項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法

李娟 何堅(jiān)

摘? 要：新興技術(shù)與新應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)展的推動(dòng)，使嵌入式系統(tǒng)成為技術(shù)熱點(diǎn)方向之一，然而高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在學(xué)習(xí)門(mén)檻高、學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足等難點(diǎn)。本文提出項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。通過(guò)引入項(xiàng)目案例來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，通過(guò)結(jié)合學(xué)習(xí)評(píng)估來(lái)促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，建立了持續(xù)評(píng)估改進(jìn)的方法應(yīng)用模式。該方法在高校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，能夠有效提升教學(xué)的整體成效，能更好地培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)掌握與實(shí)際應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)評(píng)估;嵌入式系統(tǒng);過(guò)程改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2021）27-0071-03

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G等新興技術(shù)應(yīng)用的深入發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)方向[1]。嵌入式系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù)，將計(jì)算直接嵌入到場(chǎng)景化應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的無(wú)處不在。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛，不僅包括生活中的應(yīng)用，如智能家居、車(chē)載互聯(lián)網(wǎng)等，更在制造、通訊、航空、軍事裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

然而，嵌入式系統(tǒng)的交叉學(xué)科性質(zhì)導(dǎo)致其學(xué)習(xí)門(mén)檻高，該領(lǐng)域技術(shù)更新速度快，使得掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的人才較為稀缺。傳統(tǒng)以理論教學(xué)為主的嵌入式系統(tǒng)授課模式無(wú)法讓學(xué)生切實(shí)掌握嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原理，難以培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力，不能滿足產(chǎn)業(yè)界對(duì)嵌入式人才的要求。因此，需要高校改進(jìn)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法[2-3]，加強(qiáng)面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的人才培養(yǎng)。

一、高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的主要難點(diǎn)

由于嵌入式系統(tǒng)本身跨學(xué)科領(lǐng)域較多、對(duì)學(xué)生實(shí)際操作能力要求較高[4]，在教學(xué)實(shí)踐中，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的主要難點(diǎn)包括：

第一，學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)方向缺乏了解，有畏難情緒。學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展和方向缺乏了解，認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)很困難，產(chǎn)生畏難情緒，被動(dòng)的學(xué)習(xí)情緒必然帶來(lái)消極的學(xué)習(xí)效果。

第二，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。學(xué)生對(duì)所學(xué)的嵌入式系統(tǒng)知識(shí)與未來(lái)要從事的工作之間的關(guān)系不清晰，對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展缺乏認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)動(dòng)力缺乏。

第三，教學(xué)過(guò)程中缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效評(píng)估機(jī)制。嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過(guò)程中，教師缺乏有效的方法來(lái)了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，具有個(gè)性化學(xué)習(xí)特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)更為豐富且個(gè)性化的學(xué)習(xí)評(píng)估機(jī)制來(lái)及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以便在課程教學(xué)中做出調(diào)整。

第四，課程教學(xué)需要持續(xù)的改進(jìn)機(jī)制。在教學(xué)過(guò)程中，教師積累了大量的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，這些知識(shí)對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程后續(xù)教學(xué)的改進(jìn)非常重要。因而，教師需要對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和積累，也需要授課教師之間建立有效的溝通和分享機(jī)制。

二、項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的教學(xué)新方法

針對(duì)以上難點(diǎn)，本文提出了項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。一方面采用項(xiàng)目案例來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，解決學(xué)生興趣缺乏的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手做智能電視、平板電腦、四軸飛行器和智能小車(chē)等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，采用學(xué)習(xí)評(píng)估[5]的方法促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率，幫助教師及時(shí)掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的教學(xué)方案。

（一）基于PDCA，建立教學(xué)持續(xù)改進(jìn)框架

本文引入質(zhì)量管理PDCA（Plan Do Check Action）持續(xù)改進(jìn)方法，建立項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法的持續(xù)改進(jìn)框架。教師基于教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生對(duì)課程的期待、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃設(shè)計(jì)，包括教學(xué)任務(wù)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)評(píng)估節(jié)點(diǎn)以及評(píng)估方法。在教學(xué)計(jì)劃執(zhí)行中，采集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，按照規(guī)范的評(píng)估方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)特點(diǎn)等進(jìn)行評(píng)估。基于評(píng)估結(jié)果，總結(jié)教學(xué)階段性經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)計(jì)劃。支持教師在每一輪教學(xué)結(jié)束后總結(jié)授課經(jīng)驗(yàn)及學(xué)生學(xué)習(xí)特征，對(duì)以后的課程教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

（二）以項(xiàng)目案例為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)逐步深化的工程訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力

在以“嵌入式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)”為代表的課程中，課題組實(shí)施以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程為主線、以實(shí)際應(yīng)用為場(chǎng)景、以項(xiàng)目案例為示范、以學(xué)習(xí)平臺(tái)為支撐、以協(xié)作學(xué)習(xí)為主導(dǎo)、以過(guò)程管理為保障的“立體化”教學(xué)模式。在項(xiàng)目案例開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)踐中介紹理論體系、指導(dǎo)實(shí)踐，使學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)理論，提升工程實(shí)踐能力、系統(tǒng)化思維和過(guò)程管理能力。

針對(duì)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)與將來(lái)工作間關(guān)系的困惑，課題組依托北京工業(yè)大學(xué)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)及嵌入式系統(tǒng)工程實(shí)踐教育中心，配合授課教師將工程訓(xùn)練、基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐由易到難地融入學(xué)業(yè)周期，讓學(xué)生在工程訓(xùn)練過(guò)程中增進(jìn)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，應(yīng)用知識(shí)解決項(xiàng)目訓(xùn)練中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生活躍的思維能力和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力。

（三）建立以學(xué)習(xí)評(píng)估為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過(guò)程改進(jìn)方法

針對(duì)學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)效率較低的問(wèn)題，課題組進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程及方法調(diào)研，形成以學(xué)習(xí)評(píng)估為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過(guò)程改進(jìn)方法，從“學(xué)習(xí)目標(biāo)”“學(xué)習(xí)投入”“教師反饋”等三個(gè)方面來(lái)改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，支持學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)?；趯I(yè)特點(diǎn)，確立學(xué)習(xí)目標(biāo)，然后圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，加大學(xué)習(xí)投入，提高學(xué)習(xí)強(qiáng)度。教師在整個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)及時(shí)進(jìn)行反饋，設(shè)計(jì)豐富的評(píng)估指標(biāo)，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中及時(shí)了解自己的優(yōu)勢(shì)和不足，及時(shí)改進(jìn)，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

（四）以科技競(jìng)賽為載體，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

課題組依據(jù)課程進(jìn)度以及學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握程度，有針對(duì)性地組織學(xué)生參加“國(guó)創(chuàng)杯”等創(chuàng)業(yè)大賽，了解社會(huì)所需的人才類型和技術(shù)趨勢(shì)。結(jié)合科研項(xiàng)目為學(xué)生設(shè)立課題，組織學(xué)生參加“星火基金”等科研實(shí)踐，組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”“中國(guó)軟件杯”等科技競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。

三、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法實(shí)踐

項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法成功應(yīng)用于軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向本科班的專業(yè)課實(shí)踐、工程實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中。授課教師配合專業(yè)負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)軟件工程（嵌入式系統(tǒng)方向）教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方案，將項(xiàng)目案例的分析開(kāi)發(fā)融入課程教學(xué)的全過(guò)程。例如，組織學(xué)生參觀微軟、蘋(píng)果等公司的研發(fā)中心，實(shí)際體驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程;組織學(xué)生參加“數(shù)學(xué)建?！薄皠?chuàng)新杯”創(chuàng)業(yè)大賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐創(chuàng)新能力。將真實(shí)項(xiàng)目和科研課題融入“嵌入式系統(tǒng)原理”“嵌入式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)”等課程教學(xué)中，在工程實(shí)踐中講解理論知識(shí)，讓學(xué)生切身體會(huì)如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決項(xiàng)目中的困難問(wèn)題。此外，為學(xué)生設(shè)計(jì)申報(bào)“星火基金”等課題、支持學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等科技競(jìng)賽，發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的求學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中依托真實(shí)項(xiàng)目案例開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，并在項(xiàng)目中通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的工程協(xié)作能力。

四、結(jié)論

本文針對(duì)高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的主要難點(diǎn)，提出了項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評(píng)估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。該方法采用項(xiàng)目案例來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力;采用學(xué)習(xí)評(píng)估的方法幫助學(xué)生培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，支持授課教師針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的教學(xué)方案。通過(guò)引入PDCA的持續(xù)改進(jìn)方法，支持授課教師能夠建立教學(xué)計(jì)劃的持續(xù)改進(jìn)工作過(guò)程，不斷完善教學(xué)方案。該方法成功應(yīng)用于軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向本科教學(xué)中，教學(xué)實(shí)踐充分證明，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生掌握水平和創(chuàng)造能力方面是非常有效的教學(xué)方法。

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（責(zé)任編輯：淳潔）