程改革與探索

2.1輔助教學材料編寫

目前的教材內容普遍滯后于實際，需針對此現狀補充目前的前沿知識，基于地區發展與專業所在行業發展，與教材相結合；此外，教材的內容過于寬泛和理論化，聯系實際不夠，應定期更新單片機與實際應用結合的案例，多開展案例教學，以提高教材的實用性和可讀性。

2.2教學方法變革

（1）教學中多注重書本知識和實際應用相結合。為了讓學生學習單片機與嵌入式系統這門課程時不覺得所學知識過于理論和空洞，多加入學生感興趣的案例，以鮮活的案例出發，將理論知識與實際應用結合一起，不僅可以增加學生對課程的喜歡度，還能激發他們的積極性，提高學習效果。（2）將理論課與實踐課相結合。可以將定時器/計數器、串口通訊等部分課程教學內容放到實踐課中講授，讓學生在自己動手的過程中領悟理論知識的重要性，同時又能提高學生對理論知識應用于實踐的認識，便于在課后自己自學和拓展課程的學習。（3）將科研的基礎內容引入到教學中。針對電氣工程和控制工程等領域對于單片機與嵌入式系統課程密切相關的科研領域，舉例說明在解決高深、前沿的科學研究時，該課程能夠扮演重要角色，不僅可以加深學生對課程重要性的認識，也能促動學生迫切學好課程知識，以便后期投入科研和生產中去。（4）提高電子競賽或者專題競賽與課程教學的關聯度。讓學生在學習中形成比較和競爭，培養他們的好勝心和動手熱情，豐富學習環境和氛圍，這也是對培養和選拔各專業參加各種競賽提供了一個很好的途徑。

2.3教學手段豐富

改變目前單一的采用多媒體教室+PPT的教學手段模式，增加視頻案例、實踐課與部分課堂教學合并統一、特殊的教具等多種模式的教學手段，不僅能夠增加學生的新鮮感，增大課程教學的信息量，還能豐富老師的教學思維，全方位的提高教學效果。針對課堂教學用的多媒體課件，應多補充與實際應用密切相關的案例，增加與科研、競賽、未來工作就業環境中與本課程密切相關的產業或領域等方面的相關知識，豐富多媒體課件的內容。此外，還可以引進雨課堂等智慧教學方案，使得課堂教學更加立體和便捷。

2.4成績評價改進

基于學生的課堂學習、實踐學習和課外實踐，建立多方面相結合的一套完備的成績評價體系。針對課堂學習，更多注重基礎知識的考核，以及對基礎知識應用能力的考察，因此應該多加入應用案例，增加系統設計和嵌入式技術開發的內容，體現出課程的特點和發展趨勢。針對實踐學習，應該完全摒棄以報告和出勤率為依據的考核和評價模式，應該能體現出實踐主動性和實踐質量的區分，按照多題目、多方案的形式，根據難易程度和學生的思路及解決方案，給出相應的實踐學習成績，既公平公正，又能體現可行性和先進性。針對課外實踐類，可以適當加入較少比例的加分環節，鼓勵學生在掌握課堂知識的同時，走出課堂，針對單片機與嵌入式系統這類實踐性較強的課程，體現實踐能力在課程考核中的重要性，讓學生能夠真正的學到知識、學會知識和掌握知識。

3、結語

針對工程教育專業認證需求，通過對“單片機與嵌入式系統”課程的改革，將該課程的教材編寫、教學內容、教學方法、教學手段與課程實踐性較強的特性緊密結合，提出更科學、更合理、更有發展前景的課程教學改革方法。通過教材內容補充或者改編、完善教學內容、增加實踐教學、將課程教學和科研相結合、豐富教學手段、以及建立一套完備的成績評價和考核體系，可以不斷完善該課程的教學，提升學生的興趣和能力，滿足工程教育的培養要求。當然，這門課程屬于多專業的交叉課程，各專業應該根據自己專業的特色和特殊性，專門定制一些特殊的教學改革方法，以豐富該門課程的教學改革和思路，最終達到開展該門課程的教學目的，提高學生的學習能力和學習效果，為國家培養高質量的工程專業人才。

參考文獻：

[1]蔣復量，李向陽，譚凱旋.專業認證背景下的安全工程專業特色教育研究與實踐[J].中國安全科學學報，2010，20（1）：12-18.

[2]中國工程教育認證協會.中國工程教育認證單位[EB/OL].http：//ceeaa.heec.edu.cn/result_search.php.

[3]周凌波，王芮.從《華盛頓協議》談工程教育專業建設[J].高等工程教育研究，2014（4）：6-14.