嵌入式导论教改研究与实践.pdf

齐齐哈尔师范高等专科学校学报No.3，2023Genera.No.1922023 年第 3 期（总第 192 期）Journal?of?Qiqihar?Teachers?College一、嵌入式导论课程的特点嵌入式导论课程是嵌入式系统专业方向一门重要的入门性导引类专业基础必修课。该课程构建的主要目的，是使低年级学生在掌握嵌入式技术领域基本知识技能及嵌入式系统学科认知架构的基础上，以嵌入式软件开发能力的培养为核心，从专业体系思想与技巧层面对学科内涵和专业学习进行导学。具体地说，该导论课程以嵌入式学科为基础，强调嵌入式软件开发的工程性，使学生了解未来从事嵌入式系统软硬件研究与开发、系统集成、技术服务、工程管理等工作所必需的基础知识、基本方法和基本技能。在本课程的讲授中，教师贯彻执行科学的思想方法，以科学哲学的方法论和认识论代入整个导论课程的授课过程；采取高级科普的层次定位和通俗易懂的语言，以类似于讲科普故事的形式向学生介绍整个嵌入式学科的概况，对学生进行整个嵌入式学科正确的认知和导学，为学生顺利完成该专业的本科阶段学习任务提供必备的专业认知基础；此外，给收稿日期：2023-03-16基金项目：河南省高等教育教学改革研究与实践项目（学位与研究生教育），研究成果项目编号 2021SJGLX123Y；河南省研究生教育改革与质量提升工程项目研究成果，项目编号 YJS2022ZX15；河南省高等教育教学改革研究与实践项目，项目编号 2021SJGLX145。作者简介：张晓东（1980?），男，山东省青岛人，河南工业大学副教授，主要研究方向：嵌入式系统。摘要：嵌入式导论是面向嵌入式系统专业方向低年级本科生开设的专业必修课。针对该课程育人过程中存在的问题和面临的挑战，依据工程教育专业认证标准细化了该课程教学目标、深化了教学内容、强化了教学策略设计、优化了课程考核方式与成绩评定办法。改革后的嵌入式导论课程使学生在掌握嵌入式系统专业宏观体系结构的同时，了解该专业必备基础知识和专业发展前沿，激发学生的专业学习兴趣和探索热情，为学生大学四年中的后续专业课程学习奠定了坚实的基础。实践运行结果表明，所述教学改革措施有效改善了嵌入式导论课程传统教学模式的弊端，同时也为兄弟院校相关专业导论课程的教改研究提供了有益参考。关键词：嵌入式系统专业；专业导论；教学改革；研究实践中图分类号：G642.0?文献标识码：A?文章编号：1009-3958（2023）03-0127-03嵌入式导论教改研究与实践张晓东，王莉，吴才章，张世杰（河南工业大学 电气工程学院，郑州450001）Research?and?Practice?on?Teaching?Reform?of?Introduction?to?Embedded?SystemZHANG?Xiao-dong,?WANG?Li,?WU?Cai-zhang,?ZHANG?Shi-jie（College?of?Electrical?Engineering,?Henan?University?of?Technology,?Zhengzhou?450001,?China）Abstract:?Introduction?to?embedded?system?is?a?professional?compulsory?course?for?lower?grade?undergraduates?of?embedded?system?ma-jor.?In?view?of?the?existing?problems?and?challenges?in?the?education?process?of?this?course,?the?course?teaching?objectives?are?refined,?the?teaching?contents?are?deepened,?the?teaching?strategy?design?is?strengthened,?and?the?course?assessment?methods?and?performance?evalu-ation?methods?are?optimized?according?to?the?major?certification?standards?of?engineering?education.?The?reformed?introduction?course?en-ables?students?not?only?to?understand?the?essential?basic?knowledge?and?the?frontier?of?major?development,?but?also?to?arouse?students?in-terest?in?major?learning?and?exploration?enthusiasm,?while?mastering?the?macro?architecture?of?embedded?system?major.?It?lays?a?solid?foundation?for?students?study?of?follow-up?professional?course?in?four?years?of?university.?The?practical?operation?results?show?that?the?teaching?reform?measures?have?effectively?improved?the?disadvantages?of?the?traditional?teaching?mode?of?embedded?system?course.?At?the?same?time,?it?also?provides?a?useful?study?reference?for?the?teaching?reform?of?related?major?introduction?courses?in?brother?colleges.Key?Words:?embedded?system?major;?major?introduction;?reform?in?education;?research?and?practice127-同学们未来的学习留下未解的疑点，为下一步其他专业课程的学习留下“包袱”，激励学生探究嵌入式系统学科秘密的乐趣，使嵌入式导论课程的学习真正起到对嵌入式学科初步认识、合理导学的作用。学习本导论课程过程中所讨论的专业知识内容和提倡的技术方法和思路，对学生后续进一步学习嵌入式系统领域的其他课程都有着不可替代的重要作用。二、该课程存在的问题和面临的挑战围绕我校培养德智体美全面发展，基础扎实，适应性强，具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才的目标定位，如何培养理论基础扎实、实践能力和创新能力较强的高素质应用型人才是我院嵌入式人才培养改革的总体指导目标。我院的 嵌入式导论课程是面向嵌入式专业方向一年级本科生开设的专业必修课，该课程涵盖了嵌入式专业中的多门核心基础课程和专业课程的相关内容，具体包括嵌入式系统设计、微控制器原理与应用、嵌入式系统原理与应用、嵌入式程序设计等。因此该导论课程具有牵涉面广、概念繁多、体系庞杂等特点。该导论课程开设在大一的第一个学期，学生入校后除了 高等数学、线性代数等通识平台课程外，嵌入式导论课开课之前只修完了少数专业基础课程，缺乏必要的先修基础和知识储备。部分同学反映在该课程的学习过程中，理解和掌握专业理论知识和相关概念具有一定的挑战性。此外，对于教师来说，该课程学时短、内容多、知识点更新速度快。在工程教育专业认证背景下，如何学习借鉴示范金课课程的先进经验开展嵌入式导论课程的教改研究与实践，对提高我校嵌入式人才培养质量、培养符合新工科理念的高素质创新型嵌入式工程技术人才具有深远的意义。三、该课程的教学目标与教学策略设计（一）课程的教学目标嵌入式导论是嵌入式系统学科重要的入门性课程，是嵌入式专业学生了解嵌入式学科概况、理解专业内涵、掌握专业核心概念、了解专业各课程特点及其联系的一门重要先修课程。本课程的教学目标是使嵌入式专业的新生刚入校就能全面了解嵌入式系统领域的专业概念、发展前沿及最新应用。通过该导论课程的学习，给后续专业课程构建一个概略的知识框架，使学生基本了解专业方向和未来要学习的基础专业概念，为后续专业课程的深入学习以及未来进行科学探索打下坚实的基础。该导论课程力图集学术性、创新性、思维性、前沿性为一体，在学生建立嵌入式系统学科整体知识框架的基础上，培养、激发学生对嵌入式系统学科的求知欲和学习兴趣，为嵌入式专业后续课程的学习奠定坚实的基础，鼓励、引导学生将来顺利进入嵌入式系统开发领域。在学生找到适合自己的兴趣点或进入嵌入式研发领域之后，培养学生良好的嵌入式系统软件思维意识，训练学生的嵌入式软件开发能力，最终使学生能够综合运用嵌入式系统科学的内涵和拓展知识解决实际工程问题。（二）教学内容该导论课程共包含八个讲座，总学时为 16 学时，其具体教学内容安排如表 1 所示。本课程以教师课堂讲授为主、学生分组讨论和学习成果课堂展示为辅，每一讲都有一个主题，通过大量前沿实例讲述嵌入式系统发展过程中的最新技术，加深学生对嵌入式技术的理解和认识，拓展学生的知识面和视野，引导学生关注嵌入式技术发展的前沿，培养工程实践能力。表 1?嵌入式导论课程教学内容安排该课程采用以学为中心的教学指导思想，以线上线下混合教学，采取互动、自主、开放、创新的课堂教学形式，结合课后思考和自学，采用启发式、问题式的教学方法，提高学生理解、分析和解决嵌入式系统工程问题的能力，达成该课程教学目标的要求。该课程课堂教学主要讲授嵌入式系统领域的前沿技术及其应用，每次课前通过引言的方式，一方面引入教学内容，另一方面引导学生通过所见激发所想。课前先请学生分享上次课布置的课后思考题的学习成果，一方面检查学生的课下学习效果，另一方面肯定和鼓励那些课下进行深入学习的同学，激发学生自主学习的积极性。在教学过程中，根据课程内容设定讨论主题，学生分组讨论；通过不断设定问题与学生进行充分的互动，一方面启发学生思考，另一方面牢牢抓住学生的注意力。每次课程结束时，对该次课程内容进行总结并给出四至六个课后思考题，引导学生课下进行深入学习，将教师主导的课堂学习延伸至课下学生的自主学习。通过多次课堂教学环节的锻炼，使学生掌握嵌入式系统的体系结构和前沿性技术，以及嵌入式系统应用领域的最新发展，最终达到课程目标的要求。（三）思政元素在课程中的融入思政元素在嵌入式导论课程教学中的融入，重在嵌入式专业知识与思政元素的融合，以此提升学生的价值观和人生观。教师在课堂上灵活运用归纳法、类比法、案例法等教学方式，在该课程的教学过程中重点培养同学们的爱国主义精神、工匠精神、团队协作意识、创新能力、实践动手能力等，最终实现提高嵌入式专业学生的综合素养。授课过程中，教师根据授课章节内容不同，融入爱国主义情怀和民族文化自信；通过实践课程培养工匠精神，培养团队合作意识，培养规128-则意识和安全防范意识。通过 嵌入式导论课程讲授教学，让学生掌握如何利用专业思维去分析和归纳问题，以及如何组织专业知识去解决问题；通过学生分组讨论来培养学生耐心、细致、有条理的工作作风；通过分组代表发言来培养学生面对问题时自信、沉着、冷静的心理素质；通过团结协作来培养学生在解决嵌入式专业领域的复杂问题时的团队协作精神以及把握全局、统筹规划的能力。（四）该课程对解决复杂工程问题能力的作用该课程主要从嵌入式前沿技术的跟踪、分析和理解以及自主学习方面引导学生抓住嵌入式复杂工程问题的本质，掌握复杂工程问题的内涵特征，贯彻培养学生自主解决嵌入式领域复杂工程问题的能力。在授课环节中，注重培养学生勤于思考、独立思考的能力，引导学生跟踪嵌入式系统领域前沿技术的发展以及新产品中涵盖的关键技术。通过课上分享学习成果的形式，培养学生表达见解的能力，并通过课后思考题的作业形式，激发学生深入学习的主动性，从而提高学生在嵌入式系统工程实践活动中解决复杂工程问题的能力。在课程考核环节，根据课程支撑的毕业要求指标点选择设计说明书（报告）的形式作为该课程考核方式。设置工程题目库供学生进行选择，体现对学生查找资料、分析文献并梳理和提炼信息，逐步形成自我见解的能力的考查。综上，该课程通过理论面授、课后思考、课内分享、课堂展示、课程考核等教学环节，认真落实实施培养大学生解决嵌入式领域复杂工程问题能力的精神和内涵，最终实现本课程支撑工程教育专业认证中毕业要求指标点的达成。四、课程考核方式与成绩评定办法该课程的最终考核成绩由期末成绩和平时成绩按比例组成。其中的平时考核成绩占 40%，具体包括主动课堂展示、分组讨论、课堂回答问题和针对展示讨论的提问。每次课的课堂展示考核是请学生主动分享课后思考题的学习成果后给出评定成绩；分组讨论考核是根据学生分组讨论情况给出评定成绩。该课程期末考核成绩占 60%，具体采用提交论文（报告）的形式。教师根据课程目标设计论文（报告）题目，制定相应评分标准，根据论文（报告）的内容及规范性给出期末评定成绩，综合检验学生跟踪嵌入式技术领域新技术和新产品的能力、分析和解决复杂工程问题的能力和自主学习能力。改革后的课程考核能够考查学生对嵌入式系统前沿技术的了解情况，以及查找、理解、分析和总结专业文献的能力、自主学习和形成自己见解的能力、客观评价嵌入式相关技术对社会、文化等影响的能力和跟踪嵌入式技术发展的能力，能够支持课程目标的要求，全面反映嵌入式导论课程对本专业毕业要求达成情况的支撑关系。五、结语综上所述，改革后的 嵌入式导论课程使学生树立了专业思想，了解了专业体系和学科前沿，明确了大学四年的专业学习目标。嵌入式导论课程的教学改革与实践过程充分体现了该课程对嵌入式专业新生职业规划的科学性、引领性和前瞻性。通过明确课程教学目标、理顺教学内容、设计教学策略、改革课程考核方式与成绩评定办法等教改措施，改善了嵌入式导论课程传统教学模式的缺点与不足。嵌入式导论课程的实践运行结果表明，该教改实践措施激发了学生的嵌入式专业学习兴趣，充分调动了学生对该导论课程的课内外学习热情，大大提升了学生的学习积极性和课堂师生互动效率，为学生的后续专业课程学习打下了坚实的基础。同时，也为相关兄弟院校专业导论课程的教改建设提供了有益参考与借鉴。参考文献：1李宁.?筑好计算机专业的第一级台阶：谈计算机导论课程教学J.中国大学教学，2021（9）：37-41.2吕亚丽，张普洋，王杰，等.?地方院校“计算机导论”一流课程建设的问题与对策J.教育理论与实践，2021（15）：62-64.3钱晓捷.?嵌入式系统导论M.北京：电子工业出版社，2017.7.4钟伟博.?大一新生开设专业导论课必要性的思考与认识：以电子信息科学与技术专业为例J.?吉林化工学院学报，2021（12）：24-28.5刘金江，李贺，马晓普，等.?面向新工科的人工智能导论实践教学模式初探J.计算机时代，2021（5）：91-93.6于娟.以培养计算思维为主线的 计算机导论课程改革实践J.软件，2021（3）：180-183.7李小斌，谢春丽，王书芹，等.计算机科学导论课程思政建设研究J.计算机教育，2021（3）：69-72.8张凯龙.嵌入式系统体系、原理与设计M.?北京：清华大学出版社，2017.5.9杨刚.32 位嵌入式系统与 SoC 设计导论：第 2 版M.北京：电子工业出版社，2011.10陈德裕，杭月芹，胡彬，等.翻转课堂在计算机导论课程教学中的应用J.计算机教育，2021（3）：131-134.编辑/王光华129-