屈劍鋒 王雪 尹宏鵬 魏善碧 （重慶大學自動化學院）

一 引言

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，為適應新發(fā)展形勢下對人才的需要，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的學生對社會發(fā)展具有重要意義。因此，加強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是目前高等學校必須重視的問題[1,2]。為實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，教師要在專業(yè)教育基礎上，更新教育思想和教育觀念，轉變學生學習理念，促進學生形成創(chuàng)新意識與思維，發(fā)展自身創(chuàng)新能力。嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制、醫(yī)療設備、公共交通、智能家居、信息通信等領域有著廣闊的應用[3-5]。由于嵌入式系統(tǒng)的應用性、實踐性較強[6]，學生在學習過程中需要綜合多方面知識并發(fā)揮創(chuàng)造力才能真正掌握嵌入式相關內(nèi)容和完成嵌入式實踐。因此，將嵌入式系統(tǒng)課程作為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎，以此為驅動對嵌入式相關課程進行教學改革，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

二 嵌入式系統(tǒng)教學面臨的主要問題

除了傳統(tǒng)教學存在的例如以教師為中心、以講授為主要方法、教學互動溝通不足、對學生個人能力不加區(qū)分等問題，嵌入式系統(tǒng)教學存在其自身特有的問題。

首先是嵌入式系統(tǒng)課程相關體系不夠完善。從對開設嵌入式系統(tǒng)課程的國內(nèi)多所高校的相關專業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，部分相關專業(yè)及其相關的課程體系稍顯混亂，基礎課與專業(yè)課缺乏有效的內(nèi)在關聯(lián)性，后續(xù)課程與嵌入式系統(tǒng)相關課程之間缺乏有機的連接。

其次是嵌入式系統(tǒng)課程理論與實驗教學學時分配不合理。嵌入式系統(tǒng)課程需要教師和學生花費大量的時間和精力進行實踐調(diào)試和操作，但多數(shù)專業(yè)其嵌入式系統(tǒng)課程大部分的學時用于理論教學，只有少量的學時用于實驗教學，這種學時的分配對嵌入式課程缺乏合理性。

再次是嵌入式系統(tǒng)實驗教學根據(jù)實驗設備而定，造成實驗環(huán)節(jié)與實際應用脫節(jié)，實驗課流于形式。學生在實驗教學中，僅根據(jù)實驗指導書步驟進行操作，當實驗環(huán)境發(fā)生改變，學生就會難以適應，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

最后是嵌入式系統(tǒng)課程相關師資經(jīng)驗的缺乏。嵌入式技術集成了硬件設計和軟件開發(fā)等多門學科，該課程對相關教師的設計與開發(fā)經(jīng)驗要求較高，目前，部分高校相關專業(yè)教師缺少實際嵌入式項目開發(fā)經(jīng)驗，因此，教師的授課內(nèi)容很難與企業(yè)實際工程項目接軌，從而學生難以獲得實際的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗。

三 嵌入式系統(tǒng)教學課程改革思路

針對嵌入式系統(tǒng)教學中存在的問題，通過課堂精講、課外探索、團隊合作、個性化培養(yǎng)、開放式教學等方式，實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標。從嵌入式系統(tǒng)課程教學體系結構、課程理論教學內(nèi)容和模式、實踐教學環(huán)節(jié)幾個方面進行改革，如圖1所示。

圖1 面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的嵌入式課程改革思路

1 完善嵌入式系統(tǒng)課程教學體系結構，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

嵌入式系統(tǒng)課程教學體系應由基礎培養(yǎng)和個性化培養(yǎng)組成，著重培養(yǎng)學生的實踐能力，努力發(fā)展學生的創(chuàng)新意識和思維。根據(jù)國內(nèi)外先進教學理念，構建如圖2所示的嵌入式課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要堅實的課內(nèi)理論知識，也需要課外科研、實踐能力的訓練，這個過程需要教育者和學生共同努力。基礎創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系包括課程理論學習和實踐能力培養(yǎng)。通過學習課程基礎知識，為實踐和應用打下理論基礎。通過實驗教學、課程設計等環(huán)節(jié)，讓每個學生都能夠把所學的理論知識應用到實際問題當中?；A培養(yǎng)是針對所有學生的，因此每個學生都要接受一定的創(chuàng)新訓練。個性化培養(yǎng)針對少數(shù)學生，促進能力較強和對嵌入式相關課程感興趣的學生的發(fā)展，通過參加學科競賽、組建創(chuàng)新團隊、參與大學生科研訓練計劃和國家創(chuàng)新實驗項目等課外實踐，滿足不同能力學生的發(fā)展需要，使學生充分發(fā)揮自己的能力，促進自身更優(yōu)的發(fā)展。

圖2 嵌入式課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

2 改進嵌入式課程理論教學內(nèi)容和模式，激發(fā)學生創(chuàng)新意識和思維

通過改進嵌入式課程教學內(nèi)容和模式，幫助學生更好地掌握課程重點內(nèi)容，促進學生創(chuàng)新能力發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)具有綜合性強的特點，它涉及硬件軟件相關知識，需要數(shù)字邏輯電路、匯編語言、操作系統(tǒng)等課程作為基礎[7-9]。僅學習單一課程難以充分掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的所有知識和技能，因此，不同專業(yè)對于嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容的選擇應根據(jù)專業(yè)自身需要而定。在教學過程中，教師應該把握課程重要理論知識，適當增加實際案例來適應社會發(fā)展、技術發(fā)展的需要，努力激發(fā)學生學習嵌入式相關課程的興趣，讓學生從實際案例的分析、設計、解決、評價等一系列過程中鍛煉真正分析實際課題、解決問題的能力。除此之外，還可以通過設置網(wǎng)上學習任務、在線答疑等方式促進學生在課外的學習。在理論學習中，教師根據(jù)具體教學的需要，通過案例式、啟發(fā)式、討論式等多種教學模式更好地幫助學生學習基礎知識。在實踐鍛煉中，教師通過引導學生進行自主探索，讓其發(fā)揮創(chuàng)造力解決實際問題，在學生與學生之間、學生與老師之間形成對話，通過引發(fā)好奇、討論交流、質(zhì)疑解惑的方式，讓學生在鍛煉自身各方面能力的同時，激發(fā)創(chuàng)新意識和思維，形成科學思維方式，為培養(yǎng)創(chuàng)造能力創(chuàng)設情境并提供條件。

3 課內(nèi)外相互融合改進嵌入式實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力

通過“學做結合”改進嵌入式實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。密切結合學生的專業(yè)學習，針對不同年級學生的具體條件和實際需求進行分層次分方向培養(yǎng)。學生將按照“理論學習-知識點實踐-任務級實踐”這樣“做中學、學中做”的培養(yǎng)模式來提升其實踐創(chuàng)新能力。根據(jù)學生特點組建側重點不同的科技創(chuàng)新團隊，有針對性地為不同團隊提供實踐內(nèi)容，讓學生盡早參與到項目管理、科學研究和工程實踐中，促進學生科學素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實踐能力的發(fā)展。采用新技術方法，改進實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)手段。將計算機虛擬仿真技術應用于嵌入式實踐教學中，使知識從抽象變?yōu)橹庇^，實現(xiàn)對學生“虛擬-實際-創(chuàng)新”的實踐創(chuàng)新鍛煉，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。鼓勵學生根據(jù)自身情況選擇實踐項目，真正走進實驗室，參與到科研項目研究中。加強實驗室開放管理，充分利用實驗室課余時間，同教務部門進行協(xié)調(diào)，將學生的課程安排整齊劃一，以便給學生和實驗室留出完整的時間段來安排科研項目研究，最大限度地利用實驗室資源來加強對學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 將科研項目和競賽融入嵌入式教學環(huán)節(jié)，促進創(chuàng)新意識和能力融合

以實際項目為驅動[5,7]，改進嵌入式創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。通過組織科研訓練團隊，將課程組教師相關科研項目進行任務分解，形成若干相對獨立的科研實踐任務，通過創(chuàng)新實踐平臺向學生發(fā)布。學生可根據(jù)自己的興趣和能力選擇參加不同的科研項目，從而調(diào)動學生參與實踐創(chuàng)新的主動性。利用研究型大學的“研究”資源，建立基于研究項目的教學模式，啟發(fā)式地引導學生把已有的科研項目中的知識理論應用到嵌入式學習過程當中，從而更加深刻地體會和理解嵌入式系統(tǒng)中的重難點。教師對學生完成的科研項目進行驗收，分析總結學生在完成項目過程中的優(yōu)缺點及創(chuàng)新點，幫助學生進一步認識自己的能力。學生在解決實際科研項目問題的過程中，其想象力、設計水平、分析解決問題的能力等都會得到明顯的改善。通過具體工程項目讓學生得到更具創(chuàng)新性的實踐鍛煉。鼓勵學生積極參加各種競賽，使學生體驗在規(guī)定時間內(nèi)完成指定項目任務的經(jīng)歷，在競賽過程中鍛煉自己各方面能力。學生在競賽過程中能夠體會到知識的重要性，同時能鍛煉其耐心、承受力等，對學生未來的發(fā)展具有好處。在學生參與科研項目研究和參加競賽過程中，教師應該幫助學生全發(fā)面發(fā)展，同時應尊重學生的個性，幫助學生自由發(fā)展，讓學生在個性化發(fā)展的過程中，逐漸將創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力進行融合。

四 創(chuàng)新型人才評估方法

為適應創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，針對現(xiàn)有教學評價方法存在的如偏重教師評價、成績標準，對學生創(chuàng)新意識、人文素養(yǎng)、溝通交流能力等涉及甚少的問題，提出新的評估方法。在評價過程中，除了教師對學生學習過程的總結與評價，更為重要的是學生本身在學習過程中對問題的思考、學生能力的發(fā)展。教育者需要改變以考試為唯一標準的評價方式，將學生在嵌入式系統(tǒng)學習過程中的各種表現(xiàn)作為考核對象[10]，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)新型人才評估方法

對學生創(chuàng)新能力的評價，教師可以從四個方面綜合進行：一是思維能力，需要評估學生在學習過程中是否有清晰的思路、對問題全方位的分析、多種解決方案、正確的觀點等。二是學習能力，關注學生是否能夠利用相關知識解決現(xiàn)實問題，是否有查閱相關文獻資料的能力，能否自學理解課內(nèi)不涉及但是實際應用中會用到的知識等。三是動手能力，觀察學生能否熟練使用相關軟硬件設備，能否根據(jù)流程完成實驗操作，能否親自完成所研究的項目等。四是研究能力，考查學生是否具備探究精神，是否使用正確的研究方法，是否把握項目的研究意義，能否完成相關科研項目等。除此之外，教師要發(fā)現(xiàn)學生在進行學習活動中的優(yōu)點與缺點，對學生所表現(xiàn)出來的智慧、態(tài)度、品質(zhì)等進行全面的考察，在整體層次上對學生的表現(xiàn)做出綜合的評價。對創(chuàng)新型人才的評估，既要測試學生對基礎知識的掌握情況，又要判斷學生各方面能力的發(fā)展情況，還要對學生在學習活動中的情感和倫理道德觀念做出一定的評析。教師應該幫助學生進行學習情況總結與反思，重視現(xiàn)有知識與能力、情感與態(tài)度等對未來學習的影響，著眼于學生今后的發(fā)展。

五 結語

將應用創(chuàng)新型能力培養(yǎng)方法融入嵌入式系統(tǒng)教學中，通過設計基礎創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系和個性化創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系兩個方面進行“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”模式的研究。兼顧理論重在實踐，以學生為本對教學內(nèi)容進行改進，將課外實驗、科研項目、競賽等引入教學，讓學生體驗多種教學內(nèi)容，激發(fā)學生創(chuàng)新思維。將討論式、案例式等多種教學方法運用到教學過程，調(diào)動學生積極性，發(fā)揮學生主體作用，讓學生主動完成學習任務。教師在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程中起引導作用，幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣，努力發(fā)展學生思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，推動嵌入式相關課程體系教學改革。