項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法

李娟 何堅

摘? 要：新興技術與新應用場景發展的推動，使嵌入式系統成為技術熱點方向之一，然而高校嵌入式系統教學存在學習門檻高、學生學習動力不足等難點。本文提出項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法。通過引入項目案例來培養學生的實踐能力，通過結合學習評估來促進學生的主動學習，建立了持續評估改進的方法應用模式。該方法在高校嵌入式系統課程的教學中進行了應用實踐，能夠有效提升教學的整體成效，能更好地培養學生知識掌握與實際應用能力。

關鍵詞：學習評估;嵌入式系統;過程改進

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）27-0071-03

隨著物聯網、5G等新興技術應用的深入發展，嵌入式系統已經成為產業界和學術界的熱點方向[1]。嵌入式系統融合了計算機軟硬件技術、通信技術和半導體微電子技術，將計算直接嵌入到場景化應用系統中，實現了計算的無處不在。嵌入式系統應用范圍廣泛，不僅包括生活中的應用，如智能家居、車載互聯網等，更在制造、通訊、航空、軍事裝備等領域發揮著重要作用。

然而，嵌入式系統的交叉學科性質導致其學習門檻高，該領域技術更新速度快，使得掌握嵌入式系統技術的人才較為稀缺。傳統以理論教學為主的嵌入式系統授課模式無法讓學生切實掌握嵌入式系統的開發原理，難以培養實際動手能力，不能滿足產業界對嵌入式人才的要求。因此，需要高校改進嵌入式系統教學方法[2-3]，加強面向產業應用的人才培養。

一、高校嵌入式系統教學的主要難點

由于嵌入式系統本身跨學科領域較多、對學生實際操作能力要求較高[4]，在教學實踐中，嵌入式系統教學存在的主要難點包括：

第一，學生對所學專業方向缺乏了解，有畏難情緒。學生對嵌入式系統領域的發展和方向缺乏了解，認為嵌入式系統的學習很困難，產生畏難情緒，被動的學習情緒必然帶來消極的學習效果。

第二，學習目標不明確，缺乏學習動力。學生對所學的嵌入式系統知識與未來要從事的工作之間的關系不清晰，對該領域未來發展缺乏認識，導致學習目標不明確，學習動力缺乏。

第三，教學過程中缺乏對學生學習效果的有效評估機制。嵌入式系統課程教學過程中，教師缺乏有效的方法來了解學生對所學知識的掌握程度。學生是學習的主體，具有個性化學習特點，需要設計更為豐富且個性化的學習評估機制來及時了解學生的學習效果，以便在課程教學中做出調整。

第四，課程教學需要持續的改進機制。在教學過程中，教師積累了大量的教學經驗，這些知識對嵌入式系統課程后續教學的改進非常重要。因而，教師需要對這些知識進行總結和積累，也需要授課教師之間建立有效的溝通和分享機制。

二、項目案例與學習評估結合的教學新方法

針對以上難點，本文提出了項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法。一方面采用項目案例來培養學生的實踐能力，解決學生興趣缺乏的問題，鼓勵學生自己動手做智能電視、平板電腦、四軸飛行器和智能小車等，激發學生的學習興趣。另一方面，采用學習評估[5]的方法促進學生的主動學習，提升學習效率，幫助教師及時掌握學生在學習過程中存在的問題，針對學生特點設計個性化的教學方案。

（一）基于PDCA，建立教學持續改進框架

本文引入質量管理PDCA（Plan Do Check Action）持續改進方法，建立項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法的持續改進框架。教師基于教學目標、學生對課程的期待、教學內容進行教學計劃設計，包括教學任務、學習數據、學習評估節點以及評估方法。在教學計劃執行中，采集學生學習數據，按照規范的評估方法對學生的學習效果、學習方法、學習特點等進行評估。基于評估結果，總結教學階段性經驗，改進教學計劃。支持教師在每一輪教學結束后總結授課經驗及學生學習特征，對以后的課程教學進行優化設計和改進。

（二）以項目案例為驅動，通過逐步深化的工程訓練培養學生的創造能力

在以“嵌入式軟件開發技術”為代表的課程中，課題組實施以項目開發過程為主線、以實際應用為場景、以項目案例為示范、以學習平臺為支撐、以協作學習為主導、以過程管理為保障的“立體化”教學模式。在項目案例開發過程實踐中介紹理論體系、指導實踐，使學生理解嵌入式系統理論，提升工程實踐能力、系統化思維和過程管理能力。

針對學生對所學知識與將來工作間關系的困惑，課題組依托北京工業大學人才培養模式創新實驗區及嵌入式系統工程實踐教育中心，配合授課教師將工程訓練、基礎訓練、綜合訓練、畢業設計和創新實踐由易到難地融入學業周期，讓學生在工程訓練過程中增進對專業知識的理解，應用知識解決項目訓練中的實際問題，培養學生活躍的思維能力和創造性設計能力。

（三）建立以學習評估為主導的學習過程改進方法

針對學生缺乏學習目標、學習效率較低的問題，課題組進行學生學習過程及方法調研，形成以學習評估為主導的學習過程改進方法，從“學習目標”“學習投入”“教師反饋”等三個方面來改進學生的學習過程，支持學生進行主動學習。基于專業特點，確立學習目標，然后圍繞學習目標，加大學習投入，提高學習強度。教師在整個學生學習過程中根據學生的表現及時進行反饋，設計豐富的評估指標，幫助學生在學習過程中及時了解自己的優勢和不足，及時改進，達到預期的目標。

（四）以科技競賽為載體，提高學生的創新能力

課題組依據課程進度以及學生專業知識的掌握程度，有針對性地組織學生參加“國創杯”等創業大賽，了解社會所需的人才類型和技術趨勢。結合科研項目為學生設立課題，組織學生參加“星火基金”等科研實踐，組織學生參加“挑戰杯”“中國軟件杯”等科技競賽，培養學生發現、分析、解決問題的能力，培養學生嚴謹踏實的治學態度和創新精神。

三、嵌入式系統教學新方法實踐

項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法成功應用于軟件工程專業嵌入式系統方向本科班的專業課實踐、工程實訓和畢業設計中。授課教師配合專業負責人設計軟件工程（嵌入式系統方向）教學計劃和教學方案，將項目案例的分析開發融入課程教學的全過程。例如，組織學生參觀微軟、蘋果等公司的研發中心，實際體驗嵌入式系統的產品開發過程;組織學生參加“數學建模”“創新杯”創業大賽，激發學生的學習興趣與實踐創新能力。將真實項目和科研課題融入“嵌入式系統原理”“嵌入式軟件開發技術”等課程教學中，在工程實踐中講解理論知識，讓學生切身體會如何應用所學知識解決項目中的困難問題。此外，為學生設計申報“星火基金”等課題、支持學生參加“挑戰杯”等科技競賽，發揮學生自身的主觀能動性，培養學生嚴謹踏實的求學態度和創新精神。在本科畢業設計中依托真實項目案例開發，培養學生分析、解決問題的能力，并在項目中通過團隊協作培養鍛煉學生的工程協作能力。

四、結論

本文針對高校嵌入式系統教學中存在的主要難點，提出了項目案例與學習評估結合的嵌入式系統教學新方法。該方法采用項目案例來培養學生的實踐能力，提高學生的創新能力和動手能力;采用學習評估的方法幫助學生培養主動學習的習慣，提升學生學習效率，支持授課教師針對學生的特點設計個性化的教學方案。通過引入PDCA的持續改進方法，支持授課教師能夠建立教學計劃的持續改進工作過程，不斷完善教學方案。該方法成功應用于軟件工程專業嵌入式系統方向本科教學中，教學實踐充分證明，嵌入式系統教學在促進學生學習興趣、提升學生掌握水平和創造能力方面是非常有效的教學方法。

參考文獻：

[1] 呂東澔，朱佰成，崔桂梅，等. 基于CDIO理念的嵌入式系統教學探索[J]. 實驗室研究與探索，2019，38（01）：183-185.

[2] 盧燦舉，張云峰，高春穎，等. 案例教學下嵌入式系統課程的改革與實踐[J]. 計算機工程與科學，2016，38（S1）： 248-251.

[3] 胡青，余嘉，蘇玉剛. 面向工程實踐能力培養的嵌入式實驗教學改革[J]. 實驗技術與管理，2017，34（09）：160-163.

[4] 張曉東，盧濤，曹毅，等. 應用型嵌入式系統人才培養模式研究與實踐[J]. 實驗技術與管理，2018，35（11）：29-31.

[5] 江美芬. 學習評估：高校學生學習質量提升的路徑選擇[J]. 黑龍江高教研究，2019，37（08）：45-48.

（責任編輯：淳潔）