工程教育认证背景下微机与嵌入式系统实践教学改革与探索

苏晓峰　王海涛　张平　魏勇　张军锋

摘   要：针对传统微机与嵌入式系统实践教学缺乏系统性、教学方式方法单一、考核与评价不合理等问题，以工程教育认证的理念和标准，对该课程实践体系的构建过程，实践方式方法的改革与创新及实践环节考核与评价进行了探索和研究，旨在提高学生微机与嵌入式系统的综合应用能力和创新能力，培养学生的工程素质。

关键词：工程教育认证  微机与嵌入式系统  实践教学改革

中图分类号：G642.0                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0216-02

工程教育专业认证是国际通行的保障工程教育质量的基本制度，我国于2016年成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员，意味着工程教育逐步规范化、标准化、国际化和可持续发展。工程教育认证强调以学生为中心的教育理念，并将其落实在培养目标制定和评估、教育教学资源建设及质量监控机制的全过程，采用学生学习效果、能力提升作为标准来评价教育质量[1]。

《微机原理与嵌入式系统》课程是工科院校电控等相关专业的专业基础课。该课程的主要目的是为了帮助学生建立微机与嵌入式系统的整体概念，掌握微机与嵌入式系统的工作原理和组成、内部结构、外围常用接口电路、编程语言及方法等，并具备实际应用系统开发的初步能力。总结传统微机与嵌入式系统的实践教学，主要存在以下问题与工程教育认证标准和要求有较大差距。

1  与工程教育认证的差距

1.1 实践教学体系缺乏系统性

实践环节在微机与嵌入式系统课程教学过程中起着至关重要的作用[2]。然而在传统“重理论、轻实践”的观念影响下，微机与嵌入式系统实践教学改革的深度并不明显，实践教学只是作为理论教学的验证与补充。如今大部分高校微机与嵌入式系统的实践教学还仅限于课内几学时的实验，这种实践方式明显深度不够，且缺乏系统性和延续性，仅能使学生掌握简单的微机与嵌入式系统实验操作技能，难以形成微机与嵌入式系统设计与开发的能力，更达不到工程教育认证所要求的学生工程应用与创新能力的培养要求。

1.2 实践教学形式和方法单一

目前，微机与嵌入式系统实践教学形式主要还是以实验为主，由学生借助微机系统实验箱完成。由于微机实验箱结构相对固化，对学生开放的资源很少或者没有，导致学生既看不清实验箱内部的硬件电路，也无法修改电路，只能遵照特定的实验步骤和要求进行接线，然后编写程序调试结果，使得学生很难进行创新设计[3]。这种实践方式与工程教育专业认证指导思想相违背，不能让学生真正参与进来，学生缺乏主动设计和主动思考的机会，学生的体验感差。

1.3 实践教学的考核评价有待完善

工程教育认证十分重视培养目标、毕业要求、课程体系、课程目标等目标达成度的评价，然而目前微机与嵌入式系统实践教学的考核和评价还不尽完善和合理。实践环节在期末考试成绩、课程设计、毕业设计等最终成绩评定中所占的比重较低，且没有突出学生方案设计的合理性和创新性、电路设计的规范性、实践动手能力的强弱等应用能力与过程考核的重要性。因此，这种考核方式尚不能全面地评价学生的微机综合实践与应用创新能力，也很难激发学生主动思考、学习和应用微机与嵌入式系统的热情。

2  工程教育认证背景下的实践教学体系改革

在工程教育认证背景下，为适应未来市场人才需求，培养国际互认的工程应用人才，微机与嵌入式系统实践教学改革应遵从以学生为中心的教育理念，以培养学生工程素质为目标，强调应用性和实践性，并以此为切入点，从实践教学体系构建、实践的形式、实践的考核与评价等方面进行全方位的改革。

2.1 实践教学体系构建

任何知识的学习都是一个“由浅入深，由易到难”循序渐进的过程。因此，微机与嵌入式系统实践教学体系的构建也应遵从这样的规律，采用分层次、逐级递进的实践教学方法，使之形成一个科学而完整的教学体系[4]。第一阶段，从实验开始，通过课内设置的一些典型的验证性、设计性、综合性及课外拓展性与开放性实验，使学生先掌握微机系统各芯片的工作原理，熟悉微机系统软硬件结合的实验方法;第二阶段，是指课程设计，要求学生能够在教师的要求和指导下独立开发一个小型的微机应用系统，过程包括系统方案的确定、元器件的选型、程序的编写、实物的制作与调试等，使学生初步了解和掌握微机应用系统设计开发的过程和方法;第三阶段，主要是引导和鼓励高年级学生积极参与本科生科研训练计划（SSRT）與大创计划、本科生电子设计大赛、机器人大赛、各类创新创业大赛、教师的科研项目等，在参与项目和比赛的过程中不断总结开发与设计经验，锻炼自己能力。第四阶段，是指毕业设计，此时教师应选择一些贴近工程实际、综合性强、具有一定创新性的课题，让学生通过自主学习，去独立设计和研究，以培养学生的工程素质和创新能力，并为其毕业后从事机电一体化设计研发方面的工作打下良好的基础。

2.2 实践教学方法改革

（1）实验室开放。充分利用实验室资源和校内网络平台，将实验室对学生开放，并通过设计开发一些应用性较强的综合性、创新性微机与嵌入式系统实验项目，让学生网上预约，以弥补课内实验学时有限、学生实践能力得不到充分锻炼缺点。通过实验室开放，一方面可以使闲置的实验室资源得到充分的利用，另一方面可以使学生自主地、创造性地完成实验任务，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的学习潜能，提高学生的微机综合实践与应用创新的能力[5]。