基于项目式教学的高职“电子系统与产品设计”课程改革探索

陈树林 潘晓宁 张振久

摘要：针对高职“电子系统与产品设计”课程教学中存在的问题，应用项目式教学对教学内容与教学模式进行探索，设计了相应的考核方式，并对课程探索和实施过程中遇到的问题进行了分析。

关键词：项目式教学；电子系统与产品设计；教学模式

中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2018）08-0062-05

“电子系统与产品设计”是一门实践性很强的课程，涉及电路设计、软件编程等内容，需要学生掌握数字电路、模拟电路以及C语言等课程内容，并熟练应用单片机软、硬件开发平台，具备电路焊接等实践操作能力。高职院校学生因基础知识相对薄弱、学習积极性较差，学习理解该门课程知识有一定的难度。传统讲授式的教与学以“教师为中心”，学生缺少实践经验，很少能够参与和体验具体产品设计过程，这就难以取得良好的教学效果，出现教师讲得累、学生学得累的现象。鉴于此，笔者以项目为依托，以提升学生学习兴趣和实践动手能力为目标，从教学内容、教学模式、教学资源等方面对高职“电子系统与产品设计”课程进行改革与探索。

一、课程内容设计

“电子系统与产品设计”课程教学内容以实用且常见的电子产品为载体，一个教学项目就是一个完整的产品设计过程。课程总共设计了20个教学项目，内容从简单到复杂，分为基础项目、提高项目和综合项目。

（一）基础项目

项目一至十为基础项目：单片机内部结构与引脚功能、单片机C语言编程基础、单片机端口输入输出控制、流水灯控制、七段数码管静态动态显示控制与4x4矩阵键盘、继电器与直流电机控制、A/D转换电路、光电传感器电路、步进电机控制器以及串行通信。十个项目内容围绕电子产品设计所需基础知识进行讲解和实践训练，每个项目包含主要教学内容，教学实现目标和所需学时数。表1为项目五“七段数码管静态动态显示控制与4x4矩阵键盘”的教学设计，基础项目简单易懂，学生容易掌握，可激发学生对本门课程的学习兴趣。每个项目还设有扩展任务，学生在完成本项目的基础上，可在课堂或课后完成扩展内容，以加深对该项目的认识与理解。

（二）提高项目

学生熟悉和掌握基础项目后，即对电子产品设计的基本知识有了一定的认知与了解。为了提高学生的实践能力，课程设计了六个提高教学项目，包括简易数字信号发生器、1602数字液晶万年历、温度传感器、红外数据传输控制、数字闹钟以及片外存储器的读写控制电路。表2为“简易数字信号发生器”的教学设计，相对于基础项目，提高项目的教学更注重培养学生的电路设计能力与编程能力，难度较基础项目有所增加。

（三）综合项目

为了进一步培养学生的综合实践能力，课程设计了四个综合项目：停车场驻车信息显示和出入口控制系统、空调控制系统、具备远程校时的红绿灯控制系统以及具备有串口校时和闹铃功能的数字电子钟。表3为综合项目“停车场管理系统”的教学设计。

综合项目只给出设计任务，硬件与软件设计都需要学生自行完成。该部分内容不纳入常规教学范围，可供电子产品设计爱好者参考，也可以作为本门课程课程设计或学徒制学生实践能力的提高项目。

二、教学模式设计

与传统的讲授式教学模式不同，项目式教学是以过程为主，项目的实现过程即教学过程。

（一）基础项目

基础项目教学模式设计如图1所示。教师给出项目的具体目标和学生需要完成的任务，讲授项目的基本知识点和项目实现原理。学生需要理解项目的硬件电路与程序设计流程，熟练操作软件开发平台和电路仿真平台，掌握基本的编程技巧和电路设计方法，对电路和程序进行仿真调试，以便对项目结果有预判断。具体实施过程如下：学生在电脑上采用Proteus软件进行电路设计，在keil C开发环境下对项目程序进行调试、编辑，将生成的HEX文件导入Proteus软件环境进行电路仿真，测试仿真结果，此过程主要锻炼学生电路设计与程序编写能力。然后，在开发板上搭建项目硬件电路，对电路进行检测调试，并通过STC-ISP软件和USB串口转接线，将生成的HEX文件下载到开发板，测试项目结果，此过程主要锻炼学生的实践动手能力。学生需要掌握一些基本的电路焊接技能和测试方法，学会至少一种程序烧录方法。基础项目都完成后，学生可以选做项目对应的扩展任务。

在基础项目教学过程中，教师需要讲授项目中的关键知识点，增强学生对该门课程的理解，以提高学生的学习成就感，为学生后续的提高项目学习打下基础。

（二）提高项目

提高项目是以锻炼和提升学生电子产品综合设计能力为目标，教学模式设计如下页图2所示。教师先对项目进行分析讲解，为学生提供项目实现思路，然后对学生进行分组。每组成员共同分析探讨项目的实现方法，确定项目的实现方案，明确各自的具体任务。教师参与每个小组的设计过程，解决学生完成项目过程遇到的问题，对最终作品（包括项目实现方案、电路图、程序以及产品实物）进行验收，点评每组的方案以及作品的优劣，以开拓学生的设计思维。

提高项目教学过程中，教师起引领作用，对每组的方案进行把关，以确保每个小组最终都能达成目标。

（三）综合项目

综合项目主要是为学生中的部分电子产品兴趣爱好者设计的。结合本专业的学徒制教学模式，对学生进行项目分配，责任到人。学生自行收集资料，拟定设计方案，教师只负责答疑，定期考核与检查项目进度。

本课程提出的综合项目仅供参考，学生不局限于该类项目，鼓励学生提出更具有创新性的产品设计思路，与教师进行探讨分析，确定可行性后便可开展项目。

三、教学资源开发

我校机电工程学院组建了一个功能完善的电子产品设计课程专用实训室，配备了包括投影仪、示波器、信号发生器、直流稳压源、频谱仪、逻辑分析仪、万用表、电烙铁等课程所需工具。每个座位配有一套包括台式电脑和硬件开发板的专用教学设备。台式电脑安装有电子产品设计所需软件开发环境，开发板集成了本课程所有的基础项目及项目扩展任务。

为了进一步做好本课程教学改革，本专业还组建了一支理论水平高、动手能力强的“双师型”师资队伍，并结合项目式教学内容设计，合著了一本校本教材。

为了提高学生的学习兴趣和教学效果，教研室为本课程每个项目的教学准备了包括PPT演示、虚拟仿真、动画教学、视频教学、网络教学等丰富的教学资源。通过不断的努力和积累，将本门课程建设成了校级和省级精品课程，图3为精品课程的网络导航。主界面中包含了“课程介绍”在内的10个链接，其中，课程文档中有课程整体教学设计、项目单元教学案例；项目实践中包含本门课程的PPT在线教学、实践演示视频、开发板焊接教学视频以及项目源码解析。通过利用实践项目中的网络资源，学生可以自学与项目相关的基础知识。三维课堂采用三维动画方式介绍电子产品设计中所采用的主流控制器（STC89C52芯片）的内部结构、开发板上的资源和功能，对课程所有项目的原理和运行过程进行动态展示。虛拟实训具有人机交互式操作界面，可以模拟项目的每一步操作过程，观测项目结果，可加深学生对项目过程的理解。网络资源包含项目的课后作业，学生可以下载与本门课程相关的内容进行课后复习。

四、考核评价

为了检验学生的学习效果和教师授课质量，课程设置了相应的考核评价方法。与传统的笔试或电脑操作考试不同，本门课程的考核更注重学生的学习过程，阶段考核分布在每个基础项目和提高项目中。每个基础项目满分为4分，教师依据每个学生的学习情况给分，考核内容包括学生考勤、课堂表现以及项目完成情况。每个提高项目满分为10分。考核内容包括学生考勤、课堂表现、团队合作表现、任务完成情况以及学生互评。综合项目完成情况不纳入学生课程考核范畴。

教师授课质量考核主要分为学生评教、教学督导评教以及部门互评等三部分。教学督导和学生依据教学态度、教学内容、教学方法、教学效果等四个方面给授课教师评分。督导评分占总评分的30%，学生评分占总评分的50%。部门互评主要依据教学素质、教学常规、教学效果、教学建设四个方面进行评分，部门互评分占总分的20%。对得分高的教师授予教学质量优秀奖，并给予一定的物质奖励，以提升教师的工作热情。

五、教学反思

在高职“电子系统与产品设计”课程中采用项目式教学，在不断的探索与实践过程中，取得了良好的效果的同时，也需要注意一些实际问题。

（一）项目设计的合理性

好的项目内容和教学模式能显著提升教学效果。“电子系统与产品设计”课程是一门实践性很强的课程，需要学生具有一定的电路设计以及程序设计能力，因此项目设计需要根据学生实际情况。

第一，项目难易程度的把控。项目难度若太高，对教师水平本身是一个挑战，毕竟一个人的知识有限；学生项目完成情况堪忧，如果让高职学生去完成一个无人驾驶控制系统开发，显然不现实，且容易导致学生厌学情绪。若项目难度太低，则对学生水平提升有限。

第二，项目应与现实生活对接。电子产品更新换代快，选择项目内容需要与时俱进，才能吸引学生的兴趣，提高学习的主动性。项目本身应具有实用性和市场前景，才有可能使项目产品化，为学生、学校、企业带来实际价值。

第三，项目内容安排要有层次。从课程大纲到项目内容设计，必须层次分明，知识层面以及项目内容难易度，都需要循序渐进，由功能单一到功能多样化。项目之间应具有衔接性：当前项目是前一个或多个项目的功能扩展，是后一个项目的基础，学生在学习当前项目过程中，既是对前一个项目的复习，又是对后一个项目的预习。

第四，项目内容安排要尽量全面。无论是理论基础知识，还是电路设计、软件编程等实训，项目应尽量包含本门课程的所有知识点，对关键知识点不应遗漏，对重难点知识和项目应反复涉及，以加深学生的理解。

第五，项目式教学更应注重教学过程。教学过程应结合企业产品生产流程，学生完成项目过程，就是实际产品生产工艺流程，可增强学生对企业岗位的适应能力。

第六，项目设计内容应是企业的实际需求。社会、企业的真实需求，是项目内容来源，项目是联系学校教学、企业需求、学生与教师、教师与企业的桥梁。

（二）师资队伍建设

一门课程的改革实践，不仅包括课程内容和课程资源，更需要良好的师资队伍。项目式教学与传统的讲授式教学有很大区别。项目式教学不仅要求教师具有扎实的学科知识，同时还要求教师具备项目规划、项目管理及项目评价能力，企业实际项目开发经验及完整的产品开发能力。而在现实中，很多教师毕业后直接担任专任教师，缺乏企业实践经验。因此，对于项目式教学，提高师资队伍水平是一个亟待解决的问题。

（三）教学资源匹配

项目式教学需要配套的教学设备、丰富的教学资源及先进的教学手段。

第一，应重新设计专业培养方案和课程大纲。例如，课程学时，应根据每个项目的具体情况而定，集中安排项目学时，可便于项目教学的顺利开展。

第二，专用教材制定，常规教材，知识点虽采用逐层递进，但是较为分散，不能满足项目式教学要求。依据项目式教学课程大纲要求，结合本门课程的知识构架和项目具体内容，编著适合项目式教学的专用教材。

第三，项目式教学的教学场地以及所需教学耗材与常规教学不同。项目式教学的实施需要相应的实训耗材、专用的教学场地以及项目完成所需的工具和设备，这就需要学院对课程建设进行一定的资金投入。

第四，应加强教学资源库建设。项目式教学是基于工作过程的教学模式，学生需要在有限的时间内完成相应的项目任务。这就要求学生在课后去进行相应的补充学习，因此，建设丰富的教学资源库就显得非常必要。

（四）项目教学评价方法

项目式教学考核评价方法有待完善，需要建立过程化、多元化的考核体系。教师对学生应注重操作技能、学习态度以及学习效果等方面的考核。由于项目中采用团队分组协作模式，应该考虑加入学生互评结果，包括组织能力、团队协作能力等。学生也可以对教师进行评价，包括教学水平、教学方式以及教学内容等。

（五）项目教学中应适当引入校企合作机制

校企合作是现代高职教育积极倡导的一种教育模式。项目式教学实施过程中，一方面，应与企业达成协议，引进企业内有较强动手能力和丰富项目经验的工程师来任教，就项目具体内容进行协商，这样才能确保项目产品紧跟时代步伐，具备市场前景。另一方面，引入校企合作机制，学校可分批次让专任教师进入企业挂职锻炼，提高教师水平的同时，增强企业研发能力；让学生到企业顶岗实习，促进学生就业和企业招工问题，实现校企双赢。

在“电子系统与产品设计”课程项目式教学探索实践的过程中，在取得良好的效果的同时，也存在一些问题，需要学校从制度、投入等多方面着手；教师从自身素质提升出发，为项目式教学的顺利开展进行合理有效的资源整合。

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（责任编辑：张维佳）