嵌入式系统原理及应用教学改革

分类：教育学论文发表 时间：2021-04-16 09:27 关注：(1)

　　《嵌入式系统原理及应用》是计算机专业必修课，目前多数大学主要以教师讲授课程主干，学生被动接受，填鸭式传统方法为主。填鸭式教学已经不适合培养创新创业人才。因此，应将“在线课堂、翻转课堂、实践课堂、建立更加合理的课程考核方式、明确嵌入式实验实践教学的目标、提高教师创新意识、重视实验实践教学环境的建设、鼓励专业教师自主研发试验平台”模式与《嵌入式系统原理及应用》教育有效融合，通过改革教学内容和方法，加强线上教学、实践教学，发挥学生主观能动性，以激发学生的自主创新思维，培养学生的主动学习能力。

　　[关键词]在线课堂；翻转课堂；《嵌入式系统原理及应用》；教学改革

　　《嵌入式系统原理及应用》是信息技术工科专业必修课之一，随着物联网、大数据、人工智能、移动电子设备技术的快速发展，基于嵌入式技术的产品已经遍及人们的生活，是当下人工智能发展、智能设备研发的重要基础，是智能制造的重要基础技术之一[1]。早在2006年，云南农业大学基础与信息工程学院已经开设了《嵌入式系统原理及应用》课程。课程开设初期因教学场地、设备受限，《嵌入式系统原理及应用》主要以理论教学为主，实验为辅。经后期发展，有了嵌入式教学专业实验室，学院迅速调整教学方法，形成理论与实验相结合的教学模式并沿用至今。然而随着信息技术发展和生源变化，落后的实验设备、单一的实验案例，导致现有的实验环境已经无法满足社会对嵌入式人才的需要，单纯的理论结合实验的教学模式已经无法满足学生就业要求；单纯理论结合实验无法满足充分调动学生上课的积极性。在此趋势下，结合社会对嵌入式人才的需求，建立以老师引导、学生自主学习、强化实践教学的新模式，形成在线课堂、翻转课堂、实践课堂，建立更加合理的课程考核方式，不断探索教学方法和模式的创新。

　　1.《嵌入式系统原理及应用》在教学中存在的问题

　　1.1学生基础参差不齐，没有因材施教

　　《嵌入式系统原理及应用》是以《微机原理》为基础的计算机科学与技术专业必修课程。由于许多学生在学习《嵌入式系统原理及应用》之前对基础课程微机原理掌握程度不同，如果在设计教学方法、教学进度时老师单纯按照自己的想法设计，容易出现对基础薄弱的同学跟不上教学步调而掉队，从而失去学好该门课程的信心，另一方面对于基础比较好的同学，因为课程节奏对于他而言比较慢，容易让学生产生对该门课程的倦怠感，因此在传统教学方式中学生基础水平的参差不齐很容易导致一刀切，无法因材施教，达不到教育学生最佳目的。

　　1.2学生接收填鸭式教学，学习主动性不高

　　当前我国高中基本采取以升学为主的填鸭式教学模式，让学生被动接收知识，很难发挥学生主观能动性。《嵌入式系统原理及应用》教学模式虽然经过不断改革，形成了由教学老师经过深思熟虑设计课程问题，通过问题引导，在课堂上调动同学参与和讨论的积极性，主观调动学生思考，从而达到把课程内容教授给学生的目的。但是很多老师没有注意到，《嵌入式系统原理及应用》课程因为是软硬件结合的实验较多，因此，大多问题或实验的设计主体多是从老师出发，具有以老师为中心的教学性质。精心设计的引导问题不一定是学生所关切的关于课程内容的疑惑，甚至超出部分学生的认知范围。因此，传统老师设计课程问题引导学生参与嵌入式教学的模式，对启发学生进行思考的作用有限。

　　1.3缺乏系统性的课程实践

　　《嵌入式系统原理及应用》作为一门实践性和应用性较强的学科，实践课程的设计是能否培养符合社会实际需求的软硬件工程人员的重要因素。《嵌入式系统原理及应用》在传统教学过程中以理论为主，以实验为辅，虽然不断改革教学模式，但是始终存在实验设计与社会需求结合度低、案例陈旧、设计理念落后的问题。目前《嵌入式系统原理及应用》的实验单纯只是课程中安排的实验课，并无其他实践，比如与学校环境中的自动洗衣机、学生的门禁卡系统等结合程度低，这就导致实验内容明显与社会上需求的嵌入式开发能力不匹配，不利于发挥和挖掘学生的创新能力。

　　1.4教学内容陈旧

　　《嵌入式系统原理及应用》随着大数据、物联网、人工智能的发展也在不断前进。但在教学过程中教材依然使用这十年前的教材、实验课程配套的设备、软件和实验逻辑，这使得学生在学校里接受的教育一直处于十年前的嵌入式技术发展水平，并未了解最新的知识，使得教学内容与市场、行业脱节问题明显，导致学生在就业过程中与社会需用人才之间存在前沿技术了解的欠缺。

　　1.5学生应付考试，无法将课程知识内化为自己的学识

　　《嵌入式系统原理及应用》学习是一个循序渐进的过程，学生不仅要将考试范围内的知识记录整理学习，更要参与到整个课程学习中。然而大多数学生在考试前两个星期将考试范围内的知识进行突击背诵，不理解每一个知识点的原理，机械性地记住每个知识点，应付考试。学生学习的过程，不应该只是停留在应付考试上，也不应该停留在听懂和理解这种层次，应该更进一步，将所学的知识用在生活中，用在科研中，不断结合实际，不断将所学的知识进行输出。因此，本校在该课程的学习和考核过程中，应结合学校农业资源优势，立足实际，从农业信息技术的角度设计题库，使学生对知识进行重新审视和思考，在掌握基本原理的前提下，能结合农业的实际需求，设计和应用嵌入式系统技术解决信息技术在农业生产过程中的实际问题。

　　1.6课程考核以试题为主，忽略学习过程

　　大学很多考试都是以最后一张考题试卷为主，在考试范围内，学生提前一周突击，将考试要点机械记忆应付考试，考试结束该门课程似乎无任何收获。因此，在课程考核环节，应该加大设计类和应用实践类试题的比例，比如，结合生活实际，利用89C51单片机设计学生宿舍的自动洗衣机系统（说明原理、设计思路和核心程序代码），这种考试题目不仅对学生的学习兴趣有提高，同时也对学生学习内容的巩固和对理论知识转化为实践应用起到促进作用。同时，对《嵌入式系统原理及应用》学生成绩构成进行改革，分为50%平时成绩和50%期末考试成绩组成，其中，平时成绩又主要由考勤、作业和课堂表现组成；期末考试也应该由卷面考试改为上机操作。课后习题或者教师的提问，不一定是学生所疑问的点，也不一定是每个学生都需要探究的薄弱点[2]。

　　2.《嵌入式系统原理及应用》教学模式具体改革方案

　　针对以上六点问题，本文从在线课堂、翻转课堂、实践课堂、建立更加合理的课程考核方式出发，强化《嵌入式系统原理及应用》教学模式，解决传统教学模式存在的问题。

　　2.1在线课堂

　　当前网课在线课堂受到各学校的大力支持，尤其是在疫情防控期间，学生与老师纷纷在家上网课，例如钉钉、慕课等。在线教学与传统在校上课有所不同，学生既可以在老师授课直播期间与在线授课教师一起学习，也可以课程结束后反复观看课程录播视频，有针对性地听，有选择性地听课。线下课堂避免不了同学之间交头接耳、互相干扰学习，但在网络课堂上每个同学都可以选择自己喜欢的环境走进老师的“虚拟课堂”进行听课，互不干扰。在学校上课过程中虽然学生基础参差不齐，但教学内容和课程设置都是一样的，不管是零基础还是基础扎实的同学都需要一节课一节课的学习，但在线课堂教师可以分层次讲解课程内容，为基础较好的同学讲得更深入一些，为基础薄弱的同学讲得更细致一些。由于线下课堂受时空所限，教师无法逐一回答每位同学提出的问题，只能挑个别具有代表性的问题进行解答，但在线课堂可打破时间的限制，具有良好的解答、反馈机制，且可以共享转发。在线教学可以让老师连线每一位同学，快速统计每一位学生对于每个知识点的掌握程度，可以帮助老师更准确地掌握学情，为改变教学模式提供数据支撑。在线下课堂，老师不能一一对每一位学生持续性和个性化辅导，但是在线课堂，老师可以针对性地对每位同学提出的问题进行辅导，因材施教[3]。

　　2.2翻转课堂

　　翻转课堂也被称为颠倒课堂，把学习的时间重新规划，将学习的决定权从教师转移给学生。《嵌入式系统原理及应用》课程应该结合云南农业大学的农科优势，充分发挥学生的主观能动性，强化学生主动将理论应用于农业生产一线中。而翻转课堂可以给学生提供自由时间，合理安排自己的生活和学习时间，可以自我设计、分组讨论，做到课程和社会实践两不误。《嵌入式系统原理及应用》应该由学生结合云南农业大学服务云南农业农村信息化建设的实际，将教师对课程的决定权转移给学生，学生可以在自由时间查找相关课程视频进行学习，老师将时间精力投注到方向把握和个别学习有困难的学生中；同时老师可以与学生充分互动，同学之间也可以以小组的形式进行互动，并对云南农业数据采集、传输等方面的实际系统需求分析。使学生自己掌控学习速度。在翻转课堂模式下，学生能够更主动关注基于嵌入式系统在农业生产、经营管理实际项目需求，共同研究探讨解决项目遇到的困难，从而获得对课程知识更深层次的理解。老师也不需要在课堂上大篇幅讲解理论知识，可以加大嵌入式系统技术在农业信息领域已经取得的实际成果和目前的研究前沿，依托观看视频讲座、听播客、阅读功能增强的电子书等方式拓展知识获取的渠道，在课前完成这些理论知识的自主学习；课后，学生自主规划学习内容、学习节奏、风格和呈现知识的方式，教师则采用讲授法和协作法来满足学生的需要和促成他们的个性化学习[4]。

　　2.3实践课堂

　　大学是学生进入社会工作的过渡时期，也是锤炼社会需要型人才的过程。没有必要的实践经验对毕业学生在就业会存在很大压力，《嵌入式系统原理及应用》是一门帮助学生就业的技术型课程，所以要结合科技成果转化的先进案例引入课堂进行实践教学。引入先进的科技成果转化实践案例，有利于学生对理论知识转化和拓展，增强运用学习到的嵌入式知识解决当前行业关注的问题。云南农业大数据中心是省级农业大数据中心，中心经过数年积累，形成行业先进案例和科技成果转化成果，将中心案例引入课堂，一方面增长学生在课程学习中的见识，了解行业前沿，另一方面激发学生的创新潜力，调动学生的积极性，不断创新。

　　2.4建立更加合理的课程考核方式

　　《嵌入式系统原理及应用》考核不再采用传统的考核方式，新改革的考评分为两部分，平时成绩占80%，期末大作业占20%。平时成绩由上课考勤、课堂表现、课堂实践、案例创新等部分组成，每次理论课、实践课都会给学生布置一个开放式的案例实践作业，没有固定的案例实践，目的是让学生将课程的理论与实践相结合，了解教师讲的难点和重点，其他通过学生组队进行案例实践，通过学生互动交流讨论，实现学生学习过程中的相互促进和互助学习，从而激发学生的主动性，拓展学生的学习思路，并探索解决问题的办法。积极鼓励学生参加课程相关竞赛，让学生在竞赛中成长，提升学生团队凝聚力和创新能力。鼓励对课程掌握差异不同的学生分别参加“国家—省—校”三级竞赛活动，对参加竞赛的同学按得奖高低、参赛用时长短评估分数，加在平时成绩占比中。

　　2.5明确嵌入式实验实践教学的目标

　　随着物联网、大数据、人工智能技术发展，《嵌入式系统原理及应用》实验也在不断更新，首先要明确其实验实践教学目标。《嵌入式系统原理及应用》课程是云南农业大学为了培养服务云南数字农业农村信息化专业人才，培养的人才需要与社会需求人才紧密结合，因此，课程的实验实践内容应充分结合我校在数字农业农村领域的科研课题和相关成果，以云南省16个地州、129个县的实际需求为目标，培养为政府、企业和社会提供智能设备的工程化人才。《嵌入式系统原理及应用》的建立，不论是课程内容还是教师体系通过利用现代信息技术教学软件上课，形成固化教学，使得教学工作和教学内容符合学生发展，需建立系统性教学和教师队伍。

　　2.6提高教师创新意识

　　老师是学生的榜样，提高教师创新意识同时也会提高学生创新意识。首先就需要提高教师队伍的创新意识。第一，对专任教师进行固定时间段内的科研创新工作的培训，提高教师队伍对社会实际需求的掌握程度，把准方向，才能更好将创新观念融入到教育教学工作中。第二，针对专任教师，组织教学活动交流，以创新为主题，教学方法创新、实践创新、科研创新等，发挥每位老师的主观创新能动性，经验分享互相学习交流，提高教师创新学习能力，通过案例分享，加深各位教师对专业内课程知识创新的理解，加深创新意识。结合前沿知识与社会需求，以最新成熟案例在课堂上分享，有条件或者方便的情况下可以带领学生到案例公司或者请公司一线专业人士来给教师队伍讲解行业内创新案例。深刻体会该企业的文化，从而实现教学知识的实战化。

　　2.7重视实验实践教学环境的建设

　　随着《嵌入式系统原理及应用》的发展，经过十几年的打磨，从理论开始，到建立实验室经历了无数波折。但当前教学实验实践的教学环境依然与先进院校存在差距。云南农大虽然建立了嵌入式实验室，但是实验室环境相对老旧，设备老化，需要更新换代教学设备，提升实验环境，同时学校应该建立校企合作模式，将学校与企业联合，将企业作为实践基地，学生实验可在企业中实践学习，既能接触社会所需人才培养方向，又能快速提高学生对知识的掌握程度。

　　2.8鼓励专业教师自主研发试验平台

　　《嵌入式系统原理及应用》早期使用的是基于三星早期芯片ARM9系列的S3C2440，搭载的操作系统是Linux2.6。但是这已经是10多年前较为流行的实验环境和设备了，目前很难再买到。虽然经过不断更新教学设备，但是目前还是与市场较为先进的教学设备之间存在一定的差距，同时在所购买的教学设备使用过程中总是存在一定的漏洞和局限，在实践中总是无法满足学生和老师的要求。所以鼓励专业教师，在交流创新知识的基础上，汇总教学问题，利用创新意识和创新思维，结合实际教学中遇到的痛点、难点，自主研发试验课程软件平台和配套的硬件平台，带领学生一起加入到研发过程中，研发平台和设备不仅可以避免购买设备中的漏洞还可以激发学生与教师的创新性，更好的让课程知识发挥到实用中。

　　3.结语

　　通过建立在线课堂、翻转课堂、实践课堂、建立更加合理的课程考核方式、明确嵌入式实验实践教学的目标、提高教师创新意识、重视实验实践教学环境的建设、鼓励专业教师自主研发试验平台八种模式，解决了现在存在的一些问题，发挥了学生的主观能动性，激发了学生的自主创新思维，培养了学生的主动学习能力，利于构建新型教育体系和师生关系，解决传统教育模式产生的消极影响，提升人才培养效果。

　　【参考文献】

　　[1]康泽威，龙小丽，李欣雪.人工智能背景下应用型本科嵌入式系统教学改革[J].工业控制计算机，2020，33(11)：145-146.

　　[2]彭小松，舒秀兰.《嵌入式系统原理及应用》理论课实践教学改革与探究[J].科技视界，2020(32)：50-52.

　　[3]张建，魏慧，王宜怀.基于SPOC的混合式课堂教学改革——以嵌入式系统及应用课程为例[J].计算机教育，2020(10)：93-97.

　　[4]朱敏杰.“新工科”视角下电子信息类专业嵌入式系统教学改革[J].绍兴文理学院学报(自然科学)，2020，40(04)：73-78.

　　作者：郜鲁涛 来源于《科技经济导刊》