新工科背景下地方高校工科專業應用創新能力培養探索

董曉慶 苗利明 林科業 謝森林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-3319

摘? 要：針對工科專業學生應用創新能力不強及新工科背景下產業和技術發展需更新教學內容的需求，本文以單片機類課程為例，開展“新工科背景下地方高校項目驅動教學方法探索與實踐”研究，包括設計符合地區主要支柱產業轉型升級需求的課程項目，探索“以學生為中心”的教學方法及其配套考核方式，推動工科專業中注重應用開發能力相關課程的改革創新，探索以學生為中心的工程教育嶄新模式。

關鍵詞：新工科? 應用創新能力? 培養模式? 單片機課程? 項目驅動

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0210-04

Exploration on the Cultivation of Applied Innovation Ability of Engineering Majors in Local Universities under the Background of New Engineering? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——Take "Single Chip Microcomputer" as an Example

DONG Xiaoqing1? MIAO Liming2? LIN Keye1? XIE Senlin1*

（1.School of Physics and Electronic Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041? China;2.School of Computer and Information Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041? China ）

Abstract：? In response to the lack of application innovation ability of engineering students and the need to update the teaching content of industry and technology development under the background of new engineering， this article uses single-chip courses as an example to carry out a research on "Exploration and Practice of Project-driven Teaching Methods in Local Universities under the Background of New Engineering" ， Including designing curriculum projects that meet the transformation and upgrading needs of the main pillar industries in the region， exploring the "student-centered" teaching method and its supporting assessment methods， promoting the reform and innovation of related courses focusing on application development capabilities in engineering majors， and exploring student-centered A new model of engineering education.

Key Words： New engineering; Applied innovation ability; Training mode; Single-chip computer course; Project-driven

1? 引言

單片機廣泛應用于通訊設備、家用電器、工業控制及各種智能終端中，是控制系統及智能終端的重要部件[1-2]?！皢纹瑱C”課程主要包括《單片機原理與接口技術》《單片機原理及應用》等，是大部分工科院系電子信息工程、電氣工程及自動化、電子信息科學與技術等工科專業的核心專業課。

單片機教學大多按照知識結構體系，課程理論教學和實踐教學分開，課堂教學以理論為主，實踐教學一般采用單片機實驗箱或開發板進行驗證性實驗，簡單的軟件程序調試并下載到實驗板使得學生缺少綜合的應用開發鍛煉機會，綜合的工程開發能力差[3]。另一方面，為應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，通知強調“將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程，更新教學內容和課程體系，建成滿足行業發展需要的課程和教材資源，打通最后一學里”，探索實施“新工科”工程教育人才培養的新模式[4-7]。

在新工科背景下單片機課程教學模式改革方面，全國各大高校紛紛展開了研究，取得了相關的研究成果。牛軍等人[8]針對傳統教學模式中理論教學與實驗教學分離、先理論后實踐的問題，對傳統教學模式和考核模式進行改革，將理論與實踐交叉融合并行進行的模式，并用過程化考核取代傳統閉卷考試形式，重點關注學生的應用開發能力考核，取得了良好的教學效果。謝宏霖等[9]提出了“項目驅動法”的單片機類課程教學的新思路，提高了學生學習的參與度及主觀能動性，大大改善了教學效果。王莉等人[10]對網絡教學模式與傳統教學模式進行了對比分析，在此基礎上提出了基于SPOC的混合教學模式，詳細介紹了在線課程資源的制作方法及混合教學模式的實施方案，實施效果表明該混合教學模式有助于學生綜合應用能力的培養。李佳佳等人[11]針對“新工科”專業人才培養的需求，指出在課程教學過程中應更多關注學生實踐動手能力及應用創新能力的培養。以電氣信息類專業的必修課程“單片機原理及應用”為例，，針對該課程理論講授課時比例偏大，不能充分調動學生學習的積極性和主動性問題，作者突破傳統教學方法，以課程設計 、科研項目及學科競賽等多種實踐鍛煉方式，激發學生的學習熱情;同時，通過開設任務型網絡課程，改革考試機制，全方位提高教學效果。閆鵬程[12]根據新工科要求，以自動化類課程教學為例，結合工科院校專業課程教學存在的學生實踐鍛煉機會少、應用開發能力不強等問題，提出新工科背景下單片機課程的教學模式改革與探索，提高了自動化專業學生的工程實踐能力和綜合應用開發能力。王利[13]等人根據新工科建設對機電類專業人才培養提出的新要求，以滿足新經濟和新產業發展對新工科人才的需求，針對目前該課程教學現狀及問題，在教學內容、教學方法、學風建設、考核評價方式等四個方面進行了改革與探索，采用項目驅動教學和虛擬仿真教學相結合的方法，同時結合學科競賽和科研興趣小組，以培養學生的實踐動手能力、創新能力、跨學科交叉融合能力和團隊合作精神。

綜上所述，當前研究成果根據新工科對學生綜合應用開發能力的工程教育需求，對傳統課堂教學模式進行了改革，增加了學生動手實踐能力的鍛煉機會，改革了考核方式，提升了學生綜合應用開發能力。但對地方院校工科專業學生在新工科背景下如何培養方面研究較少，基于此，本文針對目前單片機課程理論教學與實踐教學分開導致學生工程研發能力差的問題及新工科背景下產業和技術發展需更新教學內容的需求，開展“新工科背景下地方高校單片機類課程項目驅動教學方法探索與實踐”研究，包括研究設計符合地方經濟發展和產業轉型升級需求的課程項目、研究以學生為中心能激發學生志趣的理論實踐充分融合的項目驅動教學方法、研究項目驅動的“單片機類課程”配套考核方式，對推動現有工科專業的改革創新，培養具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才具有重要意義。

2? 教學模式改革思路

下面分別從課程項目設計、項目驅動教學方法探索、配套考核方式制訂三個方面詳述改革的思路，具體如下。

2.1 設計符合地方產業需求且涵蓋課程主要知識點的課程項目

團隊近年來與所在地區支柱產業企業開展了深入的合作，包括陶瓷、不銹鋼、包裝印刷、茶葉等行業，科研項目涵蓋包裝印刷裝備大數據平臺研發、茶葉種植過程監測、智能玩具研發、智能馬桶開發等，具有豐富開發經驗，對地方產業轉型升級具有較深刻的見解;同時，團隊成員常年擔任學院單片機類課程任課老師，具有豐富的任課經驗，熟悉單片機課程知識體系。

基于上述的地方資源及自身優勢，團隊主動對接區域經濟社會發展需要和企業技術創新要求，進一步對地區陶瓷、不銹鋼、包裝印刷等支柱產業企業進行調研交流，梳理產業轉型升級需求，例如裝備的自動化、網絡化及智能化，制造車間的數字化等;結合團隊承擔的縱向、橫向項目，并重新組織單片機課程相關知識點，將企業需求及項目團隊研究成果轉化為單片機課程的“項目”，讓課程項目有效串起各個主要知識點，讓知識點內化于項目的各個功能模塊，從而設計出一套既符合地方產業需求同時能夠涵蓋單片機課程主要知識點的課程項目。

下面以一個課程項目為例，說明如何制定課程項目：（1）羅列出單片機課程的主要知識點，比如I/O口控制、中斷系統、定時器、串口、AD/DA等;（2）梳理地方主要產業及其開發需求，比如學校所在地廣東省潮汕地區主要特色支柱產業且與本校工科專業密切相關的有智能馬桶、智能玩具、陶瓷生產自動化生產線;（3）確定課程項目。制定原則包括：項目需包含單片機主要知識點且項目跟企業需求密切相關。根據該原則及前面兩點，本課題制定 智能馬桶語言識別模塊及智能馬桶主控板兩個項目。這兩個項目均包含了I/O口控制、中斷系統、定時器、串口、AD/DA等單片機主要知識點，同時又是本地支柱產業智能馬桶的核心控制模塊，企業對這方面的人才需求巨大。

2.2 探索“以學生為中心”的項目驅動教學方法

傳統的教學過程以教師、教材及課堂為中心，教師以教材作為授課內容，在教室、實驗室等主要教學場所，通過板書、語言等媒體工具將知識按安排的順序傳授給學生。該模式主要弊端是，教學實施過程中學生是被動地灌輸及接受者，缺乏雙向的互動，教學效果一般[10-13]。

項目驅動教學以學生為中心，教學過程中教師作為組織者及指導者，該過程中教師主要作用是利用各種環境要素充分發揮、調動學生的主觀能動性，實現學生的主動學習及探索。與傳統的教學方法相比，“項目驅動法”能更大地激發學生的學習興趣和求知欲望，促使學生主動學習，充分發掘學生的創造潛能，提高學生的工程思維能力、實踐動手能力以及團隊協作能? ? ? ? ?力[8-9]。

團隊以設計符合區域產業需求的課程項目為基礎，將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程，將團隊的研究成果及時轉化為教學內容，向學生介紹學科研究新進展、實踐發展新經驗，提高學生對單片機課程的興趣度，讓學生在項目研發中學習單片機的各個知識點，培養學生的設計思維、工程思維、溝通協商能力和工程領導力。

2.3 制訂科學的考核方式

課程項目的評估總結是“項目教學法”的重要環節。實施過程中，教師針對學生遇到的問題，協助指出問題的所在并針對性提出解決的思路，引導學生進一步思考并盡量通過自己的努力解決問題，在該過程中鍛煉解決問題的能力，提升攻堅克難的耐心及自信心;同時，要注重培養組內及各組間學生的團隊意識及協調解決問題的能力，互相學習、取長補短。

項目驅動教學方式的考核主要在于項目實施過程中的評分標準。根據課程項目特點及教學模式，考核評價標準主要包括：完成時間、完成效果、口試、報告和綜合表現5項內容。5個評價目標充分顯示學生的各種學習能力，從方案制定、軟硬件開發設計、焊接調試、溝通協調等多方面對學生進行綜合評價。例如本課題制定的課程項目“智能馬桶主控板研發”，該項目涵蓋了I/O口控制、中斷系統、定時器、串口、AD/DA等知識點，項目組3～4人，分模塊進行開發，時間期限1個月，每周上課除了理論課教學之外，專門安排時間抽查部分組別的開發進度，詢問組內各個成員的開發情況，并針對問題給出指導意見，在此過程中培養并考察學生研發能力及解決復雜工程問題的能力，真正做到過程化考核。

3? 結語

本文針對傳統工科專業培養模式不適用新工科背景下工程教育培養模式的問題，以單片機課程為例，對新工科背景下地方高校學生應用創新能力培養進行了有益的探索，包括設計符合所在地區主要支柱產業轉型升級或新興產業需求的課程項目，探索“以學生為中心”的單片機類課程項目驅動理論實踐高度融合的教學方法及其配套考核方式，推動工科專業單片機類課程的改革創新，探索以學生為中心的工程教育模式。通過本課題的實施，在課程項目中培養學生的創新應用能力，同時為地方產業輸送對口的人才，促進地方產業發展。

參考文獻

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