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摘要：分析了目前嵌入式課程教學過程中存在的問題，結合我校的實際情況，運用成果導向的教育理念，考慮嵌入式課程的綜合性和應用性特點，系統總結了我們在課程教學目標、理論課的內容設置、實驗課的組織實施和課程考核方面的成功經驗。本論文的內容對其他從事嵌入式教學或者是以應用為目標的課程教學設計具有很好的借鑒意義。

關鍵詞：嵌入式系統；教學設計；成果導向

嵌入式系統是以現代計算機技術為基礎，以應用為中心和導向的學科，注定要走上工程化的道路。就教學內容而言，嵌入式系統涉及計算機、電子信息工程、自動控制等相關專業(yè)基礎課程的知識，集軟硬件技術于一體，并有廣泛的應用場景，具有強烈的基礎性、綜合性和實踐性特點。課程的特點要求教師具有寬廣的基礎知識、靈活的教學方法和非常強的實踐能力。學生對先行課程的理解程度也不盡相同，水平參差不齊，如何激發(fā)學生的學習興趣、提高動手實踐的能力、培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神是人才培養(yǎng)過程中的關鍵問題[1]。為滿足社會對嵌入式人才的需求，各高校爭相開設嵌入式專業(yè)或者相關課程。如何能夠使學生在本門課程的學習過程中學到知識、提高能力，培養(yǎng)嵌入式工程師，是嵌入式教學過程中需要探討的問題。本文首先分析了目前在嵌入式系統課程的教學實踐過程中存在的問題和不足，然后針對這些問題，以成果導向教育的理念，提出了相應的解決方法。

一、嵌入式課程教學中存在的問題

各高校在開展自己的嵌入式課程時，都會將課程的特點和本校的師資情況、實驗條件和人才培養(yǎng)目標等具體的實際情況相結合，制定能夠體現專業(yè)特色，并服務于人才培養(yǎng)方案的教學目標和教學內容。多數地方性高校受師資水平、實驗條件的限制，在理論和實踐教學方面存在共同的不足，這些不足主要表現在如下3個方面的矛盾。1.課程的綜合性與老師專業(yè)背景的單一性的矛盾。嵌入式系統是一項發(fā)展迅速的計算機技術，涉及的知識面廣、綜合性強，這就對任課教師提出了更高的要求。專業(yè)的嵌入式系統任課教師缺乏，很多軟件背景或者是電子背景的老師，在接受短期培訓之后就給學生授課，很難做到軟、硬件都精通，對相關基礎缺乏全面足夠的了解；平時又不從事嵌入式的研究或者開發(fā)工作，開發(fā)實踐經驗有限。很多老師直接把其他課程的教學方法搬過來用，未能體現嵌入式教學特點?；蛘邽榱送瓿山虒W計劃而一味的“填鴨式”教學，忽視了嵌入式教學的實踐性，只有理論講解，對實踐重視不夠。最終導致學生對嵌入式系統有“看不見、摸不著”的感覺[2]。2.教學內容的保守性和技術發(fā)展的實時性的矛盾。教材內容陳舊。當前，ARM和Cortex體系架構的微控制器已成為物聯網應用、通信等領域產品研發(fā)的主流。然而，許多學校的課程設置中還是一成不變地采用MCS-51等單片機的教材，造成了學生所學內容和應用環(huán)節(jié)的脫軌，學生課堂里學到的技術，在實踐環(huán)節(jié)不能用，需要重新學習，這嚴重制約了學生課堂學習的積極性，抑制了學生學習興趣的持久性。學校培養(yǎng)的人才知識結構不能滿足社會發(fā)展對人才的需求，造成了“學生找不到工作，企業(yè)找不到人才”的窘境。實驗教學落后于學生社會實踐。嵌入式系統是一門綜合性、應用性很強的課程，實踐教學是重要環(huán)節(jié)。學習理論，掌握一定的專業(yè)知識是基礎，但是理論知識需要通過實踐來鞏固，不通過實踐，無法提高學生的動手能力、培養(yǎng)學生的開發(fā)和創(chuàng)新能力，無法滿足學生成長過程中對新知識的構建需求。嵌入式系統的技術和設備發(fā)展很迅速，許多高校缺少相關的實驗設施，或者對新的實驗技術采購不力，學生實踐條件嚴重落后于社會的需求，導致學生認為，學無所用，失去學習興趣。3.課程內容設計和嵌入式系統課程特點的矛盾。嵌入式課程的教學內容繁多，既有應用程序開發(fā)，又有底層內核移植、驅動程序的開發(fā)等。但是大多數學校的教學時間少于48課時，實驗課時只有6個實驗課，理論與實驗教學的安排難以保證課程內容的完整性。理論教學沒有重點，內容多而亂，內容不夠深入，學生不能有效地掌握所有的知識?；A知識講授太多，理論課的學習與實驗教學聯系不緊密，所學知識和實驗內容不一致，造成理論知識難以鞏固、提高。在實驗課程配置方面，受設備、場地、技術等多種因素的限制，更多的是開設一些驗證性實驗，與實際工程應用相差較遠。實驗步驟只是簡單地連接幾條線，運行給定程序，學生自主發(fā)揮設計實驗的可能性非常小。

二、成果導向教育模式引入的意義

成果導向教育（Outcome-BasedEducation，OBE）是國際上廣泛獲得好評的先進教育理念之一，代表了專業(yè)工程教育改革的主流方向。成果導向教育與其他教育理論不同的地方在于，它強調學習者運用所學知識的能力。在成果導向教育模式中，教育者需要對學生的學習結果有清晰的構想，即學生在完成學業(yè)后能夠干什么，并通過設計合適的教育結構來促進和保證學生達到這些教育目的[3]。學習知識并不是教育的目的，教育的目的在于是否能使學習者在學習后具有某種感知的能力，即要求學生在完成各項學習任務的過程中將知識、個人理解與技能相結合，最終形成某方面的能力成果。學習者的產出是該教育模式的動力，從這個意義上說，成果導向教育操作理念與教育方式在工程、企業(yè)應用型人才培養(yǎng)方面具有十分重要的意義[4]。

三、成果導向教育理念在嵌入式課程中的運用

筆者結合實際的教學經驗和平時教學工作對成果導向教育理念運用的總結及對兄弟院校的調研，針對嵌入式教學中存在的問題提出了以下四個方面的對策以供探討。1.課程培養(yǎng)目標。學習嵌入式課程的最終目標是能夠基于單片機有解決復雜工程方面的能力?；诔晒麑虻慕逃砟?，我們設計了以動手能力和創(chuàng)新能力提高為目標的能力目標。以完成平衡車程序開發(fā)和制作為項目目標。以平衡車開發(fā)為引領，考慮學生的認知能力，設計的知識目標包括：掌握MDK-ARM軟件的開發(fā)環(huán)境搭建，STM32F107單片機各種常見外設的工作原理和開發(fā)流程等，掌握基于STM32F107單片機最小化系統和各個功能模塊的連接方式。2.課程教學內容。將項目化案例有機地融入課堂教學，通過工程案例，將理論教學、實踐環(huán)節(jié)串聯在一起，實現學生工程能力的訓練培養(yǎng)。平衡車的開發(fā)既涉及到單片機的大部分功能，又有許多的外設穿插其中。我們以這個項目為引領，具體地講解了項目開發(fā)過程中遇到的基本理論、基礎知識。我們的課程教學結合了軟、硬件平臺，先做效果，再深入理論，激發(fā)學生學習欲望。在理論的基礎上更注重功能和效果，課程設計由淺入深，例如串口，先學習串口基礎代碼，接下來擴展到藍牙串口模塊，讓學生“知其然知其所以然”，學以致用。其他模塊也是如此，每個知識點都有對應的應用舉例，并可以看到效果。分模塊，分階段講解，最后整合。模塊間大致相互獨立、也互相聯系，單個模塊內容少上手會容易，最后整合模塊提升學生對單個知識模塊和項目開發(fā)流程的理解。3.課程實驗內容。通過實驗內容重新布局與修改，開展成果導向教育下的實驗教學改革，同時開發(fā)基于成果導向教育的嵌入式系統實驗教學的裝置。通過和學生的充分溝通及教師間的探討，我們對嵌入式系統實驗內容進行了改革。實驗內容分成基礎篇和綜合篇，基礎部分是要求學生必須掌握的，例如：開發(fā)環(huán)境搭建、GPIO控制、STM32外部中斷、串口通信、等內容。綜合篇以綜合性實驗為主，實驗內容包括外部傳感器、wifi模塊、攝像頭QT安卓環(huán)境搭建等與產品應用開發(fā)密切相關的實驗內容，以及基于本課程的大學生課外實踐活動。針對于學生實驗的組織，我們在實驗的過程中將學生進行分組，基礎篇的所有內容要求每個學生必須掌握，而綜合篇則要求小組內討論，個別同學重點實施單個提高篇的實驗項目，最終完成整個平衡車的實驗內容。根據學生的實際情況，提出了一種差異性的實驗方案。針對于基礎篇的內容，為使學生易于掌握和理解，我們編寫了基礎篇實驗指導，該指導詳細的列出了實驗內容、實驗原理及實驗過程。學生按照該指導自己能夠獨立完成基礎篇的實驗。每個學生的能力不同，完成實驗的進度也不同，如果在一個實驗中固定實驗內容，一部分學生會提前完成后而無事可做，另一部分學生發(fā)現自己進度緩慢，這部分學生會產生自卑或者采用其他的方法提高實驗進度。這不利于學生實驗能力的培養(yǎng)。為了提高學生自主思考的主動性和參與度，我們針對每一個基礎實驗提出了思考問題，要求學生在完成實驗之后，根據自己的能力完成提高篇的內容。為完成基礎篇的實驗內容，充足的實驗器材保障是關鍵。為了使每個學生能夠獨立自主的完成基礎篇的內容，我們準備了遠大于學生數的實驗器材，并在學生實驗過程中安排專人保障學生實驗器材的穩(wěn)定性和可靠性。綜合篇實驗內容的實施分成兩部分。一是老師指導學生討論的實驗課，另一個是學生分組的課外實踐。在綜合類的實驗課中，我們?yōu)閷W生提供了平衡車的實驗內容和實驗器材，學生進行分組，組員之間分工明確，各自完成自己獨立的內容且又存在一定的聯系，匯總之后完成一個共同的實驗項目。學生完成平衡車的實驗項目后，就有了獨立開發(fā)項目的經驗。課外實踐部分要求學生以小組為單位，基于學習的單片機，開發(fā)一款能夠使用的產品，此過程重在學生參與開發(fā)的過程。4.教學質量的考核。期末考試，占60%；實驗部分（實驗內容完成情況、實驗報告和課外實踐部分），占30%；平時表現（課堂和實驗教學中的表現、作業(yè)情況等），占10%。（1）期末考試注重考查基礎知識和基本的工作原理，兼顧考查程序內容以及項目的規(guī)劃和設計。（2）實驗內容的考查以實驗過程的評分為準，對于基礎實驗課，完成基本的實驗給定一個基本的成績，完成提高部分實驗相應的給定成績，所有的評分標準在實驗前已確定。實驗過程中實驗老師嚴格控制學生獨立完成實驗。對于綜合實驗和課外實踐內容部分的成績評定，以小組成員在實驗中的貢獻大小評定，由老師確定等級，小組成員民主評定。（3）平時的表現分為學生隨堂表現和課后作業(yè)兩部分組成。（4）特殊情況的評定。對于以課程實驗單片機為主參加大學生科技文化活動獲獎的成員，實驗部分評定為滿分。

四、結語

隨著嵌入式系統的理論與技術的飛速發(fā)展，教學團隊在成果導向教育理論的指導下，積極、主動地開展嵌入式系統的教學改革與實踐模式的探索，全面總結多年來嵌入式教學經驗，思考提高嵌入式課程支撐人才培養(yǎng)的方法，挖掘這類應用為主課程教學的規(guī)律性，促進了我們自身教學工作水平的提高。也期望我們的經驗總結能起到拋磚引玉的作用，通過與廣大一線教師、學者的交流，凝聚共識，共同推動形成科學的、先進的嵌入式系統教學模式。

參考文獻：

[1]張曉東,魯可,李秀娟,“嵌入式系統”課程教學研究[J].計算機教育,2011,(8):76-79.

[2]李寧,宋薇,庫少平項目化嵌入式教學方法研究[J].單片機與嵌入式系統應用,2010,10(2):5-8.

[3]鞏建閩,實施基于成果教育OBE的原因及策略[J].國家教育行政學院學報,2016,(6):48-53.

[4]鞏建閩,馬應心,蕭蓓蕾,基于成果的教育:學習成果設計探析[J].高等工程教育研究,2016,(2):174-179.

作者:扈國棟 栗 軍 劉漢平 單位:德州學院