基于应用型人才培养的工具软件应用模块教学初探

李珊红　储忠　刘伟

【摘 要】针对应用型人才培养和企业需求之间的差距，合肥学院自动化专业在模块化教学改革中，新设工具软件应用作为一门专业选修模块，以能力输出为导向构建工具软件应用的模块化教学模式，并建立完善的教学方法和考核方式。近几年的实施情况表明，该模块的执行能够有效支撑应用型人才培养目标和毕业要求的达成。

【关键词】工具软件应用；模块化；教学模式

应用型本科院校是我国应用型本科教育的实施主体。著名教育学家潘懋元指出，应用型本科教育是以面向地方为主的本科教育类型[1]。其目标是培养满足社会需求的具有较强社会适应能力和竞争能力的高素质应用型人才，这类人才应具有适用的理论基础、较强的动手能力和一定的技术开发与创新能力[2]。要求各专业紧密结合地方特色，注重学生的实践能力，重在“应用”。合肥学院作为我国高等教育应用型示范本科高校，坚持“地方性、应用型、国际化”办学定位，借鉴德国应用科学大学人才培养模式，大力探索应用型人才培养模式，以能力输出为导向大力进行模块化教学改革，提高应用型人才培养质量。

模块化教学法（MES）是20世纪70年代国际劳工组织提出的以现场教学为主，以技能培训为核心的一种教学模式[3]。20世纪90年代末欧洲29个国家共同签署Bologna宣言，决定到2010年在欧洲学士和硕士教育中全面实现模块化教学。模块化课程是相对于传统的学科课程而言，根据人才规格中的某一素质要素来构建所需的教学内容板块和教学方式，重点突出所选内容的使用价值，而不是知识体系的完整性[4]。要想实现学生毕业时与工作岗位实现“零距离对接”，就必须根据各岗位的素质要求构建相应的模块化课程体系。在此背景下，工具软件应用在我校自动化专业模块化教学改革中应运而生。

1 模块简介

工具软件应用是一门专业选修模块，重点围绕自动化专业常用的软件工具进行系统教学，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等，涉及相关电路仿真软件、单片机编程软件、电路制版软件以及数学仿真计算软件等。旨在培养学生使用现代工具软件和初步分析问题的能力，有助于学生了解和学习系统仿真思想，使学生初步具有一定的电路分析能力、单片机编程能力，以及科学的仿真计算能力。

在自动化专业以前的人才培养方案中，并未单独开设类似工具性的模块化课程。而是在各模块授课过程中需要使用某软件时，由专业模块老师另外讲授，这造成教师工作的重复。同时这种授课方式使得学生对软件的认知较为分散，难以构成一个完整全面的体系，降低了教师的授课效率和学生的学习效率。此外，我们也针对学生认知实习、毕业实习及毕业后的反馈，结合企业的实际需求进行考虑，以合肥学院模块化教学改革思想为理论指导，将本专业常用的工具软件整合为一个独立模块，集中学习，以满足后期学习过程中对工具软件的使用要求。通过本模块的学习，学生可掌握初步的电路分析设计能力、单片机编程能力和科学的工程计算及数值分析能力，为学生进行后续模块的学习打下一定的工具性使用基础。同时，通过本模块的学习，使学生掌握专业工具软件的使用方法，为学生在后期参与认知实习、第二课堂以及毕业设计提供有力的支撑。工具软件应用有支撑作用的后修模块如图1所示。

2 构建工具软件应用模块化教学模式

模块化教学思想源自德国，强调在专业教学过程中，将理论教学和实践教学两个环节紧密结合，通过教学内容和教学方法的有积结合，培养学生的综合素质。在确定工具软件应用教学内容的基础上，按“知识、素质、能力”三个要素对教学内容分解为理论学习、实践学习和自主学习三个环节；通过三个环节的学习，使学生掌握自动化专业常用工具软件的使用方法和操作技巧，可独立利用相关软件进行电路原理图绘制、电路仿真、单片机联合调试、PCB板设计以及数值分析计算等操作。为后期其他课程学习提供相应的工具支撑，也有利于学生在今后的工作中能更快的适应单位在工程实践中对相关软件使用的要求，同时增强其自主学习能力，拓展专业知识素养。

2.1 教学内容

工具软件应用实质是将本专业可能用到的软件工具放在一起，集中学习。通过对各工具软件的横向对比，找到学习软件使用方法的技巧，同时将模块开设时间提前，满足后期学习过程中对工具软件的使用要求。根据自动化专业在学习过程中应该掌握的工具使用及相关能力，将以前的工具课程整合成一个模块，包括PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB，涵盖电路仿真、软件工程开发、电路及数值仿真计算等。该模块初建时共3学分，其中包括24学时理论教学和24学时实验实践。与其他专业模块相比，该模块实验实践学时所占比重较高，能够看出其对培养学生应用能力的重视。

2.1.1 理论教学

在学习过程中根据开设的内容，对课程的相关性进行讲解，相同内容进行删减。如PROTEUS中的PCB制作和PROTEL中的功能重复，则以更常用的PROTEL进行相关讲解；而PROTEL中电路仿真部分则放入PROTEUS中学习。在有限的理论教学课时中，按照所确定的知识点，引导学生在解决问题的过程中学习上机实验前需掌握的新知识，确保实验教学的顺利开展，为该模块培养目标的实施提供有力的理论支撑。

对于初学者来说，掌握课堂讲授的知识点后，能够独立使用相关软件完成简单的工程问题。

2.1.2 实验教学

实践教学环节是强化学生应用能力培养的关键要素之一。在实验教学内容的设计方面，主要掌握PROTEUS、KEIL、PROTEL、MATLAB等软件的使用能力；具体来说，包括：（1）电路仿真与调试能力：掌握PROTEUS、KEIL等工具的使用方法，能够使用PROTEUS对典型电路特性进行分析；使用KEIL完成一个工程的建立，学会模块化编程，结合PROTEUS软件进行单片机联合仿真调试。（2）初步具有PCB电路制版能力：可以根据给出的电路要求，通过所学知识利用相关软件进行简单电路的制版。（3）初步具有数学计算仿真能力：通过对MATLAB的学习，使初步学生具备运用数学软件进行工程计算及数值分析的能力。

2.1.3 自主学习

传统概念中的自主学习主要包括课前预习、课后复习和作业，以及实验前预习、撰写实验报告等内容；在工具软件应用模块教学内容中，转换传统思维，变课后复习和作业为项目训练。项目1：基于AT89C51的流水灯设计与实现。针对流水灯电路的设计与仿真，考察学生对PROTEUS和KEIL两个软件联合调试的使用能力、电路仿真能力及程序调试能力。项目2：单片机最小系统的PCB设计。基于该项目的实施，重点考察学生使用PROTEL进行电路原理图绘制及PCB制图能力，使学生熟练使用PROTEL，并学习电气工程制图规范。项目3：海尔、联想、方正三家公司销售情况分析。通过该项目的完成，考察学生利用MATLAB进行读数据、矩阵操作以及科学绘图能力。

除一般的课前预习、课后复习、实验前预习及撰写实验报告等内容之外，增加的项目训练以分组的形式，以组为单位让学生合作完成相关设计，可以让学生拓展思维，且锻炼其团队协作能力，保证教学效果的实现。

2.2 教学方法

教学方法是组织教学活动的重要手段，直接影响教学效果，并关系到教学目标的实现程度。我校模块化教学改革的目标是通过打造模块化课程，突破学科定势，将传统的“以知识输出为导向”的教学理念转变为“以能力输出为导向”，强调对学生能力的培养。工具软件应用是一门以实验实践为主的专业选修模块，需要以培养应用能力为导向，从过去单一的课程教学思路向模块化教学转变，以实现对学生能力的培养。

2.2.1 理论教学

理论知识的学习在多媒体教室进行，综合采用讲授法、互动法、基于问题学习法，并基于具体案例讨论来引导学生对专业软件的功能进行系统学习。以KEIL为例，课堂上会引入如何用单片机控制LED的点亮与熄灭这一话题，引导学生熟悉KEIL开发软件的界面及操作，以及单片机的相关基础知识，为实验教学的顺利进行奠定基础。

2.2.2 实验教学

为激发学生的学习兴趣，在实验内容的安排上，将验证性实验、设计性实验及综合性实验相结合，从易到难，分三个层次逐渐强化学生应用能力训练。基于验证性实验，使学生系统的学习工具软件，掌握其基本操作，同时加深对以前所学知识的认知与理解；基于设计性实验，使学生进一步掌握所学工具软件的操作方法，培养其电路仿真、设计能力和数值分析能力；基于综合性实验，使学生进一步掌握相关软件的使用方法，熟悉常用技巧，并训练其对实验结果进行分析判断，使学生具有一定的查阅资料能力和独立思考能力。

3 基于过程的综合考核方式

在评价学生能力达成度方面，积极响应我校模块化教学改革思想，以能力输出为导向，以学生为主体，采用N+2考核方式，打破期末“一考定成绩”的传统做法。其中“N”指一学期不少于3次的过程考核，“2”指期末考试和平时成绩。

过程考核在实施过程中，采取分阶段考核的形式进行，具体为考虑到PROTEUS和KEIL软件的联合调试单片机功能，在完成PROTEUS和KEIL的软件学习之后，进行第一次过程考核；PROTEL学习完成之后，进行第二次过程考核；MATLAB学习结束之后，进行第三次过程考核。这样的考核方式既能保证从理论知识（卷面考试）、应用能力（实验）、自主学习能力（学习笔记、大作业）等方面全面考核，而且过程考核有利于教师及时获得学生学习情况的反馈信息，提高教学质量。

4 总结

工具软件应用模块建立于2012年，在第3学期开设，已经历4届学生。通过近几年的教学实践和教学总结得出，经过一个学期的学习，学生对该模块内容有较高的兴趣，初步具有将理论应用于实际工程中的思想，能够用现代工具进行工程问题的分析，且在后续模块和各类专业比赛以及毕业实习/设计中也具有较好的工具软件能力支撑。能够为以后在现代制造业第一线从事控制系统（或机器、或设备）的分析、设计打下基础。特别是这几届学生和用人单位的反馈表明，该模块的开设较有意义，在自动化专业应用型本科人才的培养上有重要效果，有力的支撑人才培养方案中有关培养目标和毕业要求的达成。

【参考文献】

[1]潘懋元，车如山.略论应用型本科院校的定位[J].高等教育研究，5（2009）：35-38.

[2]蔡敬民.基于能力导向的模块化教学体系构建：以合肥学院为例[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2012.

[3]樊亚娟.项目教学法在化工工艺课中的实践探析[J].长春理工大学学报（高教版），2008，3（4）：74-76.

[4]伍德勤.建立模块化课程市场 满足应用型人才培养需求[J].合肥学院学报： 自然科学版，22.2（2012）：53-57.

[责任编辑：王楠]