《微機原理與嵌入式系統》優質核心課程建設的研究與實踐

王詠梅，張 妍

（華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北 保定 071003）

0 引言

進入21 世紀以來，計算機技術日新月異，發展迅速。微型計算機向微型化、網絡化、智能化發展，微機和單片機技術已在儀器儀表、過程控制、數據采集、信號處理、家用電器、機電一體化等領域得到廣泛的應用[1]。嵌入式系統是計算機技術、電子技術、測量技術、通訊技術和控制技術綜合發展的產物，已“嵌入”到工業、民用等各種儀器設備中。自動化專業更是與計算機技術密切相關，嵌入式方向類課程在其中扮演起越來越重要的作用。因此，需要建設一門綜合性強，技術先進，實踐性強的優質核心課程來滿足時代的需要。

1 課程建設的指導思想

在當前“減學時強能力”的教育環境下，本校自動化專業2017 版培養方案將總學時進行壓縮的同時，提出了“培養具有系統思維、多學科知識交叉融合和創新能力，具有較強的實踐能力、具有團隊合作精神和良好的溝通能力，能在自動化工程領域尤其是在能源電力自動化領域從事研究、設計、開發及管理工作的高素質復合型人才”的培養目標，對學生的創新實踐能力和設計研發能力提出了更高的要求。

在此背景下，將教學內容相近又有部分重疊的《微機原理及應用》和《單片機與嵌入式系統》課程合并，設立《微機原理與嵌入式系統》課程，并增設綜合實踐環節。目的是整合并更新課程內容以滿足社會發展對人才的需求，加大實驗力度助力實踐能力的培養，推進教學方法和考試方法改革，更注重學習過程中創新能力、設計開發能力的培養，將其建設成為自動化專業優質核心課程，以達到“能力做加法，學時做減法”的目的。

2 優質課程建設的研究

《微機原理與嵌入式系統》是一門理論與實踐并重的課程[2]，根據該課程的特點，在教學內容，教學方法及教學實踐等方面進行了一系列的改革探索。

2.1 教學課程內容改革

將原來的《微機原理及應用》《單片機及嵌入式系統》兩門課程內容整合，并不是簡單的內容合并，而是提煉出微型計算機和嵌入式微處理器在基本概念和基本理論的共性內容，形成課程的基礎理論部分。應用部分以單片機為主，在綜合實踐環節以STM32 內容作為應用擴展，課程結構如表1 所示。

2.2 開展以項目為導向的研究型教學

教育部在多個文件中提出，高校人才培養模式的改革要以“倡導啟發式教學和研究性學習為核心”。對某一門具體課程的研究型教學，是將該教育理念融入教學全過程的實踐，即在教師的主導下，將課程的內容轉變成生活、生產或科學中的實際問題，以學生為中心，在教師的幫助下按照科學研究的模式來分析、解決這些問題，最終達到學生獲取知識且更重在提高能力的一種教學過程。

2.3 探索翻轉課堂新模式

翻轉課堂教學活動的重點，既包含知識傳遞環節視頻教學內容的設計，又包含課堂合作學習的組織，以實現啟發學生思考，組織小組協作，自主探究問題的目標[3]。

針對難理解的課程內容，錄制成微視頻。視頻短而精，每一個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，查找起來也比較方便；同時視頻具有暫停、回放等多種功能，可以自我控制，有利于學生的自主學習。課前借助網絡教學平臺，推送視頻到學生手機端作為課前預習任務發布，合理延拓課外學時；課上針對預習內容展開討論，鼓勵學生走向講臺，促進學生主動學習和與教師的交流，及時發現學習中的問題，探討解決的方法。

表1 課程結構設置Table 1 Course structure settings

2.4 信息化教學手段輔助管理

探索“以學生學習為中心”的信息化教學新模式，在教學管理中引入在線課堂管理平臺“課堂派”。利用該平臺可以很方便地對學生的平時成績和教學資源進行管理，積極促進課堂內互動。而且，新穎的授課方式能大大激發學生的學習積極性，拓寬師生間交流渠道。

圖1 實踐層次體系Fig.1 Practice hierarchy

圖2 學生成果展示Fig.2 Student achievement show

3 實踐教學改革

該課程實踐性強，合理的實驗設計是順利開展研究型教學的核心。整個實踐教學體系分為三層如圖1 所示。對于基礎理論知識，入門級實驗有助于對抽象原理的理解，同時及時建立學生的學習成就感，激發深入學習的動力；基礎級實驗有助于引導學生完成項目分解后的各項任務，消除對項目設計的畏難情緒；綜合實踐有助于對知識的靈活掌握、融會貫通，對綜合實踐環節采用“類工程項目管理方法”管理。競賽提高層結合工程項目的應用需求，構建便于二次開發的多樣化嵌入式系統實踐開發平臺。項目組老師在課堂教學的同時，積極組織學生參加與課程內容相關的科技競賽，如全國大學生智能車競賽、全國機器人大賽等。實行全過程指導教師負責制，開展參賽學生的選拔、培訓和參賽等工作。通過導向性、趣味性、開放性及綜合性問題的設計，使學生完成由淺入深、由易到難一系列環環相扣、逐層遞升的實踐訓練，從而引導創新人才培養向縱深推進，構建循序漸進的嵌入式實踐創新人才培養方法[4]。

4 優質課程建設的成果

課程改革促進了學生學習興趣、工程能力和創新意識的全面提升，教學效果在大學生創新訓練項目和畢業設計中得到了充分體現。如圖2 所示為學生成果展示。同時，調動了學生參加科技活動的熱情，學生在全國大學生智能車競賽、全國機器人大賽、計算機應用大賽，全國大學生智能互聯創新大賽等科技活動中多次取得賽區一、二、三等獎，全國一、二等獎的好成績。

5 總結

優質課程建設是學校課程建設的重要內容和主要目標，是一個長期堅持的過程[5]。通過《微機原理及嵌入式系統課程》優質課程的建設，優化課程內容，加強實踐環節，取得了一定的成效。今后將進一步提升課程建設水平，加強教師團隊建設，激發學生系統知識和實踐能力、創新能力的綜合發展。