工程思维导向的项目课程建设实践——以《智能电子产品设计制作》为例

(苏州信息职业技术学院，江苏苏州 215200)

工程素养是工程技术人员必须具备的一项基本素质，包含工程知识、工程技能、工程意识、工程理论，是面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性。职业院校培养服务于行业第一线的实践能力强并具备适度理论知识的应用型人才，工程素养是应用型人才必备的基本素质。工程素养的形成是一个复杂而循序渐进的过程，不是一朝一夕就能完成的，学生工程素养培养体现在整个教育过程中，渗透到教学的每个具体环节。

课程作为人才培养方案的基础单元，是实现人才培养目标的重要抓手，因此如何将工程素养渗透到课程教学中，工程思维导向的综合项目课程的设计开发和实施显得尤为重要。工程思维导向的课程开发一般以项目化教学的CDIO模式开展。CDIO 代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，以综合的培养方式使学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力这四个层面达到预定目标。

1 《智能电子产品设计制作》课程教学现状

苏州信息职业技术学院通信与信息工程系很早就提出学期项目课程的设计思路，即每学期安排一门项目课程，旨在通过项目化的课程设计提升学生的综合实践能力和工程素养。《智能电子产品设计制作》是第四学期的项目课程，打造智能电子产品设计制作的应用型人才培养路线，是《C语言》、《电工电子》、《电子产品工艺》、《印刷电路板设计》、《单片机应用技术》等课程群的项目课程，旨在进行融合，建立学生的系统思维和综合工程素养。

通过项目课程整合课程群的知识和技能，从单项技能到综合素养和技能的融合，需要有合适的教学载体、教学模式和教学平台来支撑教学。以往教学中项目课程是采用自由化命题方式，真正实施教学的过程就变成了学生自由选题完成自由任务，惰性思维的惯性下通常学生采用仿真平台实现一个简单的成熟的应用，走一个完美的过场，而综合知识和技能的融合收获甚微。

2 工程思维导向的《智能电子产品设计制作》课程建设

2.1 分级构建主题化项目，串联知识实施教学

《智能电子产品设计制作》采用工程思维导向的课程设计，以“项目为主线、教师为主导、学生为主体”，强调学生工程过程的完整参与度，采用建构主义理念将单项技能融入项目教学，激发学生学习兴趣，促进有效思考和解决问题，培养工程素养。通过调研，实际企业用人单位更加看重的是学生硬件设计、调试、线路板绘制、智能产品调试技能。为了改革以往教学过程中存在的弊端，切实提高学生的综合素养和技能训练水平。教学内容通过具体项目为依托，在具体实施中分级设置项目，循序渐进地将相关的知识点融入项目的任务之中，通过完成任务掌握相应的知识点，提高相关技能和操作的应用能力。

教学模式上，《智能电子产品设计制作》采用集中+分散的授课方式，周期为8周，结合超星学习通平台开展有效学习。基于超星学习通平台的课程建设符合认知规律，学科体系加任务驱动的方式，一纵一横构建知识的网络体系，提高理论和技能水平。教学过程中，学生不断进行实践-总结-反思，将琐碎的知识点串联起来，逐步培养学生的综合能力。采用主题化项目开展教学活动，通过项目串联起课程群的知识和技能，教学内容比较综合，教学方式相对比较自由，因此，如何整合知识内容、如何组织教学、如何评价教学效果显得尤为重要。

2.2 教学过程与生产工作过程相连，贯通课程群技能训练

工程思维导向的《智能电子产品设计实训》以开发趣味性和实用性兼具的电子产品为主线，通过任务驱动，培养学生的综合工程素养和技能，包括电子线路板绘制技能、电子线路板和元器件、SMT焊接技能、电路调试、单片机编程调试技能，非常有利于今后电子设计职场的发展。基于工程思维导向的《智能电子产品设计实训》课程框架如图1所示。

图1 工程思维导向的《智能电子产品设计实训》课程框架

教学载体与时俱进，按照主题化项目开展教学。以2017级应用电子技术专业教学班级为例，以当年网红科技产品3D成像风扇为学习载体，主题为视觉类的智能产品设计。视觉灯光控制的智能产品具有可观赏、实时性、互动性较好的优点。结合校内电子创客岛专业社团完成的几个典型的应用：动态点阵显示、动态灯光塔、光立方等综合应用项目，含电源系统、无线通信系统、单片机控制系统等，开展项目教学，将课程群的知识、技能通过项目载体融合贯通。

学生在教师引导下基于实物完成逆向设计过程，从原理图开始到成品焊装调试硬件实现，到软件调试实现功能，建立产品设计制造的整体联系，适应现代工程技术的发展对工程素质的要求。将教学过程与生产工作过程紧密相连，实现教学与生产无缝连接，培养学生的工程素养和工程技能。

2.3 基于开源硬件快速构建工程训练

在工程设计领域，硬件开源使得设计者更容易开发自己的产品，设计者可以充分利用开源硬件做最初的原型开发。这几年开源开发平台如雨后春笋船冒出来，其软硬件设计资料都是全面开放的，构成一个可供用户借鉴的电子项目的开发环境，设计者可以充分利用开源硬件做最初的原型开发，最后如果设计想要量产，设计者可以采购对应的处理器在产品中使用开源硬件的设计，加快产品开发的速度。

为了保证教学平台应用的便携性和多样性，采用开源硬件模块整合成系统的电路的设计，再进行程序的设计，整合为一个完整应用。开源电子模块，具有便携性、可扩展性好、可用资源丰富的特点，可以课上课下、线上线下共同讨论，扩展资源，形成有价值的软硬件设计方案，为学生开展毕业设计、创新训练、大学生电子设计大赛提供很好的资源平台。基于开源硬件的课程实践平台如图2所示。

图2 基于开源硬件的课程实践平台

校内电子创客岛专业社团完成的几个典型的应用，都是通过开源电子模块搭建系统，通过尝试和反复试错调试后，完成的智能电子产品的样机。课程教学在原有样机基础上进一步改进原型设计，进行逆向设计，将原理图、PCB的训练落到实处，进一步考虑工程实际的要求，在电路布局、PCB设计方面思考改进措施，而不是简单地模仿。

项目课程教学强调学生工程过程的完整参与度，通过学期项目全生命周期参与从原理图开始到成品焊装调硬件实现，到软件调试实现功能，基于问题开展有效学习，在发现问题、解决问题过程中高效提升工程素养，如图3所示。

图3 从原理图到实物调试的训练项目

2.4 依托学习通平台开展混合教学，促进高效教学

课程建设中要充分意识到移动互联网已经遍及每个角落，重视利用网络资源，设计制作课程云平台，开发建设丰富的教学资源库，促进学生课堂内外进一步深入学习，开展高效的混合教学。通过设计制作相关微课、教学资源等，激发学生学习的兴趣；引导他们充分利用课程网络平台，开展线上线下交流互动，在实践与交流中不断提高智能电子产品设计、制作水平和实践能力。基于学习通平台的课程混合教学如图4所示。

图4 基于学习通平台的课程混合教学

课程教学基于建构主义理念，采用任务驱动，基于问题开展教学，从内激发学习动力。课程围绕任务开展学习，让学生在任务开展的过程中建构知识的意义，提高相应的分析问题和解决问题的能力。教学活动基于问题的发现、分析、解决，在基于问题的教学过程中，调动学生的思考和分析能力，提高学生的参与度和学习的获得感，让学生在解决问题过程中建构知识的意义，增强问题分析和解决能力，实现有效学习。将CDIO的工程思维贯彻到线上线下的整个学习流程中，不断拓展和加深学生全局视角的工程思维。

除了建设好课程学习通平台，还要不断完善以工程思维为导向、以学生为中心的教学活页、教学资源，形成“优化结构，精选内容，突出个性，注重实践，形成特色”的配套活页教材，促进学生课堂内外进一步深入学习。

工程思维导向的《智能电子产品设计实训》的项目课程改革贯通了智能电子应用电路识图、绘图、PCB制版、焊接调试、编程应用等课程群知识，循序渐进地提升了学生智能电子技术运用的职业技能，在近两年的电子产品设计与制作大赛、工业4.0智能硬件调试与应用大赛荣获一等奖1项、二等奖2项，大大提升了学生的智能电子应用综合能力。

3 总 结

传授知识、培养能力、训练技术、提高工程素质是高职工科专业教育活动最基本的四大组成部分。综合项目课程是专业课程群的知识和技能的融合，通过线上线下混合教学开展“集中+分散”的项目课程教学，通过工程实践活动来培养和提高学生的工程素质，充分发挥学生主观能动性，很好地实现了课程群知识、技能的融合，提高了学生的综合工程素养。相对于未参加教改的平行班学生，工程思维导向的《智能电子产品设计制作》课程实践显著增强了学生基于单片机控制电路的系统分析和调试能力，提高了综合工程素养和技能水平。