工程實(shí)踐能力培養(yǎng)嵌入式課程教學(xué)改革

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摘要：在新工科建設(shè)和工程認(rèn)證快速發(fā)展的背景下，根據(jù)《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》這門課程知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜豐富、實(shí)踐操作內(nèi)容多的特點(diǎn)，將案例化教學(xué)和項(xiàng)目化教學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用在課程的教學(xué)過程中，同時(shí)整合課程資源建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，改革課程考核方式，更加注重過程和實(shí)踐能力的考核，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、工程項(xiàng)目應(yīng)用能力起到很大的作用。

關(guān)鍵詞：嵌入式；案例化教學(xué)；項(xiàng)目化教學(xué)；教學(xué)方法改革

引言

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》是我院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課，主要對(duì)嵌入式硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理、驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)、Linux應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行講解。從講授內(nèi)容上看，理論知識(shí)和實(shí)踐能力兼?zhèn)洌乙詫?shí)踐能力培養(yǎng)為主，而現(xiàn)有的教學(xué)體系偏重理論知識(shí)的傳授，不利于學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。雖然每年都組織學(xué)生參加各種電子實(shí)習(xí)、各類電子競(jìng)賽和智能車競(jìng)賽等實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，且每年舉辦一次校內(nèi)電子設(shè)計(jì)大賽和智能車大賽，以此促進(jìn)學(xué)生通過參加競(jìng)賽提高實(shí)踐動(dòng)手能力，這些創(chuàng)新活動(dòng)每年開展的都很多，組織的也很好，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一是這些競(jìng)賽的覆蓋面有限，或者設(shè)計(jì)難度和質(zhì)量參差不齊；二是這些競(jìng)賽涉及的內(nèi)容沒有把《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》這門課程的主要內(nèi)容都包含進(jìn)去，所以很有必要對(duì)《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》這門課程的教學(xué)方式進(jìn)行改革，將偏重理論的課堂講授改為以案例引導(dǎo)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主的“案例化+項(xiàng)目化”教學(xué)方法，以此提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1“案例化+項(xiàng)目化”教學(xué)方法設(shè)計(jì)

以案例引導(dǎo)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主的“案例化+項(xiàng)目化”教學(xué)方法是指在講解課程理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，將《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課程的主要教學(xué)內(nèi)容組織在設(shè)計(jì)的教學(xué)案例和綜合性實(shí)踐項(xiàng)目里。通過課堂上對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行講授、引導(dǎo)，讓學(xué)生掌握基本的知識(shí)模塊，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣之后，再通過綜合性實(shí)踐項(xiàng)目的練習(xí)，讓學(xué)生能夠從整體上理解嵌入式項(xiàng)目的架構(gòu)，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，能在設(shè)計(jì)過程中鍛煉查閱文獻(xiàn)和技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；同時(shí)通過對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行考核，為最終成績(jī)提供依據(jù)。教學(xué)案例的設(shè)計(jì)主要源于實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源，或者綜合性實(shí)踐項(xiàng)目分解后的子模塊，這些教學(xué)案例要具備通用性高、典型性強(qiáng)、操作性好、易于整合等特點(diǎn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)后能方便地應(yīng)用到綜合性實(shí)踐項(xiàng)目中。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需對(duì)所有教學(xué)案例進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，保證都能掌握本課程的所有教學(xué)重點(diǎn)。主要教學(xué)案例有：I/O口程序設(shè)計(jì)、A/D采集程序設(shè)計(jì)、觸摸屏接口程序設(shè)計(jì)、串口通信程序設(shè)計(jì)、IIC接口通信程序設(shè)計(jì)、SPI接口通信程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境搭建、嵌入式Linux系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux系統(tǒng)C程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux系統(tǒng)可視化程序設(shè)計(jì)。綜合性實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要源于本課程組的任課教師研發(fā)的實(shí)際工程項(xiàng)目，把實(shí)際工程項(xiàng)目中和本課程有關(guān)的功能設(shè)計(jì)分解出來，制作成相對(duì)獨(dú)立、工作量適中、且具有應(yīng)用價(jià)值的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生以組為單位進(jìn)行選題，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式完成整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和調(diào)試，既提高工程實(shí)踐能力，又鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。主要綜合性實(shí)踐項(xiàng)目案例有：建筑物安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、感應(yīng)加熱設(shè)備功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品使用壽命檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、特種材料膨脹特性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、特種材料抗折特性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、企業(yè)職工工作量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生成過程追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

2教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

為了保障項(xiàng)目式教學(xué)方法改革的順利進(jìn)行，對(duì)本課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行高質(zhì)量的擴(kuò)充。在原有的課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，將每年參加各類競(jìng)賽組織的指導(dǎo)教師、經(jīng)常參與橫向課題研發(fā)的專業(yè)教師、以及長(zhǎng)期合作企業(yè)中的專業(yè)技術(shù)工程師等多種具備工程實(shí)踐能力的人員組織起來，建設(shè)一支教學(xué)能力強(qiáng)、理論知識(shí)扎實(shí)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。在課程教學(xué)過程中，先由原任課教師對(duì)本課程的基本理論知識(shí)進(jìn)行講解，讓學(xué)生完成基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，再由原任課教師和競(jìng)賽指導(dǎo)教師對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行講授，讓學(xué)生掌握各個(gè)應(yīng)用模塊的使用方法，最后組織本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)所有教師，以學(xué)生分組為單位進(jìn)行指導(dǎo)，并在設(shè)計(jì)完成后給出評(píng)測(cè)結(jié)果，作為學(xué)生最終成績(jī)的重要參考。

3教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》這門課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、豐富、實(shí)踐操作內(nèi)容多，在有限的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中做不到每部分都能進(jìn)行精講細(xì)講；此外，每個(gè)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的接受理解能力有差異，部分學(xué)生可能在課堂上無法理解所有講授內(nèi)容；同時(shí)，為了方便學(xué)生在課下進(jìn)一步對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容和知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，建設(shè)一套資料完整、形式多樣、使用方便的課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源顯得非常重要。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托慕課網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，建設(shè)以基礎(chǔ)知識(shí)講解視頻、教學(xué)案例講解視頻、綜合實(shí)踐項(xiàng)目課題資料及豐富的嵌入式課外學(xué)習(xí)資源為主的課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)除了能提供課程學(xué)習(xí)功能外，還能進(jìn)行課堂簽到、布置作業(yè)和通知、隨堂測(cè)試、學(xué)生學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)等功能，大大豐富課堂活動(dòng)的形式，方便課程教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。

4考核方式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)中的成績(jī)考核主要通過平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末考試成績(jī)給出每個(gè)學(xué)生的最終成績(jī)，雖然在一定程度上體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)情況，但無法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)行有效考核，不能適應(yīng)課程改革后的考核要求。為此，對(duì)課程考核方式進(jìn)行了改革，打破原有的考核機(jī)制，將學(xué)生成績(jī)分為以下四部分進(jìn)行考核：

4.1隨堂測(cè)試

在基礎(chǔ)理論和教學(xué)案例授課過程中，任課教師根據(jù)情況設(shè)計(jì)相關(guān)測(cè)試題目，在課堂上通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)測(cè)試，學(xué)生通過手機(jī)APP在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，任課教師批改后將此項(xiàng)成績(jī)計(jì)入每個(gè)學(xué)生的隨堂測(cè)試成績(jī)中。

4.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)日志

綜合性實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)環(huán)節(jié)的重要部分，每個(gè)學(xué)生在項(xiàng)目制作過程中不僅要完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)還要認(rèn)真記錄項(xiàng)目設(shè)計(jì)日志，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)整體思路、設(shè)計(jì)過程中遇到的問題以及解決的辦法等內(nèi)容記錄在案，項(xiàng)目完成后，項(xiàng)目組指導(dǎo)教師根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)日志的質(zhì)量進(jìn)行打分，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程的成績(jī)。

4.3團(tuán)隊(duì)參與和貢獻(xiàn)程度

每個(gè)小組在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中，每個(gè)學(xué)生的分工和參與程度有一定差異，所花精力和所做工作對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)程度有一定區(qū)別，為體現(xiàn)這方面的不同，由項(xiàng)目組成員為本組人員進(jìn)行打分，體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目中的參與和貢獻(xiàn)程度。

4.4設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯

綜合實(shí)踐項(xiàng)目完成后，最終要提交項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，并以作品功能演示和答辯的形式進(jìn)行匯報(bào)，答辯小組教師給出報(bào)告成績(jī)、作品演示成績(jī)和答辯成績(jī)，體現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)的整體效果。將以上四部分成績(jī)進(jìn)行加權(quán)綜合后，得到學(xué)生最終成績(jī)，并以優(yōu)、良、中、及格、不及格的形式給出?？己朔绞礁母锖?，最終成績(jī)體現(xiàn)了學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況、項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、報(bào)告書寫和口頭表達(dá)能力，全方位展現(xiàn)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的完成情況。

5結(jié)論

文章根據(jù)《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》這門課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、豐富、實(shí)踐操作內(nèi)容多的特點(diǎn)，將案例化教學(xué)和項(xiàng)目化教學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用在課程的教學(xué)過程中，增加了課程的強(qiáng)度和挑戰(zhàn)度，同時(shí)整合課程資源，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，改革課程考核方式，更加注重過程和實(shí)踐能力的考核，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。通過全方位的課程教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣有很大提高，對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解明顯增強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、工程項(xiàng)目應(yīng)用能力起到很大作用。

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作者：姚雷博 郭超 任亞飛 單位：洛陽理工學(xué)院