面向工程教育認(rèn)證的“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)實(shí)踐

摘 要：“微控制器原理及應(yīng)用”是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，重要性極其突出，可以進(jìn)一步提升課程建設(shè)與學(xué)生能力、專業(yè)提升和產(chǎn)業(yè)需求的有機(jī)統(tǒng)一。因此，本文從工程教育認(rèn)證角度，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)需求和新工科建設(shè)要求及專業(yè)思政和實(shí)踐能力關(guān)系，從多課程融合創(chuàng)新、多學(xué)科融合創(chuàng)新、多方評(píng)價(jià)指導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)研賽一體等方面，對(duì)“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行積極探索，推進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：微控制器原理及應(yīng)用；工程教育認(rèn)證；產(chǎn)業(yè)需求；持續(xù)改進(jìn)

Abstract：Controller Principles and Applications is a core foundational course in the field of measurement and control technology and instrumentation，playing a crucial role in the professional curriculum system and demonstrating exceptional importance.In order to further enhance the organic integration of curriculum construction with student abilities，professional development，and industry demands.Therefore，this article actively explores the teaching practice of microcontroller principles and applications courses from the perspective of engineering education certification，combined with local industry demand and the requirements of new engineering construction，as well as the relationship between professional ideological and practical abilities，from the aspects of multi course integration innovation，interdisciplinary integration innovation，multiparty evaluation guidance，and integration of industry university research competition，in order to promote the quality of course teaching.

Keywords：Principles and Applications of Microcontrollers；Engineering education certification；Industrial demand；Continuous improvement

“微控制器原理及應(yīng)用”課程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，在課程體系中起著前后連接的重要橋梁作用［1］。課程以前期“C語言與程序設(shè)計(jì)”“模擬電子技術(shù)”“電路原理”“數(shù)字電子技術(shù)”等為先導(dǎo)課程，在此基礎(chǔ)上，開展微控制器的組成及原理、指令系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)、中斷、定時(shí)及智能控制的分析與設(shè)計(jì)方法，旨在促進(jìn)學(xué)生理解微控制器的運(yùn)行原理和程序框架，掌握使用微控制器的軟硬件分析方法［23］。面對(duì)當(dāng)前新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展需求，“微控制器原理及應(yīng)用”課程不能只是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地完成理論學(xué)習(xí)和課程實(shí)踐，而是要緊跟新時(shí)代發(fā)展，契合地方產(chǎn)業(yè)需求，開展有潛力、有前瞻性的微控制器設(shè)計(jì)研究。此外，“微控制器原理及應(yīng)用”課程可以使學(xué)生理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)行邏輯，提升自動(dòng)控制編程的靈活性和延展性，并結(jié)合工程信號(hào)處理、自動(dòng)控制原理及機(jī)器學(xué)習(xí)理論等知識(shí)的融合，提升復(fù)雜工程問題的解決能力，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的能力基礎(chǔ)。

工程教育認(rèn)證的核心理念就是以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的全過程、全員的綜合培養(yǎng)［45］。重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)于2020年獲得工程教育認(rèn)證，各類型課程目標(biāo)設(shè)置明確，相互之間配合密切，過程培養(yǎng)中注重課程目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生評(píng)課等環(huán)節(jié)的教學(xué)反思，并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)重點(diǎn)、方向和手段。此外，需要細(xì)化課程目標(biāo)，注重平時(shí)教學(xué)實(shí)踐改革和持續(xù)改進(jìn)，強(qiáng)化課程目標(biāo)與畢業(yè)目標(biāo)的契合度，實(shí)現(xiàn)全過程全員高質(zhì)量教學(xué)與實(shí)踐提升。在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，加強(qiáng)課程與產(chǎn)業(yè)的教學(xué)結(jié)合，更加契合工程教育認(rèn)證對(duì)解決復(fù)雜工程問題的新時(shí)代要求。所以，本文從產(chǎn)教融合的時(shí)代特征出發(fā)，遵循學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，緊扣工程教育認(rèn)證的中心思想，詳細(xì)剖析目前“微控制器原理及應(yīng)用”課程在教學(xué)手段、教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)方法等方面所存在的不足，探索激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐能動(dòng)性、教師的教學(xué)積極性的教學(xué)模式，提升“微控制器原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)水平。

一、專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題

專業(yè)課程是一個(gè)多知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)體系，理論和實(shí)踐要求較高，但在“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)中常出現(xiàn)以下三個(gè)方面的問題。

（一）教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象

“微控制器原理及應(yīng)用”課程理論知識(shí)點(diǎn)豐富，學(xué)生常常對(duì)指令的理解不夠深刻，特別是在循環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)置中多個(gè)指令的靈活運(yùn)用上比較欠缺，需要不斷加強(qiáng)課程內(nèi)容與生活中的細(xì)節(jié)結(jié)合力度。

（二）學(xué)生對(duì)先導(dǎo)課程認(rèn)識(shí)不足，基礎(chǔ)薄弱

前期由于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)的重視程度不夠，以及學(xué)生活動(dòng)、社團(tuán)等大量涌入，減弱了學(xué)生加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科學(xué)習(xí)的意識(shí)，再加上學(xué)生不重視的心態(tài)，失去了課程的連貫性，導(dǎo)致活學(xué)活用的知識(shí)斷流，導(dǎo)致后續(xù)課程的銜接難度增大。

（三）內(nèi)容缺乏更新與創(chuàng)新，吸引力不足

“微控制器原理及應(yīng)用”課程是與社會(huì)息息相關(guān)的課程，需要持續(xù)做到與時(shí)俱進(jìn)，很多教師的PPT案例與時(shí)代脫節(jié)，案例陳舊，缺乏吸引力，比如數(shù)字電子技術(shù)中使用搶答器的案例，“微控制器原理及應(yīng)用”課程中仍然在使用。

二、專業(yè)思政與實(shí)踐能力研究

學(xué)生實(shí)踐是對(duì)工程教育認(rèn)證的核心理念具體的驗(yàn)證，加強(qiáng)專業(yè)思政內(nèi)涵建設(shè)，可以更好地支撐學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的持續(xù)性和長(zhǎng)久性，練就堅(jiān)持不懈、勇克難關(guān)、不懼挑戰(zhàn)的精神品質(zhì)，并支撐學(xué)生未來樹立終身學(xué)習(xí)的價(jià)值觀，提高為國(guó)家發(fā)展建設(shè)的學(xué)習(xí)能力和愛國(guó)情懷。

（一）人文精神實(shí)踐：筑牢大學(xué)生愛國(guó)本色

青年學(xué)子有信仰，國(guó)家民族有希望。人文精神必須緊密結(jié)合高校的辦學(xué)精神、學(xué)風(fēng)校風(fēng)及實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)的愛國(guó)精神，發(fā)揮地方的革命精神教育基地，讓校園文化基因與愛國(guó)精神相融并深入學(xué)生內(nèi)心。以重慶理工大學(xué)為例，可以將學(xué)校二十年磨一劍的時(shí)柵傳感的科研精神進(jìn)行凝練，并與兵工血脈文化的積淀匯聚，將兩個(gè)時(shí)代不同的愛國(guó)行為、相同的愛國(guó)心有機(jī)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)該校學(xué)子愛國(guó)精神的熏陶和“明德篤行 自強(qiáng)日新”校訓(xùn)精神的升華。

（二）專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)：練就大學(xué)生過硬本領(lǐng)

專業(yè)是就業(yè)的根本，專業(yè)強(qiáng)則學(xué)校強(qiáng)。首先，加強(qiáng)課堂實(shí)踐教學(xué)是專業(yè)發(fā)展的根本，唯有課程實(shí)、課程優(yōu)、課程強(qiáng)，才能塑造學(xué)生優(yōu)秀的專業(yè)理論。其次，積極動(dòng)員和指導(dǎo)學(xué)生分類參與不同學(xué)科競(jìng)賽，檢驗(yàn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。最后，通過專業(yè)教師帶動(dòng)學(xué)生參與科研實(shí)踐，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)修養(yǎng)，提高研究生升學(xué)質(zhì)量。

（三）企業(yè)實(shí)習(xí)鍛煉：檢驗(yàn)大學(xué)生專業(yè)內(nèi)核

行業(yè)企業(yè)是學(xué)生水平的“裁判”。企業(yè)實(shí)習(xí)是學(xué)生踏入社會(huì)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是學(xué)生未來一生實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的平臺(tái)。首先，需要通過企業(yè)實(shí)踐了解企業(yè)管理和操作規(guī)范。通過實(shí)踐，基本掌握企業(yè)的運(yùn)行管理和產(chǎn)品開發(fā)全流程，做好創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)。其次，需要帶著專業(yè)問題詢問企業(yè)，了解企業(yè)的應(yīng)用研究規(guī)律。最后，了解企業(yè)技術(shù)困難，從專業(yè)角度思考解決方案，提升應(yīng)用能力。

（四）綜合能力實(shí)踐：引導(dǎo)大學(xué)生成就未來

應(yīng)用研究復(fù)合型人才是國(guó)家亟須的生力軍。綜合能力實(shí)踐需要學(xué)生和學(xué)校的雙向奔赴才能達(dá)到育人效果，因此，需要積極引導(dǎo)學(xué)生參與“三下鄉(xiāng)”社會(huì)實(shí)踐，加強(qiáng)實(shí)踐調(diào)研報(bào)告的深度和廣度，同時(shí)拓展青年志愿者協(xié)會(huì)、社團(tuán)等學(xué)生組織開展重要節(jié)日實(shí)踐與專業(yè)的結(jié)合度，以專業(yè)服務(wù)社會(huì)，檢驗(yàn)學(xué)生的綜合能力，全方面、全過程實(shí)現(xiàn)學(xué)生的表現(xiàn)張力、團(tuán)結(jié)能力和語言表達(dá)等綜合能力的提升。

三、基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)方法改革路徑

（一）多課程融合創(chuàng)新，推進(jìn)學(xué)生知識(shí)體系銜接人才需求的教學(xué)內(nèi)容改革

圖1 多課程融合服務(wù)產(chǎn)業(yè)實(shí)施路徑圖

多課程融合服務(wù)產(chǎn)業(yè)實(shí)施路徑如圖1所示。根據(jù)人才培養(yǎng)方案，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征，突出課程融合的知識(shí)屬性、實(shí)踐特征和產(chǎn)業(yè)需求，以重慶“33618”現(xiàn)代制造業(yè)集群對(duì)儀器類專業(yè)需求為例，地方對(duì)智能傳感器產(chǎn)業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、儀器儀表產(chǎn)業(yè)、智能家居產(chǎn)業(yè)及農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)的需求急迫。加強(qiáng)“電子測(cè)量技術(shù)”課程中信號(hào)處理和分析及“無損檢測(cè)技術(shù)”課程的靈活選擇，并有機(jī)融合于“微控制器原理和應(yīng)用”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升專業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的實(shí)效，將三門課程和諧統(tǒng)一進(jìn)產(chǎn)業(yè)中的大系統(tǒng)分析，有利于學(xué)生加強(qiáng)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。例如，2024年重慶保供電的非常時(shí)期，電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)異常重要，以微控制器為例，即可以將電能的幅值、頻率和相位的監(jiān)測(cè)作為重要實(shí)踐對(duì)象，通過電子測(cè)量的頻率測(cè)量方法和無損檢測(cè)的安全手段結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)，通過微控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和安全預(yù)警，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的安全監(jiān)測(cè)，為地方保供電產(chǎn)生積極的作用。在此過程中，學(xué)生就會(huì)思考如何檢測(cè)電能信號(hào)，如何準(zhǔn)確測(cè)量頻率，如何不失真地顯示，為電力人員提供科學(xué)可靠的電力數(shù)據(jù)。因此，多課程融合創(chuàng)新是多方法、多手段的組合創(chuàng)新，為提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力奠定理論知識(shí)基礎(chǔ)。

（二）多學(xué)科融合創(chuàng)新，促進(jìn)“機(jī)械+測(cè)控”智能產(chǎn)業(yè)裝備實(shí)踐的教學(xué)實(shí)踐改革

借助學(xué)院工科專業(yè)及實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，研究“機(jī)械+測(cè)控”智能產(chǎn)業(yè)裝備的課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐路徑，促進(jìn)實(shí)踐作品應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)升級(jí)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生加入企業(yè)橫向項(xiàng)目研究。例如，通過測(cè)控技術(shù)為機(jī)械軸承故障提供解決方案，提升教學(xué)實(shí)踐深度。此外，探究中國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽的課程支持路徑，加強(qiáng)機(jī)械類和儀器類學(xué)生的實(shí)踐交流，在思維碰撞中尋找突破點(diǎn)、實(shí)踐點(diǎn)，促進(jìn)以賽促教，提高學(xué)生對(duì)微控制器原理及應(yīng)用的重視程度。最后，適度研究機(jī)械類問題的測(cè)控解決方案設(shè)計(jì)，提升學(xué)生基于“微控制器原理及應(yīng)用”課程對(duì)故障診斷的實(shí)踐能力。

（三）多方評(píng)價(jià)指導(dǎo)，促進(jìn)課程育人迭代和持續(xù)改進(jìn)

每一屆學(xué)生的學(xué)情變化明顯，在加強(qiáng)高年級(jí)帶低年級(jí)機(jī)制基礎(chǔ)上，增加學(xué)生對(duì)課程的前中后評(píng)價(jià)、企業(yè)對(duì)課程認(rèn)識(shí)和應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)、行業(yè)專家對(duì)課程的建設(shè)指導(dǎo)評(píng)價(jià)等多方評(píng)價(jià)共同指導(dǎo)課程在教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)手段上的持續(xù)改進(jìn)，形成多層次的課程改革力量，促進(jìn)工程教育認(rèn)證的目標(biāo)和課程目標(biāo)的匹配，提升“微控制器原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)質(zhì)量。

（四）構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研賽一體的協(xié)同育人模式，促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力

首先，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)校企合作。依托實(shí)習(xí)定點(diǎn)基地，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)需求與教學(xué)實(shí)踐相統(tǒng)一的教育方式，并強(qiáng)化校外兼職導(dǎo)師對(duì)學(xué)生課程實(shí)踐的行業(yè)導(dǎo)向。其次，需要加強(qiáng)研學(xué)融合。依托各實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合教師科研項(xiàng)目、工程實(shí)踐等途徑，鼓勵(lì)學(xué)生加入科研團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)教學(xué)設(shè)備的二次科研創(chuàng)新實(shí)踐，同時(shí)將科研成果轉(zhuǎn)化為生動(dòng)的教學(xué)素材。最后，需要以賽促創(chuàng)，強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐能力。依托教學(xué)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)基地，定期開展全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、重慶市大學(xué)生物理創(chuàng)新大賽等具有很強(qiáng)工科特色的競(jìng)賽，在比賽中磨煉創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生實(shí)踐育人目的。

結(jié)語

“微控制器原理及應(yīng)用”是控制學(xué)科的重要課程，在現(xiàn)代信息技術(shù)大背景下，需要高校及教師共同推進(jìn)傳統(tǒng)“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)提升，以適應(yīng)科技發(fā)展的課程需求。本文通過分析“微控制器原理及應(yīng)用”課程在教學(xué)中的不足，剖析專業(yè)思政與實(shí)踐能力提升關(guān)系及測(cè)量。從多課程融合創(chuàng)新、多學(xué)科融合創(chuàng)新、多方評(píng)價(jià)指導(dǎo)和構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研賽一體的教學(xué)改革探索，使得課程教學(xué)的目標(biāo)、能力培養(yǎng)更契合培養(yǎng)學(xué)生工程能力的方向，適應(yīng)新時(shí)代儀器類工科人才的需求。

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基金項(xiàng)目：重慶理工大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于產(chǎn)教融合的《微控制器原理及應(yīng)用》實(shí)踐教學(xué)研究”（2024YB48）

*通信作者：李松（1990— ），男，漢族，重慶人，博士研究生，講師，研究方向：智能檢測(cè)與控制教育研究。