面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)方法改革研究

屈劍鋒 王雪 尹宏鵬 魏善碧

[摘 要] 本文分析了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)面臨的主要問題，提出了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程改革思路及學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新型能力培養(yǎng)的方法，完善了嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了嵌入式課程理論教學(xué)內(nèi)容和模式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行“理論學(xué)習(xí)-知識(shí)點(diǎn)實(shí)踐-任務(wù)級(jí)實(shí)踐”的“做中學(xué)、學(xué)中做”的培養(yǎng)，將科研項(xiàng)目和競(jìng)賽等融入嵌入式教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的形成和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)創(chuàng)造良好的條件，以綜合評(píng)價(jià)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)新型人才的評(píng)估，最終完成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新能力;嵌入式系統(tǒng);教學(xué)方法;綜合評(píng)價(jià)

[中圖分類號(hào)] G642 ?? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 1008-2549（2020） 01-0091-03

一 引言

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為適應(yīng)新發(fā)展形勢(shì)下對(duì)人才的需要，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的學(xué)生對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。因此，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是目前高等學(xué)校必須重視的問題[1，2]。為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，教師要在專業(yè)教育基礎(chǔ)上，更新教育思想和教育觀念，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)理念，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)新意識(shí)與思維，發(fā)展自身創(chuàng)新能力。嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備、公共交通、智能家居、信息通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用[3-5]。由于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用性、實(shí)踐性較強(qiáng)[6]，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要綜合多方面知識(shí)并發(fā)揮創(chuàng)造力才能真正掌握嵌入式相關(guān)內(nèi)容和完成嵌入式實(shí)踐。因此，將嵌入式系統(tǒng)課程作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)，以此為驅(qū)動(dòng)對(duì)嵌入式相關(guān)課程進(jìn)行教學(xué)改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)面臨的主要問題

除了傳統(tǒng)教學(xué)存在的例如以教師為中心、以講授為主要方法、教學(xué)互動(dòng)溝通不足、對(duì)學(xué)生個(gè)人能力不加區(qū)分等問題，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在其自身特有的問題。

首先是嵌入式系統(tǒng)課程相關(guān)體系不夠完善。從對(duì)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的國(guó)內(nèi)多所高校的相關(guān)專業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，部分相關(guān)專業(yè)及其相關(guān)的課程體系稍顯混亂，基礎(chǔ)課與專業(yè)課缺乏有效的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，后續(xù)課程與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程之間缺乏有機(jī)的連接。

其次是嵌入式系統(tǒng)課程理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)分配不合理。嵌入式系統(tǒng)課程需要教師和學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行實(shí)踐調(diào)試和操作，但多數(shù)專業(yè)其嵌入式系統(tǒng)課程大部分的學(xué)時(shí)用于理論教學(xué)，只有少量的學(xué)時(shí)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種學(xué)時(shí)的分配對(duì)嵌入式課程缺乏合理性。

再次是嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備而定，造成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)課流于形式。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書步驟進(jìn)行操作，當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境發(fā)生改變，學(xué)生就會(huì)難以適應(yīng)，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

最后是嵌入式系統(tǒng)課程相關(guān)師資經(jīng)驗(yàn)的缺乏。嵌入式技術(shù)集成了硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)等多門學(xué)科，該課程對(duì)相關(guān)教師的設(shè)計(jì)與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)要求較高，目前，部分高校相關(guān)專業(yè)教師缺少實(shí)際嵌入式項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因此，教師的授課內(nèi)容很難與企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目接軌，從而學(xué)生難以獲得實(shí)際的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

三 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程改革思路

針對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，通過(guò)課堂精講、課外探索、團(tuán)隊(duì)合作、個(gè)性化培養(yǎng)、開放式教學(xué)等方式，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。從嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)、課程理論教學(xué)內(nèi)容和模式、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)幾個(gè)方面進(jìn)行改革，如圖1所示。

1完善嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)體系應(yīng)由基礎(chǔ)培養(yǎng)和個(gè)性化培養(yǎng)組成，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，努力發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維。根據(jù)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)教學(xué)理念，構(gòu)建如圖2所示的嵌入式課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要堅(jiān)實(shí)的課內(nèi)理論知識(shí)，也需要課外科研、實(shí)踐能力的訓(xùn)練，這個(gè)過(guò)程需要教育者和學(xué)生共同努力?；A(chǔ)創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系包括課程理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)。通過(guò)學(xué)習(xí)課程基礎(chǔ)知識(shí)，為實(shí)踐和應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，讓每個(gè)學(xué)生都能夠把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題當(dāng)中。基礎(chǔ)培養(yǎng)是針對(duì)所有學(xué)生的，因此每個(gè)學(xué)生都要接受一定的創(chuàng)新訓(xùn)練。個(gè)性化培養(yǎng)針對(duì)少數(shù)學(xué)生，促進(jìn)能力較強(qiáng)和對(duì)嵌入式相關(guān)課程感興趣的學(xué)生的發(fā)展，通過(guò)參加學(xué)科競(jìng)賽、組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、參與大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃和國(guó)家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等課外實(shí)踐，滿足不同能力學(xué)生的發(fā)展需要，使學(xué)生充分發(fā)揮自己的能力，促進(jìn)自身更優(yōu)的發(fā)展。

2 改進(jìn)嵌入式課程理論教學(xué)內(nèi)容和模式，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和思維

通過(guò)改進(jìn)嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容和模式，幫助學(xué)生更好地掌握課程重點(diǎn)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，它涉及硬件軟件相關(guān)知識(shí)，需要數(shù)字邏輯電路、匯編語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等課程作為基礎(chǔ)[7-9]。僅學(xué)習(xí)單一課程難以充分掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的所有知識(shí)和技能，因此，不同專業(yè)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)根據(jù)專業(yè)自身需要而定。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該把握課程重要理論知識(shí)，適當(dāng)增加實(shí)際案例來(lái)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展、技術(shù)發(fā)展的需要，努力激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式相關(guān)課程的興趣，讓學(xué)生從實(shí)際案例的分析、設(shè)計(jì)、解決、評(píng)價(jià)等一系列過(guò)程中鍛煉真正分析實(shí)際課題、解決問題的能力。除此之外，還可以通過(guò)設(shè)置網(wǎng)上學(xué)習(xí)任務(wù)、在線答疑等方式促進(jìn)學(xué)生在課外的學(xué)習(xí)。在理論學(xué)習(xí)中，教師根據(jù)具體教學(xué)的需要，通過(guò)案例式、啟發(fā)式、討論式等多種教學(xué)模式更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。在實(shí)踐鍛煉中，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索，讓其發(fā)揮創(chuàng)造力解決實(shí)際問題，在學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與老師之間形成對(duì)話，通過(guò)引發(fā)好奇、討論交流、質(zhì)疑解惑的方式，讓學(xué)生在鍛煉自身各方面能力的同時(shí)，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)和思維，形成科學(xué)思維方式，為培養(yǎng)創(chuàng)造能力創(chuàng)設(shè)情境并提供條件。

3 課內(nèi)外相互融合改進(jìn)嵌入式實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力

通過(guò)“學(xué)做結(jié)合”改進(jìn)嵌入式實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。密切結(jié)合學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)，針對(duì)不同年級(jí)學(xué)生的具體條件和實(shí)際需求進(jìn)行分層次分方向培養(yǎng)。學(xué)生將按照“理論學(xué)習(xí)-知識(shí)點(diǎn)實(shí)踐-任務(wù)級(jí)實(shí)踐”這樣“做中學(xué)、學(xué)中做”的培養(yǎng)模式來(lái)提升其實(shí)踐創(chuàng)新能力。根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)組建側(cè)重點(diǎn)不同的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，有針對(duì)性地為不同團(tuán)隊(duì)提供實(shí)踐內(nèi)容，讓學(xué)生盡早參與到項(xiàng)目管理、科學(xué)研究和工程實(shí)踐中，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的發(fā)展。采用新技術(shù)方法，改進(jìn)實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)手段。將計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于嵌入式實(shí)踐教學(xué)中，使知識(shí)從抽象變?yōu)橹庇^，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生“虛擬-實(shí)際-創(chuàng)新”的實(shí)踐創(chuàng)新鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身情況選擇實(shí)踐項(xiàng)目，真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，參與到科研項(xiàng)目研究中。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室開放管理，充分利用實(shí)驗(yàn)室課余時(shí)間，同教務(wù)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，將學(xué)生的課程安排整齊劃一，以便給學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室留出完整的時(shí)間段來(lái)安排科研項(xiàng)目研究，最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室資源來(lái)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 將科研項(xiàng)目和競(jìng)賽融入嵌入式教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)創(chuàng)新意識(shí)和能力融合

以實(shí)際項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)[5，7]，改進(jìn)嵌入式創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。通過(guò)組織科研訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)，將課程組教師相關(guān)科研項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)分解，形成若干相對(duì)獨(dú)立的科研實(shí)踐任務(wù)，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)向?qū)W生發(fā)布。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和能力選擇參加不同的科研項(xiàng)目，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐創(chuàng)新的主動(dòng)性。利用研究型大學(xué)的“研究”資源，建立基于研究項(xiàng)目的教學(xué)模式，啟發(fā)式地引導(dǎo)學(xué)生把已有的科研項(xiàng)目中的知識(shí)理論應(yīng)用到嵌入式學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中，從而更加深刻地體會(huì)和理解嵌入式系統(tǒng)中的重難點(diǎn)。教師對(duì)學(xué)生完成的科研項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，分析總結(jié)學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)，幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自己的能力。學(xué)生在解決實(shí)際科研項(xiàng)目問題的過(guò)程中，其想象力、設(shè)計(jì)水平、分析解決問題的能力等都會(huì)得到明顯的改善。通過(guò)具體工程項(xiàng)目讓學(xué)生得到更具創(chuàng)新性的實(shí)踐鍛煉。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種競(jìng)賽，使學(xué)生體驗(yàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成指定項(xiàng)目任務(wù)的經(jīng)歷，在競(jìng)賽過(guò)程中鍛煉自己各方面能力。學(xué)生在競(jìng)賽過(guò)程中能夠體會(huì)到知識(shí)的重要性，同時(shí)能鍛煉其耐心、承受力等，對(duì)學(xué)生未來(lái)的發(fā)展具有好處。在學(xué)生參與科研項(xiàng)目研究和參加競(jìng)賽過(guò)程中，教師應(yīng)該幫助學(xué)生全發(fā)面發(fā)展，同時(shí)應(yīng)尊重學(xué)生的個(gè)性，幫助學(xué)生自由發(fā)展，讓學(xué)生在個(gè)性化發(fā)展的過(guò)程中，逐漸將創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力進(jìn)行融合。

四 創(chuàng)新型人才評(píng)估方法

為適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)評(píng)價(jià)方法存在的如偏重教師評(píng)價(jià)、成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、人文素養(yǎng)、溝通交流能力等涉及甚少的問題，提出新的評(píng)估方法。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，除了教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的總結(jié)與評(píng)價(jià)，更為重要的是學(xué)生本身在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)問題的思考、學(xué)生能力的發(fā)展。教育者需要改變以考試為唯一標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方式，將學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)程中的各種表現(xiàn)作為考核對(duì)象[10]，如圖3所示。

對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)，教師可以從四個(gè)方面綜合進(jìn)行：一是思維能力，需要評(píng)估學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中是否有清晰的思路、對(duì)問題全方位的分析、多種解決方案、正確的觀點(diǎn)等。二是學(xué)習(xí)能力，關(guān)注學(xué)生是否能夠利用相關(guān)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題，是否有查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的能力，能否自學(xué)理解課內(nèi)不涉及但是實(shí)際應(yīng)用中會(huì)用到的知識(shí)等。三是動(dòng)手能力，觀察學(xué)生能否熟練使用相關(guān)軟硬件設(shè)備，能否根據(jù)流程完成實(shí)驗(yàn)操作，能否親自完成所研究的項(xiàng)目等。四是研究能力，考查學(xué)生是否具備探究精神，是否使用正確的研究方法，是否把握項(xiàng)目的研究意義，能否完成相關(guān)科研項(xiàng)目等。除此之外，教師要發(fā)現(xiàn)學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)中的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，對(duì)學(xué)生所表現(xiàn)出來(lái)的智慧、態(tài)度、品質(zhì)等進(jìn)行全面的考察，在整體層次上對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)做出綜合的評(píng)價(jià)。對(duì)創(chuàng)新型人才的評(píng)估，既要測(cè)試學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，又要判斷學(xué)生各方面能力的發(fā)展情況，還要對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的情感和倫理道德觀念做出一定的評(píng)析。教師應(yīng)該幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)情況總結(jié)與反思，重視現(xiàn)有知識(shí)與能力、情感與態(tài)度等對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)的影響，著眼于學(xué)生今后的發(fā)展。

五 結(jié)語(yǔ)

將應(yīng)用創(chuàng)新型能力培養(yǎng)方法融入嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，通過(guò)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系和個(gè)性化創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系兩個(gè)方面進(jìn)行“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”模式的研究。兼顧理論重在實(shí)踐，以學(xué)生為本對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，將課外實(shí)驗(yàn)、科研項(xiàng)目、競(jìng)賽等引入教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)多種教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。將討論式、案例式等多種教學(xué)方法運(yùn)用到教學(xué)過(guò)程，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，發(fā)揮學(xué)生主體作用，讓學(xué)生主動(dòng)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。教師在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過(guò)程中起引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，努力發(fā)展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，推動(dòng)嵌入式相關(guān)課程體系教學(xué)改革。

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（責(zé)任編輯：張宏玉）