摘要：為了解決嵌入式系統(tǒng)專業(yè)學生實踐能力不強、創(chuàng)新能力不足的問題，并加快推進新工科的建設。以學生關注的考核方式為著力點，對該課程的教育教學模式做出改進，將整個教學過程拆分為負責簡單理論知識的基礎階段與負責提高學生實踐能力的拓展階段，并對該模式的教學體系和教學運行模式進行了探索。

關鍵詞：課程教學改革；嵌入式系統(tǒng)；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）19-0165-03

0 引言

在“智能制造”和“人工智能”的大背景下，云計算、大數據和物聯(lián)網等技術不斷高速發(fā)展，為各行各業(yè)帶來了數字變革，智慧交通、智能家居以及無人駕駛技術相繼出現(xiàn)。為了適應高速發(fā)展的社會，不斷革新教育教學方法，滿足社會和國家對人才的需求。教育部在2016年提出“新工科”建設構想[1-4]。目前，人工智能、物聯(lián)網和嵌入式系統(tǒng)深度融合構建的全面的完整的生態(tài)系統(tǒng)成為工業(yè)4.0時代的核心技術[5]。因此，如何在“新工科”的內涵和要求下更好地開展嵌入式系統(tǒng)課程的教學，不僅對高校學生的就業(yè)有推動作用，而且能對整個行業(yè)的發(fā)展提供助力。

嵌入式系統(tǒng)課程教育教學模式雖然加強了學生學習的過程管理，強調以學生為中心，但依然是教師向學生教授嵌入式系統(tǒng)領域的專業(yè)知識，很難調動學生學習的積極性[6-7]。大部分學生上課迷迷糊糊，下課合書走人從不復習，實驗課上只會照著實驗指導書敲代碼，考前突擊記憶。雖然學生能以這種方式通過考試，但是對今后的學習、工作和生活幫助不大。這種情況既造成了教育教學資源的浪費，也體現(xiàn)出目前的嵌入式系統(tǒng)課程教學模式已不適應社會的發(fā)展，不能滿足社會和國家對人才的要求，到了必須做出改變，探索新的嵌入式系統(tǒng)教學模式的時候。新模式的目的是激發(fā)學生對嵌入式系統(tǒng)課程的學習興趣，發(fā)揮學生的主觀能動性，以興趣為主導，以實驗為中心，重點增強學生的實操能力，培養(yǎng)學生的思辨能力、創(chuàng)新能力。

1 嵌入式系統(tǒng)課程教學模式改革的必要性

嵌入式系統(tǒng)課程的目標是幫助學生掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)綜合設計能力，培養(yǎng)學生利用本課程分析和解決實際問題的能力。該課程的特點是理論知識主要描述芯片內部工作原理，抽象難懂；在軟件設計方面，需要學生有扎實的C語言編程能力，對初學者非常不友好，上手難度大且需要長時間的鍛煉才能看得到效果；在硬件設計方面，需要學生具備基礎的數字電路和模擬電路知識，能夠根據實際應用場景，選擇最優(yōu)的電路；除此之外，還需要學生掌握至少一種集成開發(fā)環(huán)境。一方面，嵌入式系統(tǒng)課程需要前置課程較多，課程學習難度大，需要長時間的鍛煉才能看到效果的特點決定了該課程在目前的教育模式下，學生很難產生興趣，大部分學生“摸魚”現(xiàn)象嚴重[8]；另一方面，受上課學時的限制，學生學習到的嵌入式系統(tǒng)知識不完整，僅僅是嵌入式系統(tǒng)的入門知識，但是社會對從事嵌入式開發(fā)的要求很高，需要求職者理解常用通信協(xié)議，會編寫驅動代碼等。

高等學校雖然采用OBE等以學生發(fā)展為中心，以產出為導向的教育教學模式[9-10]，但是學校的教學考核方式沒有發(fā)生變化，對嵌入式系統(tǒng)課程的考查主要以試卷為主，與該課程實踐性非常強的特點不相符，無法起到督促學生提高實踐能力的作用。以試卷考核為主的教學考查方式只適合考查學生對理論知識的理解程度，在考查學生編程能力時存在漏洞，不僅不能全面真實地反映學生對嵌入式課程的掌握程度，而且會給學生帶來“考前臨時突擊，大量記憶就可以通過考試”的印象，使得更多的學生為了通過考試放棄提高實踐能力，將大量的時間花費在死記硬背理論知識和代碼上。學校教學與社會需求脫節(jié)，學生缺乏處理實際問題的能力，代碼編寫能力達不到企業(yè)要求。

針對以上存在的問題，如何培養(yǎng)學生成為有實踐能力和創(chuàng)新意識的社會急需人才，是嵌入式系統(tǒng)課程教學考核模式改革的側重點。通過對該課程的教學模式進行改進，在吸收傳統(tǒng)教學模式優(yōu)點的情況下緊跟社會潮流，培養(yǎng)出符合“新工科”要求的工科學生。

2 教學模式改進的總體思路

教學模式改進的總體上分為3個主要部分，分別是教學方法、教學過程和考核形式。教學方法的改進主要體現(xiàn)在將以前以教會學生為目的轉變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學生能力為目的，通過教學方法的改進，幫助學生提高動手實踐和分析實際問題的能力。教學過程的改進主要體現(xiàn)在加強學生學習的過程管理，側重培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，加強學生動手實操的意愿，通過不斷地實際操作，逐漸培養(yǎng)學生的學習興趣，激發(fā)學生不斷學習的動力?？己诵问讲辉僖栽嚲頌橹鞫歉倪M為卷面分數和實操分數相結合，試卷主要體現(xiàn)學生的理論知識，實操則是學生完成實踐任務的進度，在一定程度上起到提高學生分析和使用代碼解決實際問題的作用。

在這3個部分中，考核形式是重點，教學方法和教學過程是輔助。不改變考核形式，只變動教學方法和教學過程是無效的。大部分學生的注意力集中在如何通過考試，如何能考高分，考核才是學生關注的重點。因此，只有從學生最關注的點出發(fā)，更改考核形式，才能充分調動學生的積極性，引導學生注重實踐實操能力，提高學生分析和解決實際問題的能力。

3 基于考核方式的教學體系架構

基于考核方式的嵌入式系統(tǒng)課程教學體系架構由兩個階段，三個模塊構成，如圖1所示。教學體系主要分為兩個階段，基礎階段的目標是教會學生對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解、最基本的編程方法和編程思想，培養(yǎng)學生對嵌入式系統(tǒng)的感覺；拓展階段的目的是培養(yǎng)學生獨立分析問題和使用代碼解決嵌入式系統(tǒng)相關問題的能力。通過調整基礎階段考核方式和拓展階段考核方式的分值權重，督促學生將學習重點轉移到代碼編寫和分析解決實際問題的能力上，提高學生實操能力。

基礎階段是理論學習的重點，該階段是學生剛接觸嵌入式系統(tǒng)課程，對嵌入式系統(tǒng)完全不了解的情況下，做出的科普性質的理論知識講解。在該階段，知識的傳授是次要的，重點是不斷列舉與學生生活息息相關的例子，分析并使用嵌入式知識解決這些問題，一方面可以有效提高學生對嵌入式系統(tǒng)的興趣，產生“我上我也行”的想法，有利于激發(fā)學生學習的興趣；另一方面在分析問題的時候，講解最基本的嵌入式系統(tǒng)理論知識，以科普為主，切忌講解過于深奧的知識點，通過教師對基礎理論知識點的講解，讓同學對嵌入式系統(tǒng)有淺薄的感性的認識，有利于培養(yǎng)學生的自信心，調動學生的積極性。該階段的教學方法主要以引起學生興趣為主，講解嵌入式基礎理論知識和最基本的GPIO口的程序編寫；教學過程與傳統(tǒng)方法一致，以教師上課傳授知識為主；考核方式以試卷為主，主要考查學生對理論知識的掌握程度。

拓展階段是學生學習的重點階段。在該階段，學生的重點是學習使用嵌入式系統(tǒng)的思維方式解決實際問題，在不斷地練習和糾錯中加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解程度。通常情況下，遇到問題后學生對理論知識的渴望會達到較高的狀態(tài)，此時學生的主觀能動性較高，對理論知識的學習和理解都能處在較為高效的狀態(tài)，有助于幫助學生真正理解理論知識。在該階段，教學方法應當采用引導為主，主要負責教會學生一般的嵌入式開發(fā)流程和解決問題的方法，培養(yǎng)學生獨立解決問題和充分利用現(xiàn)有資源設計小實驗分析排查問題的能力，養(yǎng)成通過互聯(lián)網查詢及解決問題的習慣。從傳統(tǒng)的保姆式教學轉變?yōu)橐龑浇虒W，真正地去提高學生實踐能力。該階段的教學過程管理主要是通過考查學生對實驗項目的分析和完成程度來實現(xiàn)的。教師通過課上觀察學生實際分析和處理問題的能力，觀察學生遇到實際開發(fā)問題時，解決問題的方法給學生打分。這一階段的考核形式主要以隨機抽取題庫中的編程題，學生規(guī)定時間內完成程度為考核指標，根據學生寫出的代碼質量和完成考核任務的數量打分。

兩個階段分別對應兩種考核形式，基礎階段考試以試卷為主，考題來自書本知識，考查學生對嵌入式系統(tǒng)課程理論知識的掌握程度，卷面成績以30%的權值計入考核總成績；拓展階段以實驗考試為主，考題來自高校教師自己組織的題庫和企業(yè)兼職導師提供的企業(yè)面臨的實際問題的拆分，充分考慮現(xiàn)實場景，在允許學生使用網絡的情況下，要求學生在規(guī)定時間內解決隨機抽取到的實驗項目，教師則根據學生提交的代碼按照解決問題的難度和深度給學生打分，分值按照70%計入考核成績。以學生最關注的考核作為著力點，通過改變傳統(tǒng)的考核方式，增加實驗考核并提高實驗考核分值占比，引起學生重視。為了通過考核，學生才會從傳統(tǒng)的死記硬背的學習模式轉變?yōu)閯邮謱嵅佟Ｖ挥袑W生不斷投入時間和精力去解決問題，才能真正學習到嵌入式系統(tǒng)的知識，才能真正提高編寫代碼的能力，并最終達到“新工科”的要求。

將整個教學過程分為兩個階段，其最大優(yōu)勢在于能有效提高學生的學習興趣，避免學生過早接觸到抽象的理論知識，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力，并將學習模式和思維轉變?yōu)楣こ棠Ｊ胶凸こ趟季S。

4 基于考核方式的教學運行架構

在教學領域，僅有體系架構是不完整的，還需要完整的運行架構。教學體系架構闡述了教學過程應經歷的階段及各階段的重點，而教學運行架構的目的則在于確保體系架構得到正確執(zhí)行，并通過一系列措施持續(xù)激勵學生學習，以達成預期目標。基于考核方式的運行架構如圖2所示。

由圖2可知，基于考試方式的教學運行架構圖的本質是利用上癮模型刺激學生，達到讓學生學習上癮的目的。教學運行框架主要由四部分組成，各個部分相互關聯(lián)、互相推進，構成完整的閉環(huán)。學習的第一步是觸發(fā)，在基礎教學階段，教師通過分析學生日常生活中遇到的問題，激發(fā)學生解決問題的欲望，產生解決問題的想法；有解決問題的欲望，就會做出行動。教師在這一階段的主要任務是根據學生的學習情況將大的任務切分成小任務，降低學生完成的任務的難度，使得學生能夠在較輕松的環(huán)境中完成這些簡單的任務，逐漸培養(yǎng)學生的自信心；完成每一個小任務后，可以適當獎勵學生，比如公開表揚等，使得完成任務的學生可以在同學欽佩的目光中獲得自豪感；為了保持自豪感，完成任務的學生將愿意投入更多的時間在嵌入式系統(tǒng)的實驗上，獲得更多的成就；未完成任務的同學不得不認真追趕進度。隨著時間的投入，學生使用嵌入式系統(tǒng)知識分析和解決問題的能力不斷提高，獲得的成就感也會越強，這會進一步激發(fā)學生學習嵌入式系統(tǒng)知識的愿望。

該運行架構的最大優(yōu)勢是可以形成閉環(huán)，只需要前期督促學生順利走完四個步驟，建立起良性循環(huán)，讓學生體會到學習帶來的自豪感和滿足感，就可以不斷刺激學生在嵌入式系統(tǒng)課程上投入更多的時間和精力，讓學生真正喜歡上學習，真正熱愛嵌入式系統(tǒng)課程。此外，一旦該模型被學生接受，也可以遷移至其他學科或者課程，幫助學生建立良好的學習習慣，有利于學生養(yǎng)成終身學習的思想。

當整個教學運行架構執(zhí)行后，教師需要完成的工作是不斷根據學生的水平調節(jié)“行動”這一部分任務被劃分的程度。隨著學生對嵌入式知識和實踐能力的加強，能夠完成的任務也逐漸復雜起來，直到能夠解決企業(yè)面臨的問題，達到社會和“新工科”對嵌入式專業(yè)的高校學生的要求。

5 結束語

根據“新工科”的要求，以國內學生最關注的考核方式為著力點，通過加入實驗考試的方式，督促學生加強實操能力，真正做到培養(yǎng)學生使用嵌入式知識分析和解決實際問題的能力，使其成為社會和國家急需的人才。為保證學生能夠終身學習并不斷進步，總結出一套學習模型，通過對上癮模型的遷移與改造，將其應用于學習領域，幫助學生建立起良好的學習習慣，在較為輕松的環(huán)境中學習到嵌入式系統(tǒng)的知識。事實證明，該教學模式更加符合嵌入式系統(tǒng)課程的學習過程，有效避免了因門檻過高而造成的勸退現(xiàn)象，有利于培養(yǎng)學生對嵌入式課程的興趣。

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【通聯(lián)編輯：梁書】