工程认证背景下《单片机课程》改革探索

李 娜

(许昌学院 电气(机电)工程学院,河南 许昌 461000)

自2016年起，许昌学院电气工程及其自动化专业启动工程认证申报工作，力争达到国际认可的工程专业办学水平.工程认证的目的是为了推动专业的持续改进，培养本专业的合格毕业生.认证要求专业所涉课程都要基于产出，课程要“说、做、证”的统一，形成反馈改进机制，做到以能力为导向，培养有特色的、实践能力强的学生[1].

本文以作者在许昌学院电气工程及其自动化专业认证过程中对《单片机原理与接口技术》这门课程的重新审视定位为出发点，根据专业认证中对学生能力培养的要求，对课程培养目标进行重新定位，对课程改革的思路方法进行分析，旨在探索一条能够持续改进的以培养学生能力为核心的课程改革之路.

1 单片机课程特点

《单片机原理与接口技术》是高等工科院校电气工程及其自动化等本科专业规定必修的一门基础课程.课程培养目标是使学生掌握单片机的基本工作原理、接口扩展技术和单片机软硬件设计方法，要求学生在了解单片机扩展、中断、通信等基本技术的基础上，具备对应用系统的硬件结构进行分析与接口设计的能力，对系统功能具备软件设计实现的能力，为专业课学习和参加本专业的工程实践打下必要的基础，并在毕业设计中得到应用.

单片机的实践能力主要通过《单片机实验》和《单片机原理与接口技术课程设计》两门课程来训练提升.通过实验课程的训练学习，可以使学生加深对单片机基础原理的理解，较系统的训练单片机应用的基本方法和基本技能，逐步掌握单片机应用系统的硬件结构设计和软件调试方法，能够为单片机的应用打下坚实的基础.课程设计要求综合运用单片机知识，完成一个完整应用系统设计.本环节训练学生查找资料，选择器件的能力，掌握单片机软、硬件设计和调试的能力，不仅加深对单片机相关知识的理解应用，获得完整的单片机技术开发流程体验，同时为专业课程的学习、毕业设计甚至为走出校门从事单片机应用的相关工作打下基础.单片机课程设置情况如表1所示.

从上述分析可知，传统的单片机课程注重从课程出发定位培养目标，侧重本课程自身能提供的“能量”， 考核也偏向要求学生掌握的知识点考核.虽然也提出了对学生能力的要求，但缺乏专业视角和工程视角，课程的培养目标定位没有面向企业需求，对于培养的能力缺乏来自行业的认可，也没有科学系统的评价方式.在单片机课程目标设定过程中没有将本专业相关课程及相关能力培养作为一个整体考虑，虽然也能够结合本专业相关课程的关联性，但是对于课程对专业培养目标的贡献度，相关能力培养目标的贡献度，却没有清楚的定位，缺少对专业知识系统连贯性和能力培养持续性的关注.

表1 单片机课程设置情况表

2 基于工程认证要求的课改方向

从工程认证的毕业要求出发，电气工程及其自动化专业要培养能够解决各种工程问题的准工程师，对学生实践能力的要求更高、更具体.

2.1 单片机课程与工程认证毕业要求关联分析

电气工程及其自动化专业工程认证要求课程除数学与自然科学、专业基础知识领域外，还要涉及工程基础知识等至少5个知识领域，单片机属于工程基础课程，计算机技术知识领域.本专业认证要求学生毕业时要具备12个方面的能力，分别是：(1)工程知识；(2)问题分析；(3)设计/开发解决方案；(4)研究；(5)使用现代工具；(6)工程与社会；(7)环境和可持续发展；(8)职业规范；(9)个人和团队；(10)沟通；(11)项目管理；(12)终身学习[2,3].经过审视分析，《单片机课程》对其中3、4、5、9、12点有重要支撑作用，具体支撑情况如表2所示.

表2 《单片机课程》支撑工程认证毕业要求情况表

从专业认证的角度出发，课程对毕业要求的支撑作用更加清晰.单片机课程要改革，就要以更高的要求，更具体的实践能力培养方式来适应新形势的需求.从毕业要求出发，重新审视单片机课程，发现课程在今后的实施过程中主要有以下改革方向：(1)需要重新结合专业认证确定课程对能力的培养目标，要将能力培养目标贯穿到课程的设计过程中；(2)寻找课程与工程实践活动的结合点，结合能力目标重新组合课程内容，设计课程开展方式；(3)通过反复实践，寻找课程实施的引导推进方案；(4)要有定性定量分析的评价方式，没有可行的评价方式，课程对实践能力的培养作用将不够明确，课程改革效果也难以清晰界定.

2.2 两种课改方向

2.2.1 基于成果导向的课程改革分析

基于工程认证的课程改革方向要考虑企业需求，确定学生毕业应具备的能力，即基于产出或成果导向.CDIO工程教育模式，强调教育要放在真实的工程背景下，按照现代工程活动周期，即构思(conceive)、 设 计(design)、 实 施(implement)、运行(operate)四个阶段培养能够解决各种复杂实际问题的能力.学生经过四个阶段的学习、训练、实践、提高，学会工程问题的解决开展方式[4].

在《单片机》课程的改革过程中，有学者尝试将CDIO四个工程阶段融入到课程中来，尤其是课程设计和实验教学中来[4]，为学生提供学习实践场地，确保学生的学习体验，课程以项目为载体，每个项目都分为构思、设计、实现、操作四个推进阶段，教师在各个阶段中充当设计者、引导者、审核者和评价者的角色，学生是项目的负责人，要构思方案，设计系统，完成调试包装并最终进行答辩.

2.2.2 基于工作过程的课程改革分析

面向应用的基于工作过程的课改，主要起源于高等职业教育改革，强调培养学生的实践能力，动手能力.整个课程的展开通过实际工作来实现，即“做中学”.例如，通过整体职业分析，提取典型工作任务，归纳为系统化的工作过程，再将课程按照产品的典型工作过程来设计、开发学习情境，确保每个学习情境都是按照完整的工作过程来实施[5].通过不同学习情境中重复系统化的工作开发过程，扩展课程知识，锻炼动手实践能力.在课程的教学实施中，工作过程是相同的，知识却是在由易到难，逐层深入.

通过对比基于成果导向和基于工作过程的课程改革，发现两者的相同点强调的是培养学生的实践能力、动手能力，即“做中学”.不同的是基于成果导向的改革偏重从培养工程师角度，对学生的理论水平，研究能力，解决问题能力、动手能力、创新意识等综合素质要求更高一些，这种课改方式需要企业及行业专家协同配合，对教师的工程实践能力，课程的设计和引导能力都有较高要求；而面向应用的基于工作过程的课改，强调的是解决实际问题的能力，通过教师带中学，学生容易入门，课程易于实施，学生的动手能力能够迅速提高.这种课改方式也要求教师有一定的实践应用能力，课程设计引导能力.学生在课程实施中虽然较易上路，但是要避免以下问题课堂热闹却缺乏总结思考的过程，重视动手却难以建立系统的知识体系，学生会做但是说不出道理来，甚至难以进行更深层次的学习，无法维持学习的持续性.

综上所述，工程认证注重学生能力的培养，以成果为导向的课程设计能够弥补传统单片机课程在目标和设计实施上的不足，基于工作过程的课程改革能让学生实践能力的提高易于操作.笔者将两种方式相结合，从课程能力培养的角度入手，应用到单片机课程改革中来.

3 课程改革思路

按照面向工作过程的思路来组织教学内容，将教学内容包容到一个个的学习情景中，由简到难确定每一个学习情景，结合工程认证标准确定每个学习情景的能力目标、知识目标及考核方式，实施展开过程遵循基于成果导向的步骤展开，将构思(conceive)、 设 计(design)、 实 施(implement)、运行(operate)四个阶段融入到项目完成的全过程，最后通过总结能够强调工程实践的四个阶段对应任务，固化工程实践思路，升华知识体系.如表3所示.

表3 《单片机课程》改革方案

将课程以项目为载体，对每个项目都分为构思、设计、实现、操作四个推进阶段，教师在各个阶段中充当设计者、引导者、审核者和评价者的角色，学生则是项目的负责人，要构思方案，设计系统，完成调试包装并最终进行答辩.这种课改方式能让学生从被动学习变主动学习，有助于提高学生的自学能力，创新能力，团队协作能力，师生最后通过对项目实施过程中的问题进行归纳总结，以便能够达到知识的升华和应用的提高.

4 结语

单片机课程改革中有很多好的方法.确定以工程认证为基准，以提高工程实践能力为出发点，能够对课程进行最新最准确的定位、审视和梳理，也能够将之前的课程改革方法揉进来，达到更加明确的改革目的，产生更积极的改革效果.在课程改革过程中存在很多问题亟待解决，而确定思路方法是整个改革过程中的第一步，思路明确了在改革过程中就能少走弯路.其他问题例如：对教师的实践动手和工程问题解决能力要求很高；对教师的项目式教学环节设计能力要求很高；对教师的阶段推进控制能力要求很高；要有合理的评价机制和激励措施；如何解决师生配比不合理问题等等，在接下来的研究过程中都将会一一探讨.