嵌入式系统课程“教”与“学”新模式探索与研究

摘 要：该文对嵌入式系统课程的性质及当前“教”与“学”存在的问题进行了分析，研究了基于案例问题的PBL教学方法和基于团队项目任务的TBL教学方法。结合嵌入式系统课程的特点，探索以PBL为主要教学方法，以TBL与项目驱动相结合的学习方法的新模式。实践结果表明，“教”与“学”新模式在“嵌入式系统”课程中的运用，取得了良好的教学效果，学生自主学习、分析问题、解决问题的能力以及创新思维能力都得到了培养，项目研发能力也明显提高，综合素质随之提高。

关键词：PBL教学法 TBL教学法 项目驱动 嵌入式系统

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0165-02

目前嵌入式系统已经广泛应用于各个领域，尤其物联网的发展，促使嵌入式人才需求量也越来越大。因此，各高校在信息技术类专业中开设了嵌入式系统相关课程。作为一门应用性、工程性很强的课程，在传统的嵌入式课程教学模式下，教学内容往往与实际脱节，学生的专业知识、实践能力和创新意识难以满足用人单位需求，入职后需要很长时间才能适应工作[1]。因此，嵌入式教学面临的一个大问题就是，怎样才能消除人才培养与需求之间的鸿沟，为社会输送高素质嵌入式系统开发人才。

该文结合笔者多年的教学经验，探索基于案例问题的PBL教学方法、TBL和项目驱动相结合的学习模式在“嵌入式系统”教学中的运用。通过“教”与“学”新模式的引入，培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力，提升学生的实践动手能力和创新能力。

1 课程教学特点分析

嵌入式系统课程教学具有如下的特点：

（1）知识面广，综合性强。嵌入式系统由软件、硬件两大系统组成，前者涵盖数据结构、操作系统、汇编语言和C语言程序设计等方面，后者则包括计算机体系结构、微机原理、数字电路、模拟电路等方面知识[2]。因此，该课程具有较强的综合性，涉及的知识面广。教师必须理清知识点，精心设计并组织教学内容。

（2）应用面广，实践性强。由于应用领域广泛，该课程应更注重实践教学，面向实际的应用背景来开展教学。学生只有经过大量的实验和实践环节，才能深入理解和掌握该课程的基本理论及设计方法。

（3）授课面广，专业性强。许多高校在电子信息科学与技术、计算机科学与技术、自动化等专业均开设了嵌入式系统的相关课程。各专业均有各自不同的培养目标，不同的教学侧重点[3]。因此，该课程的一大特点，是强化专业，教学内容均是根据专业培养目标合理设置的。

2 传统嵌入式系统教学存在的问题

（1）方法单一。教学缺乏吸引力，没有使用启发式、引导式和探究式等教学方法。

（2）“教”与“学”脱节。教师以“填鸭式、灌输式教学”为主，“教”与“学”无法有机地结合起来，达不到启发学生思考和引导学生学习的目的。

（3）综合性较差。基础知识的综合运用能力较弱，并且理论学习与实验联系不紧密，所学知识难以巩固、提高。

（4）验证式实验为主。很多实验内容对推动学生深入思考实验项目的软硬件设计等深层次和综合性问题作用不大。

嵌入式系统课程涉及面广且内容深，很多学生觉得枯燥、难学。教学在学生自主学习能力、协作研究能力、学术表达能力、科学精神及创新能力的培养等方面，与社会需要的嵌入式系统人才存在较大差距。探索符合嵌入式系统学习规律性的优化教学方法，是解决上述问题的必要途径。

3 “教”与“学”新模式探索

3.1 基于案例问题的PBL教学方法

PBL（Problem Based Learning）这种教学方法，以问题为导向，提倡以学生为中心，强调学生的自主学习能力。该方法要求学生将知识点和实际能力结合起来，把学习的过程和解决问题的过程融为一体，通过自主查阅和收集资料来解决问题。通过全程参与，学生的学习积极性得到激发，培养分析问题、解决问题和自主学习的能力得到逐步培养[4]。

这种基于案例问题的教学方法共经历 6个阶段：

（1）案例导入阶段。借助趣味性案例提高学生的兴趣，使其学习积极性得到激发，从而提高学习效率，真正成为学习主体。

（2）案例分析阶段。教师通过案例设置一系列与知识、作业相关的问题，介绍其中的关键技术和方法，启发学生逐个剖析案例，建立知识体系去解决问题。

（3）案例操作阶段。当学生透析案例中隐含的知识，明确自己所要解决的问题后，鼓励学生大胆尝试，在实践中吸收和消化知识。这样，既增强了学生的信心，也培养了学生自主学习的能力。

（4）成果展示、交流评价阶段。通过教师点评、作品欣赏或方法交流，进一步加深学生对所学知识的理解。通过成果展示，学生的积极性能被调动起来，他们会主动开拓思路，扩展相关应用，创新意识也会随之得到培养。

（5）巩固阶段。通过第4阶段，学生会意识到问题的所在，再度激发深入研究和学习的欲望。通过继续实践，学生们尝到了收获了乐趣，后续学习就会变得更加积极主动。

（6）总结阶段。在“案例引入—— 剖析问题—解决问题”的PBL教学模式下，在教学的引导下，由学生自主进行总结。只有通过总结，学生才能对知识点有更加全面的掌握。而教师的教学设计也能得到优化，师生双方均能获益。

PBL教学方法将学习场所扩大到了课堂之外，只要学生能积极参与，学生可以利用课余时间和课外场所解决问题。学生以典型案例问题为背景，依靠自己能力解决问题，对所学知识会掌握地更加牢固、理解地更加透彻。并且学生查阅资料、分析总结、表述和自主学习等能力都得到有效提高，有利于学生综合素质的培养。

3.2 TBL与项目驱动相结合的教学方法

TBL（Team Based Learning） 教学法是以团队为基础，由教师给出明确的学习方向，以解决问题为目标的教学方法。该方法重视分析问题和解决问题的学习过程，培养学生终身学习的能力[4]。

项目驱动教学是以“项目”为中心，通过实施项目而进行的教学活动，在项目结束后会产生一个较完整的作品[5]。

该文提出的TBL与项目驱动相结合的新教学方法实施流程。

（1）明确项目任务。项目选题要注重趣味性、应用性和启发性，为教学研究项目找到相关的应用背景。比如教师的科研项目、创新课题或者竞赛项目等。

（2）划分项目团队。描述项目的功能和性能指标，划分项目模块，学生根据兴趣爱好组建研究团队。

（3）制定计划。进行团队讨论及分析，了解具体需要解决的技术问题，完成方案设计。

（4）实施计划。以团队资源进行自主学习，根据设计方案完成相关任务，从而加强学生的团队协作能力和交际能力的培养。

（5）整合项目。将各个项目模块整合为完整的项目或产品。通过该过程进一步激发学生的学习积极性，提高学生的综合能力。

通过以上过程，实现了对传统教学方式的几个转变：第一，以课本为中心到以项目为中心的转变，第二，以教师为中心到以学生为中心的转变，第三，以课堂为中心到以实际开发应用为中心的转变。学生成了学习的主人，可以更好地理解所学的知识、技能及一般项目的开发流程，创新思维和应用实践能力也得到了全面培养。

4 结语

与传统的教学模式相比，新模式的嵌入式课程教学能很大程度地提高学生学习兴趣、提升学习效果和培养团队合作精神。笔者在嵌入式系统课程教学中尝试运用本文提出的新模式，经过三年的教学探索与实践，取得了较好的效果。主要表现在：学生不仅学习兴趣明显提高，而且独立思考能力、实践动手能力、综合运用知识能力甚至是语言表达能力、合作精神等都有明显增强；在教学案例和项目的启发下，学生积极参与课程设计，产生了不少优秀的作品，并在相关的科技竞赛中取得了较好的成绩。

参考文献

[1]徐强.嵌入式系统设计课程教学改革的探索[J].常州工学院学报，2010（1）：88-90.

[2]郭宏，胡威.计算机专业《嵌入式系统》课程体系建设的探索[J].现代计算机，2013（17）：44-47.

[3]李文生，陆洪毅，吕燚.嵌入式人才能力结构分析及教学体系设计[J].计算机教育，2014（7）：76-80.

[4]张小玲，田志逢.LBL+PBL双轨教学在高职高专病理生理学教学中的应用[J].中国继续医学教育，2014（6）：5-6.

[5]翟文正.项目驱动法在嵌入式系统实践教学中的探索[J].台州学院学报，2012（6）：77-80.

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