基于创新创业教育的嵌入式精品资源课程建设与实践

李颖　吴一亮　许伟坚　黄长斌　杨光松

摘 要：随着我国创新驱动发展战略的实施，建设工业强国、培养新时代创新创业人才已成为高校改革和发展的大趋势。文章基于创新创业教育理念，结合嵌入式课程的特点，利用互联网的优势开展嵌入式精品资源课程建设，在介绍建设思路、建设内容的基础上，针对教学中出现的问题，提出结合在线课程的教学改革方法和具体举措。实践证明，课程建设能够有效激发学生学习的主动性，化解课程教学中的难点，提升学生学习效率和创新创业能力。

关键词：创新创业;精品在线课程;嵌入式

中图分类号：G642.0      文献标志码：B          文章编号：1673-8454（2019）12-0041-04

一、引言

创新创业教育是适应创新型国家发展战略需要而产生的一种教学理念与模式。在高等学校中大力推进创新创业教育，对于促进高等教育科学发展，深化教育教学改革，提高人才培养质量具有重大的现实意义和深远的战略意义[1]。

开展创新创业教育，需要充分认识和把握互联网发展带来的机遇和挑战，在突出专业特色的同时，将创新创业的思想与课程体系有机融合，创新创业实践活动要与专业实践教学有效衔接，积极推进人才培养模式、教学内容和课程体系改革[2]。借助线上线下的优质资源，创新教学模式，构建开放式的育人环境，充分挖掘专业课程中的创新创业教育资源，培养学生的创新精神、创业意识与创新创业能力。

《嵌入式系统及其应用》是一门信息类专业的基础课程，嵌入式技术是一项与日常生活应用的电子产品紧密结合的技术，掌握嵌入式产品的开发方法，对培养学生创新创业能力有非常重要的作用[3]。

建设嵌入式精品资源课程，旨在充分挖掘信息类专业课程中的创新创业教育内容资源，利用互联网丰富优质的资源优势，线上、线下教学互为补充，完善传统教学观念和手段，加深教学内容的思考和理解，激发学生学习积极性，满足个性化学习的要求，提升教育教学的效率和成果，进而培养学生的创新精神、创业意识，提升创新创业技能。

二、课程建设思路 

培养学生的创新创业能力，在思维训练方面，着重培养学生的创造思维、系统思维以及多学科交叉思维;在能力培育方面，提高学生动手能力、竞争能力、综合统筹能力和学术素养[4][5]。课程建设具体思路如下：

1.优化课程内容，构建创新创业知识结构

电子信息类专业的《微机原理与接口技术》《单片机应用技术》《DSP应用技术》《嵌入式系统及其应用》等课程都属于基于CPU的计算机类课程，但其研究对象各有侧重。《微机原理与接口技术》侧重于CPU的体系结构、汇编语言等，《单片机应用技术》侧重于接口设计和应用，《DSP应用技术》侧重于数据处理方法和高速运算，所以在本课程建设时，应充分考虑知识点的连贯性和差异性，对课程教学内容做取舍优化，相互支撑、相互补充。比如，简略介绍CPU结构、汇编语言和硬件电路，而详细讲解驱动程序、操作系统，使学生能够完整地掌握此类课程的知识结构体系，为进一步创新夯实基础。

2.注重知识更新，紧跟时代创新创业步伐

不同于传统通用的PC芯片，嵌入式技术更新迅速，每年有上百种“嵌入式”新产品问世。在开发工具方面，各个厂家的产品也层出不穷。操作系统从经典的Windows CE、Linux到Android、Mac OS，圖形界面也由QT到MiniGui不断变化。因此，在嵌入式课程的建设上，必须紧跟市场需求及时更新，让学生熟悉和掌握嵌入式领域最新的发展动态。

3.注重实践教学，加强创新创业能力培养

实践教学是创新创业能力培养的核心，需要根据创新创业人才培养目标，在课程建设初期确定实践教学目标，设计实践教学的具体内容、实施过程，培养学生的创新实践能力。因此，在课程建设过程中，除了线上课程视频，还需要整理和设计大量配套辅助材料，引导和帮助学生进行课后巩固和拓展创新。

三、课程建设内容

优质的线上精品课程，是学生掌握课程基本内容、培养创新能力的基础。我们针对每个章节知识内容，厘清知识要点，分模块录制授课视频，并且提供了拓展阅读、案例示范等延伸学习材料。每一章节还设置了专题讨论、问卷调查、配套章节测试等资料，针对知识要点，设计了知识单元讨论题、随堂测验题、课后作业等，并且给出了单元评价考核方案。此外，还配备了实验视频供学生参考。建设内容包括：

1.裁剪课程内容

本课程要求先修《C语言程序设计》《微机原理与接口技术》（或《单片机原理》），这些是绝大多数工科专业的必修课，因此本课程具有跨专业选修的优势。嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括嵌入式处理器和外围设备等，软件包括嵌入式操作系统和各种应用程序等。本课程主要是针对软件开发所设计，所需的知识架构分为编程语言、嵌入式系统、嵌入式处理器体系结构、嵌入式系统移植、Linux 内核及驱动、应用程序等。课程架构分为两个层次：基础层次讲解嵌入式开发基础，包括编程语言、操作系统、嵌入式处理器架构等基础知识;核心层次针对嵌入式开发所需掌握的课程，包括内核、驱动的开发、图形界面的开发等进行教学。

2.录制教学视频

教学视频的主要目的是辅助学生课前预习和课后复习，帮助学生更有效地理解和巩固知识内容，因此教学视频的设计应以“简洁清楚”为原则，视频不一定要像文科类课程那样强调教师的体态和感染力，只要把问题讲清楚、满足适用性和易用性即可达到要求。为了避免讲解冗长让学生失去兴趣，每段教学视频设计为5-8分钟，将知识点分解模块化，短小精干而易于理解。

以培养学生创新、创业能力为目标的实验，在设计上较传统验证性为主的实验增加了创新性实验、多学科交叉融合，使内容更加丰富、更具挑战性。如果撰写传统的实验指导书，用文字无法直观地表达实验过程、操作细节和实验结果，所以除了实验名称、目的、内容、要求、问题等用电子文档外，其余和实验相关的支持材料尽量用教学视频的方式提供给学生，实现“手把手”线上教学。

3.拓展教学资源

扩展学习及延伸材料，主要包括两个方面：

（1）巩固学习材料

其目的是为了巩固学生对基础知识的掌握。问卷调查是为了了解学生对知识的掌握情况;专题讨论是为了引导学生深入思考、拓展创新;随堂测验题、课后作业等是为了巩固知识、查漏补缺，督促学生下功夫掌握基本的知识点。

（2）扩展提高材料

扩展提高材料是为了让学生进一步地提高创新能力，主要包括业界最新的进展、一些工业上的解决方案、开源项目的说明书和源代码、常用的开发工具及链接等，还提供了一些外文资料供学有余力的学生研究。

4.创新应用案例

利用毕业设计、参加创新创业项目、电子设计竞赛，让学生做与本课程有关的应用设计，如基于Android的传感网设计、物联网智能家居控制系统等。经过多年的积累，为后续的授课提供丰富的素材，使得教学内容不断更新。提供源代码，编写相关教程和指导手册，针对不同类型的开发程序，团队将提供调试正确的源代码、操作手册等网络资源，为进一步撰写教材作准备。

四、教学方法及改革举措

为了提高学生的创新创业能力，在建设好精品资源课的基础之上，更主要的是如何利用精品课程进行教学方法的改革。在本课程的教学过程中，课程组主要从以下几个方面进行改革：

1.主动学习法提升教学效率

主动学习是一种积极的教育方式，旨在激发学生的积极性，增强师生间的互动，从而加深对课程的理解，并建立自我管理的学习能力。主动学习的主要目的是针对学生的特点，从提高学生的参与度入手，进而提高教学效果[6]。近年来，作为提高教育质量的一种教学手段，主动教学法得到诺贝尔物理学奖获得者卡尔·威曼（Carl Wieman）等科学家和教育界人士的认可[7]。主动学习、探究式学习、以问题为基础的学习和基于项目的学习密切相关，这些都是一般的计算机科学学习，尤其是MTCS课程学习中非常适合的方法[8]。

本课程在教学改革中，将充分利用这一理念，培养学生主动学习能力和创新能力。采用线上互动学习和线下课堂教学相结合的混合式教学模式，突破传统教学模式的局限性，增加慕课学习、习题推送、翻转讨论、课后小测、论坛互动、资料共享等环节和方式，拓展教学渠道，充分调动学生学习积极性，帮助学生理解和内化知识，提高学习效率，有利于培养学生探索精神和实践创新能力。

2.模块化教学推进知识内化

将所学的知识进行模块化分解后再整合，促进学生触类旁通和创新的能力。在编写教学大纲和实验指导书时事先考虑，将每个大型的设计分解成一个个小的实验模块，学生在做完这些分模块的基础上，就可以综合成一个功能完善的较复杂的系统。比如，在做驱动程序实验时，完成LED、串口、网口、GPIO等模块，可以综合成电梯控制系统、洗衣机、智能家居等不同的系统。

设计的每个实验都是一个综合应用项目的子部分。学生做完全部实验，掌握了基本实验技能和拓展能力后，在课外可以将做过的实验任意组合形成一个新的实验，全部实验组合在一起就可以形成一个类似于电子设计竞赛项目设计。从掌握了几个分散的知识点的应用，转变到掌握了初步系统应用，逐级提升项目设计的难度，同时经过每个实验的拓展功能的设计训练，学生初步掌握了自主设计新功能的方法。

3.案例教学强化综合能力培养

利用已有的教学成果，搜集一些生活中的典型实例，为学生创造所学知识的应用场景，教师从需求开始分析，引导学生思索如何去实现，师生共同参与设计，推动学生应用所学知识尽快解决实际问题，培养学生分析问题和解决问题的能力，在此基础上，进一步培养创新能力。学生经过了认知、解惑的阶段后，就产生了自我创新的欲望，迫切希望自己动手设计综合性的实验方案。这时教师鼓励学生不畏失败，勇敢表达新思路和新改进，要求学生自己设计线路图、程序，进行调试得出正确的结果，这是课程学习的提高阶段，在课外完成。目前，课题组已搜集整理了生活中多个不同的经典案例，由于这些案例來自生活，大大地激发了学生的积极性，培养了创业能力。

4.网络及多媒体技术助力教育教学

为配合课程教学，培养学生自主学习能力、思维能力和创新学习能力，课题组将同步开发网络教学资源，构建精品课程教学网站，上传全程授课实况视频，辅助学生进行MOOC学习。课程团队录制授课和实验必须的实验操作详细说明视频。利用网络及多媒体技术助力教学，培养学生自主学习及实践应用能力。将各个实验基本的设计、操作、仿真、纠错过程的视频上传到网络课堂，学生可以反复观看视频直到掌握。在每个实验之后由教师提出扩展功能，要求学生利用课外自己完成。同时，弥补课堂学时不足的情况。

5.实验方式的革新驱动实践能力递升

实验分为两个层次：基础性实验和创新性实验。课程建设中，录制了每个实验基础阶段的教学视频，学生可以在自己的电脑上安装开发环境，借用学校实验设备在宿舍进行操作练习。经过预习操练后，学生到实验室就可以进行拓展创新部分的实验内容，教师可利用实验时间对学生遇到的问题进行指导，启发学生的思路。如果无法在课内完成，还可以在课外继续完成。同时也要求学生在课外完成多个实验间的组合，实现新的功能。此外鼓励学生参加各种竞赛，夯实自己的基础，为将来走向工作做好充分的准备。改革后的实验环节在巩固理论知识的同时，进一步锻炼了学生综合应用和动手实践能力，激发了创新创造潜能[9]。

6.考核方式的革新激发学生创新能力

根据学生的情况，采用不同的教学和考核方式，允许学生以MOOC学习折算一定的课堂学时。设立创新考核机制，鼓励学生在课外完成项目，计入平时成绩;或者完成规定的提升项目以及完成企业的科研项目，经质询认定后，直接代替课程考试学分。从而最大限度地激发学生创新创业能力。主要有以下考核模式：

（1）正常考核模式

考核成绩包括期末考试成绩和平时成绩。期末考试成绩占60-70%，闭卷方式。平时成绩占30-40%，主要由课堂实验、考勤、课外实验构成，其中课外实验设置奖励分，完成提升部分的学生可以加分。

（2）拓展考核模式

以“悬赏”的方式提出具体的项目要求，使用指定的开发平台，拟出相关的知识点，学生根据自己的能力在课外完成，可以自主选择是否听课（不计考勤），但需要按要求逐条完成项目，提交演示和项目报告书，实现一个综合应用，如基于TCP/IP的远程窗帘控制器等。

（3）创新考核模式

学生自拟题目，可以是创新创业项目或者是企业的横向项目，需要完成所有的功能，提交项目报告书和经营策划书。

为了避免学生投机、偷懒或直接用别人成果来认定成绩，在认定成绩时不仅需要进行演示，而且需要完成报告书（或者策划书），对相关代码和开发过程进行解释叙述，完成答辩后方可认定成绩。

五、课程实施及存在的问题

1.课程实施情况

嵌入式精品课程建成后，首先在信息工程学院2014级学生中开始使用，经过两年多实践和探索，取得了良好的教学效果。主要表现在：学生对嵌入式这门课程有了系统认知，学习积极性大幅度提升，在对教学内容、教学方法及手段、教学效果等方面的满意度调查中，对课程教学满意度8分以上（满分10分）的占85%（见图1）;师生互动增强，课程成绩较传统教学有所提高（见图2）;学生分析思考能力、综合实践能力和创新思维明显增强，并出现了一大批优秀的课程设计作品，并在一些嵌入式相关的学科竞赛中取得较好的成绩，不少学生毕业后从事嵌入式技术开发和管理工作，成为企业的技术骨干。

2.存在的问题及解决措施

与传统单一讲授式教学比较，精品资源共享课形式灵活、方法有效，大大地激发了学生的学习兴趣，提升了学习效果。但是在课程建设过程中还存在以下一些问题需要改进：例如，为了增强课下学生学习效果的监督，需要教师花费更多的时间来批改作业，建议课程网站用技术手段自动统计学习时间及测验结果;为了培养学生的创新能力，在新设计的实验和教学活动中，需要教师花费更多的时间提前吃透教学内容，结合嵌入式前沿动态，收集整理教学素材，兼顾学生基础、兴趣、心理和自学能力，针对性地选择教学策略，同时在课外辅导上投入更多精力。

六、总结

精品资源共享课是提升本科教学质量的重要举措，为培养学生的创新创业能力，从教学内容、教学方法和教学资源等方面开展建设，结合创新创业的教育理念，采用“衔接-转型-升级-创新”的建设策略。通过嵌入式精品资源共享课程的实施，对促进教育教学观念转变，引领教学内容和教学方法改革，推动教学资源通过现代信息技术手段共建共享，提高人才培养质量和创新创业能力，具有一定的效果，值得进一步探讨研究。

  参考文献：  

[1]柯锦泉.“政-校-企”协同提升学生创新创业素质能力的实践与思考[J].当代教育实践与教学研究，2018（12）：96-97.

[2]张大良.因时而动 返本开新 建设发展新工科——在工科优势高校新工科建设研讨会上的讲话[J].中国大学教学，2017（4）：4-9.

[3]周金和.電子信息工程专业嵌入式教学改革尝试[J].计算机教育，2007（12）：43-45.

[4]马永斌，柏喆.大学创新创业教育的实践模式研究与探索[J].清华大学教育研究，2015，36（6）：99-103.

[5]许涛，严骊，殷俊峰，等.创新创业教育视角下的“人工智能+新工科”发展模式和路径研究[J].远程教育杂志，2018，36（1）：80-88.

[6]Bonwell C C， Eison J A. Active Learning： Creating Excitement in the Classroom. ERIC Digest.[J].ASHE-ERIC Higher Education Report，1991，10（3）：25-29.

[7]Wieman C. Why Not Try a Scientific Approach to Science Education？[J].Change，2007，39（5）：9-15.

[8]Zimudzi E. ACTIVE LEARNING FOR PROBLEM SOLVING IN PROGRAMMING IN A COMPUTER STUDIES METHOD COURSE[J].Academic Research International，2012（2）：284-292.

[9]王占仁.中国高校创新创业教育的学科化特性与发展取向研究[J].教育研究，2016，37（3）：56-63.

（编辑：李晓萍）