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物联网嵌入式技术教学改革与实践

摘要:紧扣传感网应用开发职业技能“1+X”证书考核标准,立足“物联网嵌入式技术”实施课程改革的必要性,从明确课程目标、重构教学内容、实施教法改革、变革评价方法等方面对课程教学进行了设计与探索。

关键词:“1+X”证书制度;传感网应用开发;教学改革

2019年2月,国务院颁布《国家职业教育改革实施方案》,部署启动了“学历证书+若干职业技能等级证书”(简称“1+X”证书)制度试点工作,[1]同年10月公布的第二批1+X证书制度试点证书中,传感网应用开发职业技能等级证书被列入试点范围,笔者所在的重庆城市职业学院成功入选传感网应用开发(中级)证书项目试点。《职业教育提质培优行动计划(2020-2023年)》提出要推动职业学校‘课堂革命’,进一步细化了课程改革的要求。本文以“1+X”职业技能等级证书为导向,将“传感网应用开发”职业技能等级标准和专业教学标准融合,针对物联网应用技术专业核心课程“物联网嵌入式技术”进行教学改革探索。

一、“物联网嵌入式技术”课程改革的必要性

(一)满足传感网应用开发岗位群职业技能培养需要随着物联网技术的快速迭代和传统产业改造升级的不断深入,对人才的技术技能和创新能力提出了更高要求。[2]传感网应用开发岗位群包含的嵌入式开发工程师、传感器工程师、硬件测试工程师、单片机工程师等岗位是最具物联网特征的专业技术岗位,是物联网产业链中基础性、关键性岗位。传感网应用开发职业技能等级证书标准针对性强化了学生职业岗位能力和学习创新能力。职业技能分为3个等级,依次为初级、中级、高级,高级别涵盖低级别职业技能要求。[3]每个等级对应不同的岗位群,传感网应用开发(中级)主要面向研发助理、部品开发、品质管理、产品测试、技术支持等岗位,从事编码实现、功能验证、系统调试等工作。(二)职业技能等级目标和专业教学标准有机配合“物联网嵌入式技术”是物联网应用技术专业核心课程,具有较强的专业性与实践性,是由软件系统和硬件系统构成的综合体,要求学生对理论知识有系统认知,并具备实践操作技能,能将软硬件系统联调。[4]按照传统的授课内容及授课方式教学,容易出现知识结构不系统、学科间的交叉知识点无法有效叠加、难以利用所学知识解决具体实际问题。[5]因此,教学效果不理想,很难达到传感网应用开发职业资格等级证书所要求的能力标准,参加工作后很难满足用人单位的需求。“1+X”证书制度下,技能标准偏向满足企业用人需求,将传感网应用开发职业技能等级标准和专业教学标准有机融合,重构课程内容,整合技能证书应试要求与原有课程知识点,将“1+X”证书制度与模块化教学有机融合,激发学生学习兴趣,增强学生实践动手能力;以“证”促教、以“证”帮教,有效监督教学改革的实施,从而提升教学质量,提高学生就业创业能力,为物联网行业培养更多高素质技术技能人才。

二、“物联网嵌入式技术”教学改革设计

(一)明确课程教学目标紧扣“传感网应用开发”“1+X”证书考核标准和专业教学标准,重新梳理课程知识要求、能力要求和素质要求,明确课程教学目标。知识目标:掌握由模·教学改革·61块构成项目的方法;掌握STM32最小系统构成;掌握STM32的3种开发方式;掌握GPIO相关的标准外设库函数和HAL库函数的使用;掌握中断处理过程和配置过程;掌握USART标准外设库异步模式的配置方法;掌握开发DMA应用程序的方法;掌握通用定时器延时工作原理和SysTick定时器定时功能;掌握ADC转换过程和ADC开发。能力目标:能够从ST官网下载相应芯片的数据手册、用户手册等官方文档;能够使用KEILMDK和STM32CUBEMX编程软件,对STM32单片机进行编程、调试或者二次开发。素质目标:培养学生严谨求实、一丝不苟的工作作风;敢于拼搏、勇于创新的创新精神和实干精神;爱岗敬业、精益求精的工匠精神和职业素养。(二)构建模块化教学内容为了深度对接“传感网应用开发”“1+X”证书,参考“传感网应用开发”(中级)配套教材,将技能证书应试要求与原有课程知识点进行整合,同时结合企业实践项目案例分析典型岗位工作任务,最终形成模块化教学内容。(三)实施“问题导向”教学法结合“1+X”证书制度的人才培养目标,依据企业对于实际岗位技能需求,“物联网嵌入式技术”课程所涉及的“传感网应用开发”职业技能等级标准中关于中级嵌入式知识、技能的相关要求,紧密围绕问题提出、问题分析、问题解决的主线,实施以学生为中心的“问题导向”教学法(见图1),在问题解决过程中提升专业技能、创新能力、综合素质。利用现代化信息技术开发网络化教学资源。通过学习通APP、智慧树等教学平台,动态分析学习数据,实现教学决策数据化、评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化、学习泛在化。同时,将“传感网应用开发”考试训练题上传到学习平台供学生自学,充分发挥每个学生的自主能动性,促进学生个性化成长。(四)建立多元课程考核评价模式以企业实际岗位技能需求和传感网应用开发职业技能等级标准中的嵌入式开发中级技能标准为参考依据,全面改革传统课程考核评价模式,建立突出学生综合素质、融入产业科学管理元素的多元化课程考核评价模式(如图2)。一是考核内容多元化。改变一卷定分数的做法,学生成绩由理论考试、实训操作考核、项目学习考核等内容组成。二是考核指标多元化。将产业科学管理元素,如质量元素、创新元素、团队元素、职业道德元素等融入课程学习考核,形成多元化KPI指标。三是考核评价人员多元化。由专业教师评价、企业教师评价、学生自评互评等多方面组成,确保考核评价的科学性、客观性。

三、“物联网嵌入式技术”教学改革实践

以多功能电子时钟中的任务2——获取RTC时间为例,对“物联网嵌入式技术”的教学过程进行设计和实施。(一)任务解读任务解读主要是理清思路。首先,任务描述主要描述任务的背景信息以及必须完成的任务。以案例为切入点,增强学生的求知欲望;其次,提出问题,各小组交流后选代表回答。再次,归纳总结,明确任务思路和实现路径。(二)新知探索新知探索主要讲解该任务背后承载的理论知识。比如多功能电子时钟这个项目要教授的是RTC驱动开发和数据采集相关知识,包括RTC实时时钟、RTC工作过程、PCF8563功能和寄存器。通过动画演示引入、问题引导归纳总结、讲练结合实时反馈的方法完成本部分任务。(三)任务计划包括两个部分:一是主要描述该项目任务相关分析,使学生深入理解完成任务的方法和目标,用以帮助学生计划决策;二是让学生自己做实施计划,锻炼他们制定计划的能力以及对任务的理解,在任务计划制定完成后,学生展示并由教师指导完成。(四)任务实施首先,让学生准备完成该任务所需工具,培养其管理工具、收纳工具的意识;其次,教师利用操作演示或视频演示示范关键实施步骤。学生在掌握STM32获取RTC数据的编程方法后完成本任务。(五)评价总结完成任务后,进行任务检查与评价。各组选拔代表描述主要操作思路以及遇到的问题,分享实施经验,并参照评价标准完成自评和互评。(六)归纳反思利用思维导图的方式将任务所涉及的知识、技能进行总结(见图3)。

四、结论

在“1+X”证书制度提出并确立试点的大背景下,对物联网应用技术专业核心课程进行教学改革十分必要。通过一系列的改革举措,使课程标准精准对接最新职业标准、行业标准和岗位规范,教学内容精准对接产业岗位需求,教学过程精准对接企业生产过程,使学生的职业能力符合企业相关岗位需求,为后续考取技能等级证书和职业生涯打下基础。

参考文献:

[1]林敏,郝丽娜.“1+X”证书制度下《Java程序设计》课程实践教学探索[J].武汉工程职业技术学院学报,2020(4):95-98,101.

[2]王鸿磊.产教融合背景下对接“1+X”证书的人才培养模式和课程建构研究——以物联网应用技术专业为例[J].河北软件职业技术学院学报,2020(4):47-50.

[3]李文娟,焦安红,屈青青.“1+X”证书制度与人才培养方案融合研究——以物联网应用技术专业为例[J].科技风,2021(8):132-133.

[4]廖宇,郭黎,姚红英.大数据背景下物联网工程嵌入式课程实践教学探究[J].通信与信息技术,2021(1):72-73.

[5]俞晓莉,安波,宋朝辉,等.基于“1+X”证书制度的高职院校教学改革探究——以山西林业职业技术学院物联网应用技术专业为例[J].质量与市场,2020(14):106-108.

作者:张建平 曾小玲 单位:重庆城市职业学院 重庆电信职业学院

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