面向“卓越应用型工程师”培养的微计算机控制系列课程教学改革的探索

李爱莲 崔桂梅 梁丽

[摘要]以“工程能力素质”培养为主线，采用工程对象教学法，选取小型赛车为典型工程对象，建设工程应用型教材，系统、全面改革微计算机控制系列课程理论与实践教学环节，优化专业课程设置，为“卓越自动化应用型工程师”的培养提供良好的课程设置支撑，实现对学生以单片机为核心的计算机控制系统的设计、编程、调试能力的进阶培养，促进群众化创新活动的开展。

[关键词]工程对象教学法 教学改革 小型赛车 实践与创新

[中图分类号]G642

引言

近几年来，冶金、稀土、矿产等成为西部地区的支柱行业，对自动化科技人才的要求不断提高，需求量迅速增加。但从我国目前教育培养现状来看，人才培养模式单一，缺乏多样性和适应性，工程教育中实践环节薄弱问题长期未能解决，对学生的创新教育与创业训练重视和投入不足，导致自动化专业本科生缺乏系统设计的工程实践经验与能力，走上工作岗位后上手慢、实践与创新能力弱，发展空间小，从而严重制约了我国西部地区经济发展。培养和造就创新型工程科技人才，是建设创新型国家、实施科教兴国战略和人才强国战略的关键之所在。2010年国家教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”的重大改革项目，我校已被批准为第二批“卓越工程师教育培养计划”试点，自动化专业为试点专业之一。[1]

一、教学改革的基础

以培养“卓越应用型工程师”为视角，自动化专业一直致力于“以工程能力素质培养为主线”的人才培养模式的探索与实践[2]。

自动化专业微计算机控制系列课程现状：

计算机基础模块侧重计算机文化、技术及程序设计基础知识讲授，开设专业共用一份课程大纲，缺乏专业针对性；电基础模块课程设置系统性不强，实验学时尤其是验证性实验学时所占比重太大，不利于学生电子系统综合设计能力的培养。并且实验课程单独开课且由实验教师单独完成，经常存在理论教学与实践进度脱节的现象；控制理论模块教学理论性太强，难于理解、接受，不利于提高学生的学习兴趣及控制系统的分析、设计能力培养；微机原理与单片机模块内容不够紧凑，突出专业应用性不强，与“卓越计划”压缩讲授学时，精简教学内容，突出工程实践能力培养的节奏不相适应；微型机技术应用是自动控制理论、计算机技术和现代检测技术相结合的综合应用技术， 是一门多课程相关、实践性强的课程模块，其教学改革应紧跟控制理论等模块的改革步伐，为学生提供充分面向工程实践的机会。

二、教学改革内容与关键点

整合课程，建立全新的自动化专业课程体系结构，以“工程能力素质”培养为主线，选定典型对象，全过程采用工程对象教学法，进行微计算机控制系列课程的理论、实践教学环节的改革。

1）着重进行计算机基础模块课程整合，并开设早期工程体验课程

采用工程对象教学法，将小型赛车作为工程对象，为学生提供C语言工程实践环境和任务要求，在小型赛车C语言编程平台上开展C语言实践教学，实现小型赛车控制，提高学习兴趣，体现工程项目导向的理念，同时在大一也为学生提供早期工程体验的机会。

2）大力度进行基础模块课程整合

大幅度压缩验证性实验，强调综合设计型实验，理论教学进实验室，任课教师进实验室。

3）强调实践应用背景，进行控制理论模块课程整合

在工程应用中开展理论教学，并以小型赛车作为工程对象，开展比赛活动，让学生体验控制、理解控制、学习控制，在实验室实际控制装置上实现设计控制。

4）强调实际应用，整合“微机原理”与“单片机”课程，突出实训

从强调实际应用出发，制定了整合后“微型计算机技术及应用”课程大纲和“微计算机应用实训”项目，选用基于C语言的工程应用型教材，并以小型赛车为对象进行实践环节的开展，熟练掌握外围接口电路的设计及编程。

5）紧跟控制理论、计算机技术等模块的改革步伐，进行计控技术的改革

引入工程案例教学法，采用多媒体教学手段，利用仿真软件自行开发教学演示实例——如利用MATLAB软件设计开发算法仿真实例，让学生观察和了解选取不同的控制参数、采用不同的控制算法、在不同的信号驱动下对控制系统性能的影响， 提高学生的综合分析能力；构建实践能力进阶、多元化培养模式，逐级培养学生的实践动手能力，并应用于小型赛车，最终工程对象教学法的成果为小型赛车实物，为毕业设计、创新活动等综合性实践环节奠定基础。

三、教学改革的实施

1）为突出“工程能力素质”的培养，制定如下实施方案[4]

①条件允许的课程，做到理论与实验教学打通，讲授完某个知识点立即操作练习。

②实践环节项目设置原则：

门槛低--所有学生都能上手开展工作；

可发挥空间大—给学生留有充分的发挥空间；

环境要求低—为大量学生提供工程实践环境；

鼓励创新—学生可自主设置题目，体现个性培养；

项目难易等级制、成绩等级制—学生根据实际情况选择相应等级项目，据完成情况取得相应成绩，体现层次性培养；

③实践教学实施系统化，分阶段进行：

第一阶段：具体实践平台培训。

第二阶段：分组、选题。以团队为单位对题目展开方案论证，并进行分工。

第三阶段：实践与辅导。实践周，实验室全天开放，按教学安排辅导；课余时间实验室仍开放，定点安排教师辅导，确保每位同学完成项目。

第四阶段：验收。通过团队汇报、成果演示、文档报告与现场答辩进行验收，考核项目完成的过程细节，给出综合成绩及评价。

第五阶段：效果评价。通过实施过程意见积累、问卷调查、座谈会等形式，根据反馈结果及时改进下一轮教学。

④实践性较强的课程，淡化理论考试，突出实践能力的考核。

2）建设大学生创新与技能开发平台[5]

建设“科技创新实验室”，购置、设计搭建了由各类机器人、智能车组成的研究开发平台，以及各种传感器、单片机开发板、电机驱动模块、kinect体感装置等常用设备和材料，购置了电路板PCB加工、小型多功能机床等设备，用于实训中的电路板、机械加工，这些平台既可以用于实训，也可以用于学生参加各种电子设计竞赛，并组建了各竞赛训练队，具体科技创新实验室、竞赛训练队及其对应关系如图。

制定了详细的运作模式和教师指导学生科技活动的具体要求及工作量、业绩核定办法，并采取多种措施积极引导学生参与科技实

践与创新活动，如系列课程教学选取竞赛用小车为对象；在学生综合测评、评奖、推优、发展党员等工作中，提高在科技创新活动中取得成果所占的比重；对在创新方面有特殊才能和突出贡献的学生，在专业选修课程学习等方面给与适当照顾，鼓励他们在科技创新方面脱颖而出；在科技活动团队从事服务工作的学生纳入学院学生干部管理系列，享受相应的社会活动赋分和评优表彰等。

四、改革的创新点

1）工程对象教学法的采用

整个教学过程选取小型赛车为典型工程对象，成果为小型赛车作品，采用工程对象教学法，实现对学生“工程能力素质”的进阶培养，如图所示。

2）群众化创新活动的推广

由于系列课程教学改革整个教学过程选取小型赛车为典型工程对象，大部分学生对小型赛车从编程—接口电路设计—控制及软件实现打下了良好的基础，极大地激发了学生参与创新活动的积极性，创新活动参加人数越来越多，热情越来越高。创新活动已由原来个性化培养发展为群众化创新活动，参赛由原来少数学生专门培养参加各类智能车大赛发展成为校内选拔优秀选手参赛，为赛出好成绩奠定了基础，更有效的促进了学生动手、创新能力的培养。

五、结束语

教学改革促进了专业课程群和师资队伍建设，我校自动化专业教师团队被评为自治区优秀教师团队，《自动控制原理》《微计算机技术及应用》被评为自治区精品课程，多门课程评为校级精品课程。指导学生获得全国“智能车大赛”多项省部级、国家级奖。多名教师完成了多项各级教改项目，多次获得校级教学成果奖，发表教改核心论文多篇。自动化专业评为自治区品牌专业、国家级特色建设专业和国家教育部第二批“卓越计划”试点专业。我校与包铝集团联合申请成功国家级工程实践教育中心，为深度产学研合作提供了平台。改革增强了学生的就业优势，突显了自动化专业“学以致用、能力为本、就业为上”的人才培养模式，力争做好 “卓越工程师教育培养计划”的示范点，为同类院校起示范作用。

基金项目：第三批国家级高等学校特色专业建设点项目（TS10704）；教育部教高[2011]1号，“卓越工程师培养教育计划”试点专业建设点项目；内蒙古科技大学教改研究重点立项课题（JY2011020）

[参考文献]

[1]周雪梅.面向卓越工程师培养的教学改革研究[J].中国科教创新导刊，2011（5）：50-50.

[2]韩璞等.自动化专业卓越工程师课程体系的改革与实践[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：262-271.

[3]罗运虎等.基于项目教学法的课程设计改革[J].电气电子教学学报，2009，31（6）14-15

[4]李娟等.在高等工科院校中全面推广开放实验和大学生创新训练[J].实验技术与管理，2007，24（8）：22-25.

[5]南新元等.完善自动化专业实践教学体系，加强工程实践与创新能力培养[J].实验技术与管理，2010，27（8）：147-150.

（作者单位：内蒙古科技大学 信息工程学院 内蒙古包头）