基于OBE理念的嵌入式系统实践教学改革探索

摘 要 嵌入式系统实践是计算机科学与技术专业的一门专业实践课程。在工程教育专业认证和一流本科课程建设背景下，针对传统嵌入式系统实践教学脱离企业用人需求、缺乏个性化教学、硬件平台跟不上等问题，文章以OBE理念为核心，围绕产学合作、跨学科融合，结合分层次和多元化教学方式，提出了一种融入OBE理念的嵌入式系统实践教学改革方案，可实现对学生多维度、全方位、全过程的教育，帮助学生全面发展技术能力、解决问题的能力，以及团队合作能力，从而更好地适应工程领域的需求。

关键词 OBE理念；嵌入式系统；实践教学；分层次；多元化

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.21.044

Exploration on Practice Teaching Reform of Embedded System Based on OBE Concept

Abstract Embedded system practice is a professional practice course in computer science and technology majors. Under the background of professional certification of engineering education and the construction of first-class undergraduate courses， aiming at the problems that the traditional embedded system practice teaching is divorced from the needs of enterprises， lacking personalized teaching， and the hardware platform can't keep up， taking the OBE concept as the core， centering on the cooperation between production and learning， combining hierarchical and diversified teaching methods， this paper puts forward a teaching reform scheme that integrates the OBE education concept into the embedded system practice， which can realize the multi-dimensional， all-round and whole-process education for students and help them develop their technical ability and solve problems in an all-round way.

Keywords outcome based education concept; embedded system; practical teaching; hierarchical; diversification

随着物联网、人工智能、5G通信、区块链等技术的发展，嵌入式系统已渗透到各领域，它涵盖了智能家居与智能城市、智能交通与车联网、医疗健康、工业自动化与智能制造、智能农业与环境检测等相关行业的内容[1]。嵌入式系统实践是一门跨学科、厚基础、重实践的课程[2]，也是计算机科学与技术专业的实践课程。在工程教育专业认证[3-4]和一流本科课程建设[5]背景下，将“以学生为中心、成果为导向、持续改进”的成果导向（OBE）教育理念[6]融入嵌入式系统实践教学，可提高学生的实际动手能力、培养其创新意识和解决问题的能力等。

1 嵌入式系统实践课程教学现状

在工程教育专业认证的推动下，高校培养的学生应符合企业界对人才的需求。目前嵌入式系统实践课程培养的学生与企业界对人才的需求仍有一定差距，教学仍存在问题。

1.1 不了解企业对人才的需求，没有产学合作

没有对嵌入式领域的企业进行调研，不了解这些企业对计算机科学与技术专业人才的具体需求，物联网、人工智能等技术的发展日新月异，若教学不能与时俱进，培养的毕业生将无法满足企业的需求。学校与企业没有合作，不能进行产学融合，学生接触不到真实的项目和实际工作环境，毕业生将无法快速胜任工作岗位和融入企业工作中。

1.2 人才培养方案不足，教学没有跨学科融合

计算机科学与技术专业的课程存在先修课程安排不够合理的问题。嵌入式系统实践教学的先修课程有C语言程序设计、数字逻辑、电路与电子技术、嵌入式系统，缺少单片机技术等先修课程，使得嵌入式系统实践课程教学开展困难。

该专业人才培养方案存在不足，没有到兄弟院校调研如何改进人才培养方案，教学大纲没有与时俱进，与企业对人才的需求存在有一定的差距。该课程涉及多个学科的知识和技能，教学没有进行跨学科融合，学生的综合能力和跨界思维较弱。

1.3 教学方法和工具选择不足，没有融入OBE理念

嵌入式系统实践课程重实践，因教学方法和工具不足，教学沿用传统方式，没有融入OBE理念，以灌输式教育为主，无个性化教学。

1.4 硬件知识薄弱、硬件平台组装凌乱

多数学生对单片机和硬件电路不了解，面对嵌入式系统硬件平台资料无从下手，无法将嵌入式系统软硬件很好地结合起来，导致学习效果不佳。

硬件模块都从网上购买，单片机主控板功能单一，不能满足实践课程设计的需求，主控板扩展引脚多为排针，将外围电路模块与单片机主控板组装时使用杜邦线连接，跳线多，杂乱无章，不符合工程设计的要求。

2 嵌入式系统实践教学改革思路

2019年，教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》提出，“课程目标坚持知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维”[7]。2022年6月桂林理工大学信息科学与工程学院通过计算机科学与技术专业工程教育认证。为了嵌入式系统实习实践课程在下一次专业工程教育认证中顺利通过，课程教学改革刻不容缓。将嵌入式系统实践教学与OBE理念相结合，可以更好地实现一流本科课程建设和工程教育认证的目标，确保学生在课程教学完成后具备所需的技能、知识和能力，能够适应工程领域的需求。

3 嵌入式系统实践教学改革方法和实践

将OBE理念融入嵌入式系统实践课程中，可以实现对学生多维度、全方位、全过程的教育，帮助他们全面发展技术能力、解决问题的能力以及团队合作能力，从而更好地适应工程领域的需求。教学改革方法和实践可以从以下几点进行。

3.1 到嵌入式领域相关企业调研，探讨产学合作

高校可以通过行业展会、学术会议、企业官网、社交媒体、毕业生调研等途径，寻找嵌入式领域相关的企业，寻找合作机会。

教研室教师通过毕业生联系了峰岹科技（深圳）股份有限公司、润建股份有限公司、深圳市品为科技有限公司、深圳半岛医疗有限公司、广州赛意信息科技股份有限公司、深圳市丹贝斯新能源科技有限公司和广东宽普科技有限公司，教研室和企业沟通后安排调研时间，由教研室负责安排与嵌入式课程有关的教师到企业参加调研，并准备好相应的调研工具和问题，向企业了解嵌入式领域的最新发展趋势、技术应用、市场需求等信息，在交流中介绍了学校的教学和科研情况，探讨产学合作的可能。

教师通过对上述7家企业的调研，了解企业对嵌入式系统领域的人才需求。经过学校和企业沟通，学校与峰岹科技制订了产学合作项目，双方签订合作协议，明确合作内容、责任和教学任务分配等事项，确保合作顺利进行。通过与企业合作，让学生接触实际的嵌入式系统开发项目，了解行业需求和实际工作环境。在实践教学期间，除学校的指导教师，还为学生安排了具有丰富实践经验的企业导师到学校指导学生的实践活动，提供实时反馈和建议。同时教师寒暑假到合作企业进行实践学习。

3.2 修订人才培养方案，探讨教学跨学科融合

与兄弟院校的计算机教研室一起举办专业交流会，交流课程的人才培养方案，了解兄弟院校该课程的培养目标、毕业要求、先修课程、实践内容、实践方式和考核方式。向兄弟院校学习经验，借鉴该课程做得好的地方。

教研室每4年修改一次专业人才培养方案，每年修订一次培养目标。结合OBE理念、企业调研情况以及兄弟院校人才培养方案，通过对比和分析近3年学生对该课程的课程目标达成情况，教研室主任和嵌入式系统课程教学的教师们一起讨论修订该课程的培养目标、毕业要求指标点、支持矩阵和教学大纲。调整教学大纲中的先修课程、实践内容、学时分配和考核方式。调整课程目标达成情况的评价依据、观测点和支撑比例。

嵌入式系统实践课程涉及多学科的知识和技能，学校借鉴兄弟院校跨学科融合的情况，结合自身情况，嵌入式系统的设计和开发可以将电子工程和计算机科学领域相融合，将数学和物理学相融合，将信息技术与工程相融合，将机械工程与传感器技术相融合，可以将工程伦理与社会科学相融合。

3.3 融入OBE理念

融入OBE理念的嵌入式系统实践课程采用多维度、全方位、全过程的实践教学方案，对课程实践教学开展系统化建设。多维度和全过程对“知识、能力、素质”进行全方位评价与反馈，为持续改进教学提供依据，同时精准把握学生个体学习效果，提供个性化辅导帮扶。①多维度：学生自评、教师点评、小组成员互评。②全方位：课堂测知识、实践测能力、团队合作测素质。③全过程：课前自测、课堂实测、课后实测。④学生个体学习效果：及时反馈、个性化辅导、互助学习小组、教师单独辅导。

3.4 分层次、多元化教学

优化嵌入式系统实践课程的教学方案，可以采用分层次和多元化的教学方法，将实践内容和教学方法分为不同层次，以满足不同学生的学习需求和能力水平[8]。

①分级设置实践题目。根据难度等级设计多个实践题目，题目分为基础项目、进阶项目和拓展项目等级别[9]。根据学生的先验知识和能力水平，学生自行选择题目的难度。②个性化教学。指导教师观察学生的课堂表现，评估学生的学习能力和实践能力，根据学生的差异分配不同难度和复杂度的项目，灵活调整辅导时间或个别指导，帮助学生解决困难和问题，让学生在实践中得到更好的成长和发展。

在教学过程中，这些灵活多变的教学方式，有助于教师调动和维持学生的积极性，以保证教学的有效性[10]。

多元化的考核方式，不局限于考核功能的完整性，还要考核实践过程的记录情况，例如发现问题、分析问题、寻求网络资源的帮助，所有的过程都以文档形式进行记录，作为考核中重要的过程材料。小组分工，小组讨论，根据分工不同，通过实践报告、实践成果展示、口头答辩等考核方式，充分考查每个学生的实际能力和理解水平。

3.5 以赛促学

嵌入式系统实践教学通过以赛促学的方式，结合蓝桥杯大赛和大学生电子设计竞赛，来提高学生的实践能力和竞赛水平。为了激励学生积极参加竞赛，可以在学院内部组织培训课程，配备适当的硬件设备和软件工具，教授嵌入式系统的基础知识、开发工具的使用方法，以及竞赛相关的技能。教师提供实践指导和支持，帮助学生掌握各种技术和解决问题的方法。学校可以创建学生交流平台，让参加竞赛的学生分享经验、交流想法，共同探讨问题的解决方案。同时，建立资源共享机制，让学生可以共享学习资料、项目代码等资源，促进彼此之间的学习和成长。还可以设立奖励机制，鼓励学生在竞赛中取得优异成绩，激发学生的学习兴趣和动力，增强他们的自信心和竞争意识。

3.6 优化嵌入式系统硬件平台

课程组经过企业调研，分析和总结了企业对嵌入式系统方向的人才需求。嵌入式系统领域的企业使用的微处理器倾向于基于ARM内核的STM32系列微处理器，51内核单片机已经过时。硬件平台跟不上会影响到嵌入式系统实践课程的教学效果和学生的学习体验。

实践教学采用STM32处理器设计综合实践训练平台，具有外围电路模块方便扩展功能，适用于不同专业的教学目标。移植国产RT-Thread实时操作系统，激发学生对国产操作系统的热爱和信心。

对硬件基础薄弱的学生可以使用嵌入式系统的仿真工具，如Proteus、MATLAB等，可以在不依赖实际硬件的情况下进行系统设计、编程和调试。

4 结语

嵌入式系统实践课程融入OBE理念，围绕产学合作和跨学科融合，结合分层次和多元化教学方式，培养的学生能满足企业人才需求，提高了教学效果和学生满意度。在工程教育专业认证和一流本科课程建设背景下，融入OBE理念的嵌入式系统实践课程教学改革取得了一些成果，其实践环节增加，产学合作强化，跨学科融合增多，强调实践成果评估，学生参与度提高。

参考文献

[1] 吴跃飞.新工科背景下嵌入式系统课程教学改革与实践[J].软件导刊，2024，23（3）：178-183.

[2] 刘桃丽，张健.CDIO理念下《嵌入式系统》工程教学模式的探索与实践[J].教育现代化，2018，5（49）：85-88.

[3] 中国科协代表我国正式加入国际工程联盟《华盛顿协议》[EB/OL].（2016-06-02）. https：//www.gov.cn/xinwen/2016-06/02/content_5079122.htm.

[4] 中国工程教育专业认证协会网.工程教育认证通告[2019]第1号[EB/OL].（2019-06-24）.http：//www.ceeaa.org.cn/gcjyzyrzxh/xwdt/tzgg56/ 608447/index.html.

[5] 陈泽军，袁新建，何维均，等.国家级一流本科专业核心课程建设与实践——以材料力学性能为例[J].中国现代教育装备，2024（5）：106-109.

[6] 唐敏，肖波，吴荻，等.OBE教育理念下嵌入式实训课程教学探索与实践[J].内江科技，2023，44（12）：100-102.

[7] 曹一鹏，吴昊，毛艳娥.OBE理念下单片机实践教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备，2022，（17）：128-130，136.

[8] 李宝萍.“MOOC+翻转课堂”多元化教学模式在高等数学教学中的实践探究[J].山东农业工程学院学报，2020，37（8）：179-183.

[9] 杨玲.基于在线开放课程的“课内选修”个别化教学模式研究[J].玉林师范学院学报，2021，42（5）：135-140.

[10] 魏璁琪，党红云，种永恒.课程思政融入高职电工电子技术教学的实践探究[J].电脑知识与技术，2023，19（18）：156-158.