基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的工具軟件應(yīng)用模塊教學(xué)初探

李珊紅　儲(chǔ)忠　劉偉

【摘 要】針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和企業(yè)需求之間的差距，合肥學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)在模塊化教學(xué)改革中，新設(shè)工具軟件應(yīng)用作為一門專業(yè)選修模塊，以能力輸出為導(dǎo)向構(gòu)建工具軟件應(yīng)用的模塊化教學(xué)模式，并建立完善的教學(xué)方法和考核方式。近幾年的實(shí)施情況表明，該模塊的執(zhí)行能夠有效支撐應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的達(dá)成。

【關(guān)鍵詞】工具軟件應(yīng)用；模塊化；教學(xué)模式

應(yīng)用型本科院校是我國(guó)應(yīng)用型本科教育的實(shí)施主體。著名教育學(xué)家潘懋元指出，應(yīng)用型本科教育是以面向地方為主的本科教育類型[1]。其目標(biāo)是培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的具有較強(qiáng)社會(huì)適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，這類人才應(yīng)具有適用的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的動(dòng)手能力和一定的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新能力[2]。要求各專業(yè)緊密結(jié)合地方特色，注重學(xué)生的實(shí)踐能力，重在“應(yīng)用”。合肥學(xué)院作為我國(guó)高等教育應(yīng)用型示范本科高校，堅(jiān)持“地方性、應(yīng)用型、國(guó)際化”辦學(xué)定位，借鑒德國(guó)應(yīng)用科學(xué)大學(xué)人才培養(yǎng)模式，大力探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，以能力輸出為導(dǎo)向大力進(jìn)行模塊化教學(xué)改革，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。

模塊化教學(xué)法（MES）是20世紀(jì)70年代國(guó)際勞工組織提出的以現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式[3]。20世紀(jì)90年代末歐洲29個(gè)國(guó)家共同簽署B(yǎng)ologna宣言，決定到2010年在歐洲學(xué)士和碩士教育中全面實(shí)現(xiàn)模塊化教學(xué)。模塊化課程是相對(duì)于傳統(tǒng)的學(xué)科課程而言，根據(jù)人才規(guī)格中的某一素質(zhì)要素來(lái)構(gòu)建所需的教學(xué)內(nèi)容板塊和教學(xué)方式，重點(diǎn)突出所選內(nèi)容的使用價(jià)值，而不是知識(shí)體系的完整性[4]。要想實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)時(shí)與工作崗位實(shí)現(xiàn)“零距離對(duì)接”，就必須根據(jù)各崗位的素質(zhì)要求構(gòu)建相應(yīng)的模塊化課程體系。在此背景下，工具軟件應(yīng)用在我校自動(dòng)化專業(yè)模塊化教學(xué)改革中應(yīng)運(yùn)而生。

1 模塊簡(jiǎn)介

工具軟件應(yīng)用是一門專業(yè)選修模塊，重點(diǎn)圍繞自動(dòng)化專業(yè)常用的軟件工具進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等，涉及相關(guān)電路仿真軟件、單片機(jī)編程軟件、電路制版軟件以及數(shù)學(xué)仿真計(jì)算軟件等。旨在培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代工具軟件和初步分析問題的能力，有助于學(xué)生了解和學(xué)習(xí)系統(tǒng)仿真思想，使學(xué)生初步具有一定的電路分析能力、單片機(jī)編程能力，以及科學(xué)的仿真計(jì)算能力。

在自動(dòng)化專業(yè)以前的人才培養(yǎng)方案中，并未單獨(dú)開設(shè)類似工具性的模塊化課程。而是在各模塊授課過程中需要使用某軟件時(shí)，由專業(yè)模塊老師另外講授，這造成教師工作的重復(fù)。同時(shí)這種授課方式使得學(xué)生對(duì)軟件的認(rèn)知較為分散，難以構(gòu)成一個(gè)完整全面的體系，降低了教師的授課效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。此外，我們也針對(duì)學(xué)生認(rèn)知實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)后的反饋，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行考慮，以合肥學(xué)院模塊化教學(xué)改革思想為理論指導(dǎo)，將本專業(yè)常用的工具軟件整合為一個(gè)獨(dú)立模塊，集中學(xué)習(xí)，以滿足后期學(xué)習(xí)過程中對(duì)工具軟件的使用要求。通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握初步的電路分析設(shè)計(jì)能力、單片機(jī)編程能力和科學(xué)的工程計(jì)算及數(shù)值分析能力，為學(xué)生進(jìn)行后續(xù)模塊的學(xué)習(xí)打下一定的工具性使用基礎(chǔ)。同時(shí)，通過本模塊的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握專業(yè)工具軟件的使用方法，為學(xué)生在后期參與認(rèn)知實(shí)習(xí)、第二課堂以及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供有力的支撐。工具軟件應(yīng)用有支撐作用的后修模塊如圖1所示。

2 構(gòu)建工具軟件應(yīng)用模塊化教學(xué)模式

模塊化教學(xué)思想源自德國(guó)，強(qiáng)調(diào)在專業(yè)教學(xué)過程中，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的有積結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。在確定工具軟件應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，按“知識(shí)、素質(zhì)、能力”三個(gè)要素對(duì)教學(xué)內(nèi)容分解為理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)三個(gè)環(huán)節(jié)；通過三個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動(dòng)化專業(yè)常用工具軟件的使用方法和操作技巧，可獨(dú)立利用相關(guān)軟件進(jìn)行電路原理圖繪制、電路仿真、單片機(jī)聯(lián)合調(diào)試、PCB板設(shè)計(jì)以及數(shù)值分析計(jì)算等操作。為后期其他課程學(xué)習(xí)提供相應(yīng)的工具支撐，也有利于學(xué)生在今后的工作中能更快的適應(yīng)單位在工程實(shí)踐中對(duì)相關(guān)軟件使用的要求，同時(shí)增強(qiáng)其自主學(xué)習(xí)能力，拓展專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

工具軟件應(yīng)用實(shí)質(zhì)是將本專業(yè)可能用到的軟件工具放在一起，集中學(xué)習(xí)。通過對(duì)各工具軟件的橫向?qū)Ρ?，找到學(xué)習(xí)軟件使用方法的技巧，同時(shí)將模塊開設(shè)時(shí)間提前，滿足后期學(xué)習(xí)過程中對(duì)工具軟件的使用要求。根據(jù)自動(dòng)化專業(yè)在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該掌握的工具使用及相關(guān)能力，將以前的工具課程整合成一個(gè)模塊，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB，涵蓋電路仿真、軟件工程開發(fā)、電路及數(shù)值仿真計(jì)算等。該模塊初建時(shí)共3學(xué)分，其中包括24學(xué)時(shí)理論教學(xué)和24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。與其他專業(yè)模塊相比，該模塊實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)所占比重較高，能夠看出其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的重視。

2.1.1 理論教學(xué)

在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)開設(shè)的內(nèi)容，對(duì)課程的相關(guān)性進(jìn)行講解，相同內(nèi)容進(jìn)行刪減。如PROTEUS中的PCB制作和PROTEL中的功能重復(fù)，則以更常用的PROTEL進(jìn)行相關(guān)講解；而PROTEL中電路仿真部分則放入PROTEUS中學(xué)習(xí)。在有限的理論教學(xué)課時(shí)中，按照所確定的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)前需掌握的新知識(shí)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展，為該模塊培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)施提供有力的理論支撐。

對(duì)于初學(xué)者來(lái)說，掌握課堂講授的知識(shí)點(diǎn)后，能夠獨(dú)立使用相關(guān)軟件完成簡(jiǎn)單的工程問題。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的關(guān)鍵要素之一。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)方面，主要掌握PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等軟件的使用能力；具體來(lái)說，包括：（1）電路仿真與調(diào)試能力：掌握PROTEUS、KEIL等工具的使用方法，能夠使用PROTEUS對(duì)典型電路特性進(jìn)行分析；使用KEIL完成一個(gè)工程的建立，學(xué)會(huì)模塊化編程，結(jié)合PROTEUS軟件進(jìn)行單片機(jī)聯(lián)合仿真調(diào)試。（2）初步具有PCB電路制版能力：可以根據(jù)給出的電路要求，通過所學(xué)知識(shí)利用相關(guān)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單電路的制版。（3）初步具有數(shù)學(xué)計(jì)算仿真能力：通過對(duì)MATLAB的學(xué)習(xí)，使初步學(xué)生具備運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行工程計(jì)算及數(shù)值分析的能力。

2.1.3 自主學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)概念中的自主學(xué)習(xí)主要包括課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)和作業(yè)，以及實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容；在工具軟件應(yīng)用模塊教學(xué)內(nèi)容中，轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)思維，變課后復(fù)習(xí)和作業(yè)為項(xiàng)目訓(xùn)練。項(xiàng)目1：基于AT89C51的流水燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)流水燈電路的設(shè)計(jì)與仿真，考察學(xué)生對(duì)PROTEUS和KEIL兩個(gè)軟件聯(lián)合調(diào)試的使用能力、電路仿真能力及程序調(diào)試能力。項(xiàng)目2：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)。基于該項(xiàng)目的實(shí)施，重點(diǎn)考察學(xué)生使用PROTEL進(jìn)行電路原理圖繪制及PCB制圖能力，使學(xué)生熟練使用PROTEL，并學(xué)習(xí)電氣工程制圖規(guī)范。項(xiàng)目3：海爾、聯(lián)想、方正三家公司銷售情況分析。通過該項(xiàng)目的完成，考察學(xué)生利用MATLAB進(jìn)行讀數(shù)據(jù)、矩陣操作以及科學(xué)繪圖能力。

除一般的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容之外，增加的項(xiàng)目訓(xùn)練以分組的形式，以組為單位讓學(xué)生合作完成相關(guān)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生拓展思維，且鍛煉其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，保證教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。

2.2 教學(xué)方法

教學(xué)方法是組織教學(xué)活動(dòng)的重要手段，直接影響教學(xué)效果，并關(guān)系到教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。我校模塊化教學(xué)改革的目標(biāo)是通過打造模塊化課程，突破學(xué)科定勢(shì)，將傳統(tǒng)的“以知識(shí)輸出為導(dǎo)向”的教學(xué)理念轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙阅芰敵鰹閷?dǎo)向”，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。工具軟件應(yīng)用是一門以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐為主的專業(yè)選修模塊，需要以培養(yǎng)應(yīng)用能力為導(dǎo)向，從過去單一的課程教學(xué)思路向模塊化教學(xué)轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。

2.2.1 理論教學(xué)

理論知識(shí)的學(xué)習(xí)在多媒體教室進(jìn)行，綜合采用講授法、互動(dòng)法、基于問題學(xué)習(xí)法，并基于具體案例討論來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)專業(yè)軟件的功能進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。以KEIL為例，課堂上會(huì)引入如何用單片機(jī)控制LED的點(diǎn)亮與熄滅這一話題，引導(dǎo)學(xué)生熟悉KEIL開發(fā)軟件的界面及操作，以及單片機(jī)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及綜合性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，從易到難，分三個(gè)層次逐漸強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用能力訓(xùn)練?；隍?yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生系統(tǒng)的學(xué)習(xí)工具軟件，掌握其基本操作，同時(shí)加深對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的認(rèn)知與理解；基于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握所學(xué)工具軟件的操作方法，培養(yǎng)其電路仿真、設(shè)計(jì)能力和數(shù)值分析能力；基于綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握相關(guān)軟件的使用方法，熟悉常用技巧，并訓(xùn)練其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷，使學(xué)生具有一定的查閱資料能力和獨(dú)立思考能力。

3 基于過程的綜合考核方式

在評(píng)價(jià)學(xué)生能力達(dá)成度方面，積極響應(yīng)我校模塊化教學(xué)改革思想，以能力輸出為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，采用N+2考核方式，打破期末“一考定成績(jī)”的傳統(tǒng)做法。其中“N”指一學(xué)期不少于3次的過程考核，“2”指期末考試和平時(shí)成績(jī)。

過程考核在實(shí)施過程中，采取分階段考核的形式進(jìn)行，具體為考慮到PROTEUS和KEIL軟件的聯(lián)合調(diào)試單片機(jī)功能，在完成PROTEUS和KEIL的軟件學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行第一次過程考核；PROTEL學(xué)習(xí)完成之后，進(jìn)行第二次過程考核；MATLAB學(xué)習(xí)結(jié)束之后，進(jìn)行第三次過程考核。這樣的考核方式既能保證從理論知識(shí)（卷面考試）、應(yīng)用能力（實(shí)驗(yàn)）、自主學(xué)習(xí)能力（學(xué)習(xí)筆記、大作業(yè)）等方面全面考核，而且過程考核有利于教師及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋信息，提高教學(xué)質(zhì)量。

4 總結(jié)

工具軟件應(yīng)用模塊建立于2012年，在第3學(xué)期開設(shè)，已經(jīng)歷4屆學(xué)生。通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)總結(jié)得出，經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)該模塊內(nèi)容有較高的興趣，初步具有將理論應(yīng)用于實(shí)際工程中的思想，能夠用現(xiàn)代工具進(jìn)行工程問題的分析，且在后續(xù)模塊和各類專業(yè)比賽以及畢業(yè)實(shí)習(xí)/設(shè)計(jì)中也具有較好的工具軟件能力支撐。能夠?yàn)橐院笤诂F(xiàn)代制造業(yè)第一線從事控制系統(tǒng)（或機(jī)器、或設(shè)備）的分析、設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。特別是這幾屆學(xué)生和用人單位的反饋表明，該模塊的開設(shè)較有意義，在自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)上有重要效果，有力的支撐人才培養(yǎng)方案中有關(guān)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的達(dá)成。

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[責(zé)任編輯：王楠]