基于PBL教學理念的嵌入式系統教學改革與研究

韓琛曄，田云霞，張微微

（河北工程技術學院，石家莊 050091）

0 引言

嵌入式系統是電子信息類專業的一門學科綜合性很強的專業課，由于近年來嵌入式技術以及物聯網技術的快速發展，國內許多高校都開設了嵌入式系統設計，并將該課程作為工科電類及計算機專業的一門必修課，但是在以往的教學過程中嵌入式系統課程在教學過程中也存在著以下幾個方面的問題：

（1）嵌入式系統設計課程非常注重理論和實踐教學，但在實際教學過程中，實踐教學課時不足，且實驗教學內容簡單，僅能做一些基礎的驗證性實驗，與一些工程應用場景不匹配，缺乏設計性實驗，不利于培養學生的實際動手能力，和創新能力的培養，畢業生缺乏獨立開發的技能。

（2）授課的形式比較單調，理論課程以講授為主，實踐課程不能與理論課程更好的銜接，沒有很好地綜合性和前瞻性，學生對實驗沒有特別大的興趣，學生知識面零散不系統，實驗內容不全面抑制了學生自主創新的學習動力，致使學生動手及創新創造能力沒有得到更好地提升。

（3）隨著物聯網及通信技術的發展，嵌入式系統課程不能更好地與物聯網技術及通信技術相融合，開發出更貼近前沿的實驗項目。

針對以上問題，結合我們學校的實際，結合本人多年的實踐教學經驗，采用PBL教學法對嵌入式系統設計課程教學進行改革和探索，提以高學生課堂參與度，增強學生項目開發能力。

1 PBL教學理念

基于PBL的教學理念是一種新型的學習形態，它體現了權威的“做中學”“學生為主體”的教育思想。該教學理念可以培養學生批判性思維，提高學生解決問題的能力，溝通交流能力，以及團隊協作能力。在課程運用PBL項目式學習的方式，能讓學生發現自己的興趣，讓真正的學習過程發生！

2 PBL教學理念在嵌入式系統課程中的實施

PBL教學改革在17級電子信息工程、物聯網工程、通信工程三個專業中展開，其中在物聯網工程、電子信息工程專業兩個班中實行PBL教學理念，通信工程專業兩個班中采用傳統教學模式，以此來比較教學效果。

2.1 PBL 教學的設計與目標

PBL教學有以下幾個特點：①PBL教學以問題、項目為中心；②以學生為主體，教師為教學中的促進者；③PBL教學法以學生自主學習為目標。所有的教學設計圍繞著以問題、項目引入，以學生自主探究，教師輔助的方式展開。在設計教學內容的時候，課堂教學以問題的形式導入，在課下實踐中，以項目的形式開展。

2.2 引入循序漸進的項目或者問題

項目實施過程中采用循序漸進，由易到難的原則，將教學內容分為基礎篇、綜合篇和提高篇，教學過程中設計邊教邊練教學模式，三個篇章的項目由淺入深，能力遞進，將教學實驗分層，每一個實驗層次采用不同的組織形式，培養學生不同的能力，基礎篇主要完成基礎性驗證性實驗，綜合篇主要利用外圍器件傳感器等，實現一些簡單的項目，提高篇將前沿的物聯網技術與嵌入式技術相結合，通過具體的物聯網項目讓學生學以致用，提高學生的自主開發和設計能力。嵌入式系統課程層次化項目設計見表1。

為了使每個項目更好的推進和實施，需要教師提前將課堂問題下發給學生，學生拿到問題，進行分組自主學習，并進行資料的查閱，最后小組之間進行溝通討論，確定解決問題的思路和方法，完成項目。

學生分組不能隨機分組，要以組內成員異質為原則將學生分組，3～4人為一組，選定一個項目任務。小組組員探究合作學習是解決項目任務的核心要素，也是學生建構知識的重要途徑。

表1 嵌入式系統課程層次化項目設計

2.3 多元化的教學方法促進教學

利用現代信息技術，教師在藍墨云班課上發布教學資源和項目任務清單，教學資源包括微課視頻、知識點講解、教學課件和項目所需資料等。項目任務清單依據不同篇章的項目任務細化成各個小任務點。在小組討論中，教師及時查看學生的進度并參與答疑。學生采用合作學習的方式，結合課堂問題，項目問題，進行現場編程，設計的多元化方法展開教學。

2.4 培養組建競賽小組與團隊

在完成綜合篇和提高篇的項目實踐后，注意挖掘和發現表現突出、有學習潛力的學生，激發學習興趣，組建競賽小組，注重培養學生潛能，將以往各種競賽的題目或者案例作為挑戰內容，激發和鼓勵學生積極參加各類電子競賽、物聯網及嵌入式競賽的熱情，加強科技創新及科研實踐。

2.5 評價與考核

引入PBL的教學模式后，評價標準不再是傳統的主要取決于考試成績，而更加側重于實踐任務完成的過程化考核。該門課程的成績組成為：“基礎項目30分、綜合項目30分、期末綜合項目40分”的考核方式。其中“基礎項目30分”采用教師評價，教師根據學生在課堂上的表現來打分，主要包括課堂教學過程中“問題回答情況”和“項目完成情況”等多個指標進行評分?！熬C合項目30分”以小組總分為基準，以每位同學在組內的貢獻度和工作量不同進行打分。小組總分以任課教師根據每個小組項目的完成情況進行打分。期末綜合設計項目成績以綜合任務完成程度結合設計任務書、實施方案、總結報告及作品創新程度為標準進行評定?；A項目評價標準及權重見表2。

其中基礎項目評價標準為教師評分，綜合項目和期末綜合設計項目評價標準分為教師評分、小組自評和小組之間互評，教師評分占40%，小組自評占30%，小組之間互評占30%。通過多元化、相互補充的評價標準，可以提高學生的課堂教學參與度，激發學習興趣。綜合項目及期末項目評價標準及權重見表3。

表2 基礎項目評價標準及權重

表3 綜合項目及期末項目評價標準及權重

3 課程效果與反思

3.1 教學評價及效果

為了檢驗教學效果，通過任教的4個班級（2個傳統班和2個教改班）進行教學實踐，傳統班采用正常的課堂講授教學法進行授課，教改班采用PBL教學法進行授課。在課程結束后，通過匿名問卷調查來了解學生對2種教學方法滿意度的反饋。調查結果如表4顯示，PBL教學法教學學生滿意度較好，教學質量與效果有很大改善，有力地說明了PBL教學法的先進性。

課程完成后對4個班級共同進行了一次期末試卷考試，試題完全相同，兩組班級也呈現出不同的成績分布。嵌入式系統設計試卷成績結果見圖1。實驗結果體現了PBL教學法的優越性。

表4 教學滿意度調查

3.2 問題反思

雖然PBL教學法有很好的優越性，但是PBL教學法在教學實施過程中出現的一些問題同時也需要注意，主要包括：①精心設計問題及項目。問題和項目的提出是PBL教學的核心，所以問題及項目的選取非常重要，一定要注重問題有啟發性，項目具有綜合性，能有效的提高學生的知識水平。②杜絕出現組內成員濫竽充數，吃大鍋飯的現象。PBL教學一般以小組為單位進行，對于一些自制能力差或是懶惰的學生，可能會有依賴感或吃大鍋飯的現象．為了避免這種情況發生，可以在平時教學中注意課堂提問，項目協作中注意安排組內學生對項目進行解讀和細化，其他學生提出提問或質疑的方式解決問題。③PBL教學法需要學生積極配合，為了讓學生能夠積極主動參與進來，激勵方式一定要豐富多樣。

圖1 嵌入式系統設計試卷成績對比圖

4 結語

嵌入式系統設計課程的特點就是對實踐要求很高，并且當前信息技術及嵌入式技術更新快，這就要求教師在教學中需要不斷完善教學和實踐內容，嘗試探索先進的教學方法。實踐證明，本文提出的PBL教學法，應用于嵌入式系統設計課堂教學中可以激發學生的求知欲，促進了學生學習的積極性，提高學生的實踐能力，對培養學生的創新創造能力、工程素養和團隊合作精神具有重要的現實意義。