基于实践和创新能力培养的嵌入式系统教学改革研究

　　摘　要：随着大数据、物联网、人工智能等前沿学科的强势崛起，嵌入式系统作为这些前沿学科的支撑性技术越来越得到广泛应用，嵌入式人才的需求也日趋紧迫。然而，在旺盛需求下的嵌入式人才培养目前仍存在种种弊端。本文结合当前高校嵌入式系统教学现状、面临的主要问题，提出了教学改革的措施和方法，以提升嵌入式系统人才培养的质量和效率。

　　进入21 世纪，电子技术的快速进步推动了嵌入式系统的飞速发展。随着物联网、大数据、人工智能的快速发展，结合软硬件一体的嵌入式工程师已经成为了社会急需的工程师之一。基于这种现状，大学作为培养嵌入式系统工程师的主体，如何顺应时代的发展，培育出适应行业需求的优秀学子，这是大学教育的责任和义务。通过对应用型本科院校多年嵌入式系统教学方式、方法的研究[1,2]，发现嵌入式课程存在严重的人才培养脱节的现象，为了顺应学科技术的快速发展，必须对课程进行改革和创新，以更能满足人才培养的需要。

　　1. 目前嵌入式系统教学面临的主要问题

　　嵌入式系统作为一门多学科、多专业交叉融合的综合性学科，具有极强的理论性和实践性，因此在嵌入式系统人才培养过程中，要求理论与实践并重，不能厚此薄彼。目前高校在嵌入式系统教学中存在如下主要问题：

　　（1）课程体系不完善

　　基于对众多开设嵌入式系统课程的高校的深入调查，发现存在严重的课程定位不清晰、课程体系不完备的现象。专业课与基础课之间缺乏必要的关联性及延续性，存在各自为阵的现象，人才培养未形成有机整体，必然使得人才培养呈现出事倍功半状况，因此必须着眼于更深层次的课程体系改革，以提升人才培养质量。

　　（2）教学过程中重理论轻实验

　　嵌入式系统作为一门具有极强应用性的课程，实践性是其重要特征。这就要求课程的教、授过程中要理论与实验并重，通过实验来加强理论的实践与应用，达到举一反三的目标。嵌入式系统实验的开展需要建立实验平台，而由于实验箱一般比较贵，这就对学校的经费提出了较大的考验，因此带来了实验设备不够或者实验设备老化等问题。基于这些因素，学校往往在开设嵌入式这门课程的过程中重理论而轻实验，这无疑会严重影响学生的动手实践能力。

　　（3）前后期课程缺乏有机连接和承接性

　　嵌入式系统作为一门综合性极强的前沿课程，具有极强的软硬件结合特征，涉及到的基础理论及学科众多, 因此在深入学习课程之前必须学好前期的相关课程。由于课程体系设计上的不合理因素或者教师授课过程存在重难点不清晰的现象，使得前后课程间缺乏有机的承接性，导致学生在学习嵌入式课程时不具备相关理论基础，必然学习效果不佳。

　　（4）师资力量及经验匮乏，教学方法不得当

　　嵌入式系统要求授课教师软硬件并重，且前沿技术极强、实践经验丰富。这类教师往往是行业急需的人才，导致部分高校缺乏与之匹配的授课教师。师资力量的薄弱必然导致课程的授课效果大打折扣。

　　此外，由于课程涉及到的知识点太多，授课课时又少，使得教师授课多采用“填鸭式”模式，学生必然上课积极性不高，因此必须进行教学方法改革，以提升教学效果。

　　2. 嵌入式系统课程教学改革研究

　　基于高校嵌入式系统这门课程授课面临的诸多问题，本文结合自己多年来嵌入式系统多年来的心得体会，对课程的进一步改革进行了研究和探讨。

　　2.1 完善和优化嵌入式系统课程体系

　　结合嵌入式系统与相关课程的特征与性质，做好课程间的有机衔接，重难点清晰明了，让课程形成一个有机的整体。在此基础上，本文提出了融合专业基础课程、专业平台课程和创新能力培养为一体的课程建设体系。专业基础课包括微机原理、模电、数电等课程，专业平台课程包括嵌入式创新实践课、嵌入式电子设计实践和操作系统，创新能力培养包括开放性实验、创新性项目和电子设计大赛等。通过课程建设、平台建设和能力提升三位一体的结合，以期大幅度提升课程的授课质量。

　　2.2 改革教学模式，培养理论、实践并重的创新性人才

　　为了改革嵌入式系统重理论轻实践的教学模式，进一步创新人才培育新方式，培育出更多创新式人才，本文提出了如下以实践为导向的教学模式改革：

　　1）三明治式教学模式。该模式将理论知识付诸于实践，再从实践中提升理论高度。通过理论与实践的相互穿插配合，达到理论和实践同步提升效果，既提高了学习兴趣又提高了知识掌握度。为此本文设计了如下授课流程：概要→嵌入式产品初识→基础理论传授→实验及实践→理论提升教学→技能提升教学。通过这种理论与实践相互穿插、交叉式教学，学生的积极性得到了空前提高，能力必然同步提升。

　　2）头脑风暴式教学模式。由于传统考试方式对实践和创新能力考核不足，不能很好评估学习效果。本文提出了“认证+ 竞赛+ 课程考核”三位一体的新模式。在结合传统课程改革的基础上，引入工信部嵌入式工程师的认证考核，以及学生参加的大学生电子竞赛、“ZLG 杯”等嵌入式系统大赛等竞赛式考核，通过三方面的结合式考核，进一步检测学生实践和创新能力。这种更加贴合应用能力的教学模式，有利于促进学生工作中更好的进行嵌入式产品开发和设计。

　　3）CDIO 式教学模式。该模式适宜于针对教学全过程中各个环节进行改革，是一种综合培养模式。结合CDIO 式教学模式的特点，本文提出了将“产、学、研”全方位结合，以项目驱动为主体，将工程项目融入教学及人才培养的新模式。通过将典型项目融入课堂，提升学生实践动手能力的同时加深其对理论知识的融会贯通，理论与实践互相渗透，大幅度锻炼了学生嵌入式系统中解决实际问题的能力。

　　2.3 改革、创新嵌入式系统教学方法

　　为了改变嵌入式系统“填鸭式”教学模式下教学效果不佳的现状，本文以“实用又高效、生动又有趣”为指导方针，提出实战教学法、案例教学法、模拟教学法和项目驱动法等多种教学法。通过这些新教学方法的实践，在调动学生的学习积极性的同时提高学生的创新、创业能力，让学生学的轻松、有趣又高效。

　　3. 预期效果

　　嵌入式系统作为一门理论性和实践性均非常强的课程，涉及的知识点众多，具有典型的教师难教、学生难学的特点。本文在深入研究当前嵌入式系统教学面临的主要问题的基础上，进行了嵌入式系统课程改革研究，提出了完善和优化嵌入式系统课程体系、改革教学模式、创新教学方法等措施，以期培养出更多优秀的嵌入式工程师。通过本文的教学改革，嵌入式系统课程更能满足人才培养的需要，更能显著提升学生的实践和创新能力，达到了事半功倍的效果。

　　参考文献

　　[1]　 牛芗洁. 计算机专业嵌入式课程教学改革探索[J]. 教育教学论坛, 2015 ( 8 ) :136 -137.

　　[2]　 陈凯. 嵌入式系统教学实验板开发[J]. 实验技术与管理, 2016 (1) : 82.

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……