电子信息工程类项目化教学研究与实践

伍永峰 赖永菁

摘  要：鉴于电子信息工程类专业实验教学存在的问题，对电子系统综合设计课程采用项目化教学改革。遵循“夯实基础，拓宽口径，重视设计，突出综合，强化实践”的原则，以学生为中心，以产出为导向，通过项目化实验教学，对学生进行系统化的专业理论与工程项目训练，提高学生的工程意识、工程素养、工程研究与工程创新能力。认真研究课程蕴含的思政元素，将思政教育与专业课教学融合开展课程思政教育。历经三个教学周期的实践，取得了良好的教学效果。

关键词：课程思政;电子系统设计;项目化教学;新工科教学实践;物联网;OBE

中图分类号：TP311;G434              文献标识码：A文章编号：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

電子系统综合设计是电子信息类专业开设的专业必修课/核心课/学位课，课程的总体培养目标：以立德树人为根本，以学生为中心，以“学”为核心，以工程实践能力的提升为目标，线上线下结合，通过综合设计性实验对学生进行系统的工程项目训练，培养学生的工程意识、工程素养、工程研究与工程创新能力。教学过程中遵循“夯实基础，拓宽口径，重视设计，突出综合，强化实践”的原则，形成“教、学、做、创新”一体化。注重培养学生“敢闯会创”，在实践中增长智慧才干，在艰苦奋斗中锤炼意志品质，力争做到以创促学、以赛促学、以创新促进创业。认真研究本学科特点与课程思政资源，将思政教育、专业课教学与实验课教学深度融合与匹配互动，使学生树立正确的人生观、世界观与价值观，努力实现知识与能力、创新与创业、理论与实践、科学性与价值性的辩证统一，铸就学生的科学精神、大国工匠精神与爱国主义情怀。

1  存在的问题

1.1  课程思政教学

课程思政作为高等教育的重要环节，是立德树人的關键举措[1]。全国高等教育课程在如火如荼地进行课程思政化的探讨与改革，而实验类课程目前在“思政化”进程中相对滞后，[2]主要存在对课程思政的意义、含义、重要性理解不够深入几点问题。课程思政的理念已提出四年有余，但还有很多高校实验课教师认为专业课教师只要讲好专业课足矣，思政相关的内容应该由思政课老师讲授[3]。使课程思政教育流于“表面化”，未取得应有的成效

1.2  实践教学

电子系统综合设计课程的实践性极强，实践项目的设计是其中的重点和难点，常常存在以下问题，达不到预期训练效果：难度及工作量偏大或便小，覆盖面偏小，等同于一个课程设计性实验;趣味性或实用性不够，难以引起学生兴趣;设计及制作成本考虑不足，给学校或学生造成负担;较大的课题以团队形式完成，但任务分工及考核量化不明确，相互协作程度不足等等。此外，实践教学手段较单一，没有很好体现教学与行业应用的合理结合。

2  项目化教学总体设计

针对教学环节中存在的上述问题，结合笔者多年“电子系统综合设计”课程的教学实践，提出基于项目化教学对课程实行改革，更好地适应新时代、新工科人才培养目标的要求。

2.1  项目化教学设计思路

以“基于物联网的枸杞生长近地环境参数监测与自动水肥一体化系统设计与实现”综合设计性实验为例进行说明。本实验项目是一个工程设计性案例，要求学生用已学过的理论知识与技能完成系统设计与实现。本实验项目的设计与实现严格按照电子工程设计应遵循的研究方法、技术路线和实验手段完成。实验项目设计思路：立足于服务地方经济发展需求，聚焦宁夏回族自治区九大重点产业之首的枸杞种植与深加工业[4]，应用数字传感器、STM32单片机、LoRa无线通信技术和OneNET云平台，设计基于物联网的枸杞生长近地环境参数监测与自动水肥一体化节水灌溉系统，实现枸杞生长全周期的环境参数实时监测与数据共享，为科学认知枸杞生长的生态环境并探索合理的绿色控制对策提供有效的技术保障。利用STM32单片机现场控制与OneNET云平台远程指令控制相结合的方式实现自动水肥一体化节水灌溉，保持枸杞生长始终处于最佳水肥条件，为提升枸杞鲜果的产量和品质提供物质保障，提高枸杞种植的现代化水平。

2.2  教学目的

深刻发掘实验、实践课程蕴含的思政教育资源，通过具体的实验与实践过程，“润物细无声”的做到专业教育和核心价值观教育相融共进，开展有效的实验课程思政教育，进一步优化电子信息工程类工科专业的人才培养模式，使其成为社会主义核心价值观的有效载体。引导学生做社会主义核心价值观的坚定信仰者、积极传播者、模范践行者。

将工程项目与专业课深度融合与匹配互动，提高专业学习的实践性。采用项目化教学，以学生为中心，线上线下结合，通过综合设计性实验对学生进行系统化的工程项目训练，培养学生的工程意识、工程素养、工程研究与工程创新能力。

2.3  教学分析

项目化实验教学的教学分析。教师在明确实验教学大纲的要求、实验教学的特点、实验教学的目的、实验教学相关知识与背景的基础上，认真把握以下教学环节，提出切实可行的教学设计方案，如表1所示。

教学方法 1.讨论交流学习法：对于一些较难的知识点，通过问题设置，教师引导，学生讨论，互相交流，将难点问题分解为基本问题，利用团队的协作精神共同解决

2.讲授法：对重点、难点问题教师进行系统讲解，并在课后线上线下辅导答疑

3.任务驱动法：对于各个子单元电路，比如供电电源电路的设计，教师给出工程背景和技术指标，在这一任务的驱使下学生自行完成设计

4.直观演示法：对于系统的软件设计，教师将已设计完成的软件程序进行讲解，并在已经前期制作好的系统中运行，通过串口观察程序运行

5.因材施教：通过提问、问卷、测试、线上线下师生交流等形式，掌握学生对理论与技能学习程度，区分不同层次的学生因材施教，充分发挥每个同学的优势，善于发现优秀人才带动全体同学共同完成项目任务

3  项目化教学的实施过程

3.1  实验原理

如图1是基于物联网的枸杞种生长近地环境参数监测与自动水肥一体化系统的总体架构，系统采用物联网三层结构[5]，数字传感器与STM32微控制器组成终端节点（感知层），STM32+LoRa组成集中器节点（网络层），通过Wi-Fi/4G向OneNET云平台传输接收的数据或发送下行控制指令，用户在手机/PC端实现数据共享与控制。主要技术包括：LoRa广域网无线通信技术与应用[6]、STM32微处理器嵌入式系统开发与应用，物联网网关及通信协议、Wi-Fi/4G/5G无线通信技术及OneNET云平台开发与应用相关内容。

3.2  项目化教学的实施过程

本实验的过程是一个完整的工程实践项目，需要经历项目前期、项目中期、项目后期、项目总结。在实际教学中，重点把握十二个环节、突出十六个要点问题的解决[7]。具体为：

（1）项目前期。实地调研、文献查阅、项目组集中讨论，把握国内外与本项目相关的研究动态，完成项目的技术资料收集;与专家组进行专题交流、项目论证、确定设计方案，撰写出符合实际的调研报告、可行性分析报告和设计报告。

（2）项目中期。依据调研论证确定系统的性能指标，综合分析性价比选择合适的器件，根据系统的信号处理流程，按照相应的技术规范、行业标准的要求完成系统的硬件设计、软件设计，并建模对系统进行子系统和整体系统的仿真，找出存在的问题并及时改进。

（3）项目后期。完成产品的PCB设计与制作;完成系统集成、制作产品实物并在实验室进行测试，在无明显技术问题的条件下进入果园进行现场调试与应用。

（4）项目的总结与评估。经过实验室和應用现场使用进一步发现问题并及时改进，撰写项目的研究报告、风险评估报告和产品的使用手册。

3.3  实验结果

终端节点（感知层）将检测到的数据通LoRa无线通信发送给集中器节点（网关），集中器节点将接收到的数据进行协议转换后由Wi-Fi/4G模块发送到OneNET云平台，云平台将数据推送给手机APP或PC终端，同时手机APP或PC也可以下发控制指令到终端节点的固态继电器部分，实现对自动水肥一体化节水子系统的控制。如图2是在OneNET显示的检测到的土壤温湿度、空气温湿度、风向、风速及GPS定位信息等。

4  考核要求与评价

建立以立德树人为核心，多元化的考核评价体系。教师评价以师德师风、教学能力、业务能力为主导。学生的评价改革传统的成绩评价为过程评价与结果评价相结合。实验课评价依据毕业要求确定的课程目标，分析计算课程目标达成度评价，实验项目的改革成效、示范效应评价等。

4.1  学生评价

学生的评价采用过程评价与结果评价相结合，知识与技能40%，思政评价40%，奖励性评价（20%），依据23个评价点，使学习过程与学习结果的评价达到和谐统一，相应占比如表2所示。

4.2  课程评价

实验项目的评价根据课程OBE教学大纲确定的毕业要求指标点与权重，计算实验项目的达成度进行评价[8]。

本课程对应毕业要求指标有5项，支撑的课程目标6项。课程总体达成度为0.694。其中课程目标的达成度均高于0.68的设定目标，符合要求，对毕业要求指标点达成度支撑较好。但课程目标2、5的达成度偏低，对毕业要求指标点达成度支撑较低。课程目标2主要考查学生硬件电路设计、仿真与PCB制作，课程目标5主要考查学生程序设计能力，有些学生能力偏弱，在今后的教学工作中需强化。

5  项目化实验教学的创新点

项目化实验教学的创新点主要有：

（1）思政教育与实验课教学深度融合，弘扬“五种精神”：科学精神、工匠精神、爱岗敬业精神、无私奉献精神、爱国主义精神;培育“五种情感”：专业归属感、行业荣誉感、职业道德感、集体荣誉感、社会责任感;力争实现“四个统一”：知识与能力、创新与创业、理论与实践、科学性与价值性的辩证统一[9]。

（2）创新实验教学模式，采用项目化教学，以学生为中心，以培养能力为主线，激发学生的学习兴趣，自主探索并实践，真正做到“敢闯会创”。

（3）结合工程认证，优化实验教学评价体系，制定更加符合新时代、新工科教育教学和人才培养目标要求的评价方案。

（4）产教学研融合，从价值引领、知识探究、能力建设、态度养成“四个维度”，实现知识、思维、能力、价值的有机统一。

6  结  论

电子信息工程类专业实验课程是工程实践特色非常鲜明的专业课，要求具备较高的实践动手能力，必须通过系统化的工程项目训练来巩固所学理论知识，并且能够举一反三。要依据实验的知识目标、素质目标、技能目标结合学科特点，选择合适的工程实践项目开展综合设计性实验，才能使学生综合运用所学知识来解决工程实践问题，真正做到“从工程实践中来，到工程实践中去”。笔者历经三个教学周期的教学实践取得了良好的教学效果，学生参加学科竞赛多次获得国家级和省级奖励;2021年笔者所授课的两个专业获批宁夏回族自治区第一批一流本科建设专业——电子信息工程、通信工程专业。

参考文献：

[1] 曹柳星，贺曦鸣，窦吉芳.“新工科”视角下的“课程思政”实践——面向理工科专业本科生的主题式通识写作课设计 [J].高等工程教育研究，2021（1）：24-30.

[2] 强根荣，施仁信，王海滨，等.有机化学实验教学中融入思政教育的研究与践 [J].实验技术与管理，2021，38（11）：243-246.

[3] 黄泽文.“新工科”课程思政的时代蕴涵与发展路径 [J].西南大学学报（社会科学版），2021，47（3）：162-168.

[4] 马敏，单瑞.聚焦九大重点产业 助力宁夏高质量发展 [N].华兴时报，2021-07-15（3）.

[5] 石岩，王学俭.新时代课程思政建设的核心问题及实现路径 [J].教学与研究，2021（9）：91-99.

[6] 甘泉.Lora物联网通信技术 [M].北京：清华大学出版社，2018.

[7] 胡红杏.项目式学习：培养学生核心素养的课堂教学活动 [J].兰州大学学报（社会科学版），2017，45（6）：165-172.

[8] 夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践 [M].北京：教育科学出版社，2018.

[9] 胡军，于浍.理工科专业课程思政教学模式探析——以“网络化系统控制理论”课程为例 [J].思想政治教育研究，2021，37（4）：107-110.

作者简介：伍永峰（1965—）男，汉族，宁夏银川人，讲师，本科，机电工程师，研究方向：电路与系统;赖永菁（1964—），女，汉族，宁夏银川人，副教授，硕士，研究方向：汉语语言文字。