多元模式下嵌入式課程教學(xué)改革研究

摘 要：隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)在當(dāng)下的生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)對(duì)嵌入式技術(shù)提出了更高的要求，也使高校嵌入式課程面臨教學(xué)內(nèi)容改革的現(xiàn)狀。為此，對(duì)嵌入式課程從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核機(jī)制等角度進(jìn)行多元改革模式探索，從而實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間的互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成和設(shè)計(jì)思維的融入，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式課程的積極性。實(shí)踐結(jié)果表明，對(duì)嵌入式課程進(jìn)行的多元模式教學(xué)改革非常有效，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力以及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力都得到了顯著提高。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；嵌入式AI；多元模式；課程改革；考核方式；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.040

0 引 言

隨著科學(xué)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)生活水平和質(zhì)量有了更高的要求。智能化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，智能機(jī)器人、住宅智能化系統(tǒng)、無(wú)人駕駛汽車等領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且各種智能化系統(tǒng)和設(shè)備已經(jīng)融入了人們的生活，嵌入式技術(shù)也隨之變得越來(lái)越重要[1]。因此，越來(lái)越多的高校相繼開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用方面的課程。嵌入式課程及嵌入式項(xiàng)目開(kāi)發(fā)知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)提高學(xué)生工程實(shí)踐、應(yīng)用創(chuàng)新等方面的綜合素質(zhì)具有非常重要的作用。為了實(shí)現(xiàn)上述課程的教學(xué)預(yù)期，本文基于多元模式的嵌入式課程教學(xué)模式從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核機(jī)制等方面進(jìn)行多元改革[2]。

1 教學(xué)方法改革

嵌入式課程具有教學(xué)內(nèi)容信息量大、抽象難懂、課程教學(xué)難度大等特征，課程主要教學(xué)方法包括：以教學(xué)思想轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、學(xué)教并重的教學(xué)方法，啟發(fā)式、范例式課堂教學(xué)方法，師生互動(dòng)的課堂講授方法，傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合的方法，直觀、生動(dòng)的教學(xué)方法，理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，根據(jù)當(dāng)今社會(huì)的時(shí)代特點(diǎn)，以及對(duì)日常教學(xué)活動(dòng)的分析，需要加強(qiáng)嵌入式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目動(dòng)手實(shí)踐能力的鍛煉，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的不斷創(chuàng)新[3]。

1.1 教會(huì)學(xué)生使用現(xiàn)代工具學(xué)習(xí)

（1）教師需要教會(huì)學(xué)生恰當(dāng)選擇和使用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及開(kāi)發(fā)工具，完成嵌入式項(xiàng)目軟件的開(kāi)發(fā)和測(cè)試，包括針對(duì)嵌入式通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)、模擬和測(cè)量，并能夠理解其局限性。

（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)推薦課程資源和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)視頻資源，利用VMware10、MIT APP Inventor2進(jìn)行相關(guān)嵌入式Linux系統(tǒng)分析，并在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)增加一些小模塊實(shí)現(xiàn)功能上的創(chuàng)新。

（3）學(xué)生通過(guò)實(shí)踐軟件的學(xué)習(xí)，掌握基于VMware10、MIT APP Inventor2實(shí)驗(yàn)仿真軟件對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試及開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用APP的過(guò)程[3]。

1.2 具備問(wèn)題分析、文獻(xiàn)查閱的能力

讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)課程能夠針對(duì)嵌入式系統(tǒng)中涉及人工智能的項(xiàng)目進(jìn)行需求描述、系統(tǒng)分析和建模；能夠通過(guò)文獻(xiàn)檢索與資料查詢獲取相關(guān)信息，分析嵌入式通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜工程問(wèn)題，以提供有效結(jié)論；能夠?qū)μ囟ㄐ枨笙虑度胧较到y(tǒng)中涉及人工智能領(lǐng)域的新技術(shù)問(wèn)題的解決方案進(jìn)行分析和驗(yàn)證，以獲得有效結(jié)論[4]。

1.3 項(xiàng)目申報(bào)、教師科研項(xiàng)目多元融合

通過(guò)對(duì)改革后的課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中有力承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)體成員以及負(fù)責(zé)人的角色。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)推薦課程資源、瀏覽相關(guān)網(wǎng)站和學(xué)習(xí)往年比賽作品，要求學(xué)生完成本課程小作品的制作，組織鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種相關(guān)比賽、參與到教師的相關(guān)領(lǐng)域科研活動(dòng)中[5]。圖1、圖2展示了學(xué)生參與教師相關(guān)智能小車項(xiàng)目的場(chǎng)景。

通過(guò)項(xiàng)目申報(bào)，組織學(xué)生開(kāi)展科研工作，讓他們獨(dú)立完成分配的任務(wù)，各成員還可以相互聽(tīng)取建議、相互學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，提高嵌入式相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)水平，具體措施如下：

（1）鼓勵(lì)學(xué)生在網(wǎng)上購(gòu)買元件插件，組隊(duì)完成智能車、簡(jiǎn)易無(wú)人機(jī)、監(jiān)測(cè)器等小作品；

（2）鼓勵(lì)學(xué)生加入相關(guān)協(xié)會(huì)，如學(xué)院智能機(jī)器人協(xié)會(huì)、虛擬儀器仿真協(xié)會(huì)等；

（3）鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等相關(guān)比賽，報(bào)名參加一些大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等賽事，也鼓勵(lì)學(xué)生自己申請(qǐng)各類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目[6]。

1.4 同步互動(dòng)式的教學(xué)模式

在嵌入式實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中積極推進(jìn)同步互動(dòng)式的教學(xué)模式，改變?cè)瓉?lái)理論授課和實(shí)踐教學(xué)分離的模式，強(qiáng)調(diào)了互動(dòng)的重要性，培養(yǎng)師生之間的良好關(guān)系。

（1）學(xué)生根據(jù)上課所講內(nèi)容，完成雨課堂平臺(tái)課前預(yù)習(xí)和課后單元測(cè)試題，對(duì)出錯(cuò)較多的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入理解。教師通過(guò)批改作業(yè)，根據(jù)學(xué)生的完成情況以及出現(xiàn)的普遍問(wèn)題，有選擇性地進(jìn)行課后習(xí)題講解。

（2）學(xué)生課下自主進(jìn)行線上學(xué)習(xí)完成自己選擇的嵌入式應(yīng)用案例，教師有選擇性地解答學(xué)生在嵌入式應(yīng)用案例產(chǎn)品制作過(guò)程中遇到的疑難問(wèn)題。

（3）將課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)融合，綜合運(yùn)用多媒體手段，使用基于虛擬機(jī)、Linux等平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)手段，結(jié)合嵌入式工程實(shí)驗(yàn)室的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容的理解深度[7]。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

嵌入式課程圍繞使用較為廣泛的三星S3c2440ARM系列32位處理器開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行講解。課程通過(guò)理論教學(xué)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例的分析和編程，使學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念，掌握嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、ARM微處理器結(jié)構(gòu)、ARM指令和嵌入式內(nèi)部可編程模塊與接口應(yīng)用等內(nèi)容。但是在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)嵌入式課程的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)下嵌入式AI技術(shù)所要求的仍存在一些差距[8]。

2.1 教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)

嵌入式課程概念和專用名詞多，涉及領(lǐng)域?qū)?，屬于典型的交叉學(xué)科。學(xué)生如果沒(méi)有前期專業(yè)課程知識(shí)作為支撐，沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的軟硬件技術(shù)儲(chǔ)備作基礎(chǔ)，很難在短時(shí)間內(nèi)掌握嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。因此，要求學(xué)生要具有較好的高級(jí)語(yǔ)言編程能力、邏輯推理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和項(xiàng)目組織能力。但由于課堂上仍采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，從而限制了授課內(nèi)容，影響了教學(xué)效果[9]。

2.2 教學(xué)內(nèi)容存在問(wèn)題

傳統(tǒng)嵌入式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏向硬件模塊的編程及嵌入式裸機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。但是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)在當(dāng)下智能產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，學(xué)生卻很難將嵌入式實(shí)驗(yàn)與當(dāng)下的嵌入式智能產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生一些疑惑，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情降低。

2.3 改革理論和實(shí)踐方面的教學(xué)內(nèi)容

（1）嵌入式理論方面：在課堂授課時(shí)以電子發(fā)燒友網(wǎng)、CSDN網(wǎng)絡(luò)學(xué)院等網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)在課前播放APP項(xiàng)目視頻吸引學(xué)生注意力，通過(guò)電子硬件科研項(xiàng)目的講解、電子硬件實(shí)物APP項(xiàng)目的動(dòng)手演示等方式加強(qiáng)學(xué)生在該課程的課堂學(xué)習(xí)的飽和度；同時(shí)，教師在講授課程基本知識(shí)的同時(shí)，綜合利用網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)課堂上的一些嵌入式實(shí)物動(dòng)手小項(xiàng)目的講解引起學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的興趣[10]。

（2）嵌入式實(shí)踐方面：課程摒棄了以傳統(tǒng)嵌入式硬件開(kāi)發(fā)為主的驗(yàn)證性實(shí)踐內(nèi)容，選擇嵌入式AI實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要考查學(xué)生在嵌入式硬件中結(jié)合機(jī)器視覺(jué)及深度學(xué)習(xí)的能力。此外課程實(shí)驗(yàn)以嵌入式人工智能開(kāi)發(fā)板為載體，學(xué)生在PC端通過(guò)Python語(yǔ)言學(xué)習(xí)嵌入式機(jī)器視覺(jué)攝像頭目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備相比以前的教學(xué)設(shè)備更加便攜，可以實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)等，更加便于學(xué)生在嵌入式AI項(xiàng)目上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，為學(xué)生深入學(xué)習(xí)嵌入式在機(jī)器人方面的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

3 考核方式改革

課程考核包括出勤、實(shí)踐考核、線上考核、項(xiàng)目答辯及期末卷面考試等多種形式。通過(guò)多元考核方式替代傳統(tǒng)筆試、作業(yè)等單一模式考核，在某種程度上更加體現(xiàn)了公平、科學(xué)合理性，也便于教師把控學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，便于后期課程教學(xué)的調(diào)整。

（1）結(jié)果導(dǎo)向：理論教學(xué)過(guò)程中，項(xiàng)目考核采用結(jié)果導(dǎo)向的考核方式，學(xué)生通過(guò)PPT介紹系統(tǒng)創(chuàng)意、需求和設(shè)計(jì)方案，然后演示系統(tǒng)。這種方式能夠鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)嵌入式課程知識(shí)進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的二次而發(fā)。在項(xiàng)目考核中最高占比5%，在平時(shí)考核分基礎(chǔ)上可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，但最高占比不能超過(guò)5%，目的是用于鼓勵(lì)學(xué)生利用嵌入式技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目創(chuàng)新。

（2）線上考核：學(xué)生通過(guò)教師提供的推薦課程資源，例如雨課堂課程資源進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)，按時(shí)完成單元測(cè)試和期末考試。教師在學(xué)期末收集學(xué)生在雨課堂的學(xué)習(xí)情況證明材料，根據(jù)學(xué)生完成情況酌情提高平時(shí)成績(jī)。線上成績(jī)考核占比 10%。

（3）實(shí)踐考核：實(shí)踐課后作業(yè)一共7次，必須自己獨(dú)立完成，發(fā)現(xiàn)有抄作業(yè)情況的，相當(dāng)于曠課一次。如果學(xué)生本次未上交作業(yè)，可允許其與下次的作業(yè)一起上交，但累計(jì)次數(shù)不能超過(guò)2次。如學(xué)生的作業(yè)和課堂筆記書寫認(rèn)真工整，并且平時(shí)積極參與實(shí)踐課堂互動(dòng)，實(shí)踐結(jié)果有自己的創(chuàng)新知識(shí)點(diǎn)，可以酌情為其平時(shí)實(shí)踐成績(jī)加分。實(shí)踐成績(jī)考核

占比10%。

（4）學(xué)生考勤：若學(xué)生因故請(qǐng)假而缺課，可酌情考慮

扣分，但根據(jù)《三亞學(xué)院成績(jī)考核與管理規(guī)定（修訂）》，不論何種原因（獲準(zhǔn)免聽(tīng)者除外），缺課累計(jì)達(dá)課程總學(xué)時(shí)三分之一者，不允許參加課程學(xué)期考核。請(qǐng)假的學(xué)生應(yīng)在當(dāng)天下課之前上交學(xué)院批準(zhǔn)的假條，否則一律按缺課處理。無(wú)曠課，學(xué)分為100分；曠課1次，學(xué)分為80分；曠課2次，學(xué)分為60分；曠課3次及以上，無(wú)成績(jī)。

（5）期末考試：按照期末閉卷考試試卷，給出學(xué)生相應(yīng)成績(jī)。滿分為100分，按照70%折算計(jì)入學(xué)生的總成績(jī)。

嵌入式教學(xué)考核方式改革主要通過(guò)多元模式加權(quán)求和，更加注重考核的公平性。課程考核的過(guò)程也更加注重公平原則，通過(guò)多元模式考核機(jī)制緩解了學(xué)生對(duì)嵌入式課程的畏難情緒，也促使教師對(duì)課程的把控更加靈活。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，如今計(jì)算機(jī)、嵌入式等技術(shù)都變得越來(lái)越先進(jìn)，并且智能化的物品在現(xiàn)實(shí)生活中乃至更廣闊的領(lǐng)域都發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，這意味著人們已經(jīng)進(jìn)入了智能化時(shí)代。本文從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核機(jī)制等方面對(duì)傳統(tǒng)嵌入式課程進(jìn)行改革并在相應(yīng)專業(yè)課堂教學(xué)中進(jìn)行論證。實(shí)踐證明，本文的改革措施有效培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，為學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

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收稿日期：2023-06-10 修回日期：2023-07-10

基金項(xiàng)目：三亞學(xué)院校級(jí)思政課程考核改革試點(diǎn)項(xiàng)目嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用（SYJGKH2022127）

作者簡(jiǎn)介：黃恒一（1988—），男，河南信陽(yáng)人，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)器視覺(jué)、路徑規(guī)劃。