基于开放课题模式的嵌入式系统教学探索.pdf

JULY,2023/Educational Informatization ForumGAODENGJIAOYU YANJIU高等教育研究嵌入式技术是一种新兴专业技术，但目前国内还没有足够的专门技术人员。如今，嵌入式系统教学和实训风潮正在全国各地大学中兴起。由于它具有技术性、实践性、全面性等方面特征，一些大学把它作为培养优秀工程师的突破口。为了迎合日渐繁多的市场需求，在信息、电子、通信等学科设置中，诸多院校均设立了嵌入式系统设计学科，此学科囊括了烦冗的硬件构成、复杂的嵌入式软件设计和海量的知识点内容，而且抽象隐晦，教学存在着一定的困难。传统的教育模式与学生学习兴趣相悖。目前许多院校都开设了嵌入式系统课程，其教育模式过于传统，难以满足学生的学习需求，从而导致学生无法真正掌握此课程内容。另外，培养的学生与诸多企业人才需求不符。针对嵌入式系统课程，部分学校还设置了电子实践等环节来加强学生的动手实践能力，但是因为课程选题大部分没有变化，部分学生一味寻求帮助、敷衍应付，进一步导致嵌入式系统理论课堂与实践教学的脱节。为了更好地解决上述教学问题，本文探索开放课题模式在嵌入式系统教学中的应用。依据嵌入式系统课程知识点琐碎、实践操作性强的特点，在基本理论课程中嵌入课题研究性问题，引导学生思考问题。同时发布开放课题，课题主题紧贴课堂内容，同时与企业实际需求相结合。学生自主选题，自主思考，自己动手解决问题。利用开放课题模式，将课程理论与实践相融合，可进一步激发学生自我思考和独立解决问题的能力，将教师从单一的课堂教学角色转变为学生理论实践融合的启发者。同时，通过课程思政，可使学生的实践动手能力和综合素质得到更好的培养。专业知识与思政教育内容深度融合在一起，可让学生对事物本质有深入的理解，不仅对学生就业有着举足轻重的益处，而且在推进与专业相关的产业进步层面有着重要的影响1。一、传统嵌入式系统课程教学存在的问题（一）教学时间分配不合理在教学的课时分配方面，部分院校存在着漏洞。嵌入式系统课程教学在时间安排上重理论而轻实践，且知识量较大，内容繁杂，但部分授课教师往往不会循循善诱，只是一味地把知识点硬塞给学生，让学生难以理解而死板地背诵，无法融会贯通。随着知识点难度的增加、实践课程的匮乏，学生对嵌入式系统这门课程一步步失去了学习的兴趣，这对培养学生的创新性百害而无一利。作者简介：蔡柏林，博士，安徽大学互联网学院讲师，研究方向为计算机视觉、光学检测；吴秋杰，博士，安徽大学互联网学院讲师，研究方向为混沌系统设计及应用；余涛，博士，安徽大学人工智能学院讲师，研究方向为人工智能、智能控制。基于开放课题模式的嵌入式系统教学探索蔡柏林1吴秋杰1余涛2（1.安徽大学互联网学院安徽合肥230031；2.安徽大学人工智能学院安徽合肥230031）摘要：嵌入式系统课程作为软硬件结合的实践课程，应用领域非常广泛。为了培养本科生的实践能力，提高其自主性、创造性，更好地让学生学习该课程，并且将知识运用到实际项目工程中，提出基于开放课题模式的嵌入式系统教学探索。针对嵌入式系统课程抽象且晦涩、内容缺乏趣味、原理论证层面冗杂等问题，探索在学校常规教学基础上进行适当的革新，利用开放课题的形式将课堂主动权交给学生。同时，将实际情况与课程思政需求相结合，提升学生理论结合实践的本领，创造稳健且全面的教学氛围，从而达到传道授业及价值导向的和谐统一，给学生创造力的发挥奠定强有力的基础。关键词：嵌入式系统；教学改革；课程思政注：本文系教育部产学合作协同育人项目（220601094272740）、安徽大学教学校级质量工程项目（2022xjzlgc398）、安徽省新时代育人质量工程项目（研究生教育）（2022jyjxggyj141）、安徽大学校级质量工程项目（2022xjzlgc410）、教育部产学合作协同育人项目（220404838303855、220901094094030）研究成果。39教育信息化论坛/2023.07高等教育研究GAODENGJIAOYU YANJIU（二）教学内容单一嵌入式系统课程与以往的基础课、专业课不同，需要学生对实物和应用有感性认识。从教学大纲的设计上看，该课程理论知识设置太多，实验内容设置较少，难以与项目工程相结合2。除此之外，在课程思政方面缺乏系统化的内容设计，学生在课上会感到教学内容单一。对于学生来说，会影响其积极性和参与感，无法达到预期学习效果。（三）教学方法不当目前，嵌入式系统相关课程教师授课的方式基本是对着幻灯片照本宣科，其授课方法忽略了学生对于实践的渴求，而只专注于抽象理论的灌输，没有做到知行合一。此外，有的教师对课程思政方法创新的重视度不够，不关注学生的吸收和接受程度，难以激发学生学习的热情和积极性。教学方法不当会使学生对此门学科兴致索然，逐步丧失对嵌入式系统课程学习的信心3。（四）评价方式片面在嵌入式系统课程中，一些教师只是采用以往常规的试卷核验方法，只注重对学生理论知识的考查，以成绩论成败，对实践部分的重要性认识不足4。这种评价的手段太片面，忽视了学生的学习过程、练习方式和研究思维，对过程的评价缺失，无法培育学生的综合素质。二、基于开放课题模式的嵌入式系统教学改革策略（一）合理分配教学时间嵌入式系统课程教学需合理安排理论和实践课程的比例，将理论和实践深度融合，从而培养应用型人才。学生通过听专业课教师传授理论，掌握理论知识，然后教师安排相关实践项目。实践项目生动形象，不仅有利于学生深刻思考课题，还有利于学生化解难题，对学生的学习研究大有裨益。基于开放课题模式的嵌入式系统教学应依照课程的教学目标、内容需求，设计具体的案例，让学生对研究、解析、实践和探讨等活动有参与感和成就感，使学生积极求索、勤思苦练。通过合理分配教学时间，教师可以帮助学生对现有的新知识进行吸收、认知，进而使学生找出问题，应对问题，独立自主解决问题。（二）构建完善的教学内容体系构建嵌入式系统课程教学内容体系，就是根据已存在的教学材料，加上格物致知的开放课题，在各式各样的应用项目中，把嵌入式系统理论课程的学问融入其中，将课程的全部知识点融入不同的开放课题中5。教师可构建不同梯度的开放课题项目，分析项目的内容、目标和实践流程，归纳总结所有开放课题的特点。例如在课程初期，实践设计以引起学生的学习兴趣为目的，课题项目的目标是熟悉STM32（嵌入式单片机）及其开放工具，运用的是生活中简单又常见的案例。随着课程的深入，课题的难度会逐渐增加，应逐步锻炼学生独立思考、发散思维的自主学习能力。嵌入式系统课程较为乏味，理论教学与实践教学不能脱节，融合实践才能让学生保持信心。此外，高校课程应注重思政教育体系，专业课程思政教育与公共基础课程的思政教育应紧密相连。该课程涉及较多抽象难懂的概念和原理，应用性很强，教师为学生设定“真实情境”，可降低学生对嵌入式系统知识的陌生感，使学生学习效果更好。（三）开放课题选取与教学方法嵌入式系统课程本身具有很强的实践性，因此授课教师应该是具有很强的专业能力的人才，并且对工程实践有着正确的理解。课程也要求教师在平常讲课时能够对嵌入式系统的相关知识做到了如指掌，能够把具体的社会事件熟练地综合起来，把握开放课题选取的方向。另外，教师在课上要能做到活学活用，把相关知识与具体应用相结合，让学生从具体应用中体会知识；教师在讲授专业知识的同时也要融合思政理论，循循善诱，这样才能使学生聚精会神，渐入佳境，更好地掌握专业知识。开放课题模式是将实践的主导权更多地交给学生。开放课题的选取具备四个特征：第一，与课程中的基础知识高度契合；第二，具备嵌入式知识应用的引导性；第三，贴合实际需求，或者是现阶段技术的热点方向；第四，在基础功能的基础上，具有更多的可创造空间。在开放课题模式下，教师的教学方法也需要进行一些改变，以适应学生主动学习和探究的需求。教师可以通过提出开放性问题、让学生参与讨论和合作等方式，激发学生的兴趣和主动性。在重视学生自主性的同时，教师也要给学生提供适当的指导和支持。教师可以提供背景知识和概念，引导学生进行研究和学习，帮助他们理解和解决问题。在开放课题模式下，学生之间的合作和交流对于共同探索和学习非常重要。教师可以组织小组讨论、合作项目或互助学习活动，促进学生之间的交流和合作，40JULY,2023/Educational Informatization ForumGAODENGJIAOYU YANJIU高等教育研究让他们分享和讨论各自的观点和发现。除此之外，开放课题模式能促进学生独立思考能力和批判性思维能力的培养。教师可以提出挑战性问题，鼓励学生思考不同的观点和解决方法，培养他们的批判性思维能力，并引导他们评估和反思自己的学习成果。除了理论教学，实践教学也必不可少。教师可以组织实地考察、实验室实验、开放课题实践等活动，让学生将所学知识应用到实际问题中，加深他们的理解和体验。在开放课题模式下，学生的兴趣和能力差异较大。教师可以提供不同的学习资源和支持，以满足学生的个性化学习需求。（四）开放课题模式下的考核方法教师要改变以往常规教学考核中理论测验占比过大、实践项目占比过小的不合理情况，提高实验课程的学分所占比例，要注重学生的平时成绩和实践过程成绩。开放课题模式主要目的是锻炼学生的动手能力，使学生在项目历练中加深对课程的理解。为了突出培养学生实践动手能力和创新能力的重要性，在嵌入式系统课程中，教师应把学生平时成绩同应用实践情况综合起来，这种考核方法才更加行之有效。教师可设置平时成绩占20，考试成绩占25，项目实践成绩占556。此外，在项目实践成绩中设置学科竞赛的相关部分，其分配要按照获奖的不同等级进行，以激活学生竞争活力，展现出学生的主观能动性。三、基于开放课题模式的嵌入式系统教学优点（一）化解课程中的教学难点嵌入式系统课程教学中有较多晦涩难懂的概念和原理，针对抽象的理论重点，学生需要经过实操，才能更好地理解。开放课题模式可以将复杂问题简单化，生动形象地展示抽象原理的应用，加深学生对嵌入式系统课程的理解。（二）提高学生的学习兴趣开放课题模式下，项目本身具有趣味性和实用性，有助于激发学生的学习潜能7。同时，开放课题模式下，学生将依据自己的兴趣选取喜欢的开放式课题。当学生意识到自己可以利用嵌入式系统相关知识解决实际问题时，他们对所学的内容会变得兴趣盎然。（三）培养学生的工程化思维嵌入式系统课程是一门工程性、实操性很强的课程。在开放课题模式下，教师引入一些实际的工程案例，同时依据教学不同阶段的特点，逐步引导学生独立自主完成项目，潜移默化地培养学生的工程化思维，培养学生发现问题、解决问题的能力，使他们认识到不要惧怕任何问题8。（四）强化课程之间的联系嵌入式系统课程的设计语言主要是C语言，在分析项目功能和电子器件选型时，学生需要运用到数字电路和模拟电路知识，这些知识都与本科生所学习的C语言程序设计、数字逻辑设计、模拟电子技术、测控电路等课程息息相关。课程知识的穿插应用能帮助学生理解正在学习的知识，也有助于学生复习以前所学的课程内容，有助于全面提升学生的综合运用能力和知识扩展能力。本文探讨了嵌入式系统课程的教学现状，就该课程在教学时间分配、内容选择机制、教学方法和考核方法等方面出现的问题进行研究。本研究在实践教学中增添了开放课题模式下的项目和思政内容，突破了传统教学模式的局限，并且给出了相关的开放课题和思政教学融合案例。教师通过在课程中引入新知识，巧妙结合思政意识，可在学生专业知识学习过程中培养学生的文化素质9，激发学生探究实践真理的热情，在锻炼学生过硬本领的同时，使学生正心、修身、成人。参考文献：1唐永锋,唐永阁,张金霞.嵌入式课程教学改革与创新型人才培养研究J.科技信息,2010(22):49.2葛芬.项目驱动的嵌入式系统教学探讨J.科技信息,2011(33):38-39.3胡海芝,郭慧玲.嵌入式系统课程教学存在的问题及对策J.周口师范学院学报,2012(2):110-112.4汤佳乐,程放,黄春辉,等.素质教育模式下大学生实践能力与创新能力培养J.实验室研究与探索,2013(1):88-89,135.5李宗帅.工科专业课程教学中课程思政的探索与实践J.中国现代教育装备,2020(7):80-826李平勇,游磊,苏长明.嵌入式系统教学体系建设研究J.教育与教学研究,2011(5):95-98.7李文生,邓春健,吕燚.案例驱动的嵌入式系统教学改革探索J.计算机教育,2011(2):22-25.8杨涵.从“思政课程”到“课程思政”:论上海高校思想政治理论课改革的切入点J.扬州大学学报(高教研究版),2018(2):98-104.9丁冲,杨文荣.基于课程思政理念下的“电路”课程教学改革J.电气电子教学学报,2019(6):70-72,96.41