基于項目式教學的高職“電子系統與產品設計”課程改革探索

陳樹林 潘曉寧 張振久

摘要：針對高職“電子系統與產品設計”課程教學中存在的問題，應用項目式教學對教學內容與教學模式進行探索，設計了相應的考核方式，并對課程探索和實施過程中遇到的問題進行了分析。

關鍵詞：項目式教學；電子系統與產品設計；教學模式

中圖分類號：G718 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2018）08-0062-05

“電子系統與產品設計”是一門實踐性很強的課程，涉及電路設計、軟件編程等內容，需要學生掌握數字電路、模擬電路以及C語言等課程內容，并熟練應用單片機軟、硬件開發平臺，具備電路焊接等實踐操作能力。高職院校學生因基礎知識相對薄弱、學習積極性較差，學習理解該門課程知識有一定的難度。傳統講授式的教與學以“教師為中心”，學生缺少實踐經驗，很少能夠參與和體驗具體產品設計過程，這就難以取得良好的教學效果，出現教師講得累、學生學得累的現象。鑒于此，筆者以項目為依托，以提升學生學習興趣和實踐動手能力為目標，從教學內容、教學模式、教學資源等方面對高職“電子系統與產品設計”課程進行改革與探索。

一、課程內容設計

“電子系統與產品設計”課程教學內容以實用且常見的電子產品為載體，一個教學項目就是一個完整的產品設計過程。課程總共設計了20個教學項目，內容從簡單到復雜，分為基礎項目、提高項目和綜合項目。

（一）基礎項目

項目一至十為基礎項目：單片機內部結構與引腳功能、單片機C語言編程基礎、單片機端口輸入輸出控制、流水燈控制、七段數碼管靜態動態顯示控制與4x4矩陣鍵盤、繼電器與直流電機控制、A/D轉換電路、光電傳感器電路、步進電機控制器以及串行通信。十個項目內容圍繞電子產品設計所需基礎知識進行講解和實踐訓練，每個項目包含主要教學內容，教學實現目標和所需學時數。表1為項目五“七段數碼管靜態動態顯示控制與4x4矩陣鍵盤”的教學設計，基礎項目簡單易懂，學生容易掌握，可激發學生對本門課程的學習興趣。每個項目還設有擴展任務，學生在完成本項目的基礎上，可在課堂或課后完成擴展內容，以加深對該項目的認識與理解。

（二）提高項目

學生熟悉和掌握基礎項目后，即對電子產品設計的基本知識有了一定的認知與了解。為了提高學生的實踐能力，課程設計了六個提高教學項目，包括簡易數字信號發生器、1602數字液晶萬年歷、溫度傳感器、紅外數據傳輸控制、數字鬧鐘以及片外存儲器的讀寫控制電路。表2為“簡易數字信號發生器”的教學設計，相對于基礎項目，提高項目的教學更注重培養學生的電路設計能力與編程能力，難度較基礎項目有所增加。

（三）綜合項目

為了進一步培養學生的綜合實踐能力，課程設計了四個綜合項目：停車場駐車信息顯示和出入口控制系統、空調控制系統、具備遠程校時的紅綠燈控制系統以及具備有串口校時和鬧鈴功能的數字電子鐘。表3為綜合項目“停車場管理系統”的教學設計。

綜合項目只給出設計任務，硬件與軟件設計都需要學生自行完成。該部分內容不納入常規教學范圍，可供電子產品設計愛好者參考，也可以作為本門課程課程設計或學徒制學生實踐能力的提高項目。

二、教學模式設計

與傳統的講授式教學模式不同，項目式教學是以過程為主，項目的實現過程即教學過程。

（一）基礎項目

基礎項目教學模式設計如圖1所示。教師給出項目的具體目標和學生需要完成的任務，講授項目的基本知識點和項目實現原理。學生需要理解項目的硬件電路與程序設計流程，熟練操作軟件開發平臺和電路仿真平臺，掌握基本的編程技巧和電路設計方法，對電路和程序進行仿真調試，以便對項目結果有預判斷。具體實施過程如下：學生在電腦上采用Proteus軟件進行電路設計，在keil C開發環境下對項目程序進行調試、編輯，將生成的HEX文件導入Proteus軟件環境進行電路仿真，測試仿真結果，此過程主要鍛煉學生電路設計與程序編寫能力。然后，在開發板上搭建項目硬件電路，對電路進行檢測調試，并通過STC-ISP軟件和USB串口轉接線，將生成的HEX文件下載到開發板，測試項目結果，此過程主要鍛煉學生的實踐動手能力。學生需要掌握一些基本的電路焊接技能和測試方法，學會至少一種程序燒錄方法。基礎項目都完成后，學生可以選做項目對應的擴展任務。

在基礎項目教學過程中，教師需要講授項目中的關鍵知識點，增強學生對該門課程的理解，以提高學生的學習成就感，為學生后續的提高項目學習打下基礎。

（二）提高項目

提高項目是以鍛煉和提升學生電子產品綜合設計能力為目標，教學模式設計如下頁圖2所示。教師先對項目進行分析講解，為學生提供項目實現思路，然后對學生進行分組。每組成員共同分析探討項目的實現方法，確定項目的實現方案，明確各自的具體任務。教師參與每個小組的設計過程，解決學生完成項目過程遇到的問題，對最終作品（包括項目實現方案、電路圖、程序以及產品實物）進行驗收，點評每組的方案以及作品的優劣，以開拓學生的設計思維。

提高項目教學過程中，教師起引領作用，對每組的方案進行把關，以確保每個小組最終都能達成目標。

（三）綜合項目

綜合項目主要是為學生中的部分電子產品興趣愛好者設計的。結合本專業的學徒制教學模式，對學生進行項目分配，責任到人。學生自行收集資料，擬定設計方案，教師只負責答疑，定期考核與檢查項目進度。

本課程提出的綜合項目僅供參考，學生不局限于該類項目，鼓勵學生提出更具有創新性的產品設計思路，與教師進行探討分析，確定可行性后便可開展項目。

三、教學資源開發

我校機電工程學院組建了一個功能完善的電子產品設計課程專用實訓室，配備了包括投影儀、示波器、信號發生器、直流穩壓源、頻譜儀、邏輯分析儀、萬用表、電烙鐵等課程所需工具。每個座位配有一套包括臺式電腦和硬件開發板的專用教學設備。臺式電腦安裝有電子產品設計所需軟件開發環境，開發板集成了本課程所有的基礎項目及項目擴展任務。

為了進一步做好本課程教學改革，本專業還組建了一支理論水平高、動手能力強的“雙師型”師資隊伍，并結合項目式教學內容設計，合著了一本校本教材。

為了提高學生的學習興趣和教學效果，教研室為本課程每個項目的教學準備了包括PPT演示、虛擬仿真、動畫教學、視頻教學、網絡教學等豐富的教學資源。通過不斷的努力和積累，將本門課程建設成了校級和省級精品課程，圖3為精品課程的網絡導航。主界面中包含了“課程介紹”在內的10個鏈接，其中，課程文檔中有課程整體教學設計、項目單元教學案例；項目實踐中包含本門課程的PPT在線教學、實踐演示視頻、開發板焊接教學視頻以及項目源碼解析。通過利用實踐項目中的網絡資源，學生可以自學與項目相關的基礎知識。三維課堂采用三維動畫方式介紹電子產品設計中所采用的主流控制器（STC89C52芯片）的內部結構、開發板上的資源和功能，對課程所有項目的原理和運行過程進行動態展示。虛擬實訓具有人機交互式操作界面，可以模擬項目的每一步操作過程，觀測項目結果，可加深學生對項目過程的理解。網絡資源包含項目的課后作業，學生可以下載與本門課程相關的內容進行課后復習。

四、考核評價

為了檢驗學生的學習效果和教師授課質量，課程設置了相應的考核評價方法。與傳統的筆試或電腦操作考試不同，本門課程的考核更注重學生的學習過程，階段考核分布在每個基礎項目和提高項目中。每個基礎項目滿分為4分，教師依據每個學生的學習情況給分，考核內容包括學生考勤、課堂表現以及項目完成情況。每個提高項目滿分為10分。考核內容包括學生考勤、課堂表現、團隊合作表現、任務完成情況以及學生互評。綜合項目完成情況不納入學生課程考核范疇。

教師授課質量考核主要分為學生評教、教學督導評教以及部門互評等三部分。教學督導和學生依據教學態度、教學內容、教學方法、教學效果等四個方面給授課教師評分。督導評分占總評分的30%，學生評分占總評分的50%。部門互評主要依據教學素質、教學常規、教學效果、教學建設四個方面進行評分，部門互評分占總分的20%。對得分高的教師授予教學質量優秀獎，并給予一定的物質獎勵，以提升教師的工作熱情。

五、教學反思

在高職“電子系統與產品設計”課程中采用項目式教學，在不斷的探索與實踐過程中，取得了良好的效果的同時，也需要注意一些實際問題。

（一）項目設計的合理性

好的項目內容和教學模式能顯著提升教學效果。“電子系統與產品設計”課程是一門實踐性很強的課程，需要學生具有一定的電路設計以及程序設計能力，因此項目設計需要根據學生實際情況。

第一，項目難易程度的把控。項目難度若太高，對教師水平本身是一個挑戰，畢竟一個人的知識有限；學生項目完成情況堪憂，如果讓高職學生去完成一個無人駕駛控制系統開發，顯然不現實，且容易導致學生厭學情緒。若項目難度太低，則對學生水平提升有限。

第二，項目應與現實生活對接。電子產品更新換代快，選擇項目內容需要與時俱進，才能吸引學生的興趣，提高學習的主動性。項目本身應具有實用性和市場前景，才有可能使項目產品化，為學生、學校、企業帶來實際價值。

第三，項目內容安排要有層次。從課程大綱到項目內容設計，必須層次分明，知識層面以及項目內容難易度，都需要循序漸進，由功能單一到功能多樣化。項目之間應具有銜接性：當前項目是前一個或多個項目的功能擴展，是后一個項目的基礎，學生在學習當前項目過程中，既是對前一個項目的復習，又是對后一個項目的預習。

第四，項目內容安排要盡量全面。無論是理論基礎知識，還是電路設計、軟件編程等實訓，項目應盡量包含本門課程的所有知識點，對關鍵知識點不應遺漏，對重難點知識和項目應反復涉及，以加深學生的理解。

第五，項目式教學更應注重教學過程。教學過程應結合企業產品生產流程，學生完成項目過程，就是實際產品生產工藝流程，可增強學生對企業崗位的適應能力。

第六，項目設計內容應是企業的實際需求。社會、企業的真實需求，是項目內容來源，項目是聯系學校教學、企業需求、學生與教師、教師與企業的橋梁。

（二）師資隊伍建設

一門課程的改革實踐，不僅包括課程內容和課程資源，更需要良好的師資隊伍。項目式教學與傳統的講授式教學有很大區別。項目式教學不僅要求教師具有扎實的學科知識，同時還要求教師具備項目規劃、項目管理及項目評價能力，企業實際項目開發經驗及完整的產品開發能力。而在現實中，很多教師畢業后直接擔任專任教師，缺乏企業實踐經驗。因此，對于項目式教學，提高師資隊伍水平是一個亟待解決的問題。

（三）教學資源匹配

項目式教學需要配套的教學設備、豐富的教學資源及先進的教學手段。

第一，應重新設計專業培養方案和課程大綱。例如，課程學時，應根據每個項目的具體情況而定，集中安排項目學時，可便于項目教學的順利開展。

第二，專用教材制定，常規教材，知識點雖采用逐層遞進，但是較為分散，不能滿足項目式教學要求。依據項目式教學課程大綱要求，結合本門課程的知識構架和項目具體內容，編著適合項目式教學的專用教材。

第三，項目式教學的教學場地以及所需教學耗材與常規教學不同。項目式教學的實施需要相應的實訓耗材、專用的教學場地以及項目完成所需的工具和設備，這就需要學院對課程建設進行一定的資金投入。

第四，應加強教學資源庫建設。項目式教學是基于工作過程的教學模式，學生需要在有限的時間內完成相應的項目任務。這就要求學生在課后去進行相應的補充學習，因此，建設豐富的教學資源庫就顯得非常必要。

（四）項目教學評價方法

項目式教學考核評價方法有待完善，需要建立過程化、多元化的考核體系。教師對學生應注重操作技能、學習態度以及學習效果等方面的考核。由于項目中采用團隊分組協作模式，應該考慮加入學生互評結果，包括組織能力、團隊協作能力等。學生也可以對教師進行評價，包括教學水平、教學方式以及教學內容等。

（五）項目教學中應適當引入校企合作機制

校企合作是現代高職教育積極倡導的一種教育模式。項目式教學實施過程中，一方面，應與企業達成協議，引進企業內有較強動手能力和豐富項目經驗的工程師來任教，就項目具體內容進行協商，這樣才能確保項目產品緊跟時代步伐，具備市場前景。另一方面，引入校企合作機制，學校可分批次讓專任教師進入企業掛職鍛煉，提高教師水平的同時，增強企業研發能力；讓學生到企業頂崗實習，促進學生就業和企業招工問題，實現校企雙贏。

在“電子系統與產品設計”課程項目式教學探索實踐的過程中，在取得良好的效果的同時，也存在一些問題，需要學校從制度、投入等多方面著手；教師從自身素質提升出發，為項目式教學的順利開展進行合理有效的資源整合。

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（責任編輯：張維佳）