韓琛曄，田云霞，張微微

（河北工程技術(shù)學(xué)院，石家莊 050091）

0 引言

嵌入式系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)的一門學(xué)科綜合性很強的專業(yè)課，由于近年來嵌入式技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)許多高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，并將該課程作為工科電類及計算機專業(yè)的一門必修課，但是在以往的教學(xué)過程中嵌入式系統(tǒng)課程在教學(xué)過程中也存在著以下幾個方面的問題：

（1）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程非常注重理論和實踐教學(xué)，但在實際教學(xué)過程中，實踐教學(xué)課時不足，且實驗教學(xué)內(nèi)容簡單，僅能做一些基礎(chǔ)的驗證性實驗，與一些工程應(yīng)用場景不匹配，缺乏設(shè)計性實驗，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，畢業(yè)生缺乏獨立開發(fā)的技能。

（2）授課的形式比較單調(diào)，理論課程以講授為主，實踐課程不能與理論課程更好的銜接，沒有很好地綜合性和前瞻性，學(xué)生對實驗沒有特別大的興趣，學(xué)生知識面零散不系統(tǒng)，實驗內(nèi)容不全面抑制了學(xué)生自主創(chuàng)新的學(xué)習動力，致使學(xué)生動手及創(chuàng)新創(chuàng)造能力沒有得到更好地提升。

（3）隨著物聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)課程不能更好地與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及通信技術(shù)相融合，開發(fā)出更貼近前沿的實驗項目。

針對以上問題，結(jié)合我們學(xué)校的實際，結(jié)合本人多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗，采用PBL教學(xué)法對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)進行改革和探索，提以高學(xué)生課堂參與度，增強學(xué)生項目開發(fā)能力。

1 PBL教學(xué)理念

基于PBL的教學(xué)理念是一種新型的學(xué)習形態(tài)，它體現(xiàn)了權(quán)威的“做中學(xué)”“學(xué)生為主體”的教育思想。該教學(xué)理念可以培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，提高學(xué)生解決問題的能力，溝通交流能力，以及團隊協(xié)作能力。在課程運用PBL項目式學(xué)習的方式，能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的興趣，讓真正的學(xué)習過程發(fā)生！

2 PBL教學(xué)理念在嵌入式系統(tǒng)課程中的實施

PBL教學(xué)改革在17級電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、通信工程三個專業(yè)中展開，其中在物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息工程專業(yè)兩個班中實行PBL教學(xué)理念，通信工程專業(yè)兩個班中采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，以此來比較教學(xué)效果。

2.1 PBL 教學(xué)的設(shè)計與目標

PBL教學(xué)有以下幾個特點：①PBL教學(xué)以問題、項目為中心；②以學(xué)生為主體，教師為教學(xué)中的促進者；③PBL教學(xué)法以學(xué)生自主學(xué)習為目標。所有的教學(xué)設(shè)計圍繞著以問題、項目引入，以學(xué)生自主探究，教師輔助的方式展開。在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的時候，課堂教學(xué)以問題的形式導(dǎo)入，在課下實踐中，以項目的形式開展。

2.2 引入循序漸進的項目或者問題

項目實施過程中采用循序漸進，由易到難的原則，將教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)篇、綜合篇和提高篇，教學(xué)過程中設(shè)計邊教邊練教學(xué)模式，三個篇章的項目由淺入深，能力遞進，將教學(xué)實驗分層，每一個實驗層次采用不同的組織形式，培養(yǎng)學(xué)生不同的能力，基礎(chǔ)篇主要完成基礎(chǔ)性驗證性實驗，綜合篇主要利用外圍器件傳感器等，實現(xiàn)一些簡單的項目，提高篇將前沿的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式技術(shù)相結(jié)合，通過具體的物聯(lián)網(wǎng)項目讓學(xué)生學(xué)以致用，提高學(xué)生的自主開發(fā)和設(shè)計能力。嵌入式系統(tǒng)課程層次化項目設(shè)計見表1。

為了使每個項目更好的推進和實施，需要教師提前將課堂問題下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生拿到問題，進行分組自主學(xué)習，并進行資料的查閱，最后小組之間進行溝通討論，確定解決問題的思路和方法，完成項目。

學(xué)生分組不能隨機分組，要以組內(nèi)成員異質(zhì)為原則將學(xué)生分組，3～4人為一組，選定一個項目任務(wù)。小組組員探究合作學(xué)習是解決項目任務(wù)的核心要素，也是學(xué)生建構(gòu)知識的重要途徑。

表1 嵌入式系統(tǒng)課程層次化項目設(shè)計

2.3 多元化的教學(xué)方法促進教學(xué)

利用現(xiàn)代信息技術(shù)，教師在藍墨云班課上發(fā)布教學(xué)資源和項目任務(wù)清單，教學(xué)資源包括微課視頻、知識點講解、教學(xué)課件和項目所需資料等。項目任務(wù)清單依據(jù)不同篇章的項目任務(wù)細化成各個小任務(wù)點。在小組討論中，教師及時查看學(xué)生的進度并參與答疑。學(xué)生采用合作學(xué)習的方式，結(jié)合課堂問題，項目問題，進行現(xiàn)場編程，設(shè)計的多元化方法展開教學(xué)。

2.4 培養(yǎng)組建競賽小組與團隊

在完成綜合篇和提高篇的項目實踐后，注意挖掘和發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)突出、有學(xué)習潛力的學(xué)生，激發(fā)學(xué)習興趣，組建競賽小組，注重培養(yǎng)學(xué)生潛能，將以往各種競賽的題目或者案例作為挑戰(zhàn)內(nèi)容，激發(fā)和鼓勵學(xué)生積極參加各類電子競賽、物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式競賽的熱情，加強科技創(chuàng)新及科研實踐。

2.5 評價與考核

引入PBL的教學(xué)模式后，評價標準不再是傳統(tǒng)的主要取決于考試成績，而更加側(cè)重于實踐任務(wù)完成的過程化考核。該門課程的成績組成為：“基礎(chǔ)項目30分、綜合項目30分、期末綜合項目40分”的考核方式。其中“基礎(chǔ)項目30分”采用教師評價，教師根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)來打分，主要包括課堂教學(xué)過程中“問題回答情況”和“項目完成情況”等多個指標進行評分?！熬C合項目30分”以小組總分為基準，以每位同學(xué)在組內(nèi)的貢獻度和工作量不同進行打分。小組總分以任課教師根據(jù)每個小組項目的完成情況進行打分。期末綜合設(shè)計項目成績以綜合任務(wù)完成程度結(jié)合設(shè)計任務(wù)書、實施方案、總結(jié)報告及作品創(chuàng)新程度為標準進行評定。基礎(chǔ)項目評價標準及權(quán)重見表2。

其中基礎(chǔ)項目評價標準為教師評分，綜合項目和期末綜合設(shè)計項目評價標準分為教師評分、小組自評和小組之間互評，教師評分占40%，小組自評占30%，小組之間互評占30%。通過多元化、相互補充的評價標準，可以提高學(xué)生的課堂教學(xué)參與度，激發(fā)學(xué)習興趣。綜合項目及期末項目評價標準及權(quán)重見表3。

表2 基礎(chǔ)項目評價標準及權(quán)重

表3 綜合項目及期末項目評價標準及權(quán)重

3 課程效果與反思

3.1 教學(xué)評價及效果

為了檢驗教學(xué)效果，通過任教的4個班級（2個傳統(tǒng)班和2個教改班）進行教學(xué)實踐，傳統(tǒng)班采用正常的課堂講授教學(xué)法進行授課，教改班采用PBL教學(xué)法進行授課。在課程結(jié)束后，通過匿名問卷調(diào)查來了解學(xué)生對2種教學(xué)方法滿意度的反饋。調(diào)查結(jié)果如表4顯示，PBL教學(xué)法教學(xué)學(xué)生滿意度較好，教學(xué)質(zhì)量與效果有很大改善，有力地說明了PBL教學(xué)法的先進性。

課程完成后對4個班級共同進行了一次期末試卷考試，試題完全相同，兩組班級也呈現(xiàn)出不同的成績分布。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計試卷成績結(jié)果見圖1。實驗結(jié)果體現(xiàn)了PBL教學(xué)法的優(yōu)越性。

表4 教學(xué)滿意度調(diào)查

3.2 問題反思

雖然PBL教學(xué)法有很好的優(yōu)越性，但是PBL教學(xué)法在教學(xué)實施過程中出現(xiàn)的一些問題同時也需要注意，主要包括：①精心設(shè)計問題及項目。問題和項目的提出是PBL教學(xué)的核心，所以問題及項目的選取非常重要，一定要注重問題有啟發(fā)性，項目具有綜合性，能有效的提高學(xué)生的知識水平。②杜絕出現(xiàn)組內(nèi)成員濫竽充數(shù)，吃大鍋飯的現(xiàn)象。PBL教學(xué)一般以小組為單位進行，對于一些自制能力差或是懶惰的學(xué)生，可能會有依賴感或吃大鍋飯的現(xiàn)象．為了避免這種情況發(fā)生，可以在平時教學(xué)中注意課堂提問，項目協(xié)作中注意安排組內(nèi)學(xué)生對項目進行解讀和細化，其他學(xué)生提出提問或質(zhì)疑的方式解決問題。③PBL教學(xué)法需要學(xué)生積極配合，為了讓學(xué)生能夠積極主動參與進來，激勵方式一定要豐富多樣。

圖1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計試卷成績對比圖

4 結(jié)語

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的特點就是對實踐要求很高，并且當前信息技術(shù)及嵌入式技術(shù)更新快，這就要求教師在教學(xué)中需要不斷完善教學(xué)和實踐內(nèi)容，嘗試探索先進的教學(xué)方法。實踐證明，本文提出的PBL教學(xué)法，應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課堂教學(xué)中可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進了學(xué)生學(xué)習的積極性，提高學(xué)生的實踐能力，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、工程素養(yǎng)和團隊合作精神具有重要的現(xiàn)實意義。