项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法

李娟 何坚

摘  要：新兴技术与新应用场景发展的推动，使嵌入式系统成为技术热点方向之一，然而高校嵌入式系统教学存在学习门槛高、学生学习动力不足等难点。本文提出项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法。通过引入项目案例来培养学生的实践能力，通过结合学习评估来促进学生的主动学习，建立了持续评估改进的方法应用模式。该方法在高校嵌入式系统课程的教学中进行了应用实践，能够有效提升教学的整体成效，能更好地培养学生知识掌握与实际应用能力。

关键词：学习评估;嵌入式系统;过程改进

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）27-0071-03

随着物联网、5G等新兴技术应用的深入发展，嵌入式系统已经成为产业界和学术界的热点方向[1]。嵌入式系统融合了计算机软硬件技术、通信技术和半导体微电子技术，将计算直接嵌入到场景化应用系統中，实现了计算的无处不在。嵌入式系统应用范围广泛，不仅包括生活中的应用，如智能家居、车载互联网等，更在制造、通讯、航空、军事装备等领域发挥着重要作用。

然而，嵌入式系统的交叉学科性质导致其学习门槛高，该领域技术更新速度快，使得掌握嵌入式系统技术的人才较为稀缺。传统以理论教学为主的嵌入式系统授课模式无法让学生切实掌握嵌入式系统的开发原理，难以培养实际动手能力，不能满足产业界对嵌入式人才的要求。因此，需要高校改进嵌入式系统教学方法[2-3]，加强面向产业应用的人才培养。

一、高校嵌入式系统教学的主要难点

由于嵌入式系统本身跨学科领域较多、对学生实际操作能力要求较高[4]，在教学实践中，嵌入式系统教学存在的主要难点包括：

第一，学生对所学专业方向缺乏了解，有畏难情绪。学生对嵌入式系统领域的发展和方向缺乏了解，认为嵌入式系统的学习很困难，产生畏难情绪，被动的学习情绪必然带来消极的学习效果。

第二，学习目标不明确，缺乏学习动力。学生对所学的嵌入式系统知识与未来要从事的工作之间的关系不清晰，对该领域未来发展缺乏认识，导致学习目标不明确，学习动力缺乏。

第三，教学过程中缺乏对学生学习效果的有效评估机制。嵌入式系统课程教学过程中，教师缺乏有效的方法来了解学生对所学知识的掌握程度。学生是学习的主体，具有个性化学习特点，需要设计更为丰富且个性化的学习评估机制来及时了解学生的学习效果，以便在课程教学中做出调整。

第四，课程教学需要持续的改进机制。在教学过程中，教师积累了大量的教学经验，这些知识对嵌入式系统课程后续教学的改进非常重要。因而，教师需要对这些知识进行总结和积累，也需要授课教师之间建立有效的沟通和分享机制。

二、项目案例与学习评估结合的教学新方法

针对以上难点，本文提出了项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法。一方面采用项目案例来培养学生的实践能力，解决学生兴趣缺乏的问题，鼓励学生自己动手做智能电视、平板电脑、四轴飞行器和智能小车等，激发学生的学习兴趣。另一方面，采用学习评估[5]的方法促进学生的主动学习，提升学习效率，帮助教师及时掌握学生在学习过程中存在的问题，针对学生特点设计个性化的教学方案。

（一）基于PDCA，建立教学持续改进框架

本文引入质量管理PDCA（Plan Do Check Action）持续改进方法，建立项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法的持续改进框架。教师基于教学目标、学生对课程的期待、教学内容进行教学计划设计，包括教学任务、学习数据、学习评估节点以及评估方法。在教学计划执行中，采集学生学习数据，按照规范的评估方法对学生的学习效果、学习方法、学习特点等进行评估。基于评估结果，总结教学阶段性经验，改进教学计划。支持教师在每一轮教学结束后总结授课经验及学生学习特征，对以后的课程教学进行优化设计和改进。

（二）以项目案例为驱动，通过逐步深化的工程训练培养学生的创造能力

在以“嵌入式软件开发技术”为代表的课程中，课题组实施以项目开发过程为主线、以实际应用为场景、以项目案例为示范、以学习平台为支撑、以协作学习为主导、以过程管理为保障的“立体化”教学模式。在项目案例开发过程实践中介绍理论体系、指导实践，使学生理解嵌入式系统理论，提升工程实践能力、系统化思维和过程管理能力。

针对学生对所学知识与将来工作间关系的困惑，课题组依托北京工业大学人才培养模式创新实验区及嵌入式系统工程实践教育中心，配合授课教师将工程训练、基础训练、综合训练、毕业设计和创新实践由易到难地融入学业周期，让学生在工程训练过程中增进对专业知识的理解，应用知识解决项目训练中的实际问题，培养学生活跃的思维能力和创造性设计能力。

（三）建立以学习评估为主导的学习过程改进方法

针对学生缺乏学习目标、学习效率较低的问题，课题组进行学生学习过程及方法调研，形成以学习评估为主导的学习过程改进方法，从“学习目标”“学习投入”“教师反馈”等三个方面来改进学生的学习过程，支持学生进行主动学习。基于专业特点，确立学习目标，然后围绕学习目标，加大学习投入，提高学习强度。教师在整个学生学习过程中根据学生的表现及时进行反馈，设计丰富的评估指标，帮助学生在学习过程中及时了解自己的优势和不足，及时改进，达到预期的目标。

（四）以科技竞赛为载体，提高学生的创新能力

课题组依据课程进度以及学生专业知识的掌握程度，有针对性地组织学生参加“国创杯”等创业大赛，了解社会所需的人才类型和技术趋势。结合科研项目为学生设立课题，组织学生参加“星火基金”等科研实践，组织学生参加“挑战杯”“中国软件杯”等科技竞赛，培养学生发现、分析、解决问题的能力，培养学生严谨踏实的治学态度和创新精神。

三、嵌入式系统教学新方法实践

项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法成功应用于软件工程专业嵌入式系统方向本科班的专业课实践、工程实训和毕业设计中。授课教师配合专业负责人设计软件工程（嵌入式系统方向）教学计划和教学方案，将项目案例的分析开发融入课程教学的全过程。例如，组织学生参观微软、苹果等公司的研发中心，实际体验嵌入式系统的产品开发过程;组织学生参加“数学建模”“創新杯”创业大赛，激发学生的学习兴趣与实践创新能力。将真实项目和科研课题融入“嵌入式系统原理”“嵌入式软件开发技术”等课程教学中，在工程实践中讲解理论知识，让学生切身体会如何应用所学知识解决项目中的困难问题。此外，为学生设计申报“星火基金”等课题、支持学生参加“挑战杯”等科技竞赛，发挥学生自身的主观能动性，培养学生严谨踏实的求学态度和创新精神。在本科毕业设计中依托真实项目案例开发，培养学生分析、解决问题的能力，并在项目中通过团队协作培养锻炼学生的工程协作能力。

四、结论

本文针对高校嵌入式系统教学中存在的主要难点，提出了项目案例与学习评估结合的嵌入式系统教学新方法。该方法采用项目案例来培养学生的实践能力，提高学生的创新能力和动手能力;采用学习评估的方法帮助学生培养主动学习的习惯，提升学生学习效率，支持授课教师针对学生的特点设计个性化的教学方案。通过引入PDCA的持续改进方法，支持授课教师能够建立教学计划的持续改进工作过程，不断完善教学方案。该方法成功应用于软件工程专业嵌入式系统方向本科教学中，教学实践充分证明，嵌入式系统教学在促进学生学习兴趣、提升学生掌握水平和创造能力方面是非常有效的教学方法。

参考文献：

[1] 吕东澔，朱佰成，崔桂梅，等. 基于CDIO理念的嵌入式系统教学探索[J]. 实验室研究与探索，2019，38（01）：183-185.

[2] 卢灿举，张云峰，高春颖，等. 案例教学下嵌入式系统课程的改革与实践[J]. 计算机工程与科学，2016，38（S1）： 248-251.

[3] 胡青，余嘉，苏玉刚. 面向工程实践能力培养的嵌入式实验教学改革[J]. 实验技术与管理，2017，34（09）：160-163.

[4] 张晓东，卢涛，曹毅，等. 应用型嵌入式系统人才培养模式研究与实践[J]. 实验技术与管理，2018，35（11）：29-31.

[5] 江美芬. 学习评估：高校学生学习质量提升的路径选择[J]. 黑龙江高教研究，2019，37（08）：45-48.

（责任编辑：淳洁）