學(xué)競(jìng)結(jié)合的《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程教學(xué)改革研究

喻勇濤，盧艷軍，張曉東，高云紅，張?zhí)珜?/p>

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)）

一 引言

工科學(xué)生入學(xué)時(shí)面對(duì)工程領(lǐng)域所知甚少，其經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的主要來(lái)源是實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。若盡早地對(duì)學(xué)生實(shí)施工程啟蒙教育，除了設(shè)置一些相關(guān)的工程導(dǎo)論、專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論、工程倫理和工程管理等理論課程之外，還要盡早開(kāi)設(shè)工程實(shí)踐類(lèi)課程[1]。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沈航測(cè)控專(zhuān)業(yè)）于2019年通過(guò)了中國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，在工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念的指導(dǎo)下，對(duì)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)進(jìn)行了一系列的改革，在課程體系設(shè)計(jì)中設(shè)置系列實(shí)踐課程和實(shí)施實(shí)踐課程教學(xué)改革，將工程意識(shí)和工程思維培養(yǎng)落實(shí)到人才培養(yǎng)過(guò)程中，其中包括增設(shè)面向大一新生的《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程，用以補(bǔ)全嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)，形成合理的課程階梯。

《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程是測(cè)控專(zhuān)業(yè)面向大一新生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修實(shí)踐類(lèi)課程。專(zhuān)業(yè)設(shè)置該課程的目的是為學(xué)生盡早提供一個(gè)接觸本專(zhuān)業(yè)和工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)，使其通過(guò)該課程了解本專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)、開(kāi)發(fā)工具和使用軟件等，幫助學(xué)生初步了解未來(lái)職業(yè)，使學(xué)生明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)實(shí)踐課程教學(xué)設(shè)計(jì)中的工程案例分析和課程實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)，了解專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的流程和對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)、技術(shù)和能力的要求，為培養(yǎng)學(xué)生初步的工程意識(shí)和工程思維打下良好的基礎(chǔ)。

課程以STM32為教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，講授STM32系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，STM32內(nèi)部資源和外設(shè)模塊的使用，以及基本的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法與開(kāi)發(fā)流程等內(nèi)容，使學(xué)生具備基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。課程在第一學(xué)期開(kāi)課，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式對(duì)嵌入式系統(tǒng)的基本使用方法進(jìn)行教學(xué)，課程目標(biāo)主要圍繞學(xué)生對(duì)STM32系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程、內(nèi)外部資源工作流程、基本使用方法展開(kāi)，使學(xué)生具備先用起來(lái)的能力。

課程通過(guò)對(duì)加強(qiáng)學(xué)生基本操作訓(xùn)練，養(yǎng)成學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的良好習(xí)慣和初步建立工程意識(shí)和工程思維。這對(duì)幫助學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)中能夠自覺(jué)地運(yùn)用工程思維，將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，成長(zhǎng)為一名合格的工程技術(shù)人才是非常必要的。作為嵌入式系統(tǒng)課程群的“先頭部隊(duì)”，如何在深入分析學(xué)生情況、課程特點(diǎn)以及現(xiàn)有可用資源的情況下，設(shè)計(jì)出一套更適合本課程的教學(xué)方法，對(duì)此課程和嵌入式系統(tǒng)后續(xù)課程教學(xué)都具有重要意義。

二 大學(xué)生競(jìng)賽與專(zhuān)業(yè)教學(xué)

大學(xué)生科技競(jìng)賽是高等教育階段的一種課外活動(dòng)。它包含多種題材，涉及從數(shù)學(xué)、物理到電子、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，具有豐富多樣的題目形式，并且數(shù)量眾多，吸引了大量學(xué)生的參與。大學(xué)生科技競(jìng)賽活動(dòng)為參賽學(xué)生提供了與課堂教學(xué)不同的學(xué)習(xí)體驗(yàn)以及接觸課堂之外的知識(shí)和信息的機(jī)會(huì)，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了他們的專(zhuān)業(yè)能力[2]。

在參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的過(guò)程中，參賽學(xué)生的表現(xiàn)暴露了高校在專(zhuān)業(yè)教育中的存在的共性問(wèn)題，具體到測(cè)控專(zhuān)業(yè)，反映了在實(shí)踐教學(xué)方面的兩個(gè)問(wèn)題：一是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)模式單調(diào)，學(xué)生在課程時(shí)間內(nèi)枯燥的完成規(guī)定內(nèi)容，無(wú)法充分思考理論與實(shí)踐的聯(lián)系，削弱了學(xué)生的教學(xué)主體作用，抑制了學(xué)生動(dòng)手能力的提高；二是設(shè)計(jì)性綜合性實(shí)驗(yàn)偏少甚至沒(méi)有，無(wú)法將知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)性地組織起來(lái)供學(xué)生學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生系統(tǒng)性、創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)[3]。

針對(duì)電子競(jìng)賽暴露出來(lái)的問(wèn)題，教學(xué)單位應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于硬件的應(yīng)用技術(shù)、軟硬結(jié)合綜合應(yīng)用能力、新技術(shù)新器件的跟蹤和使用等能力的培養(yǎng)，增加綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)定期更新，保持與電子賽事、技術(shù)更新的同步[4]。

三 學(xué)競(jìng)結(jié)合的《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》教學(xué)改革

在沈陽(yáng)航空航天大學(xué)濃厚的電子科創(chuàng)競(jìng)賽氛圍中，結(jié)合《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程定位，考慮學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程安排，提出學(xué)競(jìng)結(jié)合的《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》教學(xué)改革思路，對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行革新，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)工程創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

構(gòu)建“以競(jìng)促學(xué)、學(xué)競(jìng)結(jié)合”的教學(xué)方法，以電子競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)，教師的角色由授課者轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jìng)賽指導(dǎo)者，把競(jìng)賽場(chǎng)景納入到教學(xué)過(guò)程中，競(jìng)賽既是手段也是目的，鼓勵(lì)、組織和指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)題比賽、單片機(jī)設(shè)計(jì)大賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等，尤其是各類(lèi)校級(jí)、院級(jí)等入門(mén)難度的比賽，學(xué)生把競(jìng)賽作為課程所學(xué)知識(shí)的練兵場(chǎng)，使學(xué)生在競(jìng)賽的過(guò)程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，既準(zhǔn)確又高效，有力地推動(dòng)工程創(chuàng)新型學(xué)生培養(yǎng)[5]。

（一） 學(xué)競(jìng)結(jié)合的課程教學(xué)方法

《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》支撐測(cè)控專(zhuān)業(yè)畢業(yè)指標(biāo)的三項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)，強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的應(yīng)用，在第一學(xué)期開(kāi)課，如果以常規(guī)入門(mén)型課程來(lái)教學(xué)，則可能因不知然、不知所以然，較難吸引學(xué)生興趣，甚至使其產(chǎn)生畏難情緒，影響后續(xù)課程學(xué)習(xí)。

結(jié)合嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系學(xué)習(xí)特點(diǎn)和《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程定位，考慮學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程安排，以及學(xué)校、學(xué)院濃厚的科創(chuàng)氛圍，擬展開(kāi)“以競(jìng)促學(xué)、學(xué)競(jìng)結(jié)合”的學(xué)競(jìng)結(jié)合式的教學(xué)方法改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位，達(dá)到短期培養(yǎng)學(xué)生的STM32開(kāi)發(fā)能力，長(zhǎng)期積極學(xué)習(xí)高年級(jí)理論課程，持續(xù)成長(zhǎng)的目的。

根據(jù)授課階段對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

以競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)以學(xué)生為主體，教師既授課，也是競(jìng)賽指導(dǎo)。在課程初期，教師講解課程內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)驗(yàn)證，掌握應(yīng)用技能，且理解相關(guān)技能在競(jìng)賽中的用途；在課程后半程，教師角色轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jìng)賽指導(dǎo)，和學(xué)生一起，分析競(jìng)賽要求，討論潛在問(wèn)題，提出競(jìng)賽方案，教師在整個(gè)過(guò)程結(jié)束后，對(duì)學(xué)生競(jìng)賽完成情況進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果作為課程最終成績(jī)的重要組成部分[4]。

對(duì)每次授課的教學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

每次授課時(shí)，除授課教師外，還聘請(qǐng)有電子競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)或者指導(dǎo)教師作為助教，從課程內(nèi)容的補(bǔ)充講解、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)到競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用要點(diǎn)等，突出學(xué)競(jìng)結(jié)合的“競(jìng)”的特點(diǎn)。

閉環(huán)反饋和改進(jìn)：

設(shè)計(jì)授課效果問(wèn)卷，課程結(jié)束時(shí)，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷形式采集學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)，結(jié)合過(guò)程數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并反饋至下一學(xué)年的授課調(diào)整，形成下一輪教學(xué)需要強(qiáng)化的方面和改善措施。

（二） 競(jìng)賽項(xiàng)目技能樹(shù)式的課程內(nèi)容

對(duì)電子競(jìng)賽所需的典型嵌入式系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行分析拆解，設(shè)計(jì)“競(jìng)賽項(xiàng)目技能樹(shù)”式的課程內(nèi)容（圖1）。

圖1 課程內(nèi)容組成

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)為實(shí)踐性較強(qiáng)的課程的特點(diǎn)和具體情況，構(gòu)建符合“源于競(jìng)賽，用于競(jìng)賽”的授課內(nèi)容設(shè)計(jì)。

設(shè)置驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，這是根據(jù)入門(mén)競(jìng)賽需求（如智能循跡小車(chē)比賽）和課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)置，要求學(xué)生在驗(yàn)證過(guò)程中掌握知識(shí)點(diǎn)的原理和實(shí)際操作流程；

設(shè)置選做型實(shí)驗(yàn)，是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的另一種實(shí)現(xiàn)方法，知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容相同但體現(xiàn)形式不同，學(xué)生自主選做，滿(mǎn)足實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)較強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；

設(shè)置綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，是綜合整個(gè)課程的知識(shí)，利用實(shí)驗(yàn)室資源，需要學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)具有實(shí)際意義的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)以院級(jí)或校級(jí)電子競(jìng)賽的形式進(jìn)行，難度適中，學(xué)生以此進(jìn)行系統(tǒng)性工程實(shí)踐；

設(shè)置研究型實(shí)驗(yàn)，以省級(jí)或國(guó)家級(jí)競(jìng)賽項(xiàng)目為藍(lán)本，經(jīng)適當(dāng)調(diào)整后確定內(nèi)容，學(xué)生自由選擇，適用于想嘗試更大競(jìng)賽難度的學(xué)生。

學(xué)生也可在科創(chuàng)協(xié)會(huì)/社團(tuán)中自行選題，對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行無(wú)差別替換。

表1為部分實(shí)驗(yàn)清單。

表1 部分實(shí)驗(yàn)清單

（三） 電子競(jìng)賽式的課程考核方法

配合教學(xué)方法和課程內(nèi)容的學(xué)競(jìng)結(jié)合特點(diǎn)，參考實(shí)際院級(jí)或校級(jí)電子競(jìng)賽評(píng)比機(jī)制，建立電子競(jìng)賽形式的課程考核方法。課程內(nèi)，根據(jù)項(xiàng)目組整體評(píng)價(jià)結(jié)果和組內(nèi)分工的不同，形成學(xué)生個(gè)體的評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高學(xué)生的主動(dòng)性。課程外，考慮將學(xué)生參加科技社團(tuán)以及在社團(tuán)中的綜合實(shí)踐表現(xiàn)，作為課內(nèi)評(píng)價(jià)補(bǔ)充或者等效替換。另外，結(jié)合工程認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)思想，在穩(wěn)定的框架內(nèi)容中根據(jù)學(xué)生情況有側(cè)重地微調(diào)考核內(nèi)容。

考核內(nèi)容方面（圖2）：

圖2 考核內(nèi)容的組成

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)和選做型實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生在報(bào)告框架內(nèi)，充分利用多媒體展示實(shí)驗(yàn)成果；

綜合設(shè)計(jì)型和研究型實(shí)驗(yàn)，要求參考電子競(jìng)賽報(bào)告要求，提交包含摘要、總體方案設(shè)計(jì)、硬件方案設(shè)計(jì)、軟件方案設(shè)計(jì)、非技術(shù)因素、總結(jié)等內(nèi)容的結(jié)題報(bào)告；

若學(xué)生對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)興趣，可提交在科技社團(tuán)中的成果物作為等效考核成果。

考核方式方面：

實(shí)施答辯檢查制度。邀請(qǐng)有競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生或指導(dǎo)教師，聯(lián)合課程組教師組建答辯組，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作品進(jìn)行驗(yàn)收檢查，以答辯會(huì)形式對(duì)同學(xué)完成的實(shí)驗(yàn)作品進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，引入同學(xué)互評(píng)機(jī)制加強(qiáng)師生交流互動(dòng)，用“設(shè)計(jì)作品答辯記錄表”作為形成性評(píng)價(jià)文檔。

此外，向設(shè)計(jì)有新意有想法有特色的學(xué)生進(jìn)行加分鼓勵(lì)，包括非技術(shù)因素的考慮，對(duì)于各個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自主發(fā)揮新功能的學(xué)生，給予適當(dāng)加分，而且設(shè)計(jì)的自主發(fā)揮新功能越新穎、質(zhì)量越高，加分也越多。

綜合上述實(shí)施方案，形成課程設(shè)置、課程實(shí)施、課程考核與課程評(píng)價(jià)的閉環(huán)[6]，不斷更新和優(yōu)化學(xué)競(jìng)結(jié)合的教學(xué)模式。

四 實(shí)施效果

充分實(shí)施本教學(xué)改革方案的效果主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

一方面，為測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)大一新生設(shè)計(jì)面向電子競(jìng)賽的課程內(nèi)容，解決嵌入式系統(tǒng)知識(shí)的復(fù)雜性和學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備的薄弱性的矛盾，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，明確學(xué)習(xí)的目的性。課程結(jié)束后，通過(guò)問(wèn)卷星設(shè)計(jì)問(wèn)卷，對(duì)測(cè)控2020級(jí)3個(gè)行政班89名學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查。問(wèn)卷分別針對(duì)學(xué)生對(duì)STM32平臺(tái)的熟悉程度、對(duì)課程學(xué)習(xí)成果自我滿(mǎn)意度和后面專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的渴望程度進(jìn)行了調(diào)查，具體調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2 教學(xué)效果調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果（學(xué)生自我評(píng)價(jià)）

另一方面，通過(guò)加入有競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)的助教和參考競(jìng)賽評(píng)價(jià)方式的考核方法，從過(guò)程和結(jié)果導(dǎo)向上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的系統(tǒng)性、創(chuàng)新性進(jìn)行思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力。表3為本課程班級(jí)學(xué)生獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì)表格。

表3 本課程學(xué)生比賽獲獎(jiǎng)統(tǒng)計(jì)（測(cè)控1班，2020學(xué)年）

通過(guò)表2和表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：通過(guò)該實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，對(duì)專(zhuān)業(yè)及專(zhuān)業(yè)相關(guān)的知識(shí)、專(zhuān)業(yè)面向的工程領(lǐng)域的了解和對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的渴望等方面都有顯著的提高，與往屆學(xué)生相比，該屆學(xué)生很早地了解了本專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)和背景，為下一步的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)；學(xué)競(jìng)結(jié)合的教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生廣泛參與各類(lèi)賽事的熱情，也收獲了較好的成績(jī)。

五 結(jié)語(yǔ)

在充分分析《專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》課程特點(diǎn)和我院大學(xué)生電子科技競(jìng)賽過(guò)程中存在的問(wèn)題與需求后，文本提出學(xué)競(jìng)結(jié)合的課程改革，以電子競(jìng)賽作為橋梁，解決嵌入式系統(tǒng)知識(shí)的復(fù)雜性和學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備的薄弱性的矛盾，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，明確學(xué)習(xí)的目的性；根據(jù)學(xué)競(jìng)結(jié)合的出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)課程內(nèi)容、改變教學(xué)方法和考核方式，從過(guò)程和結(jié)果導(dǎo)向上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的系統(tǒng)性、創(chuàng)新性進(jìn)行思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力，踐行工程認(rèn)證教育理念。調(diào)查問(wèn)卷數(shù)據(jù)和競(jìng)賽成績(jī)數(shù)據(jù)表明，學(xué)競(jìng)結(jié)合的教學(xué)方式幫助學(xué)生更好地掌握了課程內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣，為下一步的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，達(dá)到了教改預(yù)期目的。