以專業核心素養為導向的專業實踐課程教學改革研究

孟艷艷 賈長洪 劉萌 張曉宏

摘 ?要：文章系統分析了應用型本科院校工科方向的專業實踐課程教學中普遍存在的問題，基于新工科項目化人才培養模式，提出了“項目化”和“任務驅動”結合的專業課程教學模式。從課程教學設計、知識點和技能點教學設計、課程資源開發、課程考核等方面，詳細闡述了“教學做”為一體的教學模式。并以STM32單片機應用開發課程為例，詳細說明此課程的項目化教學設計。

關鍵詞：新工科;專業實踐課程;項目化教學;任務驅動教學;教學做一體化

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：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、專業實踐課程教學改革的背景

（一）應用型本科院校的新工科人才培養改革介紹

針對應用型本科院校工科專業的人才培養目標、課程體系、教學資源、師資團隊、實驗實訓基地等存在的問題，我們提出了“1.5+1+0.5+1”式的應用工程人才培養模式。在深度校企融合的基礎上，基于企業工程項目，校企共同進行新工科項目化教學改革，實施“基礎知識儲備+模擬實施工程項目+工程項目實戰+實習”的四階段人才培養，從而培養優秀的知識型工程人才，作者在《應用型本科院校的工程人才培養模式設計與實踐》一文中有詳細闡述。

在“1.5+1+0.5+1”式的人才培養模式中，第一階段是通識課和專業基礎課程學習，采用授課為主的教學方式，保證學生具備扎實的基礎，校內教師完成教學。第二階段是專業核心課程學習，采用“項目化”和“任務驅動”結合的教學模式，將企業工程項目分解為不同的任務模塊，每個任務模塊對應1-2個專業核心課程，“教學做”為一體的教學方式，保證學生具備扎實的專業知識和專業技能，學校教師和企業工程師共同完成教學。本文將詳細闡述第二階段“專業核心課程學習”的實施方案，并以STM32單片機應用開發課程為例介紹。

（二）傳統單片機課程教學存在的問題

單片機技術是電子、通信、機電等多個專業的必修課程，它是一門理論和實踐相結合的課程，實用性非常強，滲透到我們生活的各個領域。近幾年來，很多高校已經對單片機課程進行了初步改革，從傳統的按教材章節知識授課的模式轉變為案例驅動的方式，采取理論和實踐相結合的教學方法，單片機課程教學質量有了很大的提高[1-2]。但是在應用型本科院校有很大比例的學生依然感覺單片機課程學習難度大和興趣度不高，綜合來看主要存在如下的問題：

第一，大多數應用型本科院校采用清華大學等的教材，理論知識篇幅太多、理論性太強，并且教材采用小案例對應知識點的方式展開，缺乏系統性、工程性的訓練，不適用于應用型本科院校工程人才的培養;第二，大多數教師在單片機課程教學過程中，采用講解單片機工作原理、分析案例代碼、引導學生進行小案例練習的教學方式，剛開始涉足電子信息領域的學生不容易理解，很多學生死記硬背，導致學后即忘;第三，很少將單片機課程與其他課程的結合，課程體系缺乏連貫性和融合性，這樣學生應用單片機的興趣和動力會降低;第四，單片機選型比較落后，一般院校選擇51單片機作為學習范本，但是51單片機內存和外設功能有限，一般企業開發稍微大型的項目都選擇ARM內核的單片機，如STM32系列等。

二、新工科專業實踐課程教學模式設計

（一）課程教學過程設計

項目教學法[3]屬于“行為導向”[4]教學法的一種，非常適用于工科專業核心課程，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，鍛煉學生的專業實戰能力。基于真實企業工程項目，我們進一步將項目化教學方法深化和細化，其教學設計主要分為三個階段：項目分析和分解階段、知識點和技能點學習及訓練階段、項目完成階段。第一個階段，主要是院校老師和企業工程師共同完成，把企業工程項目中與本課程相關的部分分解成為不同的小任務，每個小任務對應1-2個知識點和技能點;第二階段，主要是借助實驗套件、通過課堂學習完成，教師針對每個知識和技能點準備豐富的案例，由易到難、循序漸進完成教學;第三階段，通過學生主導、教師輔助的形式，借助綜合實訓平臺，通過項目實戰的方式，分小組完成子項目。

（二）知識點和技能點教學過程設計

每個知識點和技能點的教學分為三個階段展開，模仿和體驗學習階段、理論學習階段、任務驅動階段（圖1）。

在模仿和體驗學習階段，秉持先動手體驗、后思考總結的學習原則。針對每個知識點，準備相關的任務和豐富的案例，任務手冊詳細說明任務的操作步驟。學生根據任務手冊動手體驗，完成實驗操作、觀察實驗現象;老師引導同學們舉一反三，通過略微變化操作步驟或內容，得到不同的實驗現象、完成不同的任務;老師引導學生思考和總結，不同實驗操作導致不同實驗現象的原因、不同類型的實驗現象的操作步驟等。

在理論學習階段，要秉持通俗易懂和理論聯系實際的學習原則。結合第一階段的實驗現象，通過理論知識的學習，學生能思考和總結實驗操作及現象的原因。

在任務驅動學習階段，要堅持學生為主、教師為輔、小組完成任務的方式。通過前兩個階段的學習，同學們基本理解了這個知識點和技能點，通過小組應用所學知識完成相應的任務，可以掌握知識和技能。

（三）專業實踐課程項目化教學資源開發

為了保障項目化教學的順利實施，要研發本模塊的教學資源：首先，基于企業工程項目中與本課程中相關的子項目，編寫項目化教材;其次，在子項目軟硬件平臺的基礎上，開發相應的實驗套件和實訓套件;再次，編制子項目指導手冊及分解得到的不同任務指導書;第三，針對每個知識點準備豐富的任務案例教學資源，以及每個知識點的課件、教案、學習視頻等;最后，編寫本門課程的課程設計項目方案。

（四）專業實踐課程評價設計

改變以往單一的評價方式，對學生進行綜合能力考核。同時要注意“三結合”：學校考評和教師考評相結合、過程考評和期末考評相結合、集體考評和個體考評相結合。綜合能力分數由過程性評價成績、終結性評價成績兩部分組成，綜合能力分數=過程性評價成績（70%）+期末考試（30%）。過程性評價成績包括課堂出勤、學習表現、項目完成評價、小組評價、個人評價等部分，主要根據學生的學習態度、項目完成程度、小組合作程度來評定，過程性評價由學生自評、小組評價、教師評價三部分組成。

三、STM32單片機應用開發課程教學改革

（一）STM32單片機應用開發課程教學設計

單片機項目化教學設計采用倒推的方式描述：首先，選擇北京紫藤智慧農業科技有限公司的“智能溫室大棚控制系統”中的一個子項目“溫室大棚智能放風機”為課程教學項目，貫穿整個課程教學;其次，將智能放風機項目分解為多個任務，每個任務對應1-2個STM32單片機的知識點或技能點;再次，進行每個知識點和技能點的教學設計，分為體驗與模仿、理論學習、實戰提升三個階段，掌握這個知識點和技能點，同時完成對應的放風機子任務;最后，進行項目的集成，完成“溫室大棚智能放風機”項目。整體項目化教學設計如圖2。

基于STM32單片機的嵌入式應用開發課程的知識點主要包括，GPIO、中斷、系統時鐘、實時時鐘、定時器、UART通信、AD/DA、CAN總線、SPI總線。對于每個知識點的學習，我們采用先動手實踐、后理論學習、由易到難循序漸進、任務驅動式的教學方式。首先，指導學生們在已有的“模擬答題器”項目工程上修改代碼，體驗不同的知識點實驗現象，引起學生的興趣;其次，講授知識點的理論內容，從理論上明白之前得到實驗現象的工作原理和程序設計;最后，引導學生獨立建立工程和編寫代碼，完成針對知識點的實驗。下面我們以GPIO知識點模塊為例說明（表1）。

（三）STM32單片機應用開發課程項目化教學資源庫建設

智能放風機系統能應用于普通大棚的溫度智能控制，通過對比溫度傳感器測量的大棚溫度和設定的作物生長溫度，控制電機正反轉，來調節溫室大棚通風口的大小，從而實現溫度控制。放風機硬件系統包含無線數字溫度傳感器、LORA通信模塊、STM32單片機控制模塊、直流電機、通風口控制機械裝置等。

基于智能放風機系統的項目化教學資源庫建設分為以下幾個部分：第一，與企業共同研發STM32單片機實驗套件和項目開發套件，包括溫濕度傳感器、直流電機、STM32開發板、開發板套件（電源、在線仿真器、串口接口、LORA無線通信模塊等）;第二，編寫STM32單片機項目化教材;第三，其他學習資源，包括溫室大棚放風機子項目指導手冊，各個知識點的實驗案例、學習課件、學習視頻等。項目的分解、知識點和技能點的案例見表2。

（四）STM32單片機應用開發課程評價

因為嵌入式應用開發課程的教學手段相對比較豐富，所以靈活、多樣化的課程考核方式是非常必要的[5]。課程成績必須考慮兩方面內容，子項目的綜合實訓考核和知識點的實驗考核，并合理分配兩者的分值比重。實驗考核中，重點考查知識點的應用能力，同時不能忽視理論知識的考查。項目實訓考核需要從三方面著手，設計報告、實物、答辯，還需要注意上述三項考核內容的分值分配比重。在考核過程中能最大限度提升學生的實踐能力，對于其未來的就業也能起到關鍵性作用，并且提升學生們的應用能力和職業技能。

四、STM32單片機應用開發課程項目化教學效果

（一）提高了學生的學習主動性，激發了學生的學習興趣

許多學生感到專業課程內容枯燥、晦澀難懂，因此學習積極性不高、有畏難情緒，通過項目化教學使理論知識和實踐技能結合起來，避免了學生“什么都學了，什么都不會”的尷尬情況。項目成果的完成提高了學生的學習成就感，激發了學生的學習興趣，學生認識到專業課程是嚴肅的也是豐富的。

（二）培養了學生分析問題、解決問題的能力，學生綜合素質提高

在任務和子項目完成過程中，學習小組各自制定實施計劃、設計方案，并解決在項目實施中出現的問題和困難。這使學生分析問題和解決問題的能力有了顯著的提高，學生的思路更開闊，知識能融會貫通。同時培養了學生搜集資料信息、分析取舍信息、整理歸納信息的能力，全面培養職業崗位綜合素質。

參考文獻：

[1]張天飛，龍海燕，丁嬌，等.基于項目化教學的單片機課程改革[J].物聯網技術，2018，8（4）：119-120.

[2]鐘麗.《單片機技術及應用》項目教學改革與實踐[J].信息與電腦（理論版），2017（5）：246-249.

[3]陳艷，錢葉旺，劉茹茹.電子信息科學與技術專業核心課程項目化教學的探索與實踐[J].河北水利電力學院學報，2018（3）：80-82.

[4]單超穎，李晶晶.應用型院校單片機原理及應用課程項目化教學改革及探索[A].中共沈陽市委、沈陽市人民政府.第十四屆沈陽科學學術年會論文集（理工農醫）[C].中共沈陽市委、沈陽市人民政府：沈陽市科學技術協會，2017：5.

[5]陳愛文，黃鳳良.基于項目驅動的單片機課程小班化教學改革與實踐[J].輕工科技，2018，34（5）：147-148.