产教融合视角下的省级应用型示范课程教学改革与实践

关键词：产教融合；工程教育；教学重构；应用示范

中图分类号：G203 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）18-0137-03

0 引言

在当今高等教育中，产教融合已成为推动应用型示范课程教学改革与实践的重要途径[1]。西昌学院省级应用示范课程单片机原理及接口技术作为一门在多个专业人才培养方案的专业必修核心课程，对培养学生实践能力和创新精神具有重要作用。然而，传统的教学模式在满足学生实践需求和行业发展需求方面存在不足[2]。过去的工作虽然为单片机课程的教学提供了基础，但缺乏对行业最新趋势和技术需求的充分考虑，未能引入前沿的技术和案例，如对于产业通信协议所需的SPI、I2C、基础控制算法PWM和更先进处理器STM32等几乎不涉及，导致学生对课程的兴趣不高，创新意识不足。因此，本文旨在通过以产教融合的视角开展教学改革和实践。在铺垫单片机的基本原理的基础上，重点阐述与产业相关的应用技术，提高学生的动手能力和创新思维，为将来从事相关领域的工作做好准备。为实现这一目标，课程注重以问题和成果为导向的教学方法，充分考虑学生的主体地位，引导他们通过实践探究和团队合作，培养解决问题的能力和团队协作精神[3]。课程建设导览图如图1所示。

1 教学内容重建及教学模式创新

1.1 产教融合和应用示范课程的关系

西昌学院以“应用型、地方性、协同化”为办学理念。在此背景下，产教融合指的是产业与教育的结合，这是促进应用模式举措发展的关键途径。这种融合意味着教学工作、科研创新和企业之间建立紧密的联盟，并在课程规划、实践教学、研究和创新方面开展合作。这种协同作用满足了社会对专业技术力的需求，促进了产业提升与人才培养的和谐融合。因此，在应用型示范课程教学改革与实践中，产教融合发挥着至关重要的作用[4]。

首先，通过与企业合作，高校能够及时了解行业需求和发展趋势，从而灵活调整课程设置和教学内容，以提升学生的就业竞争力[5]。其次，产教融合为学生提供了广泛的实践机会，丰富了他们的实践技能和创新思维。学校与企业的合作不仅为学生提供了实习和就业机会，还推动了校企双方的共同发展。因此，产教融合是推动应用型示范课程教学改革与实践的重要保障，有助于提高教学质量和学生就业率，促进高校与社会的良性互动与成果共享。

1.2 以CDIO 工程教育理念的课程基础建设

课程基础采用CDIO工程教育模式，以工程为背景，以学生为中心，以成果为导向，以创新为驱动，以实现教学目标为目的，从而将学生由被动学习转变为主动学习。

西昌学院于2002年开设了单片机原理及接口技术课程，该课程覆盖了电子信息、机械电子、计算机科学与技术、电气工程和汽车服务等5个本科专业。经过十余年的建设和发展，结合产业结构调整、地方经济进步和就业门槛提高，该课程几经优化和重组教学内容，将学术前沿、科研成果和企业技术融入教学过程。该课程立足于服务电子信息和装备制造产业，通过问题导向、任务驱动、企业需求、科研融合、跨校协作等方式，筑牢了“4个3”课程建设基础[6]。这包括上线了3个平台（课程云实验室平台、虚拟仿真平台、学生评价反馈小程序平台），建设了3个中心（线上教学中心（原超星泛雅，现智慧树）、校内资源中心、校企（华清远见）元宇宙实验中心），出版了3个资料（校企（四川中烟西昌卷烟厂）共建教材、实验指导书、科研专著）以及协同了3个团队（企业（华清远见成都分公司）、科研院所（重庆交通大学绿色航空技术研究院）、兄弟院校（西昌民族幼儿师范高等专科学校）） 。课程“4个3”建设基础的图示如图2所示。

1.3 以应用型为主线创新构建人才培养模式

设计了“1-2-3-4”应用型人才培养教学模式。

1 个目标：培养科教融合、产教融合的应用型人才；2条主线：理实一体与创新创业主线、学术竞赛与产业应用主线；3个储备：储备单片机原理与应用能力、储备集成电路通信接口理解与实践能力、储备嵌入式系统接口技术应用与创新能力；4个提升：提升就业创业水平、提升理论实践知识储备、提升服务产业能力、提升沟通协调效率。

通过重构人才培养模式，解决了课程应用型创新人才培养目标不明确、民族地区高校仪器设备、虚拟仿真和数据实现不足等问题。这些举措有助于提高学生的实践能力和技术水平，推动科研成果的转化和应用。

2 产教融合和课程建设形成良性循环

课程与时俱进，理实结合、服务产业、促进经济，及时更新和优化课程内容，引入新的技术和应用，以适应行业发展趋势和企业需求。课程内容建设以行业需求为目标，以实践应用为重点，以培养学生能力为核心。不断更新和完善课程内容，提高教学质量和效果，以学生为中心，凝练4个关系。

2.1 学生为中心的启发式教学模式，注重整体和部分关系

课程团队注重激发学生的学习兴趣和自主性，鼓励他们主动探索和提出问题。采用启发式教学方法，通过引导性问题和案例实验，能够有效激发学生的思考能力，培养批判性思维，并提升他们解决问题的技能[7]。

例如，在参与企业应用（华清远见校企合作项目智能化小车研发）的过程中，学校现有设备不足且不具有现代化代表性，导致学生学习单片机系统时，对整体概念和局部细节的认知不明确。在单片机学科领域中，硬件模块和软件支持相互交织，构成了一个复杂而密不可分的整体。程序语言是实现这一整体的桥梁，无论是软件系统C还是Python，或者硬件控制和算法模块，都扮演着不可或缺的角色。在掌握了整体框架后，学生也应当重视各个部分的局部作用，就如同一台机器的各个齿轮和零件，每个部分都以不同程度影响着整体的运行。因此，学习者不能忽视任何细节，因为每个部分都是整体的组成要素，缺一不可。

校企合作应用为学生提供了一个将理论知识转化为实践的平台。通过与企业合作，学生们得以将课堂所学应用于真实的工程场景中，更深入理解单片机系统的运作原理。这种合作模式不仅加强了对单片机软硬件模块的理解，更重要的是培养了学生的协同工作能力。在真实项目中，学生需要将全局观与局部作用相结合，以确保系统顺利运行。这种实践经验不仅局限于单片机系统，也可应用于其他工程应用及生产生活。

通过启发式教学模式，从易到难地让学生认识到嵌入式、物联网设备不过是“搭积木”的能力，进一步激发学习主动性和积极性。

2.2 沉浸式、互动式、探究式和项目式教学，深化联系的客观性与人的主观能动性之间的关系

在课堂中，课程团队鼓励学生进行小组讨论、合作项目，促进他们之间的互动与合作。学生能够积极参与其中，分享彼此的观点和经验，提高了团队合作和沟通能力[8]。

以远程实验教学为例。在疫情期间，课程团队为科研院所（重庆交通大学绿色航空技术研究院）开展了远程实验教学。在这一过程中发现，通过提炼定时语句形成.C和.H文件构建为结构化语句，理论知识的接受度大幅提高。深入挖掘发现，单片机等微处理器硬件的局部任务依赖于程序员所撰写的程序指令。实验教学不仅加深了学生对学术理论的理解，同时也培养了理论联系实践、团结协作和自主创新的能力。

在实验室中，学生常因理论学习不够深入，找不到拼写错误，编写程序不规范，甚至不会调试代码而无法实现实验现象。这是因为没有正确认识实验客观性和人的主观性之间的联系。不能忽视或否定这种联系，也不能主观捏造联系，把客观不存在的主观联系强加给单片机系统。只有遵循事物的内在联系，辨识软硬件之间的合作技巧，才能达到预期效果。

客观存在与主观能动性的关系同样适用于其他工程实践任务。实验（包括实训、实践）成效是结果，人的主观能动性是成因。严谨的工作态度、扎实的专业素养、渊博的学术理论是工程实践成功的关键。因此，课程团队要引导学生深化理解联系的客观性与主观能动性之间的关系[9]。

2.3 进入企业参与项目式教学，强调现象与本质的辩证关系

为了将理论知识与实际应用相结合，课程团队根据企业需求引入了企业级的项目式和案例式教学。学生在课程中将理论运用到具体项目中，或通过分析实际案例，更深入地理解单片机技术[10]。

例如，课程参与了四川中7DTfnCH7r0+pI968ksbdOL8KLajjsXq8ifvM4bWZ6hs=烟集团西昌卷烟厂卷包车间流水线包装机长时间稳态运行的应用项目，合作研发“YB55小盒透明纸包装机长边调整工装的改进设计”。在这过程中，意识到在现代科技时代，应用程序的设计与设备的功能紧密相连。从底层的汇编语言到更高级的C51语言，特别是在单片机领域，程序语言的选择对系统性能至关重要。设计方法的选择也会影响系统的稳定性、效率和能耗。

举例来说，考虑一个控制LED灯按键系统，采用中断系统和定时计数器来扫描按键并控制LED灯的编程，在底层汇编语言中可能更高效，但在高级语言中可能更易于维护和理解。然而，令人惊讶的是，通过不同的编程语言或设计方法，可以实现相同的实验现象，按下按键，LED灯亮起。这一现象可以被不同语言的程序实现，但仅凭实验现象是无法确定程序设计的语言和流程。系统的稳定性、效率和能耗等因素需要综合考虑，这是程序设计的内部方面和外在方面之间的辩证关系。换言之，需要深入理解系统的本质，而不仅仅是关注表象。只有这样，才能做出明智的设计选择，以实现最佳的系统性能。

如果不通过校内的理论讲解和实验过程，课程教学水平则会停留在现象中。经过了企业实际实训工作，学生会通过汇编语言如何在自动化设备中的运行从而发现单片机，甚至计算机程序设计和运行过程的本质。

当教学工作应用到产业过程中，必须理解现象的本质。具体到单片机课程中，涉及程序设计的辩证关系。虽然实现技术水准各异，但忽略本质将导致设计难以经受实践和时间的考验。因此，应该引导学生深入探究实验现象背后的程序设计本质。这意味着关注程序设计的可读性、可维护性和鲁棒性。通过采用合适的设计方法和模块化的程序结构，可以提高程序的功能和实践价值。此外，重视硬件端口的使用可以增强程序的实用性。总之，学术实践应该注重程序设计的本质属性，以确保设计的可持续性和适应性。

2.4 推动课程思政和专业教育之间的互补关系

课程团队强调将课程与思想政治紧密结合，培养学生正确的三观，以便他们能够实际运用理论知识，并参与企业合作。学生有机会接触真实的行业需求和工作环境，从而更好地为未来的职业生涯做好准备。

在与西昌幼儿师范高等专科学校合作过程中，结合国家集成电路新兴战略，强化大学生的思想政治教育。将思政元素融入课程是教学目的的点睛之笔。课程团队发现，如果学生仅具备专业技术，缺乏正确的人生观则难以实现优秀的教学目标。因此，在传授专业知识的同时，课程团队深入挖掘课程中蕴含的思政成分，以适当的方式向学生传授正确的人生态度、价值观念、世界观念和思维方式。这能够让学生意识到自身是祖国未来的一部分，肩负着促进国家繁荣的责任，激励学生努力学习，实现为国家效力的目标[11]。

例如，针对国家半导体设计过程中的瓶颈问题，课程团队设立了课程思政专题，包括以下内容：在单片机课程中，引入中国半导体行业的现状和发展趋势，介绍半导体技术在各领域的应用，使学生深刻理解半导体产业的重要性和未来发展潜力；与半导体相关的行业（如智能制造、物联网、人工智能等）对单片机技术有很高的需求。在课程中，强调学习单片机技术对未来就业和创业的价值，鼓励学生将所学知识应用到实际产业中，通过分析成功的半导体企业案例，向学生展示半导体产业的发展历程、创新模式以及取得的成就，激发学生的兴趣，并引导他们关注和投身于该领域。邀请半导体行业的专家和从业者来开展讲座，分享行业的发展趋势、技术创新、就业机会等信息，以帮助学生更好地了解行业动态。持续更新课程内容，将最新的半导体技术、应用案例、行业趋势纳入教学，保持课程与行业的紧密联系。

3 课程建设取得成效

德国民主主义教育家阿道尔夫·第斯多惠曾说：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”课程团队反对以教师为中心的灌输式教学，积极运用先进教学理念。团队成员具有较强的程序编写能力，利用互联网平台化、线上线下教学方式，让学生沉浸式、互动式、探究式和项目式学习，转变为电子信息和装备制造产业的主动探究者，成为应用示范课程和产教融合的领航者。

近5年来，课程建设取得了一系列令人瞩目的成就。2019—2023年，陆续被批准建设为四川省地方普通本科高校应用型示范课程、西昌学院混合式改革教学课程、西昌学院一流课程和西昌学院精品在线开放课程，这表明该课程在省内的卓越地位和影响力。

该课程的一项重要成就是促进了学生的就业和创业能力提升。通过系统的理论学习和实践训练，学生不仅掌握了相关专业知识和技能，还培养了创新精神和实践能力。这些优秀的教育资源为学生提供了广泛的就业和创业平台，使他们更具竞争力，更易适应市场需求，进而在就业市场上获得更好的发展机会。因此，他们通过在无锡集成电路学院等先进机构实习实训后，在计算机软件领域的美团、装备制造领域的重庆长安以及集成电路电子信息领域的宇芯（成都）等企业获得了更好的就业机会。

此外，课程改革显著提升了学生的学科竞赛成绩。通过教学创新，学生在相关学科领域取得了突出的竞赛成绩，不仅在校内比赛中表现出色，还在省级和国家级学科竞赛中取得了优异成绩。这充分展示了学生在专业知识和技能方面的扎实掌握，以及在团队合作、创新思维和问题解决能力方面的杰出表现。近5年来，课程培养的学生获得省级以上奖项超过100项。

最后，在课程思政实施之前，学生为企业服务的意识几乎为零。然而，通过深入的企业实践和课程思政的融入，学生逐渐认识到企业的需求和挑战，并学会了如何通过专业知识和技能为企业提供更优质的服务。他们积极参与实习实训和项目实践，并通过互联网向企业分享课程内容，其中超星泛雅课程平台的浏览量超过70万。

课程改革是一项持续的工作。课程在教学过程中存在缺乏活力和项目难度较高等问题。在产教融合方面具有一定基础的前提下，课程团队将继续拓展与企业合作的深度和广度。下一步的目标是融入四川省六大优势产业中的电子信息和装备制造领域，力争建设成为省级高阶课程。