董晓庆 苗利明 林科业 谢森林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-3319

摘  要：针对工科专业学生应用创新能力不强及新工科背景下产业和技术发展需更新教学内容的需求，本文以单片机类课程为例，开展“新工科背景下地方高校项目驱动教学方法探索与实践”研究，包括设计符合地区主要支柱产业转型升级需求的课程项目，探索“以学生为中心”的教学方法及其配套考核方式，推动工科专业中注重应用开发能力相关课程的改革创新，探索以学生为中心的工程教育崭新模式。

关键词：新工科  應用创新能力  培养模式  单片机课程  项目驱动

中图分类号：G642                              文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0210-04

Exploration on the Cultivation of Applied Innovation Ability of Engineering Majors in Local Universities under the Background of New Engineering                                                                                ——Take "Single Chip Microcomputer" as an Example

DONG Xiaoqing1  MIAO Liming2  LIN Keye1  XIE Senlin1*

（1.School of Physics and Electronic Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041  China;2.School of Computer and Information Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong Province， 521041  China ）

Abstract：  In response to the lack of application innovation ability of engineering students and the need to update the teaching content of industry and technology development under the background of new engineering， this article uses single-chip courses as an example to carry out a research on "Exploration and Practice of Project-driven Teaching Methods in Local Universities under the Background of New Engineering" ， Including designing curriculum projects that meet the transformation and upgrading needs of the main pillar industries in the region， exploring the "student-centered" teaching method and its supporting assessment methods， promoting the reform and innovation of related courses focusing on application development capabilities in engineering majors， and exploring student-centered A new model of engineering education.

Key Words： New engineering; Applied innovation ability; Training mode; Single-chip computer course; Project-driven

1  引言

单片机广泛应用于通讯设备、家用电器、工业控制及各种智能终端中，是控制系统及智能终端的重要部件[1-2]。“单片机”课程主要包括《单片机原理与接口技术》《单片机原理及应用》等，是大部分工科院系电子信息工程、电气工程及自动化、电子信息科学与技术等工科专业的核心专业课。

单片机教学大多按照知识结构体系，课程理论教学和实践教学分开，课堂教学以理论为主，实践教学一般采用单片机实验箱或开发板进行验证性实验，简单的软件程序调试并下载到实验板使得学生缺少综合的应用开发锻炼机会，综合的工程开发能力差[3]。另一方面，为应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，通知强调“将产业和技术的最新发展、行業对人才培养的最新要求引入教学过程，更新教学内容和课程体系，建成满足行业发展需要的课程和教材资源，打通最后一学里”，探索实施“新工科”工程教育人才培养的新模式[4-7]。

在新工科背景下单片机课程教学模式改革方面，全国各大高校纷纷展开了研究，取得了相关的研究成果。牛军等人[8]针对传统教学模式中理论教学与实验教学分离、先理论后实践的问题，对传统教学模式和考核模式进行改革，将理论与实践交叉融合并行进行的模式，并用过程化考核取代传统闭卷考试形式，重点关注学生的应用开发能力考核，取得了良好的教学效果。谢宏霖等[9]提出了“项目驱动法”的单片机类课程教学的新思路，提高了学生学习的参与度及主观能动性，大大改善了教学效果。王莉等人[10]对网络教学模式与传统教学模式进行了对比分析，在此基础上提出了基于SPOC的混合教学模式，详细介绍了在线课程资源的制作方法及混合教学模式的实施方案，实施效果表明该混合教学模式有助于学生综合应用能力的培养。李佳佳等人[11]针对“新工科”专业人才培养的需求，指出在课程教学过程中应更多关注学生实践动手能力及应用创新能力的培养。以电气信息类专业的必修课程“单片机原理及应用”为例，，针对该课程理论讲授课时比例偏大，不能充分调动学生学习的积极性和主动性问题，作者突破传统教学方法，以课程设计 、科研项目及学科竞赛等多种实践锻炼方式，激发学生的学习热情;同时，通过开设任务型网络课程，改革考试机制，全方位提高教学效果。闫鹏程[12]根据新工科要求，以自动化类课程教学为例，结合工科院校专业课程教学存在的学生实践锻炼机会少、应用开发能力不强等问题，提出新工科背景下单片机课程的教学模式改革与探索，提高了自动化专业学生的工程实践能力和综合应用开发能力。王利[13]等人根据新工科建设对机电类专业人才培养提出的新要求，以满足新经济和新产业发展对新工科人才的需求，针对目前该课程教学现状及问题，在教学内容、教学方法、学风建设、考核评价方式等四个方面进行了改革与探索，采用项目驱动教学和虚拟仿真教学相结合的方法，同时结合学科竞赛和科研兴趣小组，以培养学生的实践动手能力、创新能力、跨学科交叉融合能力和团队合作精神。

综上所述，当前研究成果根据新工科对学生综合应用开发能力的工程教育需求，对传统课堂教学模式进行了改革，增加了学生动手实践能力的锻炼机会，改革了考核方式，提升了学生综合应用开发能力。但对地方院校工科专业学生在新工科背景下如何培养方面研究较少，基于此，本文针对目前单片机课程理论教学与实践教学分开导致学生工程研发能力差的问题及新工科背景下产业和技术发展需更新教学内容的需求，开展“新工科背景下地方高校单片机类课程项目驱动教学方法探索与实践”研究，包括研究设计符合地方经济发展和产业转型升级需求的课程项目、研究以学生为中心能激发学生志趣的理论实践充分融合的项目驱动教学方法、研究项目驱动的“单片机类课程”配套考核方式，对推动现有工科专业的改革创新，培养具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才具有重要意义。

2  教学模式改革思路

下面分别从课程项目设计、项目驱动教学方法探索、配套考核方式制订三个方面详述改革的思路，具体如下。

2.1 设计符合地方产业需求且涵盖课程主要知识点的课程项目

团队近年来与所在地区支柱产业企业开展了深入的合作，包括陶瓷、不锈钢、包装印刷、茶叶等行业，科研项目涵盖包装印刷装备大数据平台研发、茶叶种植过程监测、智能玩具研发、智能马桶开发等，具有丰富开发经验，对地方产业转型升级具有较深刻的见解;同时，团队成员常年担任学院单片机类课程任课老师，具有丰富的任课经验，熟悉单片机课程知识体系。

基于上述的地方资源及自身优势，团队主动对接区域经济社会发展需要和企业技术创新要求，进一步对地区陶瓷、不锈钢、包装印刷等支柱产业企业进行调研交流，梳理产业转型升级需求，例如装备的自动化、网络化及智能化，制造车间的数字化等;结合团队承担的纵向、横向项目，并重新组织单片机课程相关知识点，将企业需求及项目团队研究成果转化为单片机课程的“项目”，让课程项目有效串起各个主要知识点，让知识点内化于项目的各个功能模块，从而设计出一套既符合地方产业需求同时能够涵盖单片机课程主要知识点的课程项目。

下面以一个课程项目为例，说明如何制定课程项目：（1）罗列出单片机课程的主要知识点，比如I/O口控制、中断系统、定时器、串口、AD/DA等;（2）梳理地方主要产业及其开发需求，比如学校所在地广东省潮汕地区主要特色支柱产业且与本校工科专业密切相关的有智能马桶、智能玩具、陶瓷生产自动化生产线;（3）确定课程项目。制定原则包括：项目需包含单片机主要知识点且项目跟企业需求密切相关。根据该原则及前面两点，本课题制定 智能马桶语言识别模块及智能马桶主控板两个项目。这两个项目均包含了I/O口控制、中断系统、定时器、串口、AD/DA等单片机主要知识点，同时又是本地支柱产业智能马桶的核心控制模块，企业对这方面的人才需求巨大。

2.2 探索“以学生为中心”的项目驱动教学方法

传统的教学过程以教师、教材及课堂为中心，教师以教材作为授课内容，在教室、实验室等主要教学场所，通过板书、语言等媒体工具将知识按安排的顺序传授给学生。该模式主要弊端是，教学实施过程中学生是被动地灌输及接受者，缺乏双向的互动，教学效果一般[10-13]。

项目驱动教学以学生为中心，教学过程中教师作为组织者及指导者，该过程中教师主要作用是利用各种环境要素充分发挥、调动学生的主观能动性，实现学生的主动学习及探索。与传统的教学方法相比，“项目驱动法”能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望，促使学生主动学习，充分发掘学生的创造潜能，提高学生的工程思维能力、实践动手能力以及团队协作能         力[8-9]。

团队以设计符合区域产业需求的课程项目为基础，将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程，将团队的研究成果及时转化为教学内容，向学生介绍学科研究新进展、实践发展新经验，提高学生对单片机课程的兴趣度，让学生在项目研发中学习单片机的各个知识点，培养学生的设计思维、工程思维、沟通协商能力和工程领导力。

2.3 制订科学的考核方式

课程项目的评估总结是“项目教学法”的重要环节。实施过程中，教师针对学生遇到的问题，协助指出问题的所在并针对性提出解决的思路，引导学生进一步思考并尽量通过自己的努力解决问题，在该过程中锻炼解决问题的能力，提升攻坚克难的耐心及自信心;同时，要注重培养组内及各组间学生的团队意识及协调解决问题的能力，互相学习、取长补短。

项目驱动教学方式的考核主要在于项目实施过程中的评分标准。根据课程项目特点及教学模式，考核评价标准主要包括：完成时间、完成效果、口试、报告和综合表现5项内容。5个评价目标充分显示学生的各种学习能力，从方案制定、软硬件开发设计、焊接调试、沟通协调等多方面对学生进行综合评价。例如本课题制定的课程项目“智能马桶主控板研发”，该项目涵盖了I/O口控制、中断系统、定时器、串口、AD/DA等知识点，项目组3～4人，分模块进行开发，时间期限1个月，每周上课除了理论课教学之外，专门安排时间抽查部分组别的开发进度，询问组内各个成员的开发情况，并针对问题给出指导意见，在此过程中培养并考察学生研发能力及解决复杂工程问题的能力，真正做到过程化考核。

3  结语

本文针对传统工科专业培养模式不适用新工科背景下工程教育培养模式的问题，以单片机课程为例，对新工科背景下地方高校学生应用创新能力培养进行了有益的探索，包括设计符合所在地区主要支柱產业转型升级或新兴产业需求的课程项目，探索“以学生为中心”的单片机类课程项目驱动理论实践高度融合的教学方法及其配套考核方式，推动工科专业单片机类课程的改革创新，探索以学生为中心的工程教育模式。通过本课题的实施，在课程项目中培养学生的创新应用能力，同时为地方产业输送对口的人才，促进地方产业发展。

参考文献

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