基于“卓越计划”的微机类课程教学改革研究

张晓辉　温显斌　王晓晔

摘要： 依据“卓越计划”的目标，针对微机类课程的教学现状，以注重培养学生创新能力，突出工程实践能力为要求，重构微机类课程的课程体系，组建高素质的工程型师资队伍，加强实践基地建设，强化实践环节，以期培养出满足社会需求、具有创新精神和工程实践能力的人才。

关键词：卓越计划；微机类课程

一、背景

2010年6月23日，教育部正式启动“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），该项目作为《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020）》组织实施的一个重大项目，旨在培养造就一大批卓越工程师后备人才。2011年天津理工大学正式启动“卓越工程师教育培养计划”，制定了《天津理工大学“卓越工程师教育培养计划”工作方案》 。该方案旨在培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的工程技术人才。要求教师应面向社会需求培养人才，对培养学生的实践动手能力提出了更高的要求。计算机与通信工程学院的计算机科学与技术专业也成为我校“卓越计划”实施专业之一。从目前微机类课程的教学过程及教学效果、学生对微机技术的掌握与开发能力以及毕业生就业状况来看，距卓越工程师教育培养计划的要求还有一定的差距。在教学过程中还存在很多问题，如课程体系设置内容重复，课程体系衔接不够；传统教学模式重理论而轻实践，课堂讲授多、实践动手少，学生的创新能力和实践能力欠缺，人才培养与社会需求相对脱节等。

二、教学改革目标

卓越工程师教育培养计划明确指出要强化培养学生的学习能力、实践能力和创新能力，培养适应经济社会发展需要的工程技术人才。因此，微机类课程的教学改革目标为在课程体系、教学内容和方法中强化实践能力的培养；组建高素质的工程型师资队伍；加强实践基地建设，强化实践环节，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力，培养适应经济和社会发展需求的各类工程科技人才。

三、教学改革措施

（一）重构课程体系

微机类课程体系中，虽然各门课程的侧重点不同，但是在内容上存在知识点的重复。如图1 微机类课程体系结构图所示。在以往的教学过程中，每个老师讲授其中一门课程，每门课程的学时安排为36节理论学时和12节实验学时，共48学时。学生会学习3遍指令系统、汇编语言程序设计等。既容易造成学生对知识的认识混乱，也浪费了时间。使得学生对整个课程体系目的不明确，构建不出微机类课程体系环环相扣，循序渐进的知识体系结构。学生的能力也只能平行发展，特别欠缺实践动手能力的培养。

于是，将微机类课程包含的微型计算机原理与接口技术、单片机原理与应用以及嵌入式系统这三门课进行整合，重构课程体系。如图2 重构微机类课程体系结构图所示。学生在第3学期学习微型计算机原理与接口技术课程，注重基础知识和理论的学习，主要内容包括80x86/Pentium微处理器结构、指令系统、汇编语言程序设计、存储器以及输入/输出接口技术等。在第5学期学习单片机原理与应用课程，其中MSC-51单片机结构、指令系统、汇编语言程序设计、存储器和输入输出接口技术等基础理论知识部分以学生自学为主，教师主要针对单片机应用系统设计模块，应用PBL（Problem-Based learning）教学法对学生进行引导式教学。同样，第7学期的嵌入式系统课程，基础理论知识的内容相似部分也引导学生自学为主，培养学生的学习能力。教师主要针对嵌入式OS及移植应用、嵌入式软件设计以及嵌入式应用开发实例模块，通过课程设计、12周校内实习的方式学习，以锻炼学生分析问题、解决问题的能力，以及创新意识和开发设计动手能力。

（二）组建高素质的工程型师资队伍

改变传统的一名教师一门课程的教学模式，以教学团队的形式承担课程的教学任务。培养、选拔若干名教师组成教学团队，根据重构后的微机类课程体系，进行理论课程的讲授和实践课程的指导。第3学期的微型计算机原理与接口技术的基础理论知识部分，是整个课程体系的基础，由一名资深教授讲授。实验部分是课堂讲授的补充，由一名动手能力强的青年教师带领学生完成3门课程在3个不同学期的实验指导，做到实验内容、难度的层层递进。第5学期和第7学期的课程设计环节，主要以锻炼学生动手实践能力和创新意识为主，由科研前沿的教师担任。第7学期12周的校内实习环节是重构课程体系的特色，也是培养学生现代工程意识、学习能力、创新能力和开发设计能力以及沟通合作能力非常重要的环节，由具有工程经历的教师或者具有资深工作经验企业人员进行指导。

整个教师教学团队，要定期开会，研讨教学内容与教学方法。做到教学内容不重复，教学方法多样化。发挥每个教师的长处，每学期都能使学生学到新的知识、锻炼新的技能，提高新的能力。

（三）加强实践基地建设，强化实践环节

创新人才培养须要打造平台，提供舞台。为实施卓越计划，学校与北京中软国际信息技术有限公司、天津灯塔涂料有限公司、天津第一机床总厂、河南许继工控系统有限公司共建了4个国家级工程实践教育中心。在我院也建设了相关实践教学基地，如计算机技术硬件实验室、工业与信息化部微软嵌入式技术联合实验室等。

充分利用实践基地，开展微机类课程的实践活动。实践活动主要包括实验环节、课程设计环节、校内实习环节和校外实习环节。

1.实验环节：通过实验环节的训练，弥补课堂理论教学中的不足，增强学生的感性认识。在实验环节中保证让每一个学生独立完成实验，使每个学生的动手能力都得到充分锻炼。使学生掌握微机的基本组成、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计的基本方法，接口电路及系统硬件设计方法，为解决工程实际问题打下基础。使学生具有一定的应用、开发各类微机的技能，培养学生应用计算机进行系统设计及分析解决实际问题的能力。

2.课程设计环节：在课程设计环节中实施PBL教学法。PBL教学法以问题为导向，是基于现实世界的以学生为中心的教育方式。 教学思路设计分为问题提出、资料查阅、讨论研究和总结反思4个主要步骤。学生之间互相合作、共同探究，逐步寻找问题的解决方法。以学生自主学习和自我探究为主，作为合作者的教师仅在关键时刻起到点拨和引导作用。

在实验环节阶段表现突出的同学可以担任组长，由其选择组员并确定题目。在教师指导下分工合作，查阅资料、小组讨论，提出合理、可行的方案。教师在指导过程中采用启发式的教学方法，小组提出方案后，同小组学生一同讨论，研究其合理性、可行性。课程设计在实践教学基地进行，保证学生的实验时间和空间，给学生充分的自主学习和自我研究的空间。此阶段以培养学生的创新实践能力为主，要鼓励学生求新、求异。

3.校内实习环节：模拟企业模式，组成学生开发团队进行长达12周的校内实习。在有工程经历教师或资深经验的企业人员指导下，模拟企业开发团队模式，组成学生开发团队。学生团队可以选择教师提供的项目，也可自拟题目，团队成员分工合作，相互学习、交流，共同完成项目。

校内实习环节过程中，教师起引导、点拨、督促的作用，可介绍相关的技术标准与政策法规，让学生提前熟悉企业工作模式。该环节注重培养学生现代工程意识、学习能力、创新意识和开发设计能力以及管理与沟通合作能力等，完成学生进入社会的热身。

4.校外实习环节：经过了以上几个环节的锤炼，学生已经具备了基本的实践动手能力。应该安排学生到企业去体验锻炼。在学校建成的国家级工程实践教育中心，或者其他企业进行校外实习环节。使学生开阔思路，拓广知识面，将学到的微机类课程的知识应用到真正的实践中去。

编辑∕岳 凤