强化工程实践与创新能力培养的微机类课程实验教学

陈国定, 杨东勇, 陈 朋

(浙江工业大学 信息工程学院, 杭州 310023)

强化工程实践与创新能力培养的微机类课程实验教学

陈国定, 杨东勇, 陈 朋

(浙江工业大学 信息工程学院, 杭州 310023)

微机类课程是电气信息类专业重要的支柱课程之一, 我校自动化专业在注重学生基本实验原理、实验技术、实验方法(即三基)能力培养的基础上, 落实产出导向(OBE)教学理念，结合大学生课外科技项目和科技竞赛活动，构建了基础性、综合性、设计性、创新性4层次组成的实验教学体系，转化科研成果，研发新的实验项目，开展多样化教学，强化工程实践与创新能力的培养，取得明显的效果，有效提高了专业培养目标的达成度。

微机类课程； 产出导向； 实验教学体系； 能力培养

0 引 言

微机类课程是电气信息类专业重要的支柱课程之一[1]，它包括微机原理、单片机原理及应用、嵌入式系统、DSP原理及应用、计算机控制技术等。这类课程对于培养学生计算机硬件和软件的应用能力起着至关重要的作用[2-9]。随着电子技术的迅速发展，微计算机日新月异，新技术、新架构、新产品不断涌现，资源丰富又相对廉价[10]。为跟上时代发展，落实以学生为主体，培养应用能力为导向的教学理念，我校在浙江省嵌入式系统实验教学示范中心、浙江省“十二五”优势专业和校重点教改等项目的推动下，对微机类系列课程实践教学进行综合改革，以激发兴趣、夯实基础、强化综合、突出创新为改革路径，取得明显的效果[11]。

1 以OBE为导向培养三基实验能力

工科学生工程实践能力和创新能力培养的目标是要使学生具备将构思和概念转化成切实可用、能带来效益的产品和服务的能力。因此，微机类课程实践综合改革在注重学生基本实验原理、实验技术、实验方法(即三基)能力培养的基础上，确定芯片功能使用、产品电路原理设计、应用电子产品设计与硬件软件开发的全过程能力，确定预期的实验教学目标，实施国际工程教育认证的学生学习产出导向(OBE)的实验教学过程；在以学生为主体的“有效教学”理念[12]引领下,通过增加密切结合电子技术发展和课程知识前沿的实验项目,激发学生自主式、研究式地开展实验，最大限度地使接受此系列课程教学的全体学生普遍受益,切实提高学生的工程实践能力和创新能力。

2 强化工程实践能力的实验教学体系

打破各课程实验自成体系的旧格局，微机类课程实验按照“基础→综合→设计→创新”的能力顺序递进关系，并结合学生课外科技项目立项和科技竞赛活动，强化工程实践与创新能力培养，构建新的实验教学体系[12]，如图1所示。

2.1 实验内容分层次、模块化

实验类型分为基础性、综合性、设计性、创新性4个层次。基础性实验为芯片基本功能的验证、开发平台的使用；综合性实验为芯片加适当外围电路构成基本功能的应用实验；设计性实验为芯片加传感器与执行机构实际应用系统的设计与实现；创新性实验为面向实际应用系统的多模块构成系统的实验，如温度控制、智能车控制、机器人控制等。设立必修、选修、自选等多个实验模块,自选实验可由学生自主设计的实验,或来源于大学生创新研究项目、科技竞赛项目等,诸如智能车、机器人、电子设计、挑战杯等[13]。

微机类课程开出实验项目43个，包括微机原理5个、单片机原理及应用13个、嵌入式系统12个、DSP原理及应用8个、计算机控制技术4个、计算机控制系统大型实验1个，其中基础类实验10个，综合性实验16个，设计性实验12个，创新性实验5个。

2.2 教学方式多样化

实验教学过程是实验室、实验设备、教师、学生协同合作完成的，为达成目标，教学方式可以多样化。

(1) 实验室全天候向学生开放，实践过程全覆盖。除大型实验，所有实验项目1人一组，从实验准备(实验预习)、实验过程到实验报告撰写，独立完成。指导教师全过程跟踪，给各个环节评分，突出“三基”能力达成度。

(2) 个性化研究性实验和自主实验，列入自选实验模块。兼顾创新引导、课内课外实践一体。将国家大学生创新创业训练计划项目、浙江省大学生科技创新项目和学生课外科技活动[14]作为课程实验的自然延伸，形成课内课外一体化的实践教学新体系。

(3) 必修选修相结合。实验有必修、选修项目，设定选修项目最低要求。

(4) 课内课外相结合。自主研发的Cortex-M4内核的芯片的实验系统[13]，学生可将最小系统带在身边，在寝室、教室等，利用个人电脑随时随地做实验，大大提高了学生实验的积极性和自主性。

(5) 虚实结合、网上网下多方式的实践体系。充分利用计算机网格和图像技术，设计开发虚拟实验和远程实验项目，形成由传统的实验室实验、虚拟实验和网络远程实验组成的新型实验体系[15]。

3 更新实验内容，确保实验项目的先进性和创新性的培养

优化设计微机类课程实验项目，整合实验技能培养简单重复的实验项目，增加综合性、设计性、创新性和研究探索性实验项目，使三性实验达到54%。

(1) 将科研成果转化为实验项目。新研发了37个实验项目，这些来源于工程实际的项目，既具备研究性，也能提高学生实验兴趣。

(2) 与时俱进，同步更新实验内容。为跟上时代发展，着眼于学以致用，单片机原理课程教学从51系列转换为采用Cortex-M4内核MCU[3,7,10]，为此，开发了基于Cortex-M4的单片机实验项目13个，包括基础性实验5个，综合性实验项目4个、设计性实验项目3个、创新性实验项目1个，实验项目见表1。同步更新计算机控制系统大型实验。嵌入式系统、DSP课程也一样，开发了机器人综合实践和嵌入式ARM9平台综合开放实验等综合性、创新性开放实验项目。

(3) 与企业共建实验室。及时为实验教学提供最新的芯片、实际应用的解决方案，保持实验室设备、实验教学内容的持续先进性，保证了一流的教学水平与质量[16]。共建实验室有：INTEL嵌入式系统实验室、ALTERA公司EDA/SOP联合实验室、Atmel公司AVR微控制器实验室、松下电器公司联合实验室、INTEL多核技术联合实验室、TI公司MSP430单片机联合实验室、DSP实验室等。

表1 单片机实践课程实验项目(Cortex-M4)

4 结 语

微机类课程实验教学体系年受益学生1 600余人，通过3年的实践，学生的工程实践能力和创新能力得到有效加强，提高了“三基”能力达成度，得到用人单位的高度肯定，同时涌现了一批优秀的学生，如2015年度创新与科技竞赛国家一等奖获得者单列指标保研中，接受本系列课程教学的学生占到了全校科技竞赛单列名额的近32%。

3年来，学生完成国家大学生创新创业训练计划项目12项，完成浙江省大学生科技创新项目28项，获得国家级科技竞赛特等奖3项、一等奖30项、二等奖28项，获省级竞赛一二等奖78个；这些项目与获奖都离不开微机应用能力的有力支撑。自主研发的实验设备获全国高等教育学校自制设备银奖，实验综合改革获浙江省高校实验室工作研究成果二等奖。

[1] 张俊梅, 郑一力, 王东林,等. 自动化专业微机类课程群改革研究[J].北京化工大学学报(社会科学版), 2015(2):85-88.

[2] 谭兴国.以工程案例开发推进微机控制技术课程改革[J].实验科学与技术,2016,14(5):137-140,150.

[3] 阎 波, 林水生, 李广军. 基于SoC的研究型微机课程实验教学改革探讨[J]. 实验科学与技术, 2012, 10(4):257-258,323.

[4] 何乐生, 余鹏飞. 以“微机原理”为核心的嵌入式课程体系建设[J]. 北京化工大学学报(社会科学版), 2015(12):61-64.

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[14] 陈 怡,陈国定. 论电源类实验教学改革[J]. 实验室研究与探索, 2014,33(1):169-172.

[15] 李如春, 施朝霞. 基于协同机制的多元化课堂教学模式探索[J]. 电气电子教学学报,2015,37(2):70-71.

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Research on the Experimental Teaching System of Microcomputer Courses to Strengthen Engineering Practice and Innovation Ability

CHENGuoding,YANGDongyong,CHENPeng

(College of Information Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China)

Microcomputer course is one of pillar courses for electric and information specialty. In attention to cultivating the student abilities of basic experimental principal, basic experimental technology, basic experimental methods (three bases), the output oriented (OBE) teaching philosophy is implemented. The experimental teaching system consisting of four levels of basic level, comprehensive level, design, innovation is constructed and combined with students’ science and technology projects and competition. Students' engineering practice and innovation ability is strengthened, the training goal reaching degree is effectively improved.

microcomputer courses; outcomes-based education (OBE); experimental teaching system; ability training

2016-09-19

自动化浙江省”十二五”优势专业建设(浙教高教[2012]70号)、浙江工业大学教改项目(JG1303)

陈国定(1962-),男,浙江宁波人, 博士, 教授, 系主任, 从事自动化专业教学与科研工作。获得浙江省教学成果奖一等奖。

Tel.: 0571-85290585; E-mail: gdchen@zjut.edu.cn

TP 391.9; G 642.0

A

1006-7167(2017)04-0171-03