工程認證背景下《單片機課程》改革探索

李 娜

(許昌學院 電氣(機電)工程學院,河南 許昌 461000)

自2016年起，許昌學院電氣工程及其自動化專業啟動工程認證申報工作，力爭達到國際認可的工程專業辦學水平.工程認證的目的是為了推動專業的持續改進，培養本專業的合格畢業生.認證要求專業所涉課程都要基于產出，課程要“說、做、證”的統一，形成反饋改進機制，做到以能力為導向，培養有特色的、實踐能力強的學生[1].

本文以作者在許昌學院電氣工程及其自動化專業認證過程中對《單片機原理與接口技術》這門課程的重新審視定位為出發點，根據專業認證中對學生能力培養的要求，對課程培養目標進行重新定位，對課程改革的思路方法進行分析，旨在探索一條能夠持續改進的以培養學生能力為核心的課程改革之路.

1 單片機課程特點

《單片機原理與接口技術》是高等工科院校電氣工程及其自動化等本科專業規定必修的一門基礎課程.課程培養目標是使學生掌握單片機的基本工作原理、接口擴展技術和單片機軟硬件設計方法，要求學生在了解單片機擴展、中斷、通信等基本技術的基礎上，具備對應用系統的硬件結構進行分析與接口設計的能力，對系統功能具備軟件設計實現的能力，為專業課學習和參加本專業的工程實踐打下必要的基礎，并在畢業設計中得到應用.

單片機的實踐能力主要通過《單片機實驗》和《單片機原理與接口技術課程設計》兩門課程來訓練提升.通過實驗課程的訓練學習，可以使學生加深對單片機基礎原理的理解，較系統的訓練單片機應用的基本方法和基本技能，逐步掌握單片機應用系統的硬件結構設計和軟件調試方法，能夠為單片機的應用打下堅實的基礎.課程設計要求綜合運用單片機知識，完成一個完整應用系統設計.本環節訓練學生查找資料，選擇器件的能力，掌握單片機軟、硬件設計和調試的能力，不僅加深對單片機相關知識的理解應用，獲得完整的單片機技術開發流程體驗，同時為專業課程的學習、畢業設計甚至為走出校門從事單片機應用的相關工作打下基礎.單片機課程設置情況如表1所示.

從上述分析可知，傳統的單片機課程注重從課程出發定位培養目標，側重本課程自身能提供的“能量”， 考核也偏向要求學生掌握的知識點考核.雖然也提出了對學生能力的要求，但缺乏專業視角和工程視角，課程的培養目標定位沒有面向企業需求，對于培養的能力缺乏來自行業的認可，也沒有科學系統的評價方式.在單片機課程目標設定過程中沒有將本專業相關課程及相關能力培養作為一個整體考慮，雖然也能夠結合本專業相關課程的關聯性，但是對于課程對專業培養目標的貢獻度，相關能力培養目標的貢獻度，卻沒有清楚的定位，缺少對專業知識系統連貫性和能力培養持續性的關注.

表1 單片機課程設置情況表

2 基于工程認證要求的課改方向

從工程認證的畢業要求出發，電氣工程及其自動化專業要培養能夠解決各種工程問題的準工程師，對學生實踐能力的要求更高、更具體.

2.1 單片機課程與工程認證畢業要求關聯分析

電氣工程及其自動化專業工程認證要求課程除數學與自然科學、專業基礎知識領域外，還要涉及工程基礎知識等至少5個知識領域，單片機屬于工程基礎課程，計算機技術知識領域.本專業認證要求學生畢業時要具備12個方面的能力，分別是：(1)工程知識；(2)問題分析；(3)設計/開發解決方案；(4)研究；(5)使用現代工具；(6)工程與社會；(7)環境和可持續發展；(8)職業規范；(9)個人和團隊；(10)溝通；(11)項目管理；(12)終身學習[2,3].經過審視分析，《單片機課程》對其中3、4、5、9、12點有重要支撐作用，具體支撐情況如表2所示.

表2 《單片機課程》支撐工程認證畢業要求情況表

從專業認證的角度出發，課程對畢業要求的支撐作用更加清晰.單片機課程要改革，就要以更高的要求，更具體的實踐能力培養方式來適應新形勢的需求.從畢業要求出發，重新審視單片機課程，發現課程在今后的實施過程中主要有以下改革方向：(1)需要重新結合專業認證確定課程對能力的培養目標，要將能力培養目標貫穿到課程的設計過程中；(2)尋找課程與工程實踐活動的結合點，結合能力目標重新組合課程內容，設計課程開展方式；(3)通過反復實踐，尋找課程實施的引導推進方案；(4)要有定性定量分析的評價方式，沒有可行的評價方式，課程對實踐能力的培養作用將不夠明確，課程改革效果也難以清晰界定.

2.2 兩種課改方向

2.2.1 基于成果導向的課程改革分析

基于工程認證的課程改革方向要考慮企業需求，確定學生畢業應具備的能力，即基于產出或成果導向.CDIO工程教育模式，強調教育要放在真實的工程背景下，按照現代工程活動周期，即構思(conceive)、 設 計(design)、 實 施(implement)、運行(operate)四個階段培養能夠解決各種復雜實際問題的能力.學生經過四個階段的學習、訓練、實踐、提高，學會工程問題的解決開展方式[4].

在《單片機》課程的改革過程中，有學者嘗試將CDIO四個工程階段融入到課程中來，尤其是課程設計和實驗教學中來[4]，為學生提供學習實踐場地，確保學生的學習體驗，課程以項目為載體，每個項目都分為構思、設計、實現、操作四個推進階段，教師在各個階段中充當設計者、引導者、審核者和評價者的角色，學生是項目的負責人，要構思方案，設計系統，完成調試包裝并最終進行答辯.

2.2.2 基于工作過程的課程改革分析

面向應用的基于工作過程的課改，主要起源于高等職業教育改革，強調培養學生的實踐能力，動手能力.整個課程的展開通過實際工作來實現，即“做中學”.例如，通過整體職業分析，提取典型工作任務，歸納為系統化的工作過程，再將課程按照產品的典型工作過程來設計、開發學習情境，確保每個學習情境都是按照完整的工作過程來實施[5].通過不同學習情境中重復系統化的工作開發過程，擴展課程知識，鍛煉動手實踐能力.在課程的教學實施中，工作過程是相同的，知識卻是在由易到難，逐層深入.

通過對比基于成果導向和基于工作過程的課程改革，發現兩者的相同點強調的是培養學生的實踐能力、動手能力，即“做中學”.不同的是基于成果導向的改革偏重從培養工程師角度，對學生的理論水平，研究能力，解決問題能力、動手能力、創新意識等綜合素質要求更高一些，這種課改方式需要企業及行業專家協同配合，對教師的工程實踐能力，課程的設計和引導能力都有較高要求；而面向應用的基于工作過程的課改，強調的是解決實際問題的能力，通過教師帶中學，學生容易入門，課程易于實施，學生的動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踐應用能力，課程設計引導能力.學生在課程實施中雖然較易上路，但是要避免以下問題課堂熱鬧卻缺乏總結思考的過程，重視動手卻難以建立系統的知識體系，學生會做但是說不出道理來，甚至難以進行更深層次的學習，無法維持學習的持續性.

綜上所述，工程認證注重學生能力的培養，以成果為導向的課程設計能夠彌補傳統單片機課程在目標和設計實施上的不足，基于工作過程的課程改革能讓學生實踐能力的提高易于操作.筆者將兩種方式相結合，從課程能力培養的角度入手，應用到單片機課程改革中來.

3 課程改革思路

按照面向工作過程的思路來組織教學內容，將教學內容包容到一個個的學習情景中，由簡到難確定每一個學習情景，結合工程認證標準確定每個學習情景的能力目標、知識目標及考核方式，實施展開過程遵循基于成果導向的步驟展開，將構思(conceive)、 設 計(design)、 實 施(implement)、運行(operate)四個階段融入到項目完成的全過程，最后通過總結能夠強調工程實踐的四個階段對應任務，固化工程實踐思路，升華知識體系.如表3所示.

表3 《單片機課程》改革方案

將課程以項目為載體，對每個項目都分為構思、設計、實現、操作四個推進階段，教師在各個階段中充當設計者、引導者、審核者和評價者的角色，學生則是項目的負責人，要構思方案，設計系統，完成調試包裝并最終進行答辯.這種課改方式能讓學生從被動學習變主動學習，有助于提高學生的自學能力，創新能力，團隊協作能力，師生最后通過對項目實施過程中的問題進行歸納總結，以便能夠達到知識的升華和應用的提高.

4 結語

單片機課程改革中有很多好的方法.確定以工程認證為基準，以提高工程實踐能力為出發點，能夠對課程進行最新最準確的定位、審視和梳理，也能夠將之前的課程改革方法揉進來，達到更加明確的改革目的，產生更積極的改革效果.在課程改革過程中存在很多問題亟待解決，而確定思路方法是整個改革過程中的第一步，思路明確了在改革過程中就能少走彎路.其他問題例如：對教師的實踐動手和工程問題解決能力要求很高；對教師的項目式教學環節設計能力要求很高；對教師的階段推進控制能力要求很高；要有合理的評價機制和激勵措施；如何解決師生配比不合理問題等等，在接下來的研究過程中都將會一一探討.