工程認(rèn)證背景下《單片機(jī)課程》改革探索

李 娜

(許昌學(xué)院 電氣(機(jī)電)工程學(xué)院,河南 許昌 461000)

自2016年起，許昌學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)啟動(dòng)工程認(rèn)證申報(bào)工作，力爭(zhēng)達(dá)到國(guó)際認(rèn)可的工程專業(yè)辦學(xué)水平.工程認(rèn)證的目的是為了推動(dòng)專業(yè)的持續(xù)改進(jìn)，培養(yǎng)本專業(yè)的合格畢業(yè)生.認(rèn)證要求專業(yè)所涉課程都要基于產(chǎn)出，課程要“說(shuō)、做、證”的統(tǒng)一，形成反饋改進(jìn)機(jī)制，做到以能力為導(dǎo)向，培養(yǎng)有特色的、實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生[1].

本文以作者在許昌學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)認(rèn)證過(guò)程中對(duì)《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》這門(mén)課程的重新審視定位為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)專業(yè)認(rèn)證中對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求，對(duì)課程培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行重新定位，對(duì)課程改革的思路方法進(jìn)行分析，旨在探索一條能夠持續(xù)改進(jìn)的以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心的課程改革之路.

1 單片機(jī)課程特點(diǎn)

《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》是高等工科院校電氣工程及其自動(dòng)化等本科專業(yè)規(guī)定必修的一門(mén)基礎(chǔ)課程.課程培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生掌握單片機(jī)的基本工作原理、接口擴(kuò)展技術(shù)和單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)方法，要求學(xué)生在了解單片機(jī)擴(kuò)展、中斷、通信等基本技術(shù)的基礎(chǔ)上，具備對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與接口設(shè)計(jì)的能力，對(duì)系統(tǒng)功能具備軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的能力，為專業(yè)課學(xué)習(xí)和參加本專業(yè)的工程實(shí)踐打下必要的基礎(chǔ)，并在畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用.

單片機(jī)的實(shí)踐能力主要通過(guò)《單片機(jī)實(shí)驗(yàn)》和《單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)》兩門(mén)課程來(lái)訓(xùn)練提升.通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生加深對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)原理的理解，較系統(tǒng)的訓(xùn)練單片機(jī)應(yīng)用的基本方法和基本技能，逐步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試方法，能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).課程設(shè)計(jì)要求綜合運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)，完成一個(gè)完整應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).本環(huán)節(jié)訓(xùn)練學(xué)生查找資料，選擇器件的能力，掌握單片機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試的能力，不僅加深對(duì)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解應(yīng)用，獲得完整的單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)流程體驗(yàn)，同時(shí)為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至為走出校門(mén)從事單片機(jī)應(yīng)用的相關(guān)工作打下基礎(chǔ).單片機(jī)課程設(shè)置情況如表1所示.

從上述分析可知，傳統(tǒng)的單片機(jī)課程注重從課程出發(fā)定位培養(yǎng)目標(biāo)，側(cè)重本課程自身能提供的“能量”， 考核也偏向要求學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)考核.雖然也提出了對(duì)學(xué)生能力的要求，但缺乏專業(yè)視角和工程視角，課程的培養(yǎng)目標(biāo)定位沒(méi)有面向企業(yè)需求，對(duì)于培養(yǎng)的能力缺乏來(lái)自行業(yè)的認(rèn)可，也沒(méi)有科學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式.在單片機(jī)課程目標(biāo)設(shè)定過(guò)程中沒(méi)有將本專業(yè)相關(guān)課程及相關(guān)能力培養(yǎng)作為一個(gè)整體考慮，雖然也能夠結(jié)合本專業(yè)相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)性，但是對(duì)于課程對(duì)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的貢獻(xiàn)度，相關(guān)能力培養(yǎng)目標(biāo)的貢獻(xiàn)度，卻沒(méi)有清楚的定位，缺少對(duì)專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)連貫性和能力培養(yǎng)持續(xù)性的關(guān)注.

表1 單片機(jī)課程設(shè)置情況表

2 基于工程認(rèn)證要求的課改方向

從工程認(rèn)證的畢業(yè)要求出發(fā)，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)要培養(yǎng)能夠解決各種工程問(wèn)題的準(zhǔn)工程師，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的要求更高、更具體.

2.1 單片機(jī)課程與工程認(rèn)證畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)分析

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程認(rèn)證要求課程除數(shù)學(xué)與自然科學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域外，還要涉及工程基礎(chǔ)知識(shí)等至少5個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，單片機(jī)屬于工程基礎(chǔ)課程，計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)領(lǐng)域.本專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生畢業(yè)時(shí)要具備12個(gè)方面的能力，分別是：(1)工程知識(shí)；(2)問(wèn)題分析；(3)設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案；(4)研究；(5)使用現(xiàn)代工具；(6)工程與社會(huì)；(7)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展；(8)職業(yè)規(guī)范；(9)個(gè)人和團(tuán)隊(duì)；(10)溝通；(11)項(xiàng)目管理；(12)終身學(xué)習(xí)[2,3].經(jīng)過(guò)審視分析，《單片機(jī)課程》對(duì)其中3、4、5、9、12點(diǎn)有重要支撐作用，具體支撐情況如表2所示.

表2 《單片機(jī)課程》支撐工程認(rèn)證畢業(yè)要求情況表

從專業(yè)認(rèn)證的角度出發(fā)，課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐作用更加清晰.單片機(jī)課程要改革，就要以更高的要求，更具體的實(shí)踐能力培養(yǎng)方式來(lái)適應(yīng)新形勢(shì)的需求.從畢業(yè)要求出發(fā)，重新審視單片機(jī)課程，發(fā)現(xiàn)課程在今后的實(shí)施過(guò)程中主要有以下改革方向：(1)需要重新結(jié)合專業(yè)認(rèn)證確定課程對(duì)能力的培養(yǎng)目標(biāo)，要將能力培養(yǎng)目標(biāo)貫穿到課程的設(shè)計(jì)過(guò)程中；(2)尋找課程與工程實(shí)踐活動(dòng)的結(jié)合點(diǎn)，結(jié)合能力目標(biāo)重新組合課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)課程開(kāi)展方式；(3)通過(guò)反復(fù)實(shí)踐，尋找課程實(shí)施的引導(dǎo)推進(jìn)方案；(4)要有定性定量分析的評(píng)價(jià)方式，沒(méi)有可行的評(píng)價(jià)方式，課程對(duì)實(shí)踐能力的培養(yǎng)作用將不夠明確，課程改革效果也難以清晰界定.

2.2 兩種課改方向

2.2.1 基于成果導(dǎo)向的課程改革分析

基于工程認(rèn)證的課程改革方向要考慮企業(yè)需求，確定學(xué)生畢業(yè)應(yīng)具備的能力，即基于產(chǎn)出或成果導(dǎo)向.CDIO工程教育模式，強(qiáng)調(diào)教育要放在真實(shí)的工程背景下，按照現(xiàn)代工程活動(dòng)周期，即構(gòu)思(conceive)、 設(shè) 計(jì)(design)、 實(shí) 施(implement)、運(yùn)行(operate)四個(gè)階段培養(yǎng)能夠解決各種復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力.學(xué)生經(jīng)過(guò)四個(gè)階段的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、實(shí)踐、提高，學(xué)會(huì)工程問(wèn)題的解決開(kāi)展方式[4].

在《單片機(jī)》課程的改革過(guò)程中，有學(xué)者嘗試將CDIO四個(gè)工程階段融入到課程中來(lái)，尤其是課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)[4]，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)實(shí)踐場(chǎng)地，確保學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，課程以項(xiàng)目為載體，每個(gè)項(xiàng)目都分為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作四個(gè)推進(jìn)階段，教師在各個(gè)階段中充當(dāng)設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者、審核者和評(píng)價(jià)者的角色，學(xué)生是項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，要構(gòu)思方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，完成調(diào)試包裝并最終進(jìn)行答辯.

2.2.2 基于工作過(guò)程的課程改革分析

面向應(yīng)用的基于工作過(guò)程的課改，主要起源于高等職業(yè)教育改革，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，動(dòng)手能力.整個(gè)課程的展開(kāi)通過(guò)實(shí)際工作來(lái)實(shí)現(xiàn)，即“做中學(xué)”.例如，通過(guò)整體職業(yè)分析，提取典型工作任務(wù)，歸納為系統(tǒng)化的工作過(guò)程，再將課程按照產(chǎn)品的典型工作過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)情境，確保每個(gè)學(xué)習(xí)情境都是按照完整的工作過(guò)程來(lái)實(shí)施[5].通過(guò)不同學(xué)習(xí)情境中重復(fù)系統(tǒng)化的工作開(kāi)發(fā)過(guò)程，擴(kuò)展課程知識(shí)，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力.在課程的教學(xué)實(shí)施中，工作過(guò)程是相同的，知識(shí)卻是在由易到難，逐層深入.

通過(guò)對(duì)比基于成果導(dǎo)向和基于工作過(guò)程的課程改革，發(fā)現(xiàn)兩者的相同點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、動(dòng)手能力，即“做中學(xué)”.不同的是基于成果導(dǎo)向的改革偏重從培養(yǎng)工程師角度，對(duì)學(xué)生的理論水平，研究能力，解決問(wèn)題能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)等綜合素質(zhì)要求更高一些，這種課改方式需要企業(yè)及行業(yè)專家協(xié)同配合，對(duì)教師的工程實(shí)踐能力，課程的設(shè)計(jì)和引導(dǎo)能力都有較高要求；而面向應(yīng)用的基于工作過(guò)程的課改，強(qiáng)調(diào)的是解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)教師帶中學(xué)，學(xué)生容易入門(mén)，課程易于實(shí)施，學(xué)生的動(dòng)手能力能夠迅速提高.這種課改方式也要求教師有一定的實(shí)踐應(yīng)用能力，課程設(shè)計(jì)引導(dǎo)能力.學(xué)生在課程實(shí)施中雖然較易上路，但是要避免以下問(wèn)題課堂熱鬧卻缺乏總結(jié)思考的過(guò)程，重視動(dòng)手卻難以建立系統(tǒng)的知識(shí)體系，學(xué)生會(huì)做但是說(shuō)不出道理來(lái)，甚至難以進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)，無(wú)法維持學(xué)習(xí)的持續(xù)性.

綜上所述，工程認(rèn)證注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，以成果為導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)單片機(jī)課程在目標(biāo)和設(shè)計(jì)實(shí)施上的不足，基于工作過(guò)程的課程改革能讓學(xué)生實(shí)踐能力的提高易于操作.筆者將兩種方式相結(jié)合，從課程能力培養(yǎng)的角度入手，應(yīng)用到單片機(jī)課程改革中來(lái).

3 課程改革思路

按照面向工作過(guò)程的思路來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容包容到一個(gè)個(gè)的學(xué)習(xí)情景中，由簡(jiǎn)到難確定每一個(gè)學(xué)習(xí)情景，結(jié)合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)確定每個(gè)學(xué)習(xí)情景的能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)及考核方式，實(shí)施展開(kāi)過(guò)程遵循基于成果導(dǎo)向的步驟展開(kāi)，將構(gòu)思(conceive)、 設(shè) 計(jì)(design)、 實(shí) 施(implement)、運(yùn)行(operate)四個(gè)階段融入到項(xiàng)目完成的全過(guò)程，最后通過(guò)總結(jié)能夠強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐的四個(gè)階段對(duì)應(yīng)任務(wù)，固化工程實(shí)踐思路，升華知識(shí)體系.如表3所示.

表3 《單片機(jī)課程》改革方案

將課程以項(xiàng)目為載體，對(duì)每個(gè)項(xiàng)目都分為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作四個(gè)推進(jìn)階段，教師在各個(gè)階段中充當(dāng)設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者、審核者和評(píng)價(jià)者的角色，學(xué)生則是項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，要構(gòu)思方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，完成調(diào)試包裝并最終進(jìn)行答辯.這種課改方式能讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變主動(dòng)學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的自學(xué)能力，創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，師生最后通過(guò)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，以便能夠達(dá)到知識(shí)的升華和應(yīng)用的提高.

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)課程改革中有很多好的方法.確定以工程認(rèn)證為基準(zhǔn)，以提高工程實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，能夠?qū)φn程進(jìn)行最新最準(zhǔn)確的定位、審視和梳理，也能夠?qū)⒅暗恼n程改革方法揉進(jìn)來(lái)，達(dá)到更加明確的改革目的，產(chǎn)生更積極的改革效果.在課程改革過(guò)程中存在很多問(wèn)題亟待解決，而確定思路方法是整個(gè)改革過(guò)程中的第一步，思路明確了在改革過(guò)程中就能少走彎路.其他問(wèn)題例如：對(duì)教師的實(shí)踐動(dòng)手和工程問(wèn)題解決能力要求很高；對(duì)教師的項(xiàng)目式教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)能力要求很高；對(duì)教師的階段推進(jìn)控制能力要求很高；要有合理的評(píng)價(jià)機(jī)制和激勵(lì)措施；如何解決師生配比不合理問(wèn)題等等，在接下來(lái)的研究過(guò)程中都將會(huì)一一探討.