基于工程教育專業認證的單片機課程大綱設計中的若干問題分析

王 恒，桑元俊

（安徽工程大學機械工程學院（人工智能學院），安徽蕪湖241000）

0 引言

工程教育專業認證（后面簡稱工程認證）是一種國際上通行的工程教育質量保障制度，也是我國目前大力推廣的一種合格性評價體系［1-2］。工程認證的對象是工科專業畢業生，是以培養目標和畢業出口為導向的［3-4］。工程認證的核心是要確認這些畢業生達到相應的標準要求，因此工程認證也是實現工程教育國際互認的重要基礎［5］。工程認證要求各門課程在教學實施過程中需根據學生畢業要求達成來設計和開展各個教學環節。教學大綱是開展教學的指揮棒，是教學活動中的綱領性文件，設計和制定符合工程認證標準的教學大綱就顯得尤為重要［6］。

單片機課程是測控、機電等專業非常重要的專業課［7］。單片機作為檢測控制系統的核心，學生在參加創新、創業、競賽、畢業設計等實踐環節時都會用到，起到控制的作用，因此掌握單片機的應用技術對學生非常重要。

本文以單片機課程為例，以工程認證的視角，從知識點角度設定課程目標，分析課程對復雜工程問題的支撐，明確課程目標對畢業要求的支撐，給出達成課程目標的途徑和措施［8］。

1 課程目標

單片機課程屬于專業基礎課，課程的目標主要是為了讓學生掌握本專業中設計和開發工程問題所需的主控器件的基礎知識和技能；對單片機應用系統的功能及特性，能進行初步的需求分析、方案設計、器件選擇、軟硬件設計和調試等。針對課程的知識點進行整理后，本課程的目標從知識點的角度有如下幾點。

目標1：能解釋相關專業術語，如單片機、單片機應用系統、嵌入式系統等。

目標2：能熟悉單片機內部的基本構造，會分析單片機內部工作原理。

目標3：能編寫、調試基本的C 語言程序，能應用C 語言來描述和實現簡單的控制算法，解決工程問題。

目標4：能解釋中斷系統的含義，分析單片機應用系統使用中斷系統時的實時性，會分析和設計滿足實際工程性能指標要求的中斷控制電路系統。

目標5：能理解定時器/計數器的工作原理，會利用定時器/計數器解決工程中的實際問題。

目標6：能解釋通信的概念，理解UART接口的工作原理，能分析實際工程問題選擇具體接口，并設計相應的串行通信硬件和軟件系統。

目標7：能分析系統存儲器資源是否滿足工程需要，能選擇存儲器芯片并設計相應的擴展電路，并分析出系統的地址分配。

目標8：能解釋接口和端口的概念及區別，會根據接口電路圖分析端口地址，能利用C語言程序控制接口的數據傳輸，會解決簡單的實際工程應用問題。

目標9：能掌握常用I/O 芯片的控制、編程方法，根據實際工程應用問題設計簡單的電路。

目標10：能掌握常用的輸入和輸出器件的使用方法，能根據工程問題設計相應的電路，并編寫相應程序控制輸入、輸出設備。

目標11：能夠建立單片機應用系統的整體概念，形成單片機應用系統軟硬件開發的初步能力，會分析和解決簡單的實際工程應用問題。

2 課程對復雜工程問題的支撐

工程認證的12條畢業要求中，有8條都與復雜工程問題相關。培養解決復雜工程問題能力的重要途徑是教學過程的開展，各個課程作為教學系統中的重要環節，必須要有對復雜工程問題的支撐。教師在授課過程中要引導學生提煉出復雜工程問題，然后分析復雜工程問題，最后運用適當的技術、工具、方法等解決復雜工程問題［9］。

復雜工程問題首先是工程問題，工程是科學和數學的某種應用，而工程問題是指面向社會應用、工程應用中的問題［10］。其次，復雜工程問題具備的“復雜” 特征如圖1所示。復雜工程問題必須具備圖1中的特征（1），同時具備圖1 中特征（2）～（7）的部分或全部。單片機課程具體支撐的復雜特征及說明如圖2所示。

圖1 復雜工程問題的“復雜”特征

圖2 單片機課程對復雜工程問題的支撐

3 課程目標對畢業要求的支撐

將12 條畢業要求進行分解，單片機課程目標對畢業要求的支撐關系如圖3所示。

圖3 課程目標對畢業要求的支撐

4 達成課程目標的途徑和措施

（1）學生可以根據圖4所示的單片機課程知識架構的主線來順序學習課本知識，配合2條輔線所列的硬件設計和軟件設計相關方法，學生才能更好地掌握全書內容。只有知識和方法相結合，學生才能真正地實現將理論應用于實踐，利用課本知識分析單片機課程中的復雜工程問題，并予以解決。

圖4 單片機課程知識架構的主線和輔線

（2）注重實踐。本課程是一門實踐性非常強的課程，學生只是聽課、看書是不能解決問題的，需要在實際的動手過程中不斷地吸取和獲得經驗。課堂以簡單案例入手，引導學生分析需求，拆分出所需知識點，然后研究如何使用書本上的理論知識解決問題，具體實現時對比幾種實現方法，分析各種方法的不同和優劣。課后作業以實踐作業為主，考核時加大實踐內容的占分比例。另外，在實踐過程中，通過啟發和討論的方式，引導學生自主排除故障，鍛煉學生思維和動手能力，提高學生實踐自主性，并鞏固加深對理論知識的理解。通過大量的實踐，學生能將課程和工程聯系起來，而不是只停留在書本上。

（3）教學形式多樣性。課堂精講，留出時間給學生實踐；多媒體教學，加入動畫，吸引學生；針對案例，各小組課堂分組討論，給出解決方案；虛擬仿真，既可以節約實踐成本，又可以增強學生實踐能力。

（4）通過作業、課堂提問及測試等環節進行訓練、督促檢查，以鞏固學習成果。

5 結語

工程認證是我國高等教育與世界接軌的橋梁，高校的各門課程在教學過程中必須要符合工程認證的要求。如何設計制定出符合工程認證的教學大綱也就成了工程認證實施的關鍵環節。本文以單片機課程為例，從知識點的角度確定了課程目標，在分析了復雜工程問題特征的基礎上探討了單片機中存在的復雜工程問題，本文還分析了課程目標支撐的畢業要求，最后給出了達成課程目標的途徑和措施。本文對設計和制定符合工程認證標準的課程教學大綱中一些問題進行了分析和討論，對制定其他專業課程教學大綱有一定的參考價值。