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工程教育認證的單片機課程教學論文

時間:2023-05-06 17:04:36 教育教學論文 我要投稿
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工程教育認證的單片機課程教學論文

  摘要:“單片機原理與應用”是電氣工程自動化專業(yè)本科生的重要專業(yè)課程之一,文章以教育工程專業(yè)認證為背景,針對原有課堂教學模式和考核機制不能滿足培養(yǎng)需求的情況,秉承工程專業(yè)認證標準,調整教學大綱,增加實踐課程設置,構建新的考核模式,促進學生在電氣自動化領域的創(chuàng)新和實踐應用能力。

工程教育認證的單片機課程教學論文

  關鍵詞:工程教育認證;單片機;教學

  工程教育專業(yè)認證是國際通行的保障工程教育質量的基本制度,我國于2013年成功成為華盛頓協議成員之一,一方面表明了中國的工程教育認證取得里程碑的突破,另一方面對于我國高校的專業(yè)建設,既是機遇又是挑戰(zhàn)[1]。無錫職業(yè)技術學院作為首批國家示范高職院校,率先與江蘇大學聯合培養(yǎng)的6個專業(yè)的4年制高職本科專業(yè),也全面以工程教育認證目標為培養(yǎng)方向,積極展開專業(yè)認證的相關工作。“單片機原理與應用”是工科院校電氣自動化相關專業(yè)的專業(yè)必修課程之一,研究的是單片機相關硬件指令系統(tǒng),以及編程方法和設計技術等,直接涉及學生的創(chuàng)新能力,也是提高學生就業(yè)能力的重要技術基礎。為適應就業(yè)市場人才需求,培養(yǎng)國際互認的工程科技人才,課程教學改革應遵從培養(yǎng)學生工程素質為主線,強調應用性和實踐性,以此為切入點,從教學體系結構、實踐實驗內容、考核形式等方面進行改進。

  1傳統(tǒng)單片機教學與工程認證標準的差距

  工程教育認證的基本原則是基于產出導向的教學模式(Outcomes-basedEducation,OBE)。它包含學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件7條通用標準,考慮到我國高等學校以往對本科教學培養(yǎng)目標的制定常由學校統(tǒng)一教學指導機構設定,并沒有將以學生為中心的理念完全推行開來,導致違背產出導向的基本原則,使得學校培養(yǎng)出的人才與社會實際需求脫節(jié)。傳統(tǒng)單片機教學方法是按照教材的順序,對照知識點的難易度從簡單到復雜,逐章進行理論知識的講解,雖然在過去取得了一定的教學效果,但與當前工程專業(yè)認證中強調培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力仍具有一定差距。究其原因,主要存在以下3方面問題。

  1.1教學方法

  以教師為中心的傳統(tǒng)教學方法仍占據著教學工作的主導位置。由于在教學過程中老師始終圍繞單片機基本原理,理論講授比例較大,缺少與實際應用的聯系,導致學生覺得這門課枯燥,嚴重制約學生動手能力和創(chuàng)造性,從而限制了學生對單片機應用和設計能力的培養(yǎng),很難真正達到專業(yè)認證培養(yǎng)方案以及社會對創(chuàng)新型人才的需求。

  1.2教學內容

  傳統(tǒng)單片機實驗內容嚴重制約了學生工程實踐能力的培養(yǎng)。單片機原理與應用屬于理實一體化課程,既包括單片機理論知識學習,也包括配套的實驗訓練。由于傳統(tǒng)單片機實驗設備一般使用實驗箱,該設備結構固化,其封閉性使其無法進行硬件電路修改,學生只要遵照特定實驗要求設定參數和調節(jié)開關,編寫程序做一些驗證性實驗即可,導致學生知其然不知其所以然,對整個單片機系統(tǒng)開發(fā)及應用無法形成完整系統(tǒng)的概念,很難拓展學生視野,更談不上為學生提供設計性和創(chuàng)新性的單片機學習環(huán)境。

  1.3考核方式

  符合工程教育專業(yè)認證的考核機制應充分考慮能否體現學生的真實水平,達到公平有效地評價學生的學業(yè)水平和創(chuàng)新能力等。但是傳統(tǒng)單片機教學中往往存在一張試卷定成績的考核評價制度,使得教學內容、考核方式與實際應用脫節(jié),導致學生成績不能真實反映開發(fā)能力。

  2基于工程教育專業(yè)認證的單片機教學設計

  工程教育專業(yè)認證主要包括對培養(yǎng)目標、學生達到畢業(yè)標準的要求以及課程持續(xù)改進能力等相關建設,從基本上反映了社會的實際需求。江蘇大學無錫機電學院重視培養(yǎng)學生的工程實踐能力,支持單片機原理與應用的教學改革,主要從教學方法、教學內容、實驗內容、持續(xù)改進4個方面展開。

  2.1優(yōu)化教學方法

  按照工程教育專業(yè)認證“以學生為本”的原則,充分發(fā)揮老師的引導作用,實現“以學生主體,教師指導為輔”的理念。

  2.1.1注重學生能力培養(yǎng)

  在輔助和引導學生時,要注意分寸,避免手把手替學生解決問題。通過教師的適當引導來培養(yǎng)學生的發(fā)散和深刻思維,鼓勵學生養(yǎng)成自己動手獨立解決問題的能力。具體如下:在教學活動中,多采用啟發(fā)、講授和討論相結合的方式,在與學生互相探討的過程中,鼓勵學生自主思考,并有意識地培養(yǎng)學生正向思維和逆向思維,引導學生對所學知識先理解,再應用。利用教師主導和學生反饋,在整個教學過程中調動學生主觀能動性,注重結合工程實踐,培養(yǎng)學生工程意識,提高學生獨立分析解決問題的能力。

  2.1.2教學內容與實際問題結合

  基于單片機具體實例,注重課程綜合應用的特點。具體如下:為避免傳統(tǒng)教學方法僅側重系統(tǒng)和嚴謹性,而忽視應用性,多使用案例教學法。實際上,單片機原理中有相當一部分抽象難以理解的內容,都可采用案例教學法。例如,在學習單片機定時器相關內容時,圍繞數碼管秒表顯示案例展開,通過向學生展示數碼管顯示的延時控制由定時器功能單元實現,學生很快體會到前面章節(jié)延時指令與新的定時器延時原理不同之處,有助對本章節(jié)的理解。在對具體案例的分析中可讓學生體會單片機系統(tǒng)設計的全過程,鞏固學生對基本概念和理論知識的理解和掌握。

  2.2依據畢業(yè)標準優(yōu)化課程大綱

  明確培養(yǎng)目標,調整完善符合畢業(yè)標準的課程大綱。由于工程教育專業(yè)認證的核心理念是“以人為本”,首先需要明確培養(yǎng)目標,即充分考慮學生的實際情況。筆者所在無錫職業(yè)技術學院電氣自動化專業(yè)針對大三上學期的學生開設單片機原理與應用課程,本課程對應的畢業(yè)要求是學生能夠綜合運用所學的理論和技術手段分析解決問題。

  2.2.1調整教學內容

  慮到剛進入大學三年級的學生專業(yè)基礎相對薄弱,從學生專業(yè)背景出發(fā),以學生畢業(yè)要求為導向,適當刪減純理論教學內容,調整實驗實踐內容比例。除了安排獨立的單片機實驗實踐課程,還將原先8課時的實驗增至12學時。在課程實踐內容設計上,為使實驗環(huán)節(jié)覆蓋多個知識點,將較完整或經簡化的實際工程項目分成若干實驗環(huán)節(jié),循序漸進逐步擴展學習內容,最后再加以組合重現完整的工程項目。

  2.2.2制定覆蓋畢業(yè)要求指標點的考核方案

  單片機原理與應用屬于應用實踐性強的課程,若仍采用以閉卷考試單一為主,即用一張試卷決定學生總評成績,無法客觀評估學生對該課程的掌握程度。考慮上述原因,本課程需要的考核方式,需要覆蓋畢業(yè)要求能力指標點,并使評價結果盡可能真實體現學生實際水平。新的考核方式本著工程教育專業(yè)認證的理念,為達到客觀體現畢業(yè)要求指標點,側重多階段測評和多方式考核,著重對學生整個學習過程的表現進行跟蹤評價,考核內容圍繞畢業(yè)要求指標點4-1“能夠設計滿足特定需求的電氣系統(tǒng)并選擇元器件,繪制電氣原理圖、元器件安裝布置圖、電氣接線圖,編制I/O分配表”和指標點4-2“能夠針對系統(tǒng)編寫軟件程序,并采用科學方法進行模擬調試”展開,具體考核評分方法如表1所示。采用表1的課程考核評分方式,將終結性評價體系和過程性評價體系相結合,對學生單片機學習過程,及實踐創(chuàng)新能力進行考核,全方位考查學生單片機學習情況,避免學生期末突擊式學習,基本符合專業(yè)認證中對學生實踐能力的需求。

  2.3豐富實驗內容

  將計算機仿真技術引入單片機課堂教學中,豐富實驗形式,采用單片機數字聯調仿真。其中proteus軟件是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具之一,可對多款單片機及相關接口芯片提供支持,并兼容keil等第三方編譯開發(fā)軟件,是對單片機應用系統(tǒng)進行輔助設計的全開發(fā)性仿真實驗平臺。教師引導學生在課堂教學同時搭建仿真平臺,既能學習單片機應用系統(tǒng)硬件接線又能學習軟件調試方法,比如可隨時觀察寄存器、存儲器的變化以及程序不同階段的運行過程,從而跳出傳統(tǒng)實驗箱固有電路的束縛,將以前單片機純理論的抽象內容具體化。對學有余力的學生,以前他們課余想練習單片機時,要等實驗室開放,很不方便,而仿真實驗平臺的搭建對硬件設備要求不高,每位學生課后可在自己電腦上安裝單片機虛擬實驗室,不僅提高他們學習興趣,也對學習繪制PCB圖和進行交互式電路仿真有極大幫助,從而激發(fā)學生的主動性,在不知不覺中引導學生自主利用課余時間學習,將仿真結果真正作用于實際電路,促進學生單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)能力,有效實現了真正的“教學做”一體化。

  2.4依據達成度指標持續(xù)改進課程

  工程教育專業(yè)認證重要原則之一是持續(xù)改進,用以促進學生能力的持續(xù)提高,通過最終的達成度評價,來總結教學過程的經驗和教訓,有利教學質量的監(jiān)督和反饋[7]。當結束本輪教學,教師應對本課程對應于畢業(yè)要求能力進行達成度分析,對本輪課程教學進行反思,并將結果運用到下一輪教學過程的改進中。以電氣自動化專業(yè)“單片機原理與應用”課程為例,對電氣工程自動化2014級和2015級同專業(yè)的該課程總評成績進行統(tǒng)計分析。通過14級課程評價,發(fā)現學生對于硬件接線圖和使用科學方法綜合調試掌握欠缺,在后續(xù)課程教學中,針對性地增強實踐、課程設計環(huán)節(jié)對學生動手能力的培養(yǎng),并輔以分組形式進行練習和答辯。在后續(xù)15級本課程評價中,指標點4-1的達成度從79%提升到82%,指標點4-2的達成度從73%提升到75%,達到該課程改進優(yōu)化的目標。

  3結語

  工程教育專業(yè)認證對于高等學校人才培養(yǎng)具有重要意義,本文針對“單片機原理與應用”在專業(yè)認證中的教學建設等相關問題進行分析與研究,通過加強對學生學習過程和學習能力的考核,以學生切實掌握單片機應用技術為目標,注重培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力,為創(chuàng)新型應用人才需求提供保障。

  [參考文獻]

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  [2]孫娜.我國高等工程教育專業(yè)認證發(fā)展現狀分析及其展望[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育,2016(2):30-31.

  [3]陸永.淺談工程教育專業(yè)認證與地方本科高校工程教育改革[J].高等工程教育研究,2015(6):158-159.

  [4]游昕.新形勢下工程教育專業(yè)認證理念與治學的思考[J].河北工程大學學報(社會科學版),2017(12):118-119.

  [5]王海燕,駱健.關于高校實施工程教育專業(yè)認證的探討[J].江蘇高教,2014(4):103-104.

  [6]劉光平,陳紅仙,鐘平.proteus在單片機實驗教學中的應用[J].計算機教育,2015(17):103-106.

  [7]教育部高等教育教學評估中心.工程教育專業(yè)認證通用標準2016[EB/OL].(2016-05-24)[2018-02-01].

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