基于工程教育专业认证的单片机课程大纲设计中的若干问题分析

王 恒，桑元俊

（安徽工程大学机械工程学院（人工智能学院），安徽芜湖241000）

0 引言

工程教育专业认证（后面简称工程认证）是一种国际上通行的工程教育质量保障制度，也是我国目前大力推广的一种合格性评价体系［1-2］。工程认证的对象是工科专业毕业生，是以培养目标和毕业出口为导向的［3-4］。工程认证的核心是要确认这些毕业生达到相应的标准要求，因此工程认证也是实现工程教育国际互认的重要基础［5］。工程认证要求各门课程在教学实施过程中需根据学生毕业要求达成来设计和开展各个教学环节。教学大纲是开展教学的指挥棒，是教学活动中的纲领性文件，设计和制定符合工程认证标准的教学大纲就显得尤为重要［6］。

单片机课程是测控、机电等专业非常重要的专业课［7］。单片机作为检测控制系统的核心，学生在参加创新、创业、竞赛、毕业设计等实践环节时都会用到，起到控制的作用，因此掌握单片机的应用技术对学生非常重要。

本文以单片机课程为例，以工程认证的视角，从知识点角度设定课程目标，分析课程对复杂工程问题的支撑，明确课程目标对毕业要求的支撑，给出达成课程目标的途径和措施［8］。

1 课程目标

单片机课程属于专业基础课，课程的目标主要是为了让学生掌握本专业中设计和开发工程问题所需的主控器件的基础知识和技能；对单片机应用系统的功能及特性，能进行初步的需求分析、方案设计、器件选择、软硬件设计和调试等。针对课程的知识点进行整理后，本课程的目标从知识点的角度有如下几点。

目标1：能解释相关专业术语，如单片机、单片机应用系统、嵌入式系统等。

目标2：能熟悉单片机内部的基本构造，会分析单片机内部工作原理。

目标3：能编写、调试基本的C 语言程序，能应用C 语言来描述和实现简单的控制算法，解决工程问题。

目标4：能解释中断系统的含义，分析单片机应用系统使用中断系统时的实时性，会分析和设计满足实际工程性能指标要求的中断控制电路系统。

目标5：能理解定时器/计数器的工作原理，会利用定时器/计数器解决工程中的实际问题。

目标6：能解释通信的概念，理解UART接口的工作原理，能分析实际工程问题选择具体接口，并设计相应的串行通信硬件和软件系统。

目标7：能分析系统存储器资源是否满足工程需要，能选择存储器芯片并设计相应的扩展电路，并分析出系统的地址分配。

目标8：能解释接口和端口的概念及区别，会根据接口电路图分析端口地址，能利用C语言程序控制接口的数据传输，会解决简单的实际工程应用问题。

目标9：能掌握常用I/O 芯片的控制、编程方法，根据实际工程应用问题设计简单的电路。

目标10：能掌握常用的输入和输出器件的使用方法，能根据工程问题设计相应的电路，并编写相应程序控制输入、输出设备。

目标11：能够建立单片机应用系统的整体概念，形成单片机应用系统软硬件开发的初步能力，会分析和解决简单的实际工程应用问题。

2 课程对复杂工程问题的支撑

工程认证的12条毕业要求中，有8条都与复杂工程问题相关。培养解决复杂工程问题能力的重要途径是教学过程的开展，各个课程作为教学系统中的重要环节，必须要有对复杂工程问题的支撑。教师在授课过程中要引导学生提炼出复杂工程问题，然后分析复杂工程问题，最后运用适当的技术、工具、方法等解决复杂工程问题［9］。

复杂工程问题首先是工程问题，工程是科学和数学的某种应用，而工程问题是指面向社会应用、工程应用中的问题［10］。其次，复杂工程问题具备的“复杂” 特征如图1所示。复杂工程问题必须具备图1中的特征（1），同时具备图1 中特征（2）～（7）的部分或全部。单片机课程具体支撑的复杂特征及说明如图2所示。

图1 复杂工程问题的“复杂”特征

图2 单片机课程对复杂工程问题的支撑

3 课程目标对毕业要求的支撑

将12 条毕业要求进行分解，单片机课程目标对毕业要求的支撑关系如图3所示。

图3 课程目标对毕业要求的支撑

4 达成课程目标的途径和措施

（1）学生可以根据图4所示的单片机课程知识架构的主线来顺序学习课本知识，配合2条辅线所列的硬件设计和软件设计相关方法，学生才能更好地掌握全书内容。只有知识和方法相结合，学生才能真正地实现将理论应用于实践，利用课本知识分析单片机课程中的复杂工程问题，并予以解决。

图4 单片机课程知识架构的主线和辅线

（2）注重实践。本课程是一门实践性非常强的课程，学生只是听课、看书是不能解决问题的，需要在实际的动手过程中不断地吸取和获得经验。课堂以简单案例入手，引导学生分析需求，拆分出所需知识点，然后研究如何使用书本上的理论知识解决问题，具体实现时对比几种实现方法，分析各种方法的不同和优劣。课后作业以实践作业为主，考核时加大实践内容的占分比例。另外，在实践过程中，通过启发和讨论的方式，引导学生自主排除故障，锻炼学生思维和动手能力，提高学生实践自主性，并巩固加深对理论知识的理解。通过大量的实践，学生能将课程和工程联系起来，而不是只停留在书本上。

（3）教学形式多样性。课堂精讲，留出时间给学生实践；多媒体教学，加入动画，吸引学生；针对案例，各小组课堂分组讨论，给出解决方案；虚拟仿真，既可以节约实践成本，又可以增强学生实践能力。

（4）通过作业、课堂提问及测试等环节进行训练、督促检查，以巩固学习成果。

5 结语

工程认证是我国高等教育与世界接轨的桥梁，高校的各门课程在教学过程中必须要符合工程认证的要求。如何设计制定出符合工程认证的教学大纲也就成了工程认证实施的关键环节。本文以单片机课程为例，从知识点的角度确定了课程目标，在分析了复杂工程问题特征的基础上探讨了单片机中存在的复杂工程问题，本文还分析了课程目标支撑的毕业要求，最后给出了达成课程目标的途径和措施。本文对设计和制定符合工程认证标准的课程教学大纲中一些问题进行了分析和讨论，对制定其他专业课程教学大纲有一定的参考价值。