電子信息工程類項(xiàng)目化教學(xué)研究與實(shí)踐

伍永峰 賴永菁

摘? 要：鑒于電子信息工程類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，對電子系統(tǒng)綜合設(shè)計課程采用項(xiàng)目化教學(xué)改革。遵循“夯實(shí)基礎(chǔ)，拓寬口徑，重視設(shè)計，突出綜合，強(qiáng)化實(shí)踐”的原則，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，通過項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化的專業(yè)理論與工程項(xiàng)目訓(xùn)練，提高學(xué)生的工程意識、工程素養(yǎng)、工程研究與工程創(chuàng)新能力。認(rèn)真研究課程蘊(yùn)含的思政元素，將思政教育與專業(yè)課教學(xué)融合開展課程思政教育。歷經(jīng)三個教學(xué)周期的實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：課程思政;電子系統(tǒng)設(shè)計;項(xiàng)目化教學(xué);新工科教學(xué)實(shí)踐;物聯(lián)網(wǎng);OBE

中圖分類號：TP311;G434? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2021）23-0190-05

Research and Practice of Project-Based Teaching of Electronic

Information Engineering

WU Yongfeng1，2， LAI Yongjing3

（1.School of Physics and Electronic-Electrical Engineering， Ningxia University， Yinchuan? 750021， China; 2.Key Laboratory of Ningxia Desert Information Intelligent Perception， Yinchuan? 750021， China; 3.School of Ethnic Preparatory Education， Ningxia University， Yinchuan? 750002， China）

Abstract： In view of the problems existing in the experimental teaching of electronic information engineering specialty， the project-based teaching reform is adopted for the comprehensive design course of electronic system. Follow the principle of “consolidating the foundation， broadening the caliber， paying attention to design， highlighting synthesis and strengthening practice”， take students as the center and output as the guidance， and carry out systematic professional theory and engineering project training for students through project-based experimental teaching， improve students’ engineering awareness， engineering literacy， engineering research and engineering innovation ability. Carefully study the ideological and political elements contained in the curriculum， integrate the ideological and political education with the teaching of professional courses to carry out the ideological and political education of the curriculum. Through the practice of three teaching cycles， good teaching results have been achieved.

Keywords： ideological and political education of the curriculum; electronic system design; project-based teaching; teaching practice of new engineering; Internet of Things; OBE

0? 引? 言

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計是電子信息類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課/核心課/學(xué)位課，課程的總體培養(yǎng)目標(biāo)：以立德樹人為根本，以學(xué)生為中心，以“學(xué)”為核心，以工程實(shí)踐能力的提升為目標(biāo)，線上線下結(jié)合，通過綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的工程項(xiàng)目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素養(yǎng)、工程研究與工程創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中遵循“夯實(shí)基礎(chǔ)，拓寬口徑，重視設(shè)計，突出綜合，強(qiáng)化實(shí)踐”的原則，形成“教、學(xué)、做、創(chuàng)新”一體化。注重培養(yǎng)學(xué)生“敢闖會創(chuàng)”，在實(shí)踐中增長智慧才干，在艱苦奮斗中錘煉意志品質(zhì)，力爭做到以創(chuàng)促學(xué)、以賽促學(xué)、以創(chuàng)新促進(jìn)創(chuàng)業(yè)。認(rèn)真研究本學(xué)科特點(diǎn)與課程思政資源，將思政教育、專業(yè)課教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)深度融合與匹配互動，使學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀與價值觀，努力實(shí)現(xiàn)知識與能力、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)、理論與實(shí)踐、科學(xué)性與價值性的辯證統(tǒng)一，鑄就學(xué)生的科學(xué)精神、大國工匠精神與愛國主義情懷。

1? 存在的問題

1.1? 課程思政教學(xué)

課程思政作為高等教育的重要環(huán)節(jié)，是立德樹人的關(guān)鍵舉措[1]。全國高等教育課程在如火如荼地進(jìn)行課程思政化的探討與改革，而實(shí)驗(yàn)類課程目前在“思政化”進(jìn)程中相對滯后，[2]主要存在對課程思政的意義、含義、重要性理解不夠深入幾點(diǎn)問題。課程思政的理念已提出四年有余，但還有很多高校實(shí)驗(yàn)課教師認(rèn)為專業(yè)課教師只要講好專業(yè)課足矣，思政相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)該由思政課老師講授[3]。使課程思政教育流于“表面化”，未取得應(yīng)有的成效

1.2? 實(shí)踐教學(xué)

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計課程的實(shí)踐性極強(qiáng)，實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，常常存在以下問題，達(dá)不到預(yù)期訓(xùn)練效果：難度及工作量偏大或便小，覆蓋面偏小，等同于一個課程設(shè)計性實(shí)驗(yàn);趣味性或?qū)嵱眯圆粔?，難以引起學(xué)生興趣;設(shè)計及制作成本考慮不足，給學(xué)?；?qū)W生造成負(fù)擔(dān);較大的課題以團(tuán)隊形式完成，但任務(wù)分工及考核量化不明確，相互協(xié)作程度不足等等。此外，實(shí)踐教學(xué)手段較單一，沒有很好體現(xiàn)教學(xué)與行業(yè)應(yīng)用的合理結(jié)合。

2? 項(xiàng)目化教學(xué)總體設(shè)計

針對教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的上述問題，結(jié)合筆者多年“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計”課程的教學(xué)實(shí)踐，提出基于項(xiàng)目化教學(xué)對課程實(shí)行改革，更好地適應(yīng)新時代、新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

2.1? 項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計思路

以“基于物聯(lián)網(wǎng)的枸杞生長近地環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與自動水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)”綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說明。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是一個工程設(shè)計性案例，要求學(xué)生用已學(xué)過的理論知識與技能完成系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格按照電子工程設(shè)計應(yīng)遵循的研究方法、技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)手段完成。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計思路：立足于服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，聚焦寧夏回族自治區(qū)九大重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之首的枸杞種植與深加工業(yè)[4]，應(yīng)用數(shù)字傳感器、STM32單片機(jī)、LoRa無線通信技術(shù)和OneNET云平臺，設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的枸杞生長近地環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與自動水肥一體化節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)枸杞生長全周期的環(huán)境參數(shù)實(shí)時監(jiān)測與數(shù)據(jù)共享，為科學(xué)認(rèn)知枸杞生長的生態(tài)環(huán)境并探索合理的綠色控制對策提供有效的技術(shù)保障。利用STM32單片機(jī)現(xiàn)場控制與OneNET云平臺遠(yuǎn)程指令控制相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)自動水肥一體化節(jié)水灌溉，保持枸杞生長始終處于最佳水肥條件，為提升枸杞鮮果的產(chǎn)量和品質(zhì)提供物質(zhì)保障，提高枸杞種植的現(xiàn)代化水平。

2.2? 教學(xué)目的

深刻發(fā)掘?qū)嶒?yàn)、實(shí)踐課程蘊(yùn)含的思政教育資源，通過具體的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐過程，“潤物細(xì)無聲”的做到專業(yè)教育和核心價值觀教育相融共進(jìn)，開展有效的實(shí)驗(yàn)課程思政教育，進(jìn)一步優(yōu)化電子信息工程類工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，使其成為社會主義核心價值觀的有效載體。引導(dǎo)學(xué)生做社會主義核心價值觀的堅定信仰者、積極傳播者、模范踐行者。

將工程項(xiàng)目與專業(yè)課深度融合與匹配互動，提高專業(yè)學(xué)習(xí)的實(shí)踐性。采用項(xiàng)目化教學(xué)，以學(xué)生為中心，線上線下結(jié)合，通過綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化的工程項(xiàng)目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素養(yǎng)、工程研究與工程創(chuàng)新能力。

2.3? 教學(xué)分析

項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)分析。教師在明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)知識與背景的基礎(chǔ)上，認(rèn)真把握以下教學(xué)環(huán)節(jié)，提出切實(shí)可行的教學(xué)設(shè)計方案，如表1所示。

教學(xué)方法 1.討論交流學(xué)習(xí)法：對于一些較難的知識點(diǎn)，通過問題設(shè)置，教師引導(dǎo)，學(xué)生討論，互相交流，將難點(diǎn)問題分解為基本問題，利用團(tuán)隊的協(xié)作精神共同解決

2.講授法：對重點(diǎn)、難點(diǎn)問題教師進(jìn)行系統(tǒng)講解，并在課后線上線下輔導(dǎo)答疑

3.任務(wù)驅(qū)動法：對于各個子單元電路，比如供電電源電路的設(shè)計，教師給出工程背景和技術(shù)指標(biāo)，在這一任務(wù)的驅(qū)使下學(xué)生自行完成設(shè)計

4.直觀演示法：對于系統(tǒng)的軟件設(shè)計，教師將已設(shè)計完成的軟件程序進(jìn)行講解，并在已經(jīng)前期制作好的系統(tǒng)中運(yùn)行，通過串口觀察程序運(yùn)行

5.因材施教：通過提問、問卷、測試、線上線下師生交流等形式，掌握學(xué)生對理論與技能學(xué)習(xí)程度，區(qū)分不同層次的學(xué)生因材施教，充分發(fā)揮每個同學(xué)的優(yōu)勢，善于發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才帶動全體同學(xué)共同完成項(xiàng)目任務(wù)

3? 項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施過程

3.1? 實(shí)驗(yàn)原理

如圖1是基于物聯(lián)網(wǎng)的枸杞種生長近地環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與自動水肥一體化系統(tǒng)的總體架構(gòu)，系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)[5]，數(shù)字傳感器與STM32微控制器組成終端節(jié)點(diǎn)（感知層），STM32+LoRa組成集中器節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)層），通過Wi-Fi/4G向OneNET云平臺傳輸接收的數(shù)據(jù)或發(fā)送下行控制指令，用戶在手機(jī)/PC端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與控制。主要技術(shù)包括：LoRa廣域網(wǎng)無線通信技術(shù)與應(yīng)用[6]、STM32微處理器嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及通信協(xié)議、Wi-Fi/4G/5G無線通信技術(shù)及OneNET云平臺開發(fā)與應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容。

3.2? 項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施過程

本實(shí)驗(yàn)的過程是一個完整的工程實(shí)踐項(xiàng)目，需要經(jīng)歷項(xiàng)目前期、項(xiàng)目中期、項(xiàng)目后期、項(xiàng)目總結(jié)。在實(shí)際教學(xué)中，重點(diǎn)把握十二個環(huán)節(jié)、突出十六個要點(diǎn)問題的解決[7]。具體為：

（1）項(xiàng)目前期。實(shí)地調(diào)研、文獻(xiàn)查閱、項(xiàng)目組集中討論，把握國內(nèi)外與本項(xiàng)目相關(guān)的研究動態(tài)，完成項(xiàng)目的技術(shù)資料收集;與專家組進(jìn)行專題交流、項(xiàng)目論證、確定設(shè)計方案，撰寫出符合實(shí)際的調(diào)研報告、可行性分析報告和設(shè)計報告。

（2）項(xiàng)目中期。依據(jù)調(diào)研論證確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)，綜合分析性價比選擇合適的器件，根據(jù)系統(tǒng)的信號處理流程，按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，并建模對系統(tǒng)進(jìn)行子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)的仿真，找出存在的問題并及時改進(jìn)。

（3）項(xiàng)目后期。完成產(chǎn)品的PCB設(shè)計與制作;完成系統(tǒng)集成、制作產(chǎn)品實(shí)物并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，在無明顯技術(shù)問題的條件下進(jìn)入果園進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試與應(yīng)用。

（4）項(xiàng)目的總結(jié)與評估。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室和應(yīng)用現(xiàn)場使用進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題并及時改進(jìn)，撰寫項(xiàng)目的研究報告、風(fēng)險評估報告和產(chǎn)品的使用手冊。

3.3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

終端節(jié)點(diǎn)（感知層）將檢測到的數(shù)據(jù)通LoRa無線通信發(fā)送給集中器節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)），集中器節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后由Wi-Fi/4G模塊發(fā)送到OneNET云平臺，云平臺將數(shù)據(jù)推送給手機(jī)APP或PC終端，同時手機(jī)APP或PC也可以下發(fā)控制指令到終端節(jié)點(diǎn)的固態(tài)繼電器部分，實(shí)現(xiàn)對自動水肥一體化節(jié)水子系統(tǒng)的控制。如圖2是在OneNET顯示的檢測到的土壤溫濕度、空氣溫濕度、風(fēng)向、風(fēng)速及GPS定位信息等。

4? 考核要求與評價

建立以立德樹人為核心，多元化的考核評價體系。教師評價以師德師風(fēng)、教學(xué)能力、業(yè)務(wù)能力為主導(dǎo)。學(xué)生的評價改革傳統(tǒng)的成績評價為過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)課評價依據(jù)畢業(yè)要求確定的課程目標(biāo)，分析計算課程目標(biāo)達(dá)成度評價，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革成效、示范效應(yīng)評價等。

4.1? 學(xué)生評價

學(xué)生的評價采用過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合，知識與技能40%，思政評價40%，獎勵性評價（20%），依據(jù)23個評價點(diǎn)，使學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)結(jié)果的評價達(dá)到和諧統(tǒng)一，相應(yīng)占比如表2所示。

4.2? 課程評價

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的評價根據(jù)課程OBE教學(xué)大綱確定的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)與權(quán)重，計算實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的達(dá)成度進(jìn)行評價[8]。

本課程對應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)有5項(xiàng)，支撐的課程目標(biāo)6項(xiàng)。課程總體達(dá)成度為0.694。其中課程目標(biāo)的達(dá)成度均高于0.68的設(shè)定目標(biāo)，符合要求，對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度支撐較好。但課程目標(biāo)2、5的達(dá)成度偏低，對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度支撐較低。課程目標(biāo)2主要考查學(xué)生硬件電路設(shè)計、仿真與PCB制作，課程目標(biāo)5主要考查學(xué)生程序設(shè)計能力，有些學(xué)生能力偏弱，在今后的教學(xué)工作中需強(qiáng)化。

5? 項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：

（1）思政教育與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)深度融合，弘揚(yáng)“五種精神”：科學(xué)精神、工匠精神、愛崗敬業(yè)精神、無私奉獻(xiàn)精神、愛國主義精神;培育“五種情感”：專業(yè)歸屬感、行業(yè)榮譽(yù)感、職業(yè)道德感、集體榮譽(yù)感、社會責(zé)任感;力爭實(shí)現(xiàn)“四個統(tǒng)一”：知識與能力、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)、理論與實(shí)踐、科學(xué)性與價值性的辯證統(tǒng)一[9]。

（2）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，采用項(xiàng)目化教學(xué)，以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)能力為主線，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，自主探索并實(shí)踐，真正做到“敢闖會創(chuàng)”。

（3）結(jié)合工程認(rèn)證，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價體系，制定更加符合新時代、新工科教育教學(xué)和人才培養(yǎng)目標(biāo)要求的評價方案。

（4）產(chǎn)教學(xué)研融合，從價值引領(lǐng)、知識探究、能力建設(shè)、態(tài)度養(yǎng)成“四個維度”，實(shí)現(xiàn)知識、思維、能力、價值的有機(jī)統(tǒng)一。

6? 結(jié)? 論

電子信息工程類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程是工程實(shí)踐特色非常鮮明的專業(yè)課，要求具備較高的實(shí)踐動手能力，必須通過系統(tǒng)化的工程項(xiàng)目訓(xùn)練來鞏固所學(xué)理論知識，并且能夠舉一反三。要依據(jù)實(shí)驗(yàn)的知識目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)、技能目標(biāo)結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，選擇合適的工程實(shí)踐項(xiàng)目開展綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，才能使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識來解決工程實(shí)踐問題，真正做到“從工程實(shí)踐中來，到工程實(shí)踐中去”。筆者歷經(jīng)三個教學(xué)周期的教學(xué)實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生參加學(xué)科競賽多次獲得國家級和省級獎勵;2021年筆者所授課的兩個專業(yè)獲批寧夏回族自治區(qū)第一批一流本科建設(shè)專業(yè)——電子信息工程、通信工程專業(yè)。

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作者簡介：伍永峰（1965—）男，漢族，寧夏銀川人，講師，本科，機(jī)電工程師，研究方向：電路與系統(tǒng);賴永菁（1964—），女，漢族，寧夏銀川人，副教授，碩士，研究方向：漢語語言文字。