面向創新能力培養的教學方法改革研究

屈劍鋒 王雪 尹宏鵬 魏善碧

[摘 要] 本文分析了嵌入式系統教學面臨的主要問題，提出了嵌入式系統教學課程改革思路及學生應用創新型能力培養的方法，完善了嵌入式系統課程教學體系結構，改進了嵌入式課程理論教學內容和模式，對學生進行“理論學習-知識點實踐-任務級實踐”的“做中學、學中做”的培養，將科研項目和競賽等融入嵌入式教學環節，為學生創新意識的形成和創新能力的培養創造良好的條件，以綜合評價方式實現對創新型人才的評估，最終完成創新型人才培養的目標。

[關鍵詞] 創新能力;嵌入式系統;教學方法;綜合評價

[中圖分類號] G642 ?? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 01-0091-03

一 引言

創新型人才培養是國家經濟發展的重要基礎，為適應新發展形勢下對人才的需要，培養具有創新能力的學生對社會發展具有重要意義。因此，加強對學生創新能力的培養是目前高等學校必須重視的問題[1，2]。為實現創新型人才培養，教師要在專業教育基礎上，更新教育思想和教育觀念，轉變學生學習理念，促進學生形成創新意識與思維，發展自身創新能力。嵌入式系統在工業控制、醫療設備、公共交通、智能家居、信息通信等領域有著廣闊的應用[3-5]。由于嵌入式系統的應用性、實踐性較強[6]，學生在學習過程中需要綜合多方面知識并發揮創造力才能真正掌握嵌入式相關內容和完成嵌入式實踐。因此，將嵌入式系統課程作為學生創新能力培養的基礎，以此為驅動對嵌入式相關課程進行教學改革，有助于培養學生的創新能力。

二 嵌入式系統教學面臨的主要問題

除了傳統教學存在的例如以教師為中心、以講授為主要方法、教學互動溝通不足、對學生個人能力不加區分等問題，嵌入式系統教學存在其自身特有的問題。

首先是嵌入式系統課程相關體系不夠完善。從對開設嵌入式系統課程的國內多所高校的相關專業調研發現，目前，部分相關專業及其相關的課程體系稍顯混亂，基礎課與專業課缺乏有效的內在關聯性，后續課程與嵌入式系統相關課程之間缺乏有機的連接。

其次是嵌入式系統課程理論與實驗教學學時分配不合理。嵌入式系統課程需要教師和學生花費大量的時間和精力進行實踐調試和操作，但多數專業其嵌入式系統課程大部分的學時用于理論教學，只有少量的學時用于實驗教學，這種學時的分配對嵌入式課程缺乏合理性。

再次是嵌入式系統實驗教學根據實驗設備而定，造成實驗環節與實際應用脫節，實驗課流于形式。學生在實驗教學中，僅根據實驗指導書步驟進行操作，當實驗環境發生改變，學生就會難以適應，不利于其創新能力的培養。

最后是嵌入式系統課程相關師資經驗的缺乏。嵌入式技術集成了硬件設計和軟件開發等多門學科，該課程對相關教師的設計與開發經驗要求較高，目前，部分高校相關專業教師缺少實際嵌入式項目開發經驗，因此，教師的授課內容很難與企業實際工程項目接軌，從而學生難以獲得實際的嵌入式開發經驗。

三 嵌入式系統教學課程改革思路

針對嵌入式系統教學中存在的問題，通過課堂精講、課外探索、團隊合作、個性化培養、開放式教學等方式，實現創新型人才培養目標。從嵌入式系統課程教學體系結構、課程理論教學內容和模式、實踐教學環節幾個方面進行改革，如圖1所示。

1完善嵌入式系統課程教學體系結構，培養創新能力

嵌入式系統課程教學體系應由基礎培養和個性化培養組成，著重培養學生的實踐能力，努力發展學生的創新意識和思維。根據國內外先進教學理念，構建如圖2所示的嵌入式課程創新能力培養體系。創新型人才的培養需要堅實的課內理論知識，也需要課外科研、實踐能力的訓練，這個過程需要教育者和學生共同努力。基礎創新能力培養體系包括課程理論學習和實踐能力培養。通過學習課程基礎知識，為實踐和應用打下理論基礎。通過實驗教學、課程設計等環節，讓每個學生都能夠把所學的理論知識應用到實際問題當中。基礎培養是針對所有學生的，因此每個學生都要接受一定的創新訓練。個性化培養針對少數學生，促進能力較強和對嵌入式相關課程感興趣的學生的發展，通過參加學科競賽、組建創新團隊、參與大學生科研訓練計劃和國家創新實驗項目等課外實踐，滿足不同能力學生的發展需要，使學生充分發揮自己的能力，促進自身更優的發展。

2 改進嵌入式課程理論教學內容和模式，激發學生創新意識和思維

通過改進嵌入式課程教學內容和模式，幫助學生更好地掌握課程重點內容，促進學生創新能力發展。嵌入式系統具有綜合性強的特點，它涉及硬件軟件相關知識，需要數字邏輯電路、匯編語言、操作系統等課程作為基礎[7-9]。僅學習單一課程難以充分掌握嵌入式系統開發的所有知識和技能，因此，不同專業對于嵌入式系統教學內容的選擇應根據專業自身需要而定。在教學過程中，教師應該把握課程重要理論知識，適當增加實際案例來適應社會發展、技術發展的需要，努力激發學生學習嵌入式相關課程的興趣，讓學生從實際案例的分析、設計、解決、評價等一系列過程中鍛煉真正分析實際課題、解決問題的能力。除此之外，還可以通過設置網上學習任務、在線答疑等方式促進學生在課外的學習。在理論學習中，教師根據具體教學的需要，通過案例式、啟發式、討論式等多種教學模式更好地幫助學生學習基礎知識。在實踐鍛煉中，教師通過引導學生進行自主探索，讓其發揮創造力解決實際問題，在學生與學生之間、學生與老師之間形成對話，通過引發好奇、討論交流、質疑解惑的方式，讓學生在鍛煉自身各方面能力的同時，激發創新意識和思維，形成科學思維方式，為培養創造能力創設情境并提供條件。

3 課內外相互融合改進嵌入式實踐教學環節，培養實踐創新能力

通過“學做結合”改進嵌入式實踐創新能力培養模式。密切結合學生的專業學習，針對不同年級學生的具體條件和實際需求進行分層次分方向培養。學生將按照“理論學習-知識點實踐-任務級實踐”這樣“做中學、學中做”的培養模式來提升其實踐創新能力。根據學生特點組建側重點不同的科技創新團隊，有針對性地為不同團隊提供實踐內容，讓學生盡早參與到項目管理、科學研究和工程實踐中，促進學生科學素質、創新精神和實踐能力的發展。采用新技術方法，改進實踐創新能力培養手段。將計算機虛擬仿真技術應用于嵌入式實踐教學中，使知識從抽象變為直觀，實現對學生“虛擬-實際-創新”的實踐創新鍛煉，培養學生的創新精神和實踐能力。鼓勵學生根據自身情況選擇實踐項目，真正走進實驗室，參與到科研項目研究中。加強實驗室開放管理，充分利用實驗室課余時間，同教務部門進行協調，將學生的課程安排整齊劃一，以便給學生和實驗室留出完整的時間段來安排科研項目研究，最大限度地利用實驗室資源來加強對學生實踐創新能力的培養。

4 將科研項目和競賽融入嵌入式教學環節，促進創新意識和能力融合

以實際項目為驅動[5，7]，改進嵌入式創新能力培養模式。通過組織科研訓練團隊，將課程組教師相關科研項目進行任務分解，形成若干相對獨立的科研實踐任務，通過創新實踐平臺向學生發布。學生可根據自己的興趣和能力選擇參加不同的科研項目，從而調動學生參與實踐創新的主動性。利用研究型大學的“研究”資源，建立基于研究項目的教學模式，啟發式地引導學生把已有的科研項目中的知識理論應用到嵌入式學習過程當中，從而更加深刻地體會和理解嵌入式系統中的重難點。教師對學生完成的科研項目進行驗收，分析總結學生在完成項目過程中的優缺點及創新點，幫助學生進一步認識自己的能力。學生在解決實際科研項目問題的過程中，其想象力、設計水平、分析解決問題的能力等都會得到明顯的改善。通過具體工程項目讓學生得到更具創新性的實踐鍛煉。鼓勵學生積極參加各種競賽，使學生體驗在規定時間內完成指定項目任務的經歷，在競賽過程中鍛煉自己各方面能力。學生在競賽過程中能夠體會到知識的重要性，同時能鍛煉其耐心、承受力等，對學生未來的發展具有好處。在學生參與科研項目研究和參加競賽過程中，教師應該幫助學生全發面發展，同時應尊重學生的個性，幫助學生自由發展，讓學生在個性化發展的過程中，逐漸將創新意識與創新能力進行融合。

四 創新型人才評估方法

為適應創新型人才培養模式，針對現有教學評價方法存在的如偏重教師評價、成績標準，對學生創新意識、人文素養、溝通交流能力等涉及甚少的問題，提出新的評估方法。在評價過程中，除了教師對學生學習過程的總結與評價，更為重要的是學生本身在學習過程中對問題的思考、學生能力的發展。教育者需要改變以考試為唯一標準的評價方式，將學生在嵌入式系統學習過程中的各種表現作為考核對象[10]，如圖3所示。

對學生創新能力的評價，教師可以從四個方面綜合進行：一是思維能力，需要評估學生在學習過程中是否有清晰的思路、對問題全方位的分析、多種解決方案、正確的觀點等。二是學習能力，關注學生是否能夠利用相關知識解決現實問題，是否有查閱相關文獻資料的能力，能否自學理解課內不涉及但是實際應用中會用到的知識等。三是動手能力，觀察學生能否熟練使用相關軟硬件設備，能否根據流程完成實驗操作，能否親自完成所研究的項目等。四是研究能力，考查學生是否具備探究精神，是否使用正確的研究方法，是否把握項目的研究意義，能否完成相關科研項目等。除此之外，教師要發現學生在進行學習活動中的優點與缺點，對學生所表現出來的智慧、態度、品質等進行全面的考察，在整體層次上對學生的表現做出綜合的評價。對創新型人才的評估，既要測試學生對基礎知識的掌握情況，又要判斷學生各方面能力的發展情況，還要對學生在學習活動中的情感和倫理道德觀念做出一定的評析。教師應該幫助學生進行學習情況總結與反思，重視現有知識與能力、情感與態度等對未來學習的影響，著眼于學生今后的發展。

五 結語

將應用創新型能力培養方法融入嵌入式系統教學中，通過設計基礎創新能力培養體系和個性化創新能力培養體系兩個方面進行“創新型人才培養”模式的研究。兼顧理論重在實踐，以學生為本對教學內容進行改進，將課外實驗、科研項目、競賽等引入教學，讓學生體驗多種教學內容，激發學生創新思維。將討論式、案例式等多種教學方法運用到教學過程，調動學生積極性，發揮學生主體作用，讓學生主動完成學習任務。教師在學生創新能力培養的過程中起引導作用，幫助學生養成良好的學習習慣，努力發展學生思維，培養學生創新能力，推動嵌入式相關課程體系教學改革。

參考文獻：

[1]吳立鋒， 張亞平. 依托嵌入式系統實驗平臺培養學生創新能力[J]. 中國現代教育裝備， 2017（13）：57-59.

[2]劉德才. 論大學生科技創新能力的培養[J]. 中國成人教育， 2016（01）：81-83.

[3]周風波， 楊為民. 基于高校“嵌入式系統”課程教學改革研究[J].科教導刊（中旬刊）， 2019（05）：97-98.

[4]龍林波， 劉俊， 李菁晶. 萬物互聯時代下計算機專業的嵌入式系統課程教學內容改革研究[J].課程教育研究， 2019（03）：234-235.

[5]王鵬舉， 蘇秀芝. 基于項目驅動的嵌入式系統課程教學方法探索[J]. 軟件導刊（教育技術）， 2018，17（07）：79-81.

[6]吳建寧， 董鎧， 黃志鵬， 吳沁冰. 突出創新能力培養的嵌入式系統課程實踐教學[J]. 實驗室科學， 2017，20（02）：131-134.

[7]王威. 淺談嵌入式系統開發課程教學研究[J].電腦知識與技術， 2018，14（34）：104-105.

[8]徐興梅， 劉佳慧， 謝飛. “雙創”視域下嵌入式課程教學改革研究[J]. 現代信息科技， 2019，3（09）：122-123+126.

[9] 朱銘琳.嵌入式系統開發課程教學改革[J]. 信息與電腦（理論版），2017（19）：231-233.

[10]張妍， 覃麗君， 易金生. 論創新型人才培養模式的構建[J]. 天津市教科院學報， 2017（06）：15-18.

（責任編輯：張宏玉）