科教融匯背景下鐵道車輛技術專業(yè)群課程改與革實踐

摘 要：以深化產(chǎn)教融合為重點，以科教融匯為新方向，在鐵道車輛技術專業(yè)群課程中開展教學改革實踐。依托國家級軌道交通協(xié)同創(chuàng)新中心，省級產(chǎn)教融合實訓基地，校企合作重構單片機應用技術課程內容，以項目引領，將最新科技成果融入教學，實現(xiàn)生產(chǎn)領域向教學領域轉化。以學生為中心，打造三階層次、三融四品、雙層畫像”的逆向推衍式課堂改革體系，通過本課程學習，使學生從知識掌握、能力達成、協(xié)作創(chuàng)新、思政教育四個維度實現(xiàn)階躍式突破，為將來從事應用電子產(chǎn)品的設計檢測及軌道交通行業(yè)電路檢修奠定基礎。

關鍵詞：科教融匯 項目引領 教學改革

黨的二十大報告提出，統(tǒng)籌職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育協(xié)同創(chuàng)新，推進職普融通、產(chǎn)教融合、科教融匯。其中，科教融匯，是一個創(chuàng)新性表述。“要堅持以科教 融匯為新方向，服務創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略。”高職院校應主動將科教融匯作為人才培養(yǎng)模式改革的新方向，以產(chǎn)科教一體化育人為切入點，以產(chǎn)科教平臺為依托，將科技創(chuàng)新要素有機融入人才培養(yǎng)全過程。

《單片機應用技術》是鐵道車輛技術專業(yè)的一門拓展課。涉及數(shù)字電路、模擬電路、傳感器、信號處理和程序設計等多方面的內容，具有很強的實踐性和綜合性。本案例堅持“以學生為中心、以學生學習為中心、以學生學習產(chǎn)出為中心”的教學原則，推進了項目引領，打造“三階層次、三融四品、雙層畫像”的逆向推衍式混合式改革體系。教學過程充分體現(xiàn)“教師做中教，學生做中學”的教學思路，堅持一課堂一思政的課堂格局。本課程教學內容實現(xiàn)了零碎化向項目化教學的轉變，教學設計路徑實現(xiàn)了從正向預設向逆向推衍的轉變，教學評價體系由模糊綜合評價體系向精準具象化評級體系的轉變。

1 思路與目標

1.1 擬解決的主要教學問題

（1）傳統(tǒng)單片機教學內容零碎化，課程思政未能有效融入課程體系。

（2）傳統(tǒng)的正向預設模式導致學習路徑單一化，學生創(chuàng)新實踐能力不足。

（3）學前分析與評價體系模糊化，數(shù)字化資源個性化設計不足的問題。

1.2 課堂改革思路

本次課堂革命針對教學中內容零散化、路徑單一化、評價模糊化的問題，從三方面提出了改革思路。首先，針對單片機教學內容零散化，課程思政未有效融入課程體系的問題。本課堂改革以項目引領，重塑三層級精準賦能模塊化課程體系，同時將課程思政融入其中，選取了愛國愛黨、工業(yè)強國、職業(yè)發(fā)展、人文情懷四個，構建一課堂一思政的課程思政格局。其次，針對傳統(tǒng)的正向預設模式導致學習路徑單一化，學生創(chuàng)新實踐能力不足的問題。本課堂改革靶向牽引，打造三融四品逆向推衍式學習路徑。采用項目引領，任務驅動教學方式，鼓勵學生開發(fā)單片機應用的各類智能產(chǎn)品，形成“課程設計項目—創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目—畢業(yè)設計實踐—企業(yè)需求項目”的項目教學體系。通過逆推式項目設定，有效提高學生的實際工作技能，踐行“項目引領、三融四品”教學模式。堅持賽學融合，將課程教學與學生科技創(chuàng)新競賽結合，打造“教、學、做、創(chuàng)”一體化學習空間。最后，針對學前分析與評價體系模糊化，數(shù)字化資源個性化設計不足問題。本課堂改革因材施教，構建“雙畫像”教學相長評價體系，開發(fā)精準評價學習效果的工具，實施兩次“雙畫像”評價，評價結果回歸課堂應用。通過課堂改革，打造“有用”“有料”“有趣”“有效”四有課堂。

2 教學設計

課程的總體設計思路：基于大數(shù)據(jù)和調查統(tǒng)計對學生知識儲備、學習特點和職業(yè)需求進行分析，確定了本課程的教學手段和方法；根據(jù)課程特點，結合當下新技術、新產(chǎn)品，將項目研發(fā)和教學知識有機融合，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力；依照基礎型項目、提高型項目、綜合型項目，對學生的職業(yè)能力遞進培養(yǎng)方式，構建教學模塊；深度融合課程思政，堅持一課堂一思政；根據(jù)學習特點和崗位需求，構建全過程全方位的教學評價體系。

2.1 以首次畫像為藍本，整體把握學情

本課程的授課對象為鐵道車輛技術專業(yè)三年級的學生。依據(jù)鐵道車輛技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，對學生現(xiàn)有的知識儲備和實訓能力進行全面調查，旨在課前掌握學生的基本情況，制定相應的教學策略。

本課堂革命聚合課前在線學習行為數(shù)據(jù)、互動數(shù)據(jù)、練習數(shù)據(jù)等構建用戶畫像模型，從知識掌握、能力達成、學習偏好三個維度，課前，結合職教云平臺，構建第一次“集體畫像”和“個人畫像”。根據(jù)在線學習數(shù)據(jù)生成一張該教學班級的“集體畫像”和該班每名學生的“個人畫像”。教師根據(jù)班級的畫像結果，明晰學情。

2.2 以三階層級為指引，重構課程體系

本課程體系的設計以培養(yǎng)目標為依據(jù)，以崗位需求為導向，以課程思政為抓手。運用布魯姆教育目標分類法，根據(jù)項目的復雜度和覆蓋知識點的情況，采用循序漸進的方式，將項目分為三個層次，基礎認知項目，提高技能項目和綜合創(chuàng)新項目。

1. 基礎認知項目。基礎性項目針對學生的學習特點來設計，主要是掌握單片機的基本知識點。這一層次項目共5個，功能簡單，易于實現(xiàn)，通過基礎性項目的學習，讓學生了解單片機基本結構、工作原理和外設接口，基本程序設計和調試方式，引導學生快速入門。

2. 提高技能項目。提升性項目基于基礎項目而設計，主要是掌握單片機知識點的簡單組合應用。這一層次項目功能4個，具有檢測控制功能，每個項目均包含若干個知識點。通過提升性項目的學習，掌握軟硬件調試方法，具備單片機基本系統(tǒng)的開發(fā)能力。

3. 綜合創(chuàng)新項目。綜合性項目主要是根據(jù)單片機功能的綜合應用、學生的崗位認知和創(chuàng)新能力設計，這一次層次項目共3個。智能交通燈設計是在8路流水燈和交通燈項目的基礎上而研發(fā)；軸溫報警裝置結合鐵路貨車軸承檢修盲區(qū)而設置，學生在項目研發(fā)過程中迅速了解崗位特點；智能鐵鞋結合鐵路貨車客車鐵鞋存在漏撤而引起的事故而設計。3個項目具有完整的系統(tǒng)檢測控制功能，讓學生對單片機系統(tǒng)設計和相關擴展知識的應用有比較深刻的了解，鍛煉學生的創(chuàng)新意識和愛崗敬業(yè)精神。

2.3 以三融四品為導向，制定教學策略

本課程針對傳統(tǒng)的正向預設模式導致學習路徑單一化，學生創(chuàng)新實踐能力不足問題，提出“項目引領、三融四品”的教學策略，“三課融合”即將思政教育、專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合；“四品”即學生通過課程學習，形成學業(yè)作品、課創(chuàng)賽作品、創(chuàng)新作品，畢業(yè)設計作品。

2.3.1 貫穿項目案例，任務驅動提高學生專業(yè)素養(yǎng)

以實際應用項目為核心開展教學，鼓勵和引導學生開發(fā)單片機應用的各類智能產(chǎn)品，開展以單片機為核心的科研項目，形成“課程設計項目——創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目——畢業(yè)設計實踐—企業(yè)需求項目”的項目教學體系。在項目預設中采用逆推方式，首先深入企業(yè)需求，結合企業(yè)痛點問題，設定綜合創(chuàng)新項目，為有效完成綜合創(chuàng)新項目，對應設立基礎性項目和提高性項目。比如為了解決目前鐵路貨車軸承的實時監(jiān)測難、覆蓋范圍小、穩(wěn)定性差的痛點問題，在綜合型項目中設定“軌道車輛軸溫無線實時監(jiān)測項目”，而基礎性和提高新的項目中設立的串行通信項目和溫度檢測設計為其做鋪墊。通過逆推式項目設定，能有效地提高學生的實際工作技能，教學過程中充分實現(xiàn)“以實際能力培養(yǎng)為中心”的應用技術型的人才培養(yǎng)目標，使學生在“學—用—練—創(chuàng)”四方面都得到有力的鍛煉。

2.3.2 深耕課程思政，構建一課堂一思政的格局

本課程的教學設計堅持從“課程思政”到“思政課程”的理念，思政元素選取了愛國愛黨、工業(yè)強國、職業(yè)發(fā)展、人文情懷四個，在教學環(huán)節(jié)逐步滲透。例如，學習數(shù)碼管“視覺暫留”的特點中，引入“耳聽為虛，眼見為實”俗語，通過學習讓學生明白“耳聽、眼見”都不一定為實，所以做人要：“夫耳聞之，不如目見之；目見之，不如足踐之；足踐之不如手辯之”。給學生講解課程交通燈項目實現(xiàn)原理的過程中，同學們要遵守“做文明人、行文明路”的原則，引起大家的共鳴。通過潤物細無聲的融入思政元素，有效的提高了學生項目式學習的熱情，同時培養(yǎng)了學生愛國愛黨的情懷。

2.3.3 堅持賽學融合，激發(fā)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛力

課程教學與課外科技活動緊密結合，相互促進。依托軌道交通智能防溜鐵鞋、軌道交通車輛軸溫無線檢測裝置、可發(fā)光交通路口斑馬線設計的科技創(chuàng)新項目，在教學環(huán)節(jié)中堅持賽教融合，將課程教學與“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、電子設計競賽等多項賽事結合，大力開展第二課堂，延伸教學范圍。組織科技創(chuàng)新小組，提高利用單片機進行自動化系統(tǒng)及電子系統(tǒng)的開發(fā)和設計能力。在教學的過程中，學生誕生出“四品”，即學生通過課程學習，形成學業(yè)作品、創(chuàng)新作品、競賽作品，畢業(yè)設計作品，“四品”有效的發(fā)揮了以賽促學，通過課程學習激發(fā)創(chuàng)意，創(chuàng)意催生作品，作品優(yōu)化課程，最終提升學習動能，推動課堂教學升級。

2.4 以逆向推衍為路徑，踐行教學過程

在單片機課程的項目實過程中，采用逆向教學法的實踐方式，其目的是通過動手實踐，讓學生感受到要學理論的實用性，使學生產(chǎn)生興趣、疑問和要探尋其原理的欲望。為此本課程應精心設計好每次項目的內容及操作過程，為要講授的理論部分做好鋪墊，以點亮8路流水燈項目為例，進行如下三階段六環(huán)節(jié)教學流程。

第一階段：課前導學—教師在智慧職教發(fā)布8路流水燈的設計電路圖和程序，通過短視頻方式觀看不同流水燈的閃爍效果，同時提出三個問題：1、點亮每一個發(fā)光二極管的條件是什么；2、單片機芯片如何提供發(fā)光二極管的控制信號；3、如何實現(xiàn)循環(huán)點亮發(fā)光二極管。

第二階段：課中探究—課中第一環(huán)節(jié)，教師首先將學生遵循“組間同質，組內異質”的方式將學生4人為一組，對課前發(fā)布程序和電路設計在keil軟件和proteus仿真電路中進行設計，每一組配出代表回答課前布置的三個問題。第二環(huán)節(jié)，教師根據(jù)學生的仿真效果和回答問題情況，針對性分析二極管點亮條件、程序設計、AT98C51并行接口知識。第三環(huán)節(jié)，教師為每一小組設計不一樣的8路LED的閃爍效果，學生分組練習，教師循環(huán)指導。第四環(huán)節(jié)，根據(jù)仿真情況，進行實物電路連接。第五環(huán)節(jié)，組間分享實物電路效果，互相借鑒與指導。第六環(huán)節(jié)，教師對不同小組的任務進行評價。

第三階段：課后提升。開放部分實驗室，讓學生可以利用相關的實驗室設備及基本的元器件；鼓勵各小組進行創(chuàng)新實踐，積極采用新技術，新知識、新思路，促進學生自主學習。

2.5 以二次畫像為映射，優(yōu)化教學評價

課后構建第二次“集體畫像”和“個人畫像”。根據(jù)課堂授課后學生在線測試和在線學習數(shù)據(jù)第二次生成一張該教學班級的“集體畫像”和一張該班每名學生的“個人畫像”，教師依第二次“集體畫像”評估課堂教學效果并形成整改策略，依第二次“個人畫像”評定學生成績，并開展針對性輔導，提供個性化教學服務。學生根據(jù)第二次“個人畫像”，補齊短板，自我調整，有效建構知識體系。研制8個指標、30個觀測點的在線學習評價指標體系。

3 特色與創(chuàng)新

3.1 項目引領，重塑三層級精準賦能模塊化課程體系

在本教學課程體系重塑中堅持以項目為主線、教師為引導、學生為主體，遵循以學定教的原則，強化創(chuàng)新思維在實踐中的應用，重塑三層級模塊化課程資源，運用布魯姆教育目標分類法，根據(jù)項目的復雜度和覆蓋知識點的情況，采用循序漸進的方式，將課程重塑為“基礎模塊（精準知識點）-進階模塊（組合知識點）-綜合模塊（項目賦能）”三層級的課程體系，同時將課程思政融入其中，構建精準賦能的模塊化課程體系。

3.2 靶向牽引，打造三融四品逆向推衍式學習路徑

在教學過程中采用“以終為始”的逆向教學設計。橫向以軟件虛擬仿真、三維動畫等情境資源靶向牽引，縱向以項目教學貫穿始終，學生從老師“教”中學到知識，從“做”項目中體會到知識的真諦，并反饋到“學”知識點中，進一步推廣到學生科技創(chuàng)新比賽。將專業(yè)教育、創(chuàng)新教育、思政教育三方面深度融合。學生項目實踐過程中，以課程學習激發(fā)創(chuàng)意，創(chuàng)意催生作品，作品優(yōu)化課程，大力開展第二課堂，延伸教學范圍，產(chǎn)出了學業(yè)作品、創(chuàng)新作品、競賽作品，畢業(yè)設計作品，即為“四品”。

3.3 因材施教，構建“雙畫像”教學相長評價體系

開發(fā)精準評價學習效果工具，實施兩次“雙畫像”評價，評價結果回歸課堂應用。本課程聚合課前課后在線學習行為數(shù)據(jù)、互動數(shù)據(jù)、練習數(shù)據(jù)和課中學習測試數(shù)據(jù)，構建用戶畫像模型對學習個體和班級兩次“雙畫像”。課前，教師根據(jù)班級的“集體畫像”和學生的“個體畫像”，明晰學情，設計課堂教學策略；課中，教師引導學生提問，促進學生進行自主學習，通過師生互動、生生互動，實現(xiàn)教學相長。課后，教師依第二次“集體畫像”評估課堂教學效果并形成整改策略，并開展針對性輔導。學生根據(jù)第二次“個人畫像”，補齊短板，自我調整，有效建構知識體系。

4 教學效果評價

4.1 以創(chuàng)新項目為引擎，助力學生作品穩(wěn)步提升

在“課程設計項目——創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目——畢業(yè)設計實踐—企業(yè)需求項目”的項目教學體系中，學生通過“學—用—練—創(chuàng)”四方面鍛煉，產(chǎn)出了學業(yè)作品20個、競賽作品12個、創(chuàng)新作品10個，畢業(yè)設計作品18個。

4.2 以賽創(chuàng)促能為依托，推進學生創(chuàng)新能力提高

在教學環(huán)節(jié)中引入“以賽促能”的教學方式，將課程教學與大學生科技創(chuàng)新競賽中融合，學生獲得“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽省級獎項12個、“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)大賽省級獎項12個、電子設計競賽獎項2個。

4.3 以雙層畫像為途徑，促進學生專業(yè)知識上升

通過課前課后兩次“集體畫像”“個體畫像”，針對學生個性共性問題設定教學策略和教學評價體系，提高學生課堂參與度，激發(fā)學生學習興趣，打造高效課堂。

基金項目：以科教融合會為指引，探索鐵道車輛技術專業(yè)人才培養(yǎng)新路徑 （2024SZX126）；

陜西省職教協(xié)會課題：陜西省職業(yè)技術教育學會2024年度職業(yè)教育教學改革研究課題：以科教融匯為指引，探索鐵道車輛技術專業(yè)人才培養(yǎng)新路徑。

參考文獻：

[1]曹璐.基于科教融匯的高職建筑工程“三三制”項目驅動基層技術人員培養(yǎng)模式研究[J].新課程研究，2024（06）：96-98.

[2]李琤，洪誠.產(chǎn)教融合、科教融匯背景下汽車制造專業(yè)群課程教學改革實踐——以“汽車制造工藝技術”課程為例[J].天津中德應用技術大學學報，2024（01）：39-45.DOI：10.16350/j.cnki.cn12-1442/g4.2024.01.003.

[3]萬衛(wèi)，徐靜雨.高職學校科教融匯的價值與實踐要求[J].教育與職業(yè)，2024（04）：34-39.DOI：10.13615/j.cnki.1004-3985.2024.04.007.

[4]楊洋，周曙，張辛蕤.高職院校傳媒類專業(yè)課程科教融匯改革探索——以“融合新聞制作”課程為例[J].湖南教育（C版），2024（02）：60-63.