工程教育認證單片機原理課程教學改革

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摘要:單片機原理是電氣工程及其自動化本科生的重要專業基礎課程。工程教育認證背景下，本文闡述了單片機原理傳統教學方式和考核機制的不足，以培養目標為主線，以解決存在問題為目標，以能力培養為導向，依次從優化理論教學方法、改進實驗教學方法、改革課程評價方法四方面，進行單片機原理課程教學改革探索。引導學生有效學習，培養學生的工程意識、協作精神以及解決實際問題的能力。

關鍵詞:工程教育;單片機原理;教學改革;持續改進

一、緒論

工程教育認證制度對于保障工程教育的質量及其發展有重要作用，是國際通用的制度。我國在2016年6月正式加入了《華盛頓協議》，此協議在國際本科工程教育學位互認方面具有很大影響力，這標志著我國工程教育認證水平和國際認可度不斷提高，對提高我國工程教育認證質量和提升中國工程教育認證國際競爭力具有重要意義［1］。單片機原理是電氣工程及其自動化專業本科生的專業基礎課程之一。本課程的核心教學成效有以下兩方面，一是學生能夠熟練地掌握和應用單片機的基本知識、原理和技能，能夠對單片機系統進行相應的設計開發、調試和應用，二是培養學生的工程實踐能力、創新能力、邏輯思維能力，進而提升學生的就業競爭力，且為后續相關課程的學習和教學打下了堅實的理論和實踐基礎［2］。為了保證上海理工大學電氣工程及其自動化專業工程教育認證培養目標更好地達成，培養更多具備國際等效工程能力的專業技術人才，本文對工程教育認證背景下的單片機原理課程教學模式改革進行了相關探索和實踐。

二、單片機原理課程培養目標和現存問題

以學生為中心，對全體學生進行工程能力的培養，是工程教育認證的核心理念。落實在制定培養目標、教育教學資源建設的評估和質量監控機制的全過程中。工程教育認證是基于學生學習的效果和能力的提高作為評價教育質量標準的認證體系［3］。以上海理工大學電氣工程及其自動化專業工程教育認證培養目標為例，旨在培養“工程型、創新性、國際化”的電氣工程及其自動化領域的復合型人才，可以勝任電氣工程、能源技術等領域的科學研究、技術開發、生產制造或經營管理等工作，滿足國家和長三角區域經濟社會發展對新工科、工程型、復合型人才的需求。具體到工程教育認證過程中，《單片機原理》課程培養目標要求畢業生能夠具備識別、表達，并通過文獻研究分析電氣工程領域中的復雜工程問題的能力。單片機原理在電路原理、數字電子技術、模擬電子技術、自動控制原理以及計算機應用基礎等先修課程的基礎上，重點培養學生在學習過程中使用單片機的能力，包括單片機系統設計開發、調試和應用等工程能力。對于未修前面所述課程或者前修過程基礎較弱以及沒有硬件開發經驗的同學而言，單片機自身特性決定了該課程知識點龐雜且零碎，基礎概念相對抽象、對學生動手能力要求高，課程內容有較強的實踐性［4］。總結傳統單片機原理課程的教學方式，主要存在以下幾點不符合工程教育認證的理念:(1)單片機原理這門課程在進行理論教學的過程中，其基礎概念比較復雜、涉及的知識點很多，且對學生的抽象思維要求較高，在傳統教學模式下要求學生對單片機基本概念有一定的了解，并且掌握相關的匯編語言，能夠編寫一些簡單的程序，然后完成布置的習題即可［5］，這種方式不利于達到工程教育認證背景下單片機原理課程培養目標。(2)在傳統教學方法中，單片機原理這門課程是以教師為中心，基于“教師講、學生聽”的教學方式，按照教師的知識和經驗以及課程大綱要求來設計教學過程，講課順序也是按知識點從前到后依次講解，教師的理論講授在教學過程中占據絕對主導位置。但這種教學方式缺乏單片機理論知識與實際應用的聯系，與工程教育專業認證中強調培養學生的實踐創新能力和解決電氣工程領域中復雜工程問題能力仍具有一定的差距。(3)以驗證性實驗為主的單片機原理配套實驗課程內容相對固定，學生依照實驗手冊中的內容按部就班地進行，即可得到結果，這不利于鍛煉學生的創新思維和發揮學生的主觀能動性，也不利于進一步鍛煉學生單片機系統的設計、開發、硬件測試和軟件調試等能力。

三、單片機原理教學模式探索

工程教育認證背景下，單片機原理課程需要改變傳統教學中存在的弊端，強調以培養工程實踐能力為中心，強調教師與學生之間的交流互動，通過整合多種教學方法，發揮學生的主觀能動性，以老師課堂上所講授內容為基礎，進行歸納總結以及應用，并借助多種輔助手段，如查找相關文獻，學習單片機和相關芯片手冊等，提高學生運用所學知識進行綜合應用和實踐的能力，不斷優化課程體系，以更有效的實踐能力培養方式來適應工程教育認證對這門課程的畢業要求。本文以工程教育認證為背景，針對單片機原理課程教學中存在的弊端，充分考慮工程教育認證對該課程畢業要求，從優化理論教學方法、改革實驗教學方法、改進課程評價方法三個方面出發，對單片機原理課程教學的創新性教學模式進行探索。

(一)優化理論教學方法教師運用微課、慕課、電子教材等豐富的多媒體資源，根據課程教學大綱和往屆學生的教學效果反饋，結合單片機的原理、結構和功能等特點，去設計適用于本專業學生的教學資源，并基于此制作多媒體教學內容。課程開始時對班級學生按自由組合的方式進行分組，約5—8人一組。以小組為單位的學習方式貫穿于整個單片機原理課程的學習過程中，小組成員需要在學習過程中，完成課程設計內容，互相督促，查漏補缺解決學習過程中出現的問題并進行總結。課堂上，引入學生以小組為單位自學并輪流講授的方式，給學生提供充分的展示自我的機會，強調創新思維在單片機應用中的重要性，鼓勵學生對單片機進行創新性應用和拓展，分享創新過程中的經驗和體會，營造一種鼓勵創新的學習氛圍。在學習掌握單片機原理和結構的過程中，發揮小組的能動性，對組內成員的知識掌握情況進行匯總，并及時反饋，進而使得教師能夠有目的性地調整教學節奏和重點。以小組為單位的學習方式，有利于使學生從傳統課堂上的被動聽講轉為主動學習，進而調動學生共同學習的積極性和主動性。在小組成員講授結束以后，教師對不足之處進行補充并對學生所講內容的完整性和清晰度進行評價，進而提升學生的課堂參與度以及互相學習的積極性，也進一步提高了課堂的教學效率。

(二)改進實驗教學方法將驗證性實驗和設計性實驗相結合，驗證性實驗旨在幫助學生在單片機初學階段將課本抽象的理論知識以具體的方式進行呈現，進而使學生能夠將實驗與課堂上講授的內容結合起來，有助于進一步加強學生對單片機原理和結構的理解。在多次驗證和實踐中，各小組的主觀能動性和小組協作能力逐步提高。為了提升學以致用的理念，增強實踐效果，教師可在課程中期有目的、有意識地分配給學生多種開放設計的題目，學生設計方案并以該方案進行實驗，在實驗中進行調試和驗證。單片機原理設計實驗過程中，遇到不懂的知識點，學習實踐小組可以隨時查閱相關的學習資源，并將知識點及時應用到設計性實驗中，有效加深學生對單片機相關基礎概念的理解。在實驗教學中，學生是學習的主人公，不僅要主動學習單片機原理的基本知識，還要積極培養自己對相關知識進行分類整合的能力，從而形成自己的知識框架和體系。同時，要充分發揮學生的主觀能動性，敢于面對問題、敢于解決問題、善于合作共贏、善于協同創新。鼓勵學有余力的優秀學生組隊，參加學校、市級和國家各個級別的電子競賽活動，以賽促學，以賽代練，通過各種創新創業競賽鍛煉學生的邏輯思維能力和動手實踐能力，鍛煉學生將理論和實踐相結合的能力，拓展和提升學生各方面的素養，培養學生的創新創業思維，做到理論知識的學以致用和動手能力的充分鍛煉。

(三)改革課程評價方法制定工程教育認證體系下的單片機原理課程評價方法，該評價方法與傳統單一的試卷評價方式不同，同時包含課程理論綜合評價、實驗設計及結果評價、創新能力評價、解決工程問題能力評價等。考試包含多數簡答題、少量填空、方案設計及思維拓展題等幾部分。充分發揮單片機課程學習小組在課程評價方法中的作用，在學生平時成績評價環節，既包含教師打分也引入團隊成員互評機制。將學生的最終成績由教師評分、個人自我評價、小組成員的評價這三部分進行評分權重的認定。教師評分可依據該學生在小組中所起的作用以及其課程綜合能力的高低和創新性。小組成員可參考該學生的團結協作能力及為小組所做出的貢獻等方面進行評價。鑒于以上評價和打分，結合教育認證的課程達標要求，并根據不同的分數權重對該學生的此門課程進行綜合認定。

四、結語

本文指出了工程教育認證背景下該課程傳統理論教學、實驗教學和評價方法的弊端，并針對這些弊端，對工程教育專業認證背景下單片機課程教學改革方式進行了探索。通過改革教學方法，進而調動學生的主觀能動性，培養自主學習的能力和終身學習的習慣，增加學生的動手機會，積累動手實踐經驗，加強理論和實踐的聯系，鍛煉學生的創新思維能力，為培養符合工程認證體系的畢業生奠定堅實的理論和實踐基礎。

參考文獻:

［1］湯賜．以工程教育認證為導向的課程設置［J］．中國電力教育，2014(36):80-81+88．

［2］李朝青．單片機原理及接口技術(第4版)［M］．北京航空航天大學出版社，2013．

［3］趙亦希，陳佳妮，陳關龍．以學生能力培養為導向是工程教育專業認證的基本準則［J］．上海教育評估研究，2014(4):5-7．

［4］李敏．單片機理論實驗課程改革教學體會［J］．科技風，2011(20):230．

［5］趙宇洋，李爭，王春梅．基于工程教育認證的單片機PBL教學模式探索與實踐［J］．高教學刊，2019，(2):90-93．

作者：袁慶慶 夏鯤 單位：上海理工大學