孟艷艷 賈長(zhǎng)洪 劉萌 張曉宏

摘 ?要：文章系統(tǒng)分析了應(yīng)用型本科院校工科方向的專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，基于新工科項(xiàng)目化人才培養(yǎng)模式，提出了“項(xiàng)目化”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”結(jié)合的專業(yè)課程教學(xué)模式。從課程教學(xué)設(shè)計(jì)、知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)、課程資源開(kāi)發(fā)、課程考核等方面，詳細(xì)闡述了“教學(xué)做”為一體的教學(xué)模式。并以STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程為例，詳細(xì)說(shuō)明此課程的項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：新工科;專業(yè)實(shí)踐課程;項(xiàng)目化教學(xué);任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué);教學(xué)做一體化

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2022）02-0150-04

Abstract： This paper systematically analyzes the problems commonly existing in the teaching of practical courses of engineering majors in application-oriented universities. Based on the training mode of new engineering talents based on project， it puts forward the teaching mode of professional courses combining "project" and "task-driven". From the aspects of course teaching design， knowledge point and skill point teaching design， course resource development and course assessment， this paper expounds the teaching mode integrating "teaching to do" in detail. Taking Application and Development of STM32 SCM as an example， the project teaching design of this course is explained in detail.

Keywords： new engineering; professional practice courses; project-based teaching; task-driven teaching; teaching integration

一、專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)改革的背景

（一）應(yīng)用型本科院校的新工科人才培養(yǎng)改革介紹

針對(duì)應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)資源、師資團(tuán)隊(duì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地等存在的問(wèn)題，我們提出了“1.5+1+0.5+1”式的應(yīng)用工程人才培養(yǎng)模式。在深度校企融合的基礎(chǔ)上，基于企業(yè)工程項(xiàng)目，校企共同進(jìn)行新工科項(xiàng)目化教學(xué)改革，實(shí)施“基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備+模擬實(shí)施工程項(xiàng)目+工程項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)+實(shí)習(xí)”的四階段人才培養(yǎng)，從而培養(yǎng)優(yōu)秀的知識(shí)型工程人才，作者在《應(yīng)用型本科院校的工程人才培養(yǎng)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐》一文中有詳細(xì)闡述。

在“1.5+1+0.5+1”式的人才培養(yǎng)模式中，第一階段是通識(shí)課和專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，采用授課為主的教學(xué)方式，保證學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，校內(nèi)教師完成教學(xué)。第二階段是專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)，采用“項(xiàng)目化”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”結(jié)合的教學(xué)模式，將企業(yè)工程項(xiàng)目分解為不同的任務(wù)模塊，每個(gè)任務(wù)模塊對(duì)應(yīng)1-2個(gè)專業(yè)核心課程，“教學(xué)做”為一體的教學(xué)方式，保證學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，學(xué)校教師和企業(yè)工程師共同完成教學(xué)。本文將詳細(xì)闡述第二階段“專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)”的實(shí)施方案，并以STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程為例介紹。

（二）傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

單片機(jī)技術(shù)是電子、通信、機(jī)電等多個(gè)專業(yè)的必修課程，它是一門(mén)理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，實(shí)用性非常強(qiáng)，滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。近幾年來(lái)，很多高校已經(jīng)對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行了初步改革，從傳統(tǒng)的按教材章節(jié)知識(shí)授課的模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘咐?qū)動(dòng)的方式，采取理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法，單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量有了很大的提高[1-2]。但是在應(yīng)用型本科院校有很大比例的學(xué)生依然感覺(jué)單片機(jī)課程學(xué)習(xí)難度大和興趣度不高，綜合來(lái)看主要存在如下的問(wèn)題：

第一，大多數(shù)應(yīng)用型本科院校采用清華大學(xué)等的教材，理論知識(shí)篇幅太多、理論性太強(qiáng)，并且教材采用小案例對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的方式展開(kāi)，缺乏系統(tǒng)性、工程性的訓(xùn)練，不適用于應(yīng)用型本科院校工程人才的培養(yǎng);第二，大多數(shù)教師在單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，采用講解單片機(jī)工作原理、分析案例代碼、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小案例練習(xí)的教學(xué)方式，剛開(kāi)始涉足電子信息領(lǐng)域的學(xué)生不容易理解，很多學(xué)生死記硬背，導(dǎo)致學(xué)后即忘;第三，很少將單片機(jī)課程與其他課程的結(jié)合，課程體系缺乏連貫性和融合性，這樣學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)的興趣和動(dòng)力會(huì)降低;第四，單片機(jī)選型比較落后，一般院校選擇51單片機(jī)作為學(xué)習(xí)范本，但是51單片機(jī)內(nèi)存和外設(shè)功能有限，一般企業(yè)開(kāi)發(fā)稍微大型的項(xiàng)目都選擇ARM內(nèi)核的單片機(jī)，如STM32系列等。

二、新工科專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

（一）課程教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目教學(xué)法[3]屬于“行為導(dǎo)向”[4]教學(xué)法的一種，非常適用于工科專業(yè)核心課程，其目的是在課堂教學(xué)中把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，鍛煉學(xué)生的專業(yè)實(shí)戰(zhàn)能力?；谡鎸?shí)企業(yè)工程項(xiàng)目，我們進(jìn)一步將項(xiàng)目化教學(xué)方法深化和細(xì)化，其教學(xué)設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)階段：項(xiàng)目分析和分解階段、知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)學(xué)習(xí)及訓(xùn)練階段、項(xiàng)目完成階段。第一個(gè)階段，主要是院校老師和企業(yè)工程師共同完成，把企業(yè)工程項(xiàng)目中與本課程相關(guān)的部分分解成為不同的小任務(wù)，每個(gè)小任務(wù)對(duì)應(yīng)1-2個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn);第二階段，主要是借助實(shí)驗(yàn)套件、通過(guò)課堂學(xué)習(xí)完成，教師針對(duì)每個(gè)知識(shí)和技能點(diǎn)準(zhǔn)備豐富的案例，由易到難、循序漸進(jìn)完成教學(xué);第三階段，通過(guò)學(xué)生主導(dǎo)、教師輔助的形式，借助綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)的方式，分小組完成子項(xiàng)目。

（二）知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

每個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的教學(xué)分為三個(gè)階段展開(kāi)，模仿和體驗(yàn)學(xué)習(xí)階段、理論學(xué)習(xí)階段、任務(wù)驅(qū)動(dòng)階段（圖1）。

在模仿和體驗(yàn)學(xué)習(xí)階段，秉持先動(dòng)手體驗(yàn)、后思考總結(jié)的學(xué)習(xí)原則。針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，準(zhǔn)備相關(guān)的任務(wù)和豐富的案例，任務(wù)手冊(cè)詳細(xì)說(shuō)明任務(wù)的操作步驟。學(xué)生根據(jù)任務(wù)手冊(cè)動(dòng)手體驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)操作、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;老師引導(dǎo)同學(xué)們舉一反三，通過(guò)略微變化操作步驟或內(nèi)容，得到不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、完成不同的任務(wù);老師引導(dǎo)學(xué)生思考和總結(jié)，不同實(shí)驗(yàn)操作導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因、不同類型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的操作步驟等。

在理論學(xué)習(xí)階段，要秉持通俗易懂和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)原則。結(jié)合第一階段的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能思考和總結(jié)實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象的原因。

在任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)階段，要堅(jiān)持學(xué)生為主、教師為輔、小組完成任務(wù)的方式。通過(guò)前兩個(gè)階段的學(xué)習(xí)，同學(xué)們基本理解了這個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，通過(guò)小組應(yīng)用所學(xué)知識(shí)完成相應(yīng)的任務(wù)，可以掌握知識(shí)和技能。

（三）專業(yè)實(shí)踐課程項(xiàng)目化教學(xué)資源開(kāi)發(fā)

為了保障項(xiàng)目化教學(xué)的順利實(shí)施，要研發(fā)本模塊的教學(xué)資源：首先，基于企業(yè)工程項(xiàng)目中與本課程中相關(guān)的子項(xiàng)目，編寫(xiě)項(xiàng)目化教材;其次，在子項(xiàng)目軟硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)套件和實(shí)訓(xùn)套件;再次，編制子項(xiàng)目指導(dǎo)手冊(cè)及分解得到的不同任務(wù)指導(dǎo)書(shū);第三，針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)準(zhǔn)備豐富的任務(wù)案例教學(xué)資源，以及每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的課件、教案、學(xué)習(xí)視頻等;最后，編寫(xiě)本門(mén)課程的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案。

（四）專業(yè)實(shí)踐課程評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

改變以往單一的評(píng)價(jià)方式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力考核。同時(shí)要注意“三結(jié)合”：學(xué)校考評(píng)和教師考評(píng)相結(jié)合、過(guò)程考評(píng)和期末考評(píng)相結(jié)合、集體考評(píng)和個(gè)體考評(píng)相結(jié)合。綜合能力分?jǐn)?shù)由過(guò)程性評(píng)價(jià)成績(jī)、終結(jié)性評(píng)價(jià)成績(jī)兩部分組成，綜合能力分?jǐn)?shù)=過(guò)程性評(píng)價(jià)成績(jī)（70%）+期末考試（30%）。過(guò)程性評(píng)價(jià)成績(jī)包括課堂出勤、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、項(xiàng)目完成評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、個(gè)人評(píng)價(jià)等部分，主要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、項(xiàng)目完成程度、小組合作程度來(lái)評(píng)定，過(guò)程性評(píng)價(jià)由學(xué)生自評(píng)、小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)三部分組成。

三、STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程教學(xué)改革

（一）STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)采用倒推的方式描述：首先，選擇北京紫藤智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司的“智能溫室大棚控制系統(tǒng)”中的一個(gè)子項(xiàng)目“溫室大棚智能放風(fēng)機(jī)”為課程教學(xué)項(xiàng)目，貫穿整個(gè)課程教學(xué);其次，將智能放風(fēng)機(jī)項(xiàng)目分解為多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)1-2個(gè)STM32單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)或技能點(diǎn);再次，進(jìn)行每個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，分為體驗(yàn)與模仿、理論學(xué)習(xí)、實(shí)戰(zhàn)提升三個(gè)階段，掌握這個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，同時(shí)完成對(duì)應(yīng)的放風(fēng)機(jī)子任務(wù);最后，進(jìn)行項(xiàng)目的集成，完成“溫室大棚智能放風(fēng)機(jī)”項(xiàng)目。整體項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2。

基于STM32單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程的知識(shí)點(diǎn)主要包括，GPIO、中斷、系統(tǒng)時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、定時(shí)器、UART通信、AD/DA、CAN總線、SPI總線。對(duì)于每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，我們采用先動(dòng)手實(shí)踐、后理論學(xué)習(xí)、由易到難循序漸進(jìn)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方式。首先，指導(dǎo)學(xué)生們?cè)谝延械摹澳M答題器”項(xiàng)目工程上修改代碼，體驗(yàn)不同的知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引起學(xué)生的興趣;其次，講授知識(shí)點(diǎn)的理論內(nèi)容，從理論上明白之前得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的工作原理和程序設(shè)計(jì);最后，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立建立工程和編寫(xiě)代碼，完成針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。下面我們以GPIO知識(shí)點(diǎn)模塊為例說(shuō)明（表1）。

（三）STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程項(xiàng)目化教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)

智能放風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能應(yīng)用于普通大棚的溫度智能控制，通過(guò)對(duì)比溫度傳感器測(cè)量的大棚溫度和設(shè)定的作物生長(zhǎng)溫度，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，來(lái)調(diào)節(jié)溫室大棚通風(fēng)口的大小，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。放風(fēng)機(jī)硬件系統(tǒng)包含無(wú)線數(shù)字溫度傳感器、LORA通信模塊、STM32單片機(jī)控制模塊、直流電機(jī)、通風(fēng)口控制機(jī)械裝置等。

基于智能放風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的項(xiàng)目化教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)分為以下幾個(gè)部分：第一，與企業(yè)共同研發(fā)STM32單片機(jī)實(shí)驗(yàn)套件和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)套件，包括溫濕度傳感器、直流電機(jī)、STM32開(kāi)發(fā)板、開(kāi)發(fā)板套件（電源、在線仿真器、串口接口、LORA無(wú)線通信模塊等）;第二，編寫(xiě)STM32單片機(jī)項(xiàng)目化教材;第三，其他學(xué)習(xí)資源，包括溫室大棚放風(fēng)機(jī)子項(xiàng)目指導(dǎo)手冊(cè)，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)案例、學(xué)習(xí)課件、學(xué)習(xí)視頻等。項(xiàng)目的分解、知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的案例見(jiàn)表2。

（四）STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程評(píng)價(jià)

因?yàn)榍度胧綉?yīng)用開(kāi)發(fā)課程的教學(xué)手段相對(duì)比較豐富，所以靈活、多樣化的課程考核方式是非常必要的[5]。課程成績(jī)必須考慮兩方面內(nèi)容，子項(xiàng)目的綜合實(shí)訓(xùn)考核和知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)考核，并合理分配兩者的分值比重。實(shí)驗(yàn)考核中，重點(diǎn)考查知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力，同時(shí)不能忽視理論知識(shí)的考查。項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)考核需要從三方面著手，設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)物、答辯，還需要注意上述三項(xiàng)考核內(nèi)容的分值分配比重。在考核過(guò)程中能最大限度提升學(xué)生的實(shí)踐能力，對(duì)于其未來(lái)的就業(yè)也能起到關(guān)鍵性作用，并且提升學(xué)生們的應(yīng)用能力和職業(yè)技能。

四、STM32單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程項(xiàng)目化教學(xué)效果

（一）提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

許多學(xué)生感到專業(yè)課程內(nèi)容枯燥、晦澀難懂，因此學(xué)習(xí)積極性不高、有畏難情緒，通過(guò)項(xiàng)目化教學(xué)使理論知識(shí)和實(shí)踐技能結(jié)合起來(lái)，避免了學(xué)生“什么都學(xué)了，什么都不會(huì)”的尷尬情況。項(xiàng)目成果的完成提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生認(rèn)識(shí)到專業(yè)課程是嚴(yán)肅的也是豐富的。

（二）培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，學(xué)生綜合素質(zhì)提高

在任務(wù)和子項(xiàng)目完成過(guò)程中，學(xué)習(xí)小組各自制定實(shí)施計(jì)劃、設(shè)計(jì)方案，并解決在項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問(wèn)題和困難。這使學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有了顯著的提高，學(xué)生的思路更開(kāi)闊，知識(shí)能融會(huì)貫通。同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生搜集資料信息、分析取舍信息、整理歸納信息的能力，全面培養(yǎng)職業(yè)崗位綜合素質(zhì)。

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