以专业核心素养为导向的专业实践课程教学改革研究

孟艳艳 贾长洪 刘萌 张晓宏

摘  要：文章系统分析了应用型本科院校工科方向的专业实践课程教学中普遍存在的问题，基于新工科项目化人才培养模式，提出了“项目化”和“任务驱动”结合的专业课程教学模式。从课程教学设计、知识点和技能点教学设计、课程资源开发、课程考核等方面，详细阐述了“教学做”为一体的教学模式。并以STM32单片机应用开发课程为例，详细说明此课程的项目化教学设计。

关键词：新工科;专业实践课程;项目化教学;任务驱动教学;教学做一体化

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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、专业实践课程教学改革的背景

（一）应用型本科院校的新工科人才培养改革介绍

针对应用型本科院校工科专业的人才培养目标、课程体系、教学资源、师资团队、实验实训基地等存在的问题，我们提出了“1.5+1+0.5+1”式的应用工程人才培养模式。在深度校企融合的基础上，基于企业工程项目，校企共同进行新工科项目化教学改革，实施“基础知识储备+模拟实施工程项目+工程项目实战+实习”的四阶段人才培养，从而培养优秀的知识型工程人才，作者在《应用型本科院校的工程人才培养模式设计与实践》一文中有详细阐述。

在“1.5+1+0.5+1”式的人才培养模式中，第一阶段是通识课和专业基础課程学习，采用授课为主的教学方式，保证学生具备扎实的基础，校内教师完成教学。第二阶段是专业核心课程学习，采用“项目化”和“任务驱动”结合的教学模式，将企业工程项目分解为不同的任务模块，每个任务模块对应1-2个专业核心课程，“教学做”为一体的教学方式，保证学生具备扎实的专业知识和专业技能，学校教师和企业工程师共同完成教学。本文将详细阐述第二阶段“专业核心课程学习”的实施方案，并以STM32单片机应用开发课程为例介绍。

（二）传统单片机课程教学存在的问题

单片机技术是电子、通信、机电等多个专业的必修课程，它是一门理论和实践相结合的课程，实用性非常强，渗透到我们生活的各个领域。近几年来，很多高校已经对单片机课程进行了初步改革，从传统的按教材章节知识授课的模式转变为案例驱动的方式，采取理论和实践相结合的教学方法，单片机课程教学质量有了很大的提高[1-2]。但是在应用型本科院校有很大比例的学生依然感觉单片机课程学习难度大和兴趣度不高，综合来看主要存在如下的问题：

第一，大多数应用型本科院校采用清华大学等的教材，理论知识篇幅太多、理论性太强，并且教材采用小案例对应知识点的方式展开，缺乏系统性、工程性的训练，不适用于应用型本科院校工程人才的培养;第二，大多数教师在单片机课程教学过程中，采用讲解单片机工作原理、分析案例代码、引导学生进行小案例练习的教学方式，刚开始涉足电子信息领域的学生不容易理解，很多学生死记硬背，导致学后即忘;第三，很少将单片机课程与其他课程的结合，课程体系缺乏连贯性和融合性，这样学生应用单片机的兴趣和动力会降低;第四，单片机选型比较落后，一般院校选择51单片机作为学习范本，但是51单片机内存和外设功能有限，一般企业开发稍微大型的项目都选择ARM内核的单片机，如STM32系列等。

二、新工科专业实践课程教学模式设计

（一）课程教学过程设计

项目教学法[3]属于“行为导向”[4]教学法的一种，非常适用于工科专业核心课程，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，锻炼学生的专业实战能力。基于真实企业工程项目，我们进一步将项目化教学方法深化和细化，其教学设计主要分为三个阶段：项目分析和分解阶段、知识点和技能点学习及训练阶段、项目完成阶段。第一个阶段，主要是院校老师和企业工程师共同完成，把企业工程项目中与本课程相关的部分分解成为不同的小任务，每个小任务对应1-2个知识点和技能点;第二阶段，主要是借助实验套件、通过课堂学习完成，教师针对每个知识和技能点准备丰富的案例，由易到难、循序渐进完成教学;第三阶段，通过学生主导、教师辅助的形式，借助综合实训平台，通过项目实战的方式，分小组完成子项目。

（二）知识点和技能点教学过程设计

每个知识点和技能点的教学分为三个阶段展开，模仿和体验学习阶段、理论学习阶段、任务驱动阶段（图1）。

在模仿和体验学习阶段，秉持先动手体验、后思考总结的学习原则。针对每个知识点，准备相关的任务和丰富的案例，任务手册详细说明任务的操作步骤。学生根据任务手册动手体验，完成实验操作、观察实验现象;老师引导同学们举一反三，通过略微变化操作步骤或内容，得到不同的实验现象、完成不同的任务;老师引导学生思考和总结，不同实验操作导致不同实验现象的原因、不同类型的实验现象的操作步骤等。

在理论学习阶段，要秉持通俗易懂和理论联系实际的学习原则。结合第一阶段的实验现象，通过理论知识的学习，学生能思考和总结实验操作及现象的原因。

在任务驱动学习阶段，要坚持学生为主、教师为辅、小组完成任务的方式。通过前两个阶段的学习，同学们基本理解了这个知识点和技能点，通过小组应用所学知识完成相应的任务，可以掌握知识和技能。

（三）专业实践课程项目化教学资源开发

为了保障项目化教学的顺利实施，要研发本模块的教学资源：首先，基于企业工程项目中与本课程中相关的子项目，编写项目化教材;其次，在子项目软硬件平台的基础上，开发相应的实验套件和实训套件;再次，编制子项目指导手册及分解得到的不同任务指导书;第三，针对每个知识点准备丰富的任务案例教学资源，以及每个知识点的课件、教案、学习视频等;最后，编写本门课程的课程设计项目方案。

（四）专业实践课程评价设计

改变以往单一的评价方式，对学生进行综合能力考核。同时要注意“三结合”：学校考评和教师考评相结合、过程考评和期末考评相结合、集体考评和个体考评相结合。综合能力分数由过程性评价成绩、终结性评价成绩两部分组成，综合能力分数=过程性评价成绩（70%）+期末考试（30%）。过程性评价成绩包括课堂出勤、学习表现、项目完成评价、小组评价、个人评价等部分，主要根据学生的学习态度、项目完成程度、小组合作程度来评定，过程性评价由学生自评、小组评价、教师评价三部分组成。

三、STM32单片机应用开发课程教学改革

（一）STM32单片机应用开发课程教学设计

单片机项目化教学设计采用倒推的方式描述：首先，选择北京紫藤智慧农业科技有限公司的“智能温室大棚控制系统”中的一个子项目“温室大棚智能放风机”为课程教学项目，贯穿整个课程教学;其次，将智能放风机项目分解为多个任务，每个任务对应1-2个STM32单片机的知识点或技能点;再次，进行每个知识点和技能点的教学设计，分为体验与模仿、理论学习、实战提升三个阶段，掌握这个知识点和技能点，同时完成对应的放风机子任务;最后，进行项目的集成，完成“温室大棚智能放风机”项目。整体项目化教学设计如图2。

基于STM32单片机的嵌入式应用开发课程的知识点主要包括，GPIO、中断、系统时钟、实时时钟、定时器、UART通信、AD/DA、CAN总线、SPI总线。对于每个知识点的学习，我们采用先动手实践、后理论学习、由易到难循序渐进、任务驱动式的教学方式。首先，指导学生们在已有的“模拟答题器”项目工程上修改代码，体验不同的知识点实验现象，引起学生的兴趣;其次，讲授知识点的理论内容，从理论上明白之前得到实验现象的工作原理和程序设计;最后，引导学生独立建立工程和编写代码，完成针对知识点的实验。下面我们以GPIO知识点模块为例说明（表1）。

（三）STM32单片机应用开发课程项目化教学资源库建设

智能放风机系统能应用于普通大棚的温度智能控制，通过对比温度传感器测量的大棚温度和设定的作物生长温度，控制电机正反转，来调节温室大棚通风口的大小，从而实现温度控制。放風机硬件系统包含无线数字温度传感器、LORA通信模块、STM32单片机控制模块、直流电机、通风口控制机械装置等。

基于智能放风机系统的项目化教学资源库建设分为以下几个部分：第一，与企业共同研发STM32单片机实验套件和项目开发套件，包括温湿度传感器、直流电机、STM32开发板、开发板套件（电源、在线仿真器、串口接口、LORA无线通信模块等）;第二，编写STM32单片机项目化教材;第三，其他学习资源，包括温室大棚放风机子项目指导手册，各个知识点的实验案例、学习课件、学习视频等。项目的分解、知识点和技能点的案例见表2。

（四）STM32单片机应用开发课程评价

因为嵌入式应用开发课程的教学手段相对比较丰富，所以灵活、多样化的课程考核方式是非常必要的[5]。课程成绩必须考虑两方面内容，子项目的综合实训考核和知识点的实验考核，并合理分配两者的分值比重。实验考核中，重点考查知识点的应用能力，同时不能忽视理论知识的考查。项目实训考核需要从三方面着手，设计报告、实物、答辩，还需要注意上述三项考核内容的分值分配比重。在考核过程中能最大限度提升学生的实践能力，对于其未来的就业也能起到关键性作用，并且提升学生们的应用能力和职业技能。

四、STM32单片机应用开发课程项目化教学效果

（一）提高了学生的学习主动性，激发了学生的学习兴趣

许多学生感到专业课程内容枯燥、晦涩难懂，因此学习积极性不高、有畏难情绪，通过项目化教学使理论知识和实践技能结合起来，避免了学生“什么都学了，什么都不会”的尴尬情况。项目成果的完成提高了学生的学习成就感，激发了学生的学习兴趣，学生认识到专业课程是严肃的也是丰富的。

（二）培养了学生分析问题、解决问题的能力，学生综合素质提高

在任务和子项目完成过程中，学习小组各自制定实施计划、设计方案，并解决在项目实施中出现的问题和困难。这使学生分析问题和解决问题的能力有了显著的提高，学生的思路更开阔，知识能融会贯通。同时培养了学生搜集资料信息、分析取舍信息、整理归纳信息的能力，全面培养职业岗位综合素质。

参考文献：

[1]张天飞，龙海燕，丁娇，等.基于项目化教学的单片机课程改革[J].物联网技术，2018，8（4）：119-120.

[2]钟丽.《单片机技术及应用》项目教学改革与实践[J].信息与电脑（理论版），2017（5）：246-249.

[3]陈艳，钱叶旺，刘茹茹.电子信息科学与技术专业核心课程项目化教学的探索与实践[J].河北水利电力学院学报，2018（3）：80-82.

[4]单超颖，李晶晶.应用型院校单片机原理及应用课程项目化教学改革及探索[A].中共沈阳市委、沈阳市人民政府.第十四届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C].中共沈阳市委、沈阳市人民政府：沈阳市科学技术协会，2017：5.

[5]陈爱文，黄凤良.基于项目驱动的单片机课程小班化教学改革与实践[J].轻工科技，2018，34（5）：147-148.