基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的課程改革研究與實(shí)踐

楊雅寧　楊世浩

摘要：微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程是電子信息工程專業(yè)最重要的專業(yè)課之一。以寧夏師范學(xué)院微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程為例，分析了該課程現(xiàn)狀及存在的問題，在工程教育專業(yè)認(rèn)證導(dǎo)向下，課程組根據(jù)畢業(yè)要求和培養(yǎng)計(jì)劃出發(fā)，多方位進(jìn)行課程改革和實(shí)踐，旨在有效促進(jìn)課程效果，提升教學(xué)質(zhì)量，體現(xiàn)對學(xué)生職業(yè)能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，形成持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，進(jìn)而有效推動電子信息工程專業(yè)的工程教育認(rèn)證工作。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;課程改革;微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)

中圖分類號：G42? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）09-0159-03

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國家對工程技術(shù)人才培養(yǎng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和要求，是我國工程技術(shù)人才培養(yǎng)與國際接軌的橋梁[1-2]。自2016年，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式會員，標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)了國際等效，我國工程專業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)獲得了國際認(rèn)可[3-4]。工程教育專業(yè)認(rèn)證為我國高等工程教育指明了方向，可以促進(jìn)我國高等教育的發(fā)展[5]，有效提升我國高等教育質(zhì)量。目前，我國各高校一線教師本科教學(xué)改革的方向、手段和措施也是基本圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的。

寧夏師范學(xué)院位于寧夏南部山區(qū)，以服務(wù)民族地區(qū)、貧困地區(qū)基礎(chǔ)教育和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展為己任。電子信息工程專業(yè)是學(xué)校為數(shù)不多的非師范專業(yè)之一，在工程專業(yè)教育認(rèn)證的背景下，我校電子信息工程專業(yè)以 “成果導(dǎo)向教育”“以學(xué)生為中心”“持續(xù)改進(jìn)”為指引，以“新工科”“產(chǎn)教融合示范專業(yè)”“一流專業(yè)”為載體，認(rèn)真落實(shí)“培養(yǎng)滿足寧夏、輻射西北的電子信息行業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才”的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

微機(jī)原理與單片機(jī)課程作為電子信息類專業(yè)的專業(yè)核心課，對專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及課程體系都有非常重要的支撐作用。我校電子信息工程專業(yè)和電氣工程極其自動化專業(yè)都設(shè)置了微機(jī)原理與單片機(jī)課程。因此，客觀分析與評價(jià)我校微機(jī)原理與單片機(jī)課程的教學(xué)狀況，總結(jié)教學(xué)改革過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，找出課程教學(xué)中不符合工程教育要求的方面，進(jìn)行改革和實(shí)踐，不僅對微機(jī)原理與單片機(jī)課程建設(shè)起到促進(jìn)作用，而且能為我校電子信息工程專業(yè)順利通過工程教育專業(yè)認(rèn)證提供保障。

筆者從自身講授微機(jī)原理與單片機(jī)課程的實(shí)際情況出發(fā)，分析該課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，總結(jié)該課程教學(xué)的教學(xué)改革成功方法和經(jīng)驗(yàn)，提出課程教學(xué)改革的措施，為該專業(yè)面向工程教育專業(yè)認(rèn)證提供理論支撐。

1 課程特點(diǎn)及主要的教學(xué)狀況

1.1 課程特點(diǎn)

目前電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，在各行各業(yè)都有著廣泛與深入的應(yīng)用，基于微型計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)已在儀器儀表、過程控制、數(shù)據(jù)采集、信號處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程主要研究微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、常用的接口技術(shù)的理論知識，討論運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)解決實(shí)際問題的思路和方法，使學(xué)生具備使用所學(xué)理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)解決復(fù)雜工程問題的能力。該課程是電子信息專業(yè)的專業(yè)核心課之一，在第四學(xué)期開設(shè)，共64學(xué)時(shí)。

微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程的主要內(nèi)容包括兩部分，第一部分從通用微型計(jì)算機(jī)的角度出發(fā)，講授通用微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理。第二部分以某型單片機(jī)為例，講授單片微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)、接口技術(shù)及應(yīng)用，主要側(cè)重于討論單片機(jī)的CPU、存儲器和片內(nèi)接口的工作原理和各部件之間的關(guān)系，運(yùn)用單片機(jī)及常見接口分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)，解決實(shí)際問題。第一部分內(nèi)容的理論性很強(qiáng)，第二部分內(nèi)容的實(shí)踐性強(qiáng)。理論部分知識點(diǎn)多且零散、細(xì)碎、抽象，尤其是CPU、存儲器、接口技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理部分，各部件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單元模塊多，信號多，信號之間交互邏輯和流程復(fù)雜，因此信息量很大，學(xué)生看不著、摸不到，只能根據(jù)原理框圖和信號流程去想象，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了很大困難。在實(shí)踐部分的學(xué)習(xí)中，首先學(xué)生難以建立實(shí)際問題與理論知識的聯(lián)系，同時(shí)，大部分學(xué)生編程能力較弱，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)信心不足，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和課程目標(biāo)的達(dá)成度。

1.2 總體教學(xué)目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生應(yīng)該了解通用計(jì)算機(jī)的發(fā)展情況，掌握通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分和工作原理，將理論與基于微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相結(jié)合，建立起系統(tǒng)的概念，有一定的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試能力，為下一步學(xué)習(xí)其他微型計(jì)算機(jī)和微型處理器打下良好基礎(chǔ)。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)習(xí)完本課程后，學(xué)生能夠觸類旁通，具備自學(xué)并使用其他微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

1.3 教學(xué)現(xiàn)狀

1）教學(xué)內(nèi)容選擇與組織緊跟教材，課程目標(biāo)不明確

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，微機(jī)原理與單片機(jī)的課程大綱一般是根據(jù)教材內(nèi)容形成的，課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容的安排與編制人所選的教材緊密相關(guān);在教學(xué)實(shí)施過程中，教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織也與教師所選教材強(qiáng)相關(guān)，對課程總體目標(biāo)的支撐度低。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，存在課程目標(biāo)不明確，依據(jù)教材選擇和組織教學(xué)內(nèi)容，難以支撐工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的畢業(yè)要求。

2）教學(xué)方式和教學(xué)手段單一

多年來微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程一直遵循傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以教師講授教材，學(xué)生聆聽接收為主。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生對教學(xué)活動參與不夠，失去了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。教學(xué)手段單一，現(xiàn)代化、智能化教學(xué)手段應(yīng)用太少。

3）教學(xué)評價(jià)方式單一

傳統(tǒng)的課程評價(jià)方式主要采用期末閉卷考試和平時(shí)作業(yè)考查和檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。這種考核方式存在以下幾個問題：a.無法有效監(jiān)督學(xué)生作業(yè)監(jiān)督，可能存在作業(yè)抄襲現(xiàn)象，因此作業(yè)成績難以有效反應(yīng)學(xué)生本質(zhì)上的學(xué)習(xí)情況;b.期末閉卷考試方式，導(dǎo)致學(xué)生不重視課程的平時(shí)學(xué)習(xí)，在臨近期末考試時(shí)突擊準(zhǔn)備，因此對教學(xué)效果評價(jià)不夠全面;c.傳統(tǒng)考核方式和成績構(gòu)成中，不含實(shí)踐考核內(nèi)容，因此缺乏對實(shí)踐教學(xué)效果的評價(jià)。1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76

4）實(shí)踐教學(xué)重視程度

微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程的主要特點(diǎn)是理論性與實(shí)踐性并重，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，無論是教學(xué)的課時(shí)分配還是考核方式都呈現(xiàn)出“重理論、輕實(shí)踐”的特征。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實(shí)踐教學(xué)方式主要是課程配套實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)較少，對實(shí)踐教學(xué)的考核與評價(jià)不足，難以理論聯(lián)系實(shí)際，對學(xué)生的知識應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)不足。

2 課程教學(xué)改革與實(shí)踐

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)生首先應(yīng)具有正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀;其次在掌握工程基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，具備應(yīng)用工程知識提出問題、分析問題、解決問題能力;再次在研究和解決工程問題的過程中掌握新工具、新方法的使用，有團(tuán)隊(duì)意識，在解決問題的過程中能夠綜合考慮所涉及的社會、安全、法律、環(huán)境、健康等因素。

針對我校微機(jī)原理與單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題，以工程教育認(rèn)證對電子信息工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求和我校電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)為指導(dǎo)，課程組對該課程進(jìn)行了改革和實(shí)踐，構(gòu)建課程對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的有力支撐。

2.1 凝練教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，修訂教學(xué)大綱

在本專業(yè)工程教育認(rèn)證工作的指導(dǎo)下，依據(jù)“成果導(dǎo)向教育”“以學(xué)生為中心”“持續(xù)改進(jìn)”的要求，課程組認(rèn)真研究畢業(yè)要求、課程特點(diǎn)和內(nèi)容，凝練課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，修訂教學(xué)大綱。最終確定本課程的三個教學(xué)目標(biāo)：1）掌握通用計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和常見接口技術(shù)的理論知識，具備分析和描述電子信息領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)的組成、工作流程能力，具備應(yīng)用理論知識分析復(fù)雜系統(tǒng)故障的能力。2）掌握一種單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解指令系統(tǒng)，掌握常見的片內(nèi)/片外接口技術(shù);能結(jié)合實(shí)驗(yàn)，模擬工程場景，分析并抽象實(shí)際問題，細(xì)化需求，并應(yīng)用單片機(jī)極其接口技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行電子系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中考慮性能、成本、周期和環(huán)境等問題。3）能理論聯(lián)系實(shí)際，根據(jù)復(fù)雜電子系統(tǒng)的方案，應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì)、軟件模塊流程設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)，并基于現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)工具，進(jìn)行系統(tǒng)仿真和調(diào)試，呈現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。具備解決實(shí)際問題的能力，為工程設(shè)計(jì)打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。該課程的課程目標(biāo)支撐專業(yè)畢業(yè)要求1.4、3.1、3.2和3.3。根據(jù)課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，形成與工程教育緊密契合的教學(xué)大綱。

2.2 教學(xué)方式改革與實(shí)踐

針對教學(xué)方式和教學(xué)手段單一的問題，結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)，課程組經(jīng)過多次討論和實(shí)踐，全方位地改革和創(chuàng)新了教學(xué)方式和教學(xué)手段，提升教學(xué)實(shí)施過程中學(xué)生的參與度，讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，保證教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

1）設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)提綱、測試題目，使學(xué)生在課前預(yù)習(xí)的過程中能夠把握好重點(diǎn)難點(diǎn)。將課前預(yù)習(xí)的完成度和完成質(zhì)量納入考核環(huán)節(jié)，督促學(xué)生高質(zhì)量完成課前預(yù)習(xí)，以保證課堂效果。

2）針對教學(xué)內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中利用多媒體授課，采用形象化教學(xué)法，舉例子、打比方，制作動圖、動畫、信號的動態(tài)流程圖等，把聲音、動畫、圖形和文字等媒體有機(jī)地組合在一起，使講述的內(nèi)容形象、逼真地演示出來， 幫助學(xué)生理解抽象概念，使學(xué)生深入地認(rèn)識和了解微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。

3）針對知識點(diǎn)零散的特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)施過程中適當(dāng)采用“雨課堂”授課，講授完知識點(diǎn)講完后，通過選擇、填空、判斷等客觀題的方式進(jìn)行隨堂測試，一方面檢驗(yàn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，另一方面通過這種方式進(jìn)行課堂留白，給學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會，最后進(jìn)行測試題講解，幫助學(xué)生補(bǔ)充完善。每期組織 2 次階段性測驗(yàn)，督促學(xué)生常回顧、常復(fù)習(xí)。

4）在課堂教學(xué)中，結(jié)合課程內(nèi)容的特點(diǎn)，插入課程思政，比如，在涉及通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容中，讓學(xué)生收集國內(nèi)外CPU和存儲器芯片的相關(guān)資料，了解我國在這方面與國外的差距，結(jié)合我國在芯片行業(yè)所處的境遇，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀。

2.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

除本課程配套5個驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、3個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生在學(xué)期結(jié)束之前還必須完成一個綜合類應(yīng)用項(xiàng)目。組織學(xué)院內(nèi)部的電子設(shè)計(jì)比賽，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生參加各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、電子設(shè)計(jì)競賽等。積極開展校企合作，通過開展企業(yè)實(shí)踐、認(rèn)知實(shí)習(xí)等方式，拓展學(xué)生的實(shí)踐平臺，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.4 教學(xué)評價(jià)與課程考核改革

堅(jiān)持執(zhí)行“學(xué)校—學(xué)院—教研室—學(xué)生”四位一體的聽課評課制度，由學(xué)校督導(dǎo)、學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)、教研室教師隨機(jī)聽課打分，將得分與學(xué)生評課得分綜合后，對教師授課情況進(jìn)行綜合、公平、公正、透明的評價(jià)。由學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)組織學(xué)生填寫課程調(diào)查問卷，并將學(xué)生對教師授課過程提出的意見或建議反饋給授課教師，幫助教師持續(xù)改進(jìn)。授課教師在學(xué)院Moodle平臺收集學(xué)生對授課效果的評價(jià)及建議，幫助授課教師持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法。

課程考核總成績采用百分制，由平時(shí)成績和期末成績構(gòu)成，其中平時(shí)成績占50%，期末成績占50%。平時(shí)成績由課前預(yù)習(xí)、課后作業(yè)、階段測試、綜合設(shè)計(jì)四項(xiàng)構(gòu)成。期末成績由期末考核卷面成績給定。期末考核采用閉卷考試的形式進(jìn)行，總分100分，試卷內(nèi)容涵蓋該課程的理論與實(shí)踐內(nèi)容，突出課程理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)。

3 結(jié)束語

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國家對工程技術(shù)人才培養(yǎng)的統(tǒng)一要求。目前國內(nèi)高校都在依據(jù)工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)和要求，探索和實(shí)施高等工程教育的改革。高等教育的改革，包括定位明確的人才培養(yǎng)目標(biāo)、制定具體的畢業(yè)要求、構(gòu)建合理的課程體系等，最終的效果還是要通過課程教學(xué)體現(xiàn)出來。因此，課程改革與實(shí)踐才是最終的落腳點(diǎn)，包括確定課程內(nèi)容、采用的教學(xué)方式、教學(xué)評價(jià)和課程考核方式，課程改進(jìn)等。盡管微機(jī)原理與單片機(jī)課程改革與實(shí)踐取得了一些成績，初步形成了符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)模式，但是，課程改革與創(chuàng)新仍需要更多時(shí)間去驗(yàn)證，也需在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善。

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【通聯(lián)編輯：張薇】1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76