IT专业嵌入式课程教学模式改革研究

　　作为IT领域重要技术之一，嵌入式技术现已被广泛应用于航天军事、工业控制、信息家电、物联网、医疗仪器等领域。社会快速发展使嵌入式人才需求旺盛，长时间内，嵌入式人才都是企业争夺目标。目前，国内外高校IT专业大多设有嵌入式方向课程，但因理念、体制和师资等原因，毕业生难以达到嵌入式从业人员标准，国内嵌入式教育还未满足市场需要。嵌入式课程作为一门覆盖面广、综合性强、应用性强的交叉学科，知识技术更新日新月异。面对市场发展和人才培养的迫切需求，基于该课程复杂特点和国内教学问题[1-2]，针对软硬件复合开发要求，如何结合现有教学和实验条件，以课题化项目化[3]应用为导向，在有限的教学和实验课时内，既能保证学生对基本内容的理解，又能提高学生的实践创新能力，是亟待解决的问题，也是多数高校面临的共同课题。

　　1 教学模式研究的主要内容和重点目标

　　美国学者乔伊斯和韦尔认为：“教学模式是构成课程和作业、选择教材、提示教师活动的一种范式或计划”[4]。也有人认为：“教学模式可定义为在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序”[5]。任何教学模式都需要指向和完成一定教学目标，教学目标在教学模式结构中处于核心地位。笔者以应用能力?樽钪匾?目标，主要考虑研究理论教学、实验教学、课余教学和测试考核四个子模式，明确教学模式研究四个重点目标，如图1所示。从教学过程角度，按照理论―实验―课余―考核的环节顺序可形成完整的顺序教学过程；从教学模式结构角度，各子模式对应模块功能既相对独立又彼此促进。要真正实现四个子模式及重点目标，最终达到培养良好应用能力这一最重要目标，必须进行教学模式改革。

　　2 理论教学模式改革措施及教学内容安排

　　（1）设计从硬到软多层次的可与其他多学科融合的通用型可自适应的嵌入式开发教学内容体系：按照从底层硬件、中层软件到高层应用的思路，从整体上规划嵌入式课程教学内容体系，使其涵盖嵌入式系统开发生命周期（开发环境建立和熟悉、嵌入式处理器开发、嵌入式操作系统移植、基于嵌入式操作系统的软件开发、嵌入式软件中间件开发、嵌入式综合应用开发）。同时，教学内容体系考虑以模块化组合方式自适应地涵盖或扩展多方面基础知识和技术（ARM、DSP、C语言、汇编、单片机、EDA等），既兼顾软硬件两方面的基础内容，又具有和其他专业课融合应用的通用性和灵活性。

　　（2）建立立体优化可共享的复合型集成型多媒体教学资源库：通过分批分类分级建立可重复可共享的、多角度多媒体的、丰富优化的、嵌入式相关的多方位多课程复合型教学素材库、资源库、课件库，构建学生全面互联的综合知识结构体系，以扩大理论教学广度、深度，扩大学生学习选择面和自由度。

　　（3）建立在线/离线可学的综合型集成型近远程教学平台：针对嵌入式课程群（ARM、 DSP、单片机、EDA等），充分应用多媒体、网络通信、数据库等技术，建立可在线离线学习的混合型可集成的、可近远程多终端（PC，移动端，网络等）的按权限访问和共享的教学平台。

　　（4）将以“教授―学习”为主的传统理论教学模式转变为以“自学―引导/指导/辅导”为主的翻转课堂[6-7]模式：通过充分利用建立的多媒体教学资源库和在线离线可自学的近远程教学平台，教师采用实物展示、案例分析、操作演示、视频参考、同步开发、代码共享、项目引导[3]、分组讨论、互动总结、游戏竞赛、课堂交流、专题讲座等直观动态、互动性强的课堂教学方法和手段，建立自主学习的理论教学模式，提高学生学习能动性和积极性，实现学生第一次知识内化[7]和初步建模。

　　考虑通信、软件、物联网、计算机、网络5个专业，针对ARM和DSP处理器，进行理论教学内容模块化安排设计（见表1），以初步建立软硬多层次的多学科融合的通用型自适应的嵌入式开发教学内容体系。

　　嵌入式课程理论教学大致安排6个内容单元模块，其中，单元模块2、4、5作为嵌入式课程核心内容，应安排20～35学时的教学。

　　3 实验教学模式改革措施及教学内容安排

　　（1）设计从硬到软多层次的完整的嵌入式开发实验内容体系：按照从底层到高层、从硬件到软件、从平台到应用的思路，从整体上规划嵌入式课程实验体系，使实验体系完全涵盖嵌入式系统开发生命周期。

　　（2）建立整合嵌入式及相关课程群的复合型集成型实验资源库：通过分批分类分级建立可重复可共享的、多角度多媒体的、丰富优化的实验素材、资源、案例项目库，培养学生全面互联的综合应用实践能力。

　　（3）建立可依据学生层次条件和专业特长进行模块化自适应伸缩调节和阶段式进度控制的综合集成型实验平台：采用内容模块化设计，分阶段设计和逐步深入措施，在不同阶段（初学、应用、创新）设计不同功能实验（验证型、创新型和设计型实验）。采用因材施教方针，根据基础不同的各层次学生（高职、本科、研究生）和特长不同的各专业学生（通信、计算机、软件）适当组合操作/实验模块，调节各阶段功能实验侧重比例，灵活调整实践内容和深入程度。

　　（4）转变“上机―指导”为主的传统实验模式到“分级引导―分工开发―团队讨论”为主的合作实验模式：在嵌入式实验室软硬件设备和平台支持和嵌入式创新团队教师联合指导背景下，针对案例或项目的应用和开发，采用教师―高年级开发者―低年级学习者（或导师―研究生―本科生）的跨年级分级引导/指导/开发的合作实验模式，即教师/导师带领跨年级学生团队，以分工合作竞争开发项目的形式，采用每周研讨式团队内进度沟通和实时通信等手段，紧紧围绕案例学习或应用项目实际需求，开展嵌入式开发知识和技能的实验，通过实时教学及跟踪指导， 实现学生第二次知识内化[7]和深入建模。 　　针对ARM和DSP处理器，同样考虑5个专业，对实验教学内容模块化安排（见表2），以初步建立多层次的涵盖开发生命周期的复合型自适应的嵌入式实验教学内容体系。

　　嵌入式课程实验教学大致安排5个单元的实验项目，见表2。上述实验中，验证型实验作为必选基础实验，应安排16～28学时的实践上机；设计型和创新型实验作为各专业可选的提升实验和综合应用实验，应安排至少14学时的实训练习。

　　4 课余教学模式改革措施

　　（1）设计从硬到软多层次的完整的嵌入式开发课余教学内容体系：整体上规划嵌入式课程课余教学体系，并结合其他相关课程（C语言、汇编、数据结构、软件工程、微?C接口、单片机、物联网、DSP、EDA等）设计嵌入式交叉复合应用项目课题，以可选可组合可交叉复合应用的模块化课件/组件形式支持课余碎片化自由化时间的在线离线式自主学习和对应的提示性发问式[8]指导。

　　（2）建立整合嵌入式及其相关课程群的复合型集成型课余资源库：通过分批分类分级建立丰富共享的课余素材、资源、案例项目库，以满足课余利用丰富资源进行参考式学习的需求。

　　（3）构建可在线聊天或离线留言的方便自由互动交流的社区或网络空间平台：在社区（离线论坛）或网络空间（在线聊天室）平台开展以互动探讨交流总结为形式的课余学术会议型讨论和教学指导活动，以期实现在自由讨论中获得结论、以课余指导补充完善结论，最终实现结论的强效获取，达到利用多角度观点对比和多冲突观点碰撞促进所学知识的快速第三次内化[7]和完整建模的目的。

　　（4）建立可充分复用实验室及设备的可沟通指导和合作开发的师生课余指导团队：通过三级（教师―高年级指导者―低年级指导者，或导师―研究生―本科生）师生课余指导团队及时有规律在线指导（如三级指导1次/周，二级指导1次/半周）和定时参与课余活动互动讨论（如全范围自由讨论1次/周），实现对学生课余学习的泛在式指导和沟通，解决其学习疑问、促进其学习进展并掌握其学习进度，进而促进师生的课余实践能力的提高和专业素质的提升。

　　（5）建立具有实践能力和创新意识的竞赛型企业型师生团队：通过组建有良好技术基础、实践项目经验、产品开发能力和创新意识的课余竞赛师生团队，充分复用实验室和企业设备，利用开放创新实验机制和校企合作平台或实训基地，教师带领学生承担或参与校内专业技能比赛，参加嵌入式横纵向项目、企业或国家专业竞赛（如嵌入式物联网设计大赛、嵌入式系统大赛等），参与权威认证考试，完成基于竞赛或项目的课余深度指导性实践教学，使学生获取更丰富竞赛型/项目型实践开发经验，进一步促进学生专业素质的提升和从业竞争力的提高。

　　5 测试考核模式改革措施

　　（1）设计从硬到软多层次分模块的嵌入式开发测试考核内容体系：测试考核主要包含理论、实验、课余三方面。在整体上规划测试考核内容体系，并结合其他相关课程设计测试考核课题，以可选可组合可交叉复合应用的模块化测试组件和进度记录机制实现在线/离线式自主或随堂测试、平时和期末考核。

　　（2）建立整合嵌入式及相关课程群的复合型集成型测试考核资源库：通过分批分类分级分模块分进度建立丰富共享的测试和考核素材、资源和案例项目库，以满足多角度测试考核需求。

　　（3）建立依赖个人教学实践完成进度和开发团队合作能力及贡献度的分级测试考核机制：构建综合集成型在线离线测试考核平台，充分反映学生知识和技术掌握进度，将个人学习进展和实践能力分级量化记录，采用由理论学习进度和各级实验完成度决定的分级测试考核，并补充课余互动参与度和贡献度测试考核，同时以学生团队（3～6人）为主体，引入个人在团队中的任务技术难度、重要度、工作量、完成度、协作性等多项测评系数，并加入个人在团队的合作能力和团队贡献度测试考核。

　　（4）建立涵盖个人多方面能力的综合成绩评估机制：在测试考核平台上，将个人理论学习能力、实践实训开发能力、知识吸收内化能力、团队合作能力、团队贡献程度和竞赛创新能力等多方评估因素纳入成绩评估，其中，个人实践实训开发能力、团队合作能力、竞赛创新能力应给予优先重点考虑权重，力求满足企业选择人才标准。

　　6 结 论

　　通过分析和实践可知，IT专业嵌入式课程教学模式的改革措施具有如下特点：全面完整的教学内容有利于多层次复合型的学习实践训练；可提高市场型实践型创新型人才的培养能力；多资源多手段多角度特点可改善教学效果；全面立体式实时性教学和指导可提高教学效率；模块化分阶段分类分级的自适应性教学可提高教学灵活性和方便性；关注嵌入式与其他相关课程的联系和交叉融合，有助于帮助完善整个专业综合知识体系；分级跟随进度、综合个人团队等相关多因素、涵盖多方面能力的分级测试考核和成绩评估，提高学习效率和教学自适应性。

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