基于工程教育专业认证的课程改革研究与实践

杨雅宁　杨世浩

摘要：微机原理与单片机技術课程是电子信息工程专业最重要的专业课之一。以宁夏师范学院微机原理与单片机技术课程为例，分析了该课程现状及存在的问题，在工程教育专业认证导向下，课程组根据毕业要求和培养计划出发，多方位进行课程改革和实践，旨在有效促进课程效果，提升教学质量，体现对学生职业能力和工程实践能力的培养，形成持续改进机制，进而有效推动电子信息工程专业的工程教育认证工作。

关键词：工程教育专业认证;课程改革;微机原理与单片机技术

中图分类号：G42      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）09-0159-03

工程教育专业认证是国家对工程技术人才培养的统一标准和要求，是我国工程技术人才培养与国际接轨的桥梁[1-2]。自2016年，我国正式成为《华盛顿协议》第18个正式会员，标志着我国工程教育质量认证体系实现了国际等效，我国工程专业质量标准获得了国际认可[3-4]。工程教育专业认证为我国高等工程教育指明了方向，可以促进我国高等教育的发展[5]，有效提升我国高等教育质量。目前，我国各高校一线教师本科教学改革的方向、手段和措施也是基本围绕工程教育专业认证标准实施的。

宁夏师范学院位于宁夏南部山区，以服务民族地区、贫困地区基础教育和区域经济社会发展为己任。电子信息工程专业是学校为数不多的非师范专业之一，在工程专业教育认证的背景下，我校电子信息工程专业以 “成果导向教育”“以学生为中心”“持续改进”为指引，以“新工科”“产教融合示范专业”“一流专业”为载体，认真落实“培养满足宁夏、辐射西北的电子信息行业高素质应用型工程技术人才”的专业人才培养目标。

微机原理与单片机课程作为电子信息类专业的专业核心课，对专业的人才培养目标及课程体系都有非常重要的支撑作用。我校电子信息工程专业和电气工程极其自动化专业都设置了微机原理与单片机课程。因此，客观分析与评价我校微机原理与单片机课程的教学状况，总结教学改革过程中的经验和教训，找出课程教学中不符合工程教育要求的方面，进行改革和实践，不仅对微机原理与单片机课程建设起到促进作用，而且能为我校电子信息工程专业顺利通过工程教育专业认证提供保障。

笔者从自身讲授微机原理与单片机课程的实际情况出发，分析该课程的教学现状和存在的问题，总结该课程教学的教学改革成功方法和经验，提出课程教学改革的措施，为该专业面向工程教育专业认证提供理论支撑。

1 课程特点及主要的教学状况

1.1 课程特点

目前电子信息技术的高速发展，在各行各业都有着广泛与深入的应用，基于微型计算机的控制技术已在仪器仪表、过程控制、数据采集、信号处理等领域得到广泛的应用。微机原理与单片机技术课程主要研究微型计算机的硬件结构、工作原理、常用的接口技术的理论知识，讨论运用微型计算机及接口技术解决实际问题的思路和方法，使学生具备使用所学理论知识和实践经验解决复杂工程问题的能力。该课程是电子信息专业的专业核心课之一，在第四学期开设，共64学时。

微机原理与单片机技术课程的主要内容包括两部分，第一部分从通用微型计算机的角度出发，讲授通用微型计算机的结构、工作原理。第二部分以某型单片机为例，讲授单片微型计算机的硬件结构、工作原理、指令系统、接口技术及应用，主要侧重于讨论单片机的CPU、存储器和片内接口的工作原理和各部件之间的关系，运用单片机及常见接口分析和设计自动控制系统，解决实际问题。第一部分内容的理论性很强，第二部分内容的实践性强。理论部分知识点多且零散、细碎、抽象，尤其是CPU、存储器、接口技术的内部结构和工作原理部分，各部件的结构复杂，单元模块多，信号多，信号之间交互逻辑和流程复杂，因此信息量很大，学生看不着、摸不到，只能根据原理框图和信号流程去想象，给学生的学习带来了很大困难。在实践部分的学习中，首先学生难以建立实际问题与理论知识的联系，同时，大部分学生编程能力较弱，导致学生的学习信心不足，影响学生的学习效果和课程目标的达成度。

1.2 总体教学目标

通过学习该课程，学生应该了解通用计算机的发展情况，掌握通用计算机系统的组成部分和工作原理，将理论与基于微型计算机的控制系统的设计相结合，建立起系统的概念，有一定的系统分析、设计和调试能力，为下一步学习其他微型计算机和微型处理器打下良好基础。在此过程中，培养学生的自学能力。学习完本课程后，学生能够触类旁通，具备自学并使用其他微型计算机进行系统设计的能力。

1.3 教学现状

1）教学内容选择与组织紧跟教材，课程目标不明确

在传统的教学模式下，微机原理与单片机的课程大纲一般是根据教材内容形成的，课程目标设计、教学内容的安排与编制人所选的教材紧密相关;在教学实施过程中，教学内容的选择与组织也与教师所选教材强相关，对课程总体目标的支撑度低。因此，传统的教学模式下，存在课程目标不明确，依据教材选择和组织教学内容，难以支撑工程教育专业认证背景下的毕业要求。

2）教学方式和教学手段单一

多年来微机原理与单片机技术课程一直遵循传统的教学模式，以教师讲授教材，学生聆听接收为主。在这种教学模式下，学生对教学活动参与不够，失去了学生学习的主观能动性。教学手段单一，现代化、智能化教学手段应用太少。

3）教学评价方式单一

传统的课程评价方式主要采用期末闭卷考试和平时作业考查和检验学生的学习情况。这种考核方式存在以下几个问题：a.无法有效监督学生作业监督，可能存在作业抄袭现象，因此作业成绩难以有效反应学生本质上的学习情况;b.期末闭卷考试方式，导致学生不重视课程的平时学习，在临近期末考试时突击准备，因此对教学效果评价不够全面;c.传统考核方式和成绩构成中，不含实践考核内容，因此缺乏对实践教学效果的评价。1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76

4）实践教学重视程度

微机原理与单片机技术课程的主要特点是理论性与实践性并重，传统的教学模式下，无论是教学的课时分配还是考核方式都呈现出“重理论、轻实践”的特征。传统教学模式下，实践教学方式主要是课程配套实验，教学内容以基础实验为主，综合型、设计型实验较少，对实践教学的考核与评价不足，难以理论联系实际，对学生的知识应用能力和工程实践能力培养不足。

2 课程教学改革与实践

根据工程教育专业认证的要求，电子信息工程专业的毕业生首先应具有正确的世界观、人生观和价值观;其次在掌握工程基础知识的基础上，具备应用工程知识提出问题、分析问题、解决问题能力;再次在研究和解决工程问题的过程中掌握新工具、新方法的使用，有团队意识，在解决问题的过程中能够综合考虑所涉及的社会、安全、法律、环境、健康等因素。

针对我校微机原理与单片机技术课程教学中存在的问题，以工程教育认证对电子信息工程专业学生的培养要求和我校电子信息工程专业的毕业要求指标点为指导，课程组对该课程进行了改革和实践，构建课程对毕业要求指标点的有力支撑。

2.1 凝练教学目标，优化教学内容，修订教学大纲

在本专业工程教育认证工作的指导下，依据“成果导向教育”“以学生为中心”“持续改进”的要求，课程组认真研究毕業要求、课程特点和内容，凝练课程目标，优化教学内容，修订教学大纲。最终确定本课程的三个教学目标：1）掌握通用计算机的硬件结构、工作原理和常见接口技术的理论知识，具备分析和描述电子信息领域复杂系统的组成、工作流程能力，具备应用理论知识分析复杂系统故障的能力。2）掌握一种单片机芯片的内部结构和工作原理，了解指令系统，掌握常见的片内/片外接口技术;能结合实验，模拟工程场景，分析并抽象实际问题，细化需求，并应用单片机极其接口技术设计进行电子系统的方案设计，并在设计中考虑性能、成本、周期和环境等问题。3）能理论联系实际，根据复杂电子系统的方案，应用所学知识进行系统硬件单元电路设计、软件模块流程设计和代码实现，并基于现代电子设计工具，进行系统仿真和调试，呈现设计结果。具备解决实际问题的能力，为工程设计打好扎实的基础。该课程的课程目标支撑专业毕业要求1.4、3.1、3.2和3.3。根据课程目标，优化教学内容，形成与工程教育紧密契合的教学大纲。

2.2 教学方式改革与实践

针对教学方式和教学手段单一的问题，结合课程内容特点，课程组经过多次讨论和实践，全方位地改革和创新了教学方式和教学手段，提升教学实施过程中学生的参与度，让学生成为教学的主体，保证教学效果，提高教学质量。

1）设计预习提纲、测试题目，使学生在课前预习的过程中能够把握好重点难点。将课前预习的完成度和完成质量纳入考核环节，督促学生高质量完成课前预习，以保证课堂效果。

2）针对教学内容抽象的特点，在教学过程中利用多媒体授课，采用形象化教学法，举例子、打比方，制作动图、动画、信号的动态流程图等，把声音、动画、图形和文字等媒体有机地组合在一起，使讲述的内容形象、逼真地演示出来， 帮助学生理解抽象概念，使学生深入地认识和了解微型计算机的内部结构和工作原理。

3）针对知识点零散的特点，在教学实施过程中适当采用“雨课堂”授课，讲授完知识点讲完后，通过选择、填空、判断等客观题的方式进行随堂测试，一方面检验学生对知识点的掌握情况，另一方面通过这种方式进行课堂留白，给学生独立思考的机会，最后进行测试题讲解，帮助学生补充完善。每期组织 2 次阶段性测验，督促学生常回顾、常复习。

4）在课堂教学中，结合课程内容的特点，插入课程思政，比如，在涉及通用计算机结构的内容中，让学生收集国内外CPU和存储器芯片的相关资料，了解我国在这方面与国外的差距，结合我国在芯片行业所处的境遇，培养学生的爱国情怀，帮助学生树立正确的价值观。

2.3 加强实践教学，突出创新能力的培养

除本课程配套5个验证性实验、3个设计性实验外，学生在学期结束之前还必须完成一个综合类应用项目。组织学院内部的电子设计比赛，鼓励和引导学生参加各级各类创新创业训练项目、电子设计竞赛等。积极开展校企合作，通过开展企业实践、认知实习等方式，拓展学生的实践平台，培养学生的工程实践能力。

2.4 教学评价与课程考核改革

坚持执行“学校—学院—教研室—学生”四位一体的听课评课制度，由学校督导、学院教学督导、教研室教师随机听课打分，将得分与学生评课得分综合后，对教师授课情况进行综合、公平、公正、透明的评价。由学院教学督导组织学生填写课程调查问卷，并将学生对教师授课过程提出的意见或建议反馈给授课教师，帮助教师持续改进。授课教师在学院Moodle平台收集学生对授课效果的评价及建议，帮助授课教师持续改进教学方法。

课程考核总成绩采用百分制，由平时成绩和期末成绩构成，其中平时成绩占50%，期末成绩占50%。平时成绩由课前预习、课后作业、阶段测试、综合设计四项构成。期末成绩由期末考核卷面成绩给定。期末考核采用闭卷考试的形式进行，总分100分，试卷内容涵盖该课程的理论与实践内容，突出课程理论与实践并重的特点。

3 结束语

工程教育专业认证是国家对工程技术人才培养的统一要求。目前国内高校都在依据工程教育认证的标准和要求，探索和实施高等工程教育的改革。高等教育的改革，包括定位明确的人才培养目标、制定具体的毕业要求、构建合理的课程体系等，最终的效果还是要通过课程教学体现出来。因此，课程改革与实践才是最终的落脚点，包括确定课程内容、采用的教学方式、教学评价和课程考核方式，课程改进等。尽管微机原理与单片机课程改革与实践取得了一些成绩，初步形成了符合工程教育专业认证的教学模式，但是，课程改革与创新仍需要更多时间去验证，也需在今后的教学实践中不断改进和完善。

参考文献：

[1] 晋浩天.工程教育专业认证对我们意味着什么[N].光明日报，2013-11-27.

[2] 朱荣福，王云龙，杨兆，等.基于专业认证理念的工程文化建设[J].价值工程，2017，36（17）：253-254.

[3] 李志义.对我国工程教育专业认证十年的回顾与反思之一：我们应该坚持和强化什么[J].中国大学教学，2016（11）：10-16.

[4] 岳慧君，李发国.新形势下高校工科教师学科交叉教学能力培养支持体系构建[J].求知导刊，2019（4）：13-15.

[5] 毕广利，姜静，李慧，等.基于OBE理念下关于毕业要求达成评价方法的探索[J].高教学刊，2019（26）：55-57.

【通联编辑：张薇】1F4006D5-E36D-4BC1-93FD-30923C302E76