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论文关键词:单片机原理及应用技术;设计理念
《单片机原理及应用技术》是机电一体化技术专业的一门必修专业技术核心课程。该课程是根据“机电一体化技术”专业职业岗位要求设置的一门实践性和综合性非常强的专业技能课程,是基于职业标准和工作过程开发的理实一体化的学习领域课程,是属于职业学习领域课程之一,它担负着帮助毕业生在未来职业生涯中从担任单片机程序的编制、控制系统的自动化控制等岗位的重任。通过本课程的学习,旨在培养学生学习单片机的结构和原理、单片机的指令系统、程序设计、单片机的硬件结构及其扩展、单片机的应用等,培养学生具有单片机的编程、硬件的结构设计的能力及团队协作、沟通表达等综合素质,这对提高机电一体化专业人才培养质量、提升毕业生就业能力与就业质量具有重要意义。
一、课程整体设计理念与思路
(一)设计理念
打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式,转变为基于工作过程的项目课程开发与设计,工作任务为中心、项目课程为主体,让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识,并发展职业能力。
1、以岗位需求为依据:依据自动化控制系统实践能力要求,设置课程内容,实现课程内容和职业岗位需求紧密结合;2、以工作过程为基础:按照工作过程中活动与知识的关系来设计课程,突出工作过程在课程框架中的主线地位,按照工作过程的需要来选择知识,以工作任务为中心整合理论与实践内容;3、以职业能力为主线:真正以“能力”为主线来设计课程。要按照工作的相关性,而不是知识的相关性来确定课程设置。
(二)设计思路
本课程从应用的角度出发,依据由简到难的原则,以典型工作任务为主线,设立教学项目,通过教师指导学生开展自立学习完成工作任务或项目,实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验,从而形成职业能力。共设置9个学习项目, 每个学习项目均应从知识技能等方面达到教学的标准。
二、课程整体设计
(一)课程目标设计
确定课程目标的依据是根据人才培养方案中岗位具体工作对能力、知识、素质的基本要求。通过教学,本课程总体目标是实现学生能力、知识、情感态度与价值观等不同层面职业素养的综合提升和协调发展,培养可持续发展的满足企业需求的高技能人才的目标。 1、能力目标:(1)具备单片机硬件图的表达、阅读、分析能力;(2)具备单片机汇编语言编程的能力;(3)具备单片机硬件扩展的能力;(4)初步具备单片机的应用能力。
2、知识目标:理解单片机的结构及其工作原理,了解单片机的特点及其发展过程;掌握单片机的指令格式、寻址方式、数据传送类指令、算术运算类指令等各种指令系统。掌握单片机软件编程的方法;掌握单片机的硬件结构及其硬件扩展的方法。
3、态度目标:具有实事求是的科学态度和吃苦耐劳的实践意识;具有开拓和创新精神,具有良好的职业道德和职业素质。
(二)课程内容设计
为了保证学生毕业后能够胜任有关岗位的要求,我们依据专业人才培养方案经过反复研讨后,选择了贴近实际的5个典型项目作为教学内容,以保证学生可持续发展能力的培养。并根据学生的认知规律以及职业能力成长规律,将教学项目组织为5个对应的能力训练项目。
(三)教学方法设计
1、基于教与学的教学方法。一方面以学生为主体,以专业课程和专业技能提高的需求为目的确定综合案例、单项任务和理论知识。通过课堂练习与测验、课后研究报告、课后综合案例及课程实验与学生一起“学中做、做中学”。另一方面,以教师为主导,老师指出课程学习目标和学习方法,进行正确引导(课堂、实验、课后研究报告),了解学生困惑,进行正确指导(课程学习、作业、实验报告、课后研究报告书);2、创造真实氛围的工作环境,实施一体化教学法。注重学生职业素质的养成,创设真实氛围的工作环境,开展一体化教学,将教室与实训室合二为一,形成仿真的工作场所,使教学过程变为生产过程,学习任务变为工作任务,使学生通过学习亲身体验工作。教学组织过程实施“学做一体”。采用行动导向教学模式,教、学、做过程中,实行以学生为主体的教学互动,以活动为导向的自主学习;3、案例教学法。如讲解单片机编程知识时,引入生活、工业控制实例等开展案例教学,如电动玩具的前进后退、走廊灯光的延时熄灭、仓库货物数量统计、交通灯制作等案例,增加学习兴趣和动力,又为学生利用所学知识解决相应的实际问题奠定基础;4、项目教学法。以生产过程为载体开发教学项目,整个教学围绕各个项目的解决而展开,教师提出引导性问题,学生查找资料进行决策分析,制定出计划,并进行实施,引导学生自主思考。
另外,还充分利用现代化多媒体教学手段,提高教学效率。充分利用网络教学手段,提供了网络教学平台,提高学生自主学习的能力。
三、课程资源设计
使用高等职业教育时空技术专业“双证课程”培养方案规划教材、高职高专系列教材等作为教学参考教材,实行以多媒体技术为主的网络教学环境;推荐优秀网站,建立包括课程标准、教学内容、课件等内容的教学资源库。鼓励、引导学生利用网络自主学习,利用校内实验实训教学条件,让学生有目的的,主动地去学习。
单片机课程是机械类专业的一门专业基础课。该课程是课程设计、毕业设计等教学环节中的重要实现手段,是一门实践性和应用性很强的课程,学习单片机并掌握其设计使用技术已经成为当代大学生必备的技能。提高单片机的教学效果,对学生动手能力的培养和促进学生创新意识的提高具有重要的现实意义。
2.教学现状
单片机课程是机电高素质复合技能型人才所需自动控制类知识的载体,其特点是概念多、逻辑性强、内容抽象[1],对于初学者来说入门难。传统的单片机教学一般均以学科体系为出发点,注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系,但却忽略了“可学性”,致使学生学得吃力,老师教得也很辛苦[2]。从教学效果来看,一直存在教师难教、学生难学的双重困惑,教学效果不太理想[3]。常见的教学方式是“以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心”[4]。这种传授型教学模式就使本来就很枯燥、抽象的课程更加显得乏味,学生在学习过程中对课程产生了畏难情绪[5]。而且在大部分新升本工科院校中,机械类专业学生以男生为主,且理论知识掌握较差,学习主动性不高。大部分学生对自己的大学生活和毕业去向没有规划,学习动机模糊。针对以上教与学的特点,提出一些针对单片机课程在教学过程中行之有效的教学改革思路和方法,达到提高学生的学习能力,特别是创新实践能力的目标。
3.设计教学思路和方法,提高教学质量
3.1通过问题初识单片机
学生刚开始不清楚单片机是什么?是什么样?是用来干什么的?所以,授课教师在第一次的授课过程中,应该从学生的思维角度出发,回答单片机是什么、什么样、干什么等问题,使学生从宏观上对单片机有一个理解。在解答这些问题时,最好拿一片单片机,在课堂上就能够直观地看到单片机的外观形状、大小和引脚排列等情况,这样使学生对这个概念会有更深的认识。把单片机和PC机进行一定的比较,对理解什么是单片机是非常有帮助的。PC机主要用于数据采集、运算和处理,而单片机主要用于控制且体积更小,这也是为什么目前大多数学者把单片机叫做微控制器的原因。单片机用来干什么的?解答这个问题可以通过学生身边非常熟悉的案例来进行。比如:日常生活中的电视需要使用单片机来进行设定和控制;全自动洗衣机使用单片机来对洗衣的时间和水位进行设定且控制等等。通过日常生活和生产中无处不在产品进一步地帮助学生认识、理解单片机。
3.2整合教材内容,由整体到部分、由外而内讲解单片机结构
在对单片机有了感性认识后,应把单片机看做一个整体,不能把它的结构肢解。比如在讲“单片机芯片结构”时,由整体到部分给学生强调单片机学习的主要内容,以减少学生的畏难情绪。然后将这些功能特点进行分类,画成图表的形式来加强印象,结构分类如图1所示。先讲解外部功能,再学习内部各个功能,这就是由外而内。引脚教学中,把单片机的40个引脚大致分为电源、时钟、控制和I/O口4类。先简单告诉学生,4个8位并行I/O端口占用32根引脚线、电源2根、时钟2根,这些引脚使用都比较简单,重点掌握4根控制线就可以了。这么一来,学生就会觉得几个控制线的使用绝对不难,学习单片机的兴趣就建立起来了。图1单片机芯片结构图另外在对单片机的结构理解后,应整合教材内容,使教学过程更具有逻辑性和连贯性。根据学生已学课程和本门课程教学所要达到的目的,合理地调整授课的顺序,可以帮助学生理解、促进对知识的消化。比如单片机结构与指令系统是学习单片机的最重要的基础,在这部分的学习过程中,可以将一些指令系统结合硬件部分一起进行授课,可以将汇编语言调整到前面讲授,既可以加强学生的理解又可以节省部分学时,用一些简单的程序来举例说明如何控制硬件,提高学生对硬件编程的理解。又如在单片机接口扩展的教学中,因为学生已经对总线有了一定的理解和认识,在这儿就可以引入三总线来学习接口扩展,强调接口扩展电路的设计就是这三类总线的连接。通过对教学内容和授课顺序的改变,使学生建立起整体的概念,分析并引导学生掌握课程内容的内在关联性,而不是把一本书、一堂课从头讲到尾。
3.3用浅显易懂的比喻帮助学生理解枯燥难懂的概念
学生认为单片机学习太抽象,尤其是存储器单元的数据和地址。因为数据和地址都是用二进制表示,什么时候是地址什么时候是数据学生普遍反映理解不了。在教学中用学生都熟悉的学生宿舍为例,把宿舍号理解为地址,宿舍里住的学生理解为数据。同时在后面字节单元和位地址的教学中,这个例子同样适用。比如说宿舍里每张床都有编号,想找全宿舍的人就用字节单元(宿舍号),想找某个人就用位地址(床号),其示意图如图2所示。这样不仅完成了教学任务,而且提高了教学趣味性。
4.塑造良好的学习方法和习惯,培养学生创新实践能力
4.1拓宽教学方法和教学手段,提高学生实践动手能力
要培养学生调查研究的习惯,掌握查阅资料和有关标准、工具书或参考书的能力,尤其是上网收集资料的能力,能够合理选择设计方案,并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果。教师可以将制作的教学课件、本课程的相关学习资料挂在网上,供学生学习时参考,还可在网上通过QQ群进行交流,利用网络提高学生学习的兴趣。初学者可以先掌握单片机运行和开发的一些基本技巧,然后在项目中深入学习和掌握单片机,达到学以致用的目的。不能等把所有的知识都掌握了后再去运用,这既不可能也不可取。让学生“边学边干”,而不是在理论学习的最后才进行实验。
4.2引导学生形成良好的学习观念,培养学生的创新能力
讲课的主体是传授知识,但着眼点却是培养学生的自学、分析、创新、应用等能力。让学生养成严谨的科学态度和适合自己特点的学习方法,如何听课、笔记、自学、小结等。总之,在课堂上,教师应该教会学生怎样学习、怎样思考,注重把所讲知识用相应的思维方法组织起来,鼓励学生发表自己的见解。告诉学生,学习是发现知识的过程,而不是简单的获取结果。这种教学方法让学生带着问题去学,不仅可以提高学生的学习兴趣,更重要的是培养了他们发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。比如应用程序的教学是单片机课程的重点和难点,这部分内容就是加大学时,无论教师讲得多详细、学生当时听得多懂,一到用时就又不明白。究其原因,就是少了学生自己独立思考这个重要环节。讲解应用程序时,先让学生自己思考,然后进行讲解讨论。正是在这种不断讨论和分析问题的过程中,学生的独立思考能力得到了培养和锻炼,推动了创造性思维活动。同时选拔学生参与一些科研项目,培养学生的科研能力和创新能力。
4.3改革考核方法,加强动手能力要求
有什么样的考核方式必然会有什么样的教学和学习方法。由于该课程知识点多、概念抽象、硬件难于理解、软件设计困难等特点,使传统的闭卷考核方式只能在一定程度上考查学生对知识点的记忆能力,而对学生的思维能力、分析能力、创新能力、动手能力等都难于考查[6]。因此,应改革考核方式方法,采用闭卷、论文、设计制作相结合的多样化考核方式。要求学生学会动手查阅并消化资料,将课堂上学到的理论知识、查阅到的资料以及其他相关专业的知识联系到一起,系统的来考虑问题。同时指导学生如何利用图书馆数据库进行资料检索和期刊查阅,如何进行论文报告的书写等,这对培养学生的思维能力、分析能力、动手能力、创造能力以及后续课程的学习都有很大的帮助。由于本课程具有应用性强、实践性强的特点,对学生的动手能力要求比较高,所以,通过设计制作考查学生的动手能力,也可作为期末考核的一部分,这样既完成了教学任务,又锻炼、培养了学生综合能力,同时为学有余力的学生提供广阔的创新空间。
5.结论
在日常生活以及各行业的生产中,通常都不可缺少测量温度以及控制温度的相关技术。在科学实验中,温度控制是常用的一种方式。在日常生产中,温度控制需要受到更高的重视,测量温度的目的就是为了妥善调控温度。现今的技术形势下,单片机电路控制下的数字温度计已经诞生,并且逐渐受到了更多行业的认可和接受。对于此,有必要探析单片机控制下的电路设计方式。结合温度控制的真实情况,探究更完善的电路设计以及数字温度计设计。这样做,可以直接读取精确的温度,单片机连接的方式也能够减少整体的电路制作成本,便于日常的电路使用。
关键词:
传感器;温度计;单片机STC89C52;温度传感器DS18B20
1概述
在具体设计新式数字电路的过程中,基于单片机的新式设计方式具备了独特的优势。这是由于,单片机控制方式的数字电路可以测量实时性的温度,经过测量然后显示精确的温度数值。同时,温度传感器配备了特定规格的芯片,能够在温控的全部过程中输出数字形式。相比于传统方式下的温度控制,单片机的控制能够节省额外的测温电路。与此同时,温度传感器也具备了更稳定的理化性能,可以用在工业测温的具体过程中,元件具备优良的线形。在0~100℃时,最大线形偏差小于1℃。基于单片机的数字温度计的电路设计包括:控制器单片机STC89C52芯片,温度传感器DS18B20芯片和4位显示温度的LED数码管。温度传感器DS18B20芯片进行温度检测,然后把数据送入主控制器单片机STC89C52芯片进行分析和温度值的转换,最后通过显示电路显示出温度值。
2温度传感器DS18B20芯片的工作原理
DS18B20型号的温度传感器设有内置的芯片,通过芯片就可以调控精确的时序,从而确保完整的温度数据。从单线的角度来讲,传感器可以传输的信号具体包括了应答脉冲以及复位脉冲这两类。在输入时隙时,高电平的数据线就会经过主机然后转变为较低的电平,写时隙因此就能够产生。具体而言,对于时隙的书写方式包含了0和1的两种。从高电平转换成低电平这个过程中,通常需要设置60μs或更长的时隙。在不同时隙之间,应当确保最短的恢复时间。在持续60μs以后,温度传感器就可以用来采样。具体而言,1代表高电平,而0则代表低电平。对于读时隙而言,这种时隙也源自高低两种电平的彼此转换。针对芯片的数据,具体在读取的过程中也需要确保数值的精确性。对于数据线而言,需要确保1的低电平。经过15μs之后,传感器的芯片就可以输出相应的时隙数据。因此这个阶段中,主机应当确保适当的引脚高度。对于读写时隙而言,两种类型的时隙都需要持续特定的时间,通常为60μs。在单独的时隙中间,还要留出必备的恢复时间。对于写时隙来讲,需要在设置的时间范围内将主机的总线有效释放,然后传感器芯片才能给出精确的回应。某些情况下,如果主机始终处在较低的电平,那么总线器件就需要输出0的数值。
3温度计电路的设计
3.1电源电路设计
数字温度计电源电路如图1所示,电源部分采用常见的变压器加三端稳压芯片L7805组成。变压器把交流220V变成交流12V左右,由于整个系统所用的电量不大,所以变压器选择5W的即可。为了兼容现有可用的直流电源,电源电路增加了1N4007,以防止直流电源的反接。经过整流和三端稳压管之后,输出为标准的DC5V电压。因为L7805输出电流大约为1A左右,完全可以供给后续电路工作。
3.2温度采集电路设计
基于智能化控制的数字温度计的温度采集电路如图1所示,U3为单片机STC89C52芯片,它的P0口和P2口与数码管的电路连接,以控制温度的数字显示。P3.7和温度传感器DS18B20芯片的引脚DQ连接,作为单一数据线。单片机的工作时钟频率为11.0592MHz,这决定了指令的运行时间,在软件设计中将根据此时间编写各种延时程序。U2为温度传感器DS18B20芯片,本设计中只使用了这一个单线器件,R3为单线的上拉电阻。温度传感器DS18B20芯片在出厂时默认配置为12位存储格式,其中最高位为符号位,即温度值为11位,单片机在读取数据时,一次会读取2个字节共16位,读完后将低11位的2进制转化为10进制后乘以0.0625便为实际所测的温度值,另外还要判断温度的正负。在某些情况下,单个数据线衔接的某个器件可以窃取电源,这样就形成了寄生电源。如果系统维持于较高的电平,那么电容器就能够存储足够的能量。在这时,如果转变为低电平,那么电源就会由此断开,直到再次恢复高电平。相比于普通电源,寄生电源具备了自身的优势,因为这类电源不必引入本地电源来提供帮助,自己就能够检测温度。即便缺少正常电源,那么寄生电源也可以帮助读取数值。在传感器芯片的装置上,为了测定精准的温度变化趋势,那么线路需要确保自身具备了充足的电流。这是由于,如果传感器表现出较高的芯片电流,那么DQ线就很难获得必要的驱动能力。在某个时刻,系统如果接入了较多总量的传感器,那么同时变换传感器引发的问题就会变得更明显。具体的解决途径为:发生温度变化的过程中,需要直接衔接DQ线与总电源。如果引入了寄生电源,则必须确保引脚能够接地。此外,温度传感器还可以借助外侧的引脚电源来提供电能,从而测定实时的温度。如果这样做,就可以在根本上杜绝强拉的问题。即便外文变化,主机也不必维持较高电平的状态。在温度变化时,单线仍然能够传输数据。在各条单独的线路上,都可以安放总数较多的传感器芯片。
3.3显示电路设计
基于单片机控制的数字温度计的设计采用4位数码管来显示实际测量温度,显示采用动态扫描显示,其中P0口作为数码管的段选信号,P2口作为数码管的位选信号。数码管采用共阳极数码管,因为数码管一个段码要亮,约为10mA左右的供电电流,电流太小会影响数码管的亮度。7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流,位选信号用PNP型三极管2N3906完全可以满足电流的要求。R2为限流电阻,可以根据效果,调节亮度的大小。又因为,单片机P0口最大只有26mA的灌电流,平均每一个IO口只有3.25mA的驱动能力,7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流,所以不可以直接用单片机IO口来驱动数码管。为此,系统增加了一个三态缓冲器SN54LS244作为数码管段码的驱动芯片。另外又由于P0口是漏极开路结构,所以在三态缓冲器SN54LS244前端增加了10Ω左右的上拉电阻。
4小结
在基于单片机控制的数字温度计的电路设计中,主要是以单片机STC89C52芯片为核心,对温度的检测与显示进行了简单的设计与阐述。硬件设计中主要运用了单片机STC89C52芯片和温度传感器DS18B20芯片。通过对硬件电路不断的处理,使得硬件部分比较完善,如电源模块中加入了L7805芯片,为后续电路提供了稳定的5V电压,另外,在显示电路中加入了三态缓冲器SN54LS244,保证了数码管的正常显示。总之,基于单片机控制的数字温度计硬件电路的设计达到了抗干扰,较高精度的目的。
参考文献:
[1]王静霞.单片机应用技术(C语言版).北京:电子工业出版社,2009.
[2]郝建国.单片机在电子电路设计中的应用.北京:清华大学出版社,2006.
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[4]李光飞.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[5]李光弟.单片机原理(修订本).北京:北京航空航天大学出版社,2001.
【关键词】高职 组态软件控制技术 课程标准 设计
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)08C-0074-03
随着当前工业自动化集成度越来越高,管控一体化技术在企业中的应用也在不断扩大,从而推动了组态软件控制技术课程在高职自动化类专业中的开设,并将其作为专业骨干课程,但各高职院校在开设课程过程中对课程目标、内容和要求等方面具有一定差别。笔者根据多年来组态软件控制技术课程的教学经验,设计出广西职业技术学院自动化类专业组态软件控制技术课程标准,在此与大家进行探讨,共同推动组态软件控制技术课程教学质量的不断提高。该课程标准展示如下。
一、课程性质与定位
组态软件控制技术课程是高职电气自动化技术专业的专业核心课程,其目标在于培养学生在电气工程师岗位上从事电气设备和自动化系统集成开发等方面的职业能力,达到本专业获取中、高级职业资格证书考证的基本要求,也是技术技能型人才所必须掌握的基本要素。
在课程设置上,前导课程有电工电子技术、单片机原理与接口技术、PLC控制系统安装与编程、变频调速系统安装调试与运行维护等,后续课程有自动化生产线安装与调试等。
二、课程设计思路
引入自动化仪表与装置行业标准,以工程项目和企业自动化技术员职业成长过程所对应的典型工作任务为学习内容,将职业素质培养融入课程,实施教学做一体化的过程性评价方法,具体设计思路如下:
第一,组建以学院专任教师和企业专家的课程开发和实施团队,分析电气自动化技术在专业职业岗位的工作任务,按照一定的逻辑关系进行排序,对完成任务应具备的知识、能力、素质做出较为详细的描述,形成团队成员认可、线索清晰、层次分明的工作任务分析表。
第二,根据能力复杂程度,整合典型工作任务。召开有教学专家、课程建设团队人员参与的课程标准建设会议,形成课程标准。
第三,引入自动化仪表与装置行业标准,校企共同进行课程整体设计、单元设计、教学组织设计、教学情景设计。
第四,以相关企业自动化控制系统操作、维护维修等职业岗位的工作过程为导向,从初级到高级,从简单到复杂,设计反应车间监控中心控制系统设计、开关量组态工程设计、模拟量组态工程设计、铝加工组态控制系统综合设计四个学习项目,包含简单工程的建立与运行、南南铝业模拟铝挤压组态控制系统综合设计等16个情境。
第五,根据教学规律及认知过程,构建教学计划、考核评价办法、课程考核标准及题库、多媒体教学资源建设,按照资讯计划、决策实施、评价反馈等步骤组织教学。
三、课程目标
(一)总体目标
通过组态软件控制技术课程学习,学生掌握组态软件控制技术的理论知识、操作技能,并具备工业自控系统组态、控制软件编程、参数设置调整能力,为从事电气工程师等工作岗位打下基础,并注重职业素养和诚信教育,提高学生的综合素质。
(二)具体目标
1.知识目标。(1)掌握课程中组态控制技术中常用的基本术语、定义、概念和规律,在今后工作中应能较熟练地应用这些概念和术语;(2)掌握组态控制技术组态方法,通过工程实例,学会制作组态相关工程;(3)对组态控制技术的发展趋势有所了解。
2.能力目标。(1)具备组态软件编程的基本能力;(2)具备组态软件与开关量设备、模拟量等设备的联机调试能力;(3)具有较强的典型自控系统设计能力;(4)能完成组态控制系统综合设计。
3.素质目标。(1)具备自我管理、团队精神、交往能力;(2)诚实守信,具有完成任务和解决问题的能力;(3)具备创新能力和自我学习能力;(4)具有吃苦精神和责任心,勇于承担责任,具备良好的沟通能力。
四、课程内容与要求
组态软件控制技术课程的项目、学习情境、要求以及对应的学时数,如表1所示。
五、课程实施的建议
(一)教学方法
针对不同的学习情境,选用不同特点的教学方法,主要教学方法如表2所示。
(二)教学评价
课程考核与评价采取笔试、口试、实操、作业展示、项目总结等多种方式,学生自评、小组评分、教师评分相结合,过程考核与结果考核相结合,注重能力和过程考核,过程考核占总成绩60%,结果考核占总成绩40%,如表3所示。
(三)师资条件
组成一支职称结构、学历结构、年龄结构、专兼比例合理的课程教学“双师”结构师资队伍。主讲教师由校内专任教师担任,应具有硕士以上学历或中级以上职称,能综合运用行动导向教学法,能较好掌握计算机技术、网络技术等新知识新技能,并具有相关职业资格技能证书,动手能力强;辅助教师由企业兼职教师担任,应具有较强的专业技术技能,具有较丰富的企业一线工作经验,具有高级工以上职业资格证书。
(四)教学条件
1.教学场地条件。教学做一体化教室:要求配备有电脑、组态王软件、PLC、板卡、智能仪表等设备,并且配备多媒体教学软件、投影仪和白板,方便开展一体化教学。
2.实训设施、仪器配备要求。学生每人一台电脑,4人为一个小组,需要配备PLC、板卡、智能仪表等设备;组态王6.55网络版软件(50用户)一套。
(五)其他说明
1.由于组态软件控制技术课程对实践经验及操作技能要求较高,应由专业技能熟练的骨干教师和企业技术人员共同实施,以学生为主体,教师主导,按照“教、学、做”一体的方式组织实施。
2.同时组态软件控制技术应用性强,应重视现场教学,通过认识企业生产流程,掌握组态软件控制在工业生产上的应用,提高教学效果。
六、小结
组态软件控制技术课程标准在自动化类专业中经过多年检验,取得了良好的效果,在培养高素质技术技能型人才取得了良好的效果,学生普遍反映良好。当然,该课程标准也存在一定的问题,比如软件的更新换代和功能提升,教学方式多元化发展,需要不断修改课程标准来适应需求,相信通过不断的努力,将来课程标准会得到逐步完善。
【参考文献】
[1]王佐芳.高职院校课程标准建设探析[J].中国电力教育,2011(32)
[2]王雨华.关于高等职业教育课程标准建设的思考[J].辽宁高职学报,2011(5)
[3]钟建珍,李桂霞.从教学大纲到课程标准转变的思考[J].职教通讯,2012(3)
【基金项目】2014年广西高等教育教学改革工程重点课题(2014JGZ159)
人才培养是高校的一项核心任务,国家教育“十二五”规划纲要第七章(高等教育)第十九条中明确指出要提高人才培养质量,牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位,着力培养信念执着、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才,强化实践教学环节Ⅲ。然而,社会仍存在“毕业生难找对口工作,用人单位难找优秀人才”的现象。麦可思研究院独家撰写、社会科学文献出版社正式出版的《2012年中国大学生就业报告》中提出,计算机科学与技术专业连续两年成为本科就业红牌警告专业。究其原因,并非社会不需要大量的计算机专业人才,而是一些高校计算机专业的人才培养模式不够合理,重基础理论,轻实践操作;强调知识学习,忽视开拓创新,最终导致毕业生与企业的需求存在很大差距,造成用人单位与学生无法有效对接的尴尬局面。
1 “DIY”培养理念的含义
计算机专业实践性要求非常强,高等学校的计算机教育不仅要让学生掌握扎实的理论基础,还要培养他们的开发能力和创新意识,尤其是较高的专业技能和创新能力。杭州电子科技大学计算机学院提出“DIY”(Do It Yourself)的培养理念,强调学生在教学过程中的主体地位,鼓励学生从做中学,重视学生在教学和实践过程中动手能力和创造能力的提高,在教学中始终贯穿“兴趣驱动一实践贯通一强化能力”这条主线,锻炼学生的自我学习能力;指导教师则根据知识更新、学术发展和社会需要的情况,对教学工作进行改进,以适应情况变化。“DIY”培养理念改变了传统的“教师讲、学生听”模式,一切以学生为中心,充分调动他们的积极性和主动性,学生也在不断的实践中提升了自身能力。
2 “DIY”特色人才培养模式改革方案
2.1 重建课程体系,紧跟专业前沿
计算机行业发展迅速,知识更新节奏快,学生往往对流行的技术倍感兴趣。如果一直沿用陈旧的课程体系,与专业前沿技术脱节,那么人才培养将成为空话,因此应结合社会经济发展对人才的需求,对课程体系进行系统规划,对现有课程体系中不适应时展的部分进行大力改革,聘请国内外著名计算机教育专家为顾问,以科研一线教师、教学骨干为核心,成立课程体系建设专家组,负责课程体系的制订与改革;选派教师参加国内外重要教学研讨会,如教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会组织的系列教学改革研讨会,吸收国内外计算机教育一流高校及优秀地方高校的成功经验,结合省情、校情对培养计划及各课程的教学内容进行了修订,大力建设课程体系与配套教材;在现有经典课程的基础上,融合专业发展趋势与最新前沿技术,推出具有时代特征、教学与应用协调的课程群。
针对计算机科学与技术专业学生好“软”怕“硬”、选课随意性大、不能形成完整的知识体系等切实问题,杭州电子科技大学计算机学院在课程体系上进行改革创新:从基础课抓起,通过“DIY”教学手段,逐步培养和提高学生的学习兴趣,将计算机新技术和新方法纳入新课程体系建设,逐步形成“1个平台、3个层次、4个方向”的立体化课程体系。
1)1个平台。
以计算机基础课程(包括公共基础课和专业基础课)为平台,学生通过基础课程学习掌握专业必需的基础知识,对重要的专业基础课如数据结构、操作系统、计算机网络等均分别设置至少2周的课程设计,培养学生分析问题、解决问题和动手实践的能力,为后续课程打下坚实基础。
2)3个层次。
按照由浅入深、从基础到应用的培养思路,将课程设置为“3个层次”的课程群,即基础应用性课程、专业能力性课程、专业创新性课程。通过这些课程的教学,培养学生的基本技能、新技术应用能力、实际开发能力与综合创新能力,同时结合当前计算机技术热点,将前沿技术相关课程纳入培养计划,开设Android操作系统原理及应用开发、多核编程技术、无线传感器网络操作系统与NesC编程论、物联网与Web服务、脑机接口系统概论等多门新课程,使学生能接触到更多的前沿和热点技术。
3)4个方向。
在专业课程设置上分为4个方向,分别是嵌入式系统、物联网技术及应用、计算机视觉、认知与计算。学生学完基础课程之后,可以依据自己的兴趣爱好选择相应的专业方向进行系统学习,从而避免没有目标、胡乱选课的现象通过这种“菜单式”模块化专业方向的学习,学生对该专业相关知识有了全面、系统的了解和掌握,提高了就业竞争力,同时也为继续学习和研究指明了方向。
(1)嵌入式系统,着重培养嵌入式系统的开发和设计能力。
(2)物联网技术及应用,学习物联网工程与技术方面的基本理论和基本知识,接受从事开发与应用物联网技术的基本训练,着重培养开发、应用与管理物联网系统的能力。
(3)计算机视觉,着重培养智能视觉处理能力以及嵌入式视觉开发和设计能力。
(4)认知与计算,着重培养人工智能应用领域的软硬结合的高级复合型人才。
2.2 提供先进平台,加强实践教学
实践环节由校内实践与校外实践两个力一面有机组成。校内实践包括课程设计、工程训练与毕业设计等环节,校外实践鼓励学生到院企共建的实训基地完成工程设计、毕业设计和实训实习等。
1)依据“DIY”理念,构建先进的实践教学平台,实现随时随地学习。
首先,程序设计类基础课程依托自主研发的在线学习与测评系统(HD Online Judge),该系统全天候地向全球免费开放,能实时评判和反馈学生提交的作业,按照一定规则根据作业完成情况自动排名,以营造竞争性的学习氛围,“DIY”contest功能允许学生创建自己的在线比赛这种“课内课外紧密结合、学习竞赛互为促进”的教学模式广受学生欢迎,2011年注册用户提交量逾180万次,超过国内所有高校的同类系统,极大地提高了杭州电子科技大学计算机学院学生的程序设计能力。
其次,在专业培养中突出硬件特色,对于计算机组成原理、系统可编程单片机等课程实验,研制多种灵活的、高性价比的学习板(如 Startkit),鼓励学生将实验带回宿舍,以弥补实验室教学的不足,实现随时 随地学习。
最后对于软件实训类课程,搭建一个基于云计算技术的实训平台,主要用于软件工程和项目的实践环节,学生可以利用各种终端设备(包括手机等)在异地运行大型软件,进行大型软件项目的分析、设计与实现。
这些先进的实践平台打破了时间和空间的限制,使得学生可以利用课余时间做实验,随时随地进行协同开发,大大提高了实践能力和创新能力。
2)利用地区优势,加强校企合作,打造校外实训基地。
在计算机行业发展的新形势下,学生直接参与企业实训能够快速提升自身能力,为此杭州电子科技大学计算机学院与Sun公司、阿里巴巴、天堂软件、浙大网新等15家高新企业共建实训基地,与美国WinRiver公司联合建立Vxworks联合实验室与培训中心、与美国Google公司联合建立谷歌Android实验室,重点培养学生的工程实践能力与团队协作能力。此外,还开设若干校企合作课程,如与英特尔公司合作,将其先进的嵌入式技术融入原有的嵌入式课程体系中,利用公司提供的软硬件条件帮助学生掌握基于英特尔凌动TM嵌入式平台的研发技能,为培养出具有竞争实力、掌握先进技术、满足时展需求的人才打下良好基础。
2.3 实施创新工程,鼓励参与竞赛
1)推行创新性实验项目,实行创新能力学分制度。
鼓励学生进实验室,尽早参与教师的科研项目,设立本科生创新计划项目,以立项并给予经费支持的形式鼓励学生参加科技创新活动,这些措施可以为各类学科竞赛奠定广泛的基础。教师应鼓励有一定实践和项目经验的学生自发组团,参与各类省级、国家级创新项目,在学生之间形成“你追我赶”的良好氛围,在项目的带动下促进学生提升整体能力。
杭州电子科技大学计算机学院2010年起将创新能力学分纳入人才培养体系,推出《创新能力学分实施细则》。本科生参加院系及校级以上的一系列具有创新性的活动,包括科学研究、技术开发、发明创造、学科竞赛、撰写学术论文等,若取得标志性的科技成果、获得各类资格等级证书或竞赛奖励,均可得到一定的创新能力学分。
2)构建各类竞赛体系,引导激励多管齐下。
作为创新教育的重要内容,大学生科技竞赛对于激发学生学习兴趣,培养学生创新思维、创新能力、团队协作精神,提高分析和解决问题的能力有着极为重要的作用,因此科技竞赛是创新型人才培养的有效手段。杭州电子科技大学计算机学院以科技竞赛为抓手,建立各种竞赛组织、集训、选拔的长效机制,开设与竞赛配套的全校性任选课,组建ACM协会、电脑硬件协会,扩大竞赛的影响面,激发学生学以致用的兴趣,提高学生的综合素质,带动整个专业人才培养良性发展。
根据各项竞赛激励政策,对获得国家和省级各类学科竞赛等级的学生给予成绩、学分和物质3种奖励,对指导教师给予绩效奖励和课时补贴,调动广大师生的参与热情,在全院范围内形成师生共同备战、积极参赛的良好氛围。
2.4 严把教学环节,保障教学质量
教学过程管理是创新应用型人才培养的保障。杭州电子科技大学计算机学院引入IS09000质量管理体系标准,借鉴其过程化管理、按要素评估的思想,建立了一套完善的计算机专业教学质量控制和保障体系,形成了组织机构健全、职责分工明确、教学目标清晰、考核手段健全、过程管理严格、档案记录详实、定期总结讲评的专业管理模式,实现了教学管理从经验型向科学化的转变。
1)教学质量环节控制。
教学质量环节控制通过3个方面实现:制订严格的教学质量标准,如开课制度、新教师培养制度、教学事故认定制度等,每门课程均按照课程大纲规定作业批改量、自学课时数、答疑次数,重视实践教学环节的指导和考核;每门课程的考试成绩按照平时成绩、期中成绩和期终成绩综合给出;期末由教师上交学生成绩册、课程小结表和试卷分析表并由教务部门做好收集整理工作。
2)教学质量过程控制。
除了教务处的相关规定外,作为过程控制的相关制度必不可少,包括设立教学督察与指导制度,按课程领域对所有课程进行动态跟踪,在新教师的岗前培训、课程组教学研讨、专业班主任配备等方面均有相关的教学管理文件。在毕业设计从开题到答辩结束的全过程,学院学术委员会均参与指导、审核、检查,指导教师负责每个学生的毕业设计整体质量,各答辩小组负责论文评阅、系统验收和演讲答辩打分,保证毕业调设计质量。
3)教学评估检查控制。
通过社会评价、教师之间互评、督导小组不定期检查、学评教4个方面综合展开,多方面完善教学质量评价体系,体现全面、公平、公正的原则。
4)质量信息反馈控制。
杭州电子科技大学计算机学院为了提升教学质量,定期调查学生、家长以及用人单位对学院教学工作的满意度,尤其对于用人单位,学院通常会请企业对毕业生进行评价并给出建议,然后采用一些企业提出的培养方案,提高学生的就业竞争力。
3 改革成效
杭州电子科技大学计算机学院依据创新教育的理念大胆探索,扎实推进计算机专业“DIY”特色人才培养模式改革,取得了显著成果。
(1)改革成果受益面广、影响力大,已经辐射到全省众多高校,起到了显著的示范作用。计算机基础课实验教学中心是国家级10个计算机实验教学示范中心之一;计算机基础课程教学团队为国家级教学团队;计算机科学与技术专业成为国家特色专业,现又成为教育部专业综合改革试点工程项目;计算机组成原理为国家级精品课程,获得2项国家级教学成果奖和5项省级教学成果奖。
(2)学生在ACM程序设计、电子设计、数学建模、智能汽车等各类学科竞赛中屡获佳绩2011年院代表队成功进入ACM国际大学生程序设计大赛全球总决赛,与哈佛、麻省理工、斯坦福等国际一流学校的学生同场竞技,并且凭借全场最快解出E题的优异表现获得UPE单项奖;在国际大学生程序设计竞赛亚洲区预选赛(第34届、35届)中获得各类奖项72个;在2009年全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛中获得4项二等奖;2010年英特尔杯大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛中获得3项全国二等奖:在2010年浙江省第五届大学生电子商务竞赛中获得1项二等奖;在2010年浙江省大学生电子设计竞赛中获得3项二等奖;在2011年全国大学生“挑 战杯”学术科技作品竞赛中获得3项个国三等奖,17项省级奖;省新苗计划立项10项
(3)毕业生具有扎实肯干的工作作风和持续创新的能力,就业率连年达到97%以上。毕业生被众多知名IT企业录用,如阿里巴巴、百度、网易、腾讯、华为、华三、思科、网讯等,有着广阔的发展空间。杭州电子科技大学荣获“全国普通高等学校毕业生就业工作先进集体50强”称号
4 结语