“嵌入式系统”课程项目引领式教学

周一恒，王 军，毛会琼，牛小玲

(中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 221116)

“嵌入式系统”课程项目引领式教学

周一恒，王 军，毛会琼，牛小玲

(中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 221116)

本文分析了制约“嵌入式系统”课程教学效果的主要因素，探讨了“嵌入式系统”课程项目引领式教学的实践。项目激发了学生的热情和创造力；教学项目设置应遵循“知识完整性、层次递进性和内容新颖性”原则，项目驱动的关键是教师的团队指导及学生的小组实践；过程与创新并重的考核方式能客观反映学生掌握知识的程度及创新能力。

项目引领；自主实践；探究创新

0 引言

近年来，嵌入式技术成为信息技术领域发展最为迅速的成果之一，人才需求量大增[1]。为了适应业界对人才的需求，目前诸多高校均在本科培养计划中开设了嵌入式技术的相关课程。通过该课程的学习和实践，能够使学生熟悉微处理器体系结构，掌握嵌入式操作系统，并具备嵌入式系统软、硬件开发设计基本能力，实现培养具有扎实专业技能的嵌入式人才的目标。

相对传统的教学模式，基于项目引领的教学模式是一种以学生为中心的教学形式，即在教师指导下，学生通过自主完成项目任务而获得知识，从而提高学习的主动性[2]。目前项目引领式教学模式在高校的诸多课程教学中得到了应用[3，4]，并取得了良好效果。

为了提高教学效果，加强实践应用能力，我校电工电子教研组采用项目引领式的教学模式组织了“嵌入式系统”课程的教学。本文基于我校的教学实践，探讨“嵌入式系统”课程项目引领式授课的模式与方法。

1 制约教学效果的因素

1.1 教学过程理论化

“嵌入式系统”的传统教学方式多采用理论灌输的形式，即教师在讲台上讲，学生在台下被动接受，教学过程枯燥，抑制了学生的学习热情和主观能动性[5]。由于学时有限，传统教学过程中该课程的课内实践教学一般仅起辅助作用；同时，由于目前很多高校的实验室也并未做到完全开放，即使开放也缺乏灵活的管理模式，导致教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来，学生课外也没有一个能够自主实践的空间。

这种重视理论灌输、轻视实践过程的现象，导致理论知识与实践经验严重脱节，不利于学生对知识的掌握及综合素质的提高。

1.2 实践过程程式化

嵌入式技术集成了多学科知识，知识面广且发展迅速，这些特点决定了其必然是一个集技术与创新于一体的知识体系。

但“嵌入式系统”的传统实践教学主要基于实验指导书，实验内容有限且多年一成不变，与快速发展的嵌入式技术不相匹配；这种按照实验指导书的步骤机械地重复实验，忽视了学生分析解决问题能力的培养，无法达到综合性、研究性和创新性训练的目标。

2 项目引领式教学方式的实践

基于项目引领的教学方式把传统教学过程中关注“知识”转化为关注“学生”，把“给出知识”转化为“给出活动”，真正使学生做到由被动学习转变为主动学习，由复制学习变为创造学习，从而提高了教学效果。我校电工电子教研组采用项目引领式授课的方式组织“嵌入式系统”课程的教学活动。

2.1 “嵌入式系统”课程新颖的教学项目设置

项目引领式教学的前提是教学项目的设置，学生在项目驱动下实现对知识的掌握，因此项目设置的优劣直接关系教学的实际效果。项目设置须遵循以下原则：

1)知识完整性

基于教学大纲，将“嵌入式系统”课程的教学知识点分解，并据此设置课程教学项目，这些教学项目必须能有效涵盖课程的基本教学知识点，并紧扣重点、难点及关键点，做到项目知识的完整性。

2)层次递进性

课程教学知识点之间本身具有各种各样的内在联系和逻辑关系，基于这种属性，项目设置时须遵循层层递进的原则，即教学项目由易到难、由简到繁，且各个教学项目之间联系紧密并层层深入，从而形成一个由浅入深循序渐进的有机项目群，利于学生对知识的理解掌握。

3)内容新颖性

嵌入式技术发展迅速，教学项目须紧跟技术发展，项目内容的设置须具有一定新颖性，从而激发学生的好奇心，提高学生的学习积极性；同时，项目内容本身也须具有一定的深度和广度，能够为学生留下思维拓展的空间，使得有能力的学生有探究和创造的机会，从而培养学生的创新实践能力。

我校“嵌入式系统”课程选用基于ARM CortexM4架构的飞思卡尔Kinetis K60系列进行教学，根据项目设置遵循“知识完整性、层次递进性和内容新颖性”的原则，设置了6个教学项目(如表1)。

表1 嵌入式课程教学项目设置

该6个教学项目的知识点覆盖了“嵌入式系统”课程的基本教学内容，包括硬件结构和软件算法二方面；在项目层次上逐级深入：首先从难度一般的嵌入式硬件基本结构及软件编译环境教学项目开始，再到难度中等的总线、接口和中断控制技术教学项目，然后是较难的通讯、网络及处理器控制教学项目，最后进入难度最大的综合设计应用项目；同时，教学项目内容紧跟当代科技，融入了诸如液晶、触摸屏、闪存等现代高科技，具有一定新颖性和现实性。这种层层推进、内容新颖的教学项目，符合学生的认识发展规律，提高了学生的学习热情，训练了学生分析、解决问题的能力，培养了创新思维。

2.2 理论与实践一体化的教学项目驱动

在项目引领式教学的过程中，教学项目设置是教学的前提，教学项目驱动才是教学的核心。教学项目驱动须在教师指导下，学生通过自主完成教学项目任务而获得知识的积累。

1)教师团队指导

教学项目实施过程中，指导教师主要起引领指导的作用：教学项目实施前，对学生进行项目制定、目标分解、任务细化及相关知识点讲解等，以使学生带着问题学习，以探索问题来激发学生的学习热情；项目实施过程中，引导学生发现问题、分析问题，解决问题，并鼓励学生创新性思维，保证教学项目有序进行。

嵌入式技术是最近几年才快速发展起来的新技术，我校教师教学经验普遍不足，而且学生基数大，导致教学过程中教师辅导强度大，一名教师往往无法解决实践中尤其是创新实践中涉及的所有内容，因此教师团队建设十分关键。经过多年实践探索，我校逐渐形成了“责任教师主导、实践教师跟进”的分层教学团队模式。“责任教师”总体负责教学项目，包括项目实施前的目标任务制定、相关知识点讲解、学生小组成员分配及实践教师分派，实施过程中各项目组间问题的协调解决等，并控制项目的进度；“实践教师”在教学过程中负责某几个项目组的实践指导，帮助项目小组在实施过程中进行目标分解、任务细化，引导并鼓励学生自主查阅资料、构建项目方案、探索解决问题，同时协助其他项目组解决其擅长的实践问题等。

通过分层教学团队的协同指导，减轻了教师的负担，使得教师能够走近学生进行直接指导，同时也使学生能够获得解决某类专业问题教师的指点，提高了辅导的实际效果。

2)项目小组自主实践

项目引领式教学强调教学实践程中以学生为主体，通过学生自主实践来推动教学项目完成，获取课程知识。

我校采用独立工作与小组讨论的“点面结合”形式组织学生进行项目自主实践。项目实施前，项目小组在实践教师帮助下，分解项目目标、细化项目任务，并确定每个组员的目标任务。项目实施过程中，各组员独立进行项目任务的资料收集、方案调研、设计及实践等工作；同时，开展定期的项目小组汇报讨论，集思广益，各组员汇报内容主要包括：上一阶段任务完成情况、采用的主要技术与手段、存在的问题、拟解决方案及建议等。

这种“点面结合”的教学实践形式，不仅培养了学生独立工作能力和自我管理能力，还培养了学生语言表达能力和团队合作精神；另外，通过汇报交流，其他组员从中可以了解不同的知识点与技术，并了解项目的整体进度与各环节衔接状况，从而推动整个项目的顺利实施。

2.3 过程和创新并重的双层考核方式

传统教学模式注重理论灌输，成绩评价方式单一。在项目引领式教学中，学生从项目的自主实践过程中获取知识，并探究创新，因而对学生成绩评定采用“实践过程和探究创新”并重的双层考核机制。

“实践过程”考核主要注重学生在教学项目实施过程中的能力表现，弱化实践的结果。嵌入式项目实践是一个软、硬件结合及多学科交叉紧密的过程，是集信息收集、方案设计、软硬件上机测试与调试于一体的过程。实践过程中，教师改变以往把实践结果或软硬件调试结果作为评价学生的主要标准，而是更多地关注学生的实践过程，注重与学生的沟通，了解学生对实践的掌握程度；同时，引导学生在实践中不断地发现和改正错误、改进方法，并了解学生对知识的驾驭能力。实践证明，注重实践过程的考核方式，消除了学生对成绩评定的紧张情绪，同时学生在与教师的交流中也提高了分析问题、解决问题的能力，增强了自信心，创造热情得到了充分发挥。

“探究创新”考核则注重学生在项目实践过程中的创新创造能力的发挥。创新考核一般在一个项目完成后进行：项目任务完成后学生首先撰写创新申请书，阐述实践过程中其创新的目标、内容、技术路线及可行性，并分析其创新实践结果、创新实践意义等，然后由责任教师及指导教师组成评审团组织学生答辩，并给出创新成绩。

过程与创新并重的双层考核方式，客观反映了学生掌握知识的程度，以及学生创新创造的能力，并为以后的教学实践提供了参考资料。

3 教学的效果评价及注意事项

3.1 教学效果评价

我校电工电子教研组连续三届对信息专业共15个班级的“嵌入式系统”课程进行了项目引领式教学的实践试点，受到了学生的普遍欢迎。教学实践表明：新的教学模式实现了理论与实践的有机统一，激发了学生的学习热情，拓展了学生的知识结构，提高了学生的实践能力，培养了学生的创新意识。问卷调查显示：在教学方法方面，93%的学生表示十分满意，90%的学生表示能学以致用；在学习积极性方面，89%学生认为学习的目的性更加明确了，92%认为学习不再枯燥；在能力培养方面，90%学生认为提高了实践动手能力，88%学生认为提高了分析解决问题的能力，培养了研究思维；在成才目标方面，有86%的学生认为对嵌入式系统的知识架构基本掌握，并有兴趣在以后的工作中从事嵌入式项目的开发和推广工作。同时，在全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛以及 “飞思卡尔”杯智能汽车比赛中有多人次获奖。

在这些良好的教学效果背景下，成绩中等或中下的学生进步最为明显，因此在项目引领式教学实践过程中，须时刻注意这部分学生的学习热情及学习状态，要加强引导，鼓励他们积极完成项目任务并参与小组交流讨论；对于成绩较差的学生，要加强督促，并鼓励项目小组其他组员起到帮助及示范作用，使较差学生能够尽快融入到学习实践中去。

3.2 注意事项

1)细化项目执行

在教学实践中，教学项目须按次序逐步执行，且每个项目执行应合理分配理论学时和实践学时，一般教师主导的理论学时占小部分，学生主导的实践学时占大部分；完善实践教师相互协作机制，以便学生能够获得专业解决某类问题教师的指点，并控制好教学项目的进度。

2)开放实践平台

教学实践项目的基本内容学生一般可以在实践课时内完成，但对于设计创新性内容，仅用课内时间可能不够，这就意味着需要增加学生课外的实践时间。为了解决此问题，我校建立了以学生为中心的开放性实践平台，开展以自助式、合作式、研究式为主的实践学习方式，学生只要在网上实验预约系统提前预约，任何时间都能来实验室做实验，保障学生有实践的平台，充分发挥学生的主观能动性。

3)加强企业合作

高校实验中心与企业合作既能弥补实验资源的不足，又能有效培养师资队伍，有利于高水平教学团队的组建。我校电工电子教学实验中心与飞思卡尔半导体公司联合建立了嵌入式系统实验室，该公司为我校提供了多套软、硬件设备，丰富了实践资源，同时也提升了我校教师的实验理念和技术水平，从而为学生们搭建了良好的实践平台。

4 结语

本文对我校“嵌入式系统”课程项目引领式教学的实践进行了探索，得到如下结论：

1)教学模式

项目引领式教学采用“教师辅助指导，学生自主实践”的教学形式，实现了教与学、理论与实践的统一，激发了学生的学习热情，不仅锻炼了学生独立学习能力，还培养了学生的团队合作及创新精神。

2)教学项目设置

教学项目设置是引领式教学的前提，项目设置须注意知识完整性、层次递进性及内容新颖性。

3)团队合作

教学项目驱动的关键是教师团队的指导及学生的小组实践，保证学生对知识的获取。

4)过程考核

实践过程与探究创新并重的双层考核方式，能客观反映了学生掌握知识的程度及创新能力。

[1] 漆强，欧中华，刘子骥，等．嵌入式系统设计工程实践[M]．北京：国防工业出版社，2015．

[2] 栾静，邱大石．项目化任务引领式教学在护理专业中的应用研究 [J]．兰州：卫生职业教育．2012，30(13)：97～98．

[3] 孙玉华，刘丹．新课程模式在数控专业课程体系中交叉应用初探[J]．武汉：武汉职业技术学院学报．2008，07(04)：30～33．

[4] 管勇丽，邱大石．“项目”化“任务引领”式教学在临床护理中的应用研究[J]．西安：医学信息．2011，(08)：3782～3783．

[5] 杨志奇，何颖，李春阁．基于计算机系统能力培养的微机接口教学研究[J]．石家庄：教育教学论坛．2015，(49)：236～237．

Project-Lead Teaching Mode for Embedded System Course

ZHOU Yi-heng, WANG Jun, MAO Hui-qiong, NIU Xiao-ling

(SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

This paper analyzes main factors of restraining its teaching effects for Embedded System course, and explores the practice of project-lead teaching mode.Teaching projects have been rules by integrity of knowledge, progress of hierarchy and novelty of contents; The key project-lead teaching is teacher′s guidance and student team practice; evaluation method of both process and creativity may objectively reveal students′ capability of grasping knowledge and creating.

project-lead teaching; self-reliant practice; pursuing creativity

2016-01-09;

2016-05-28 基金项目：中国矿业大学教学改革与建设项目(2013Y13)

周一恒(1981-)，女，硕士，讲师，主要从事电工与电子技术方面的教学与科研工作，E-mail:zhouyiheng55@163.com

G642.4; TP3

A

1008-0686(2016)06-0038-04