李娟 何堅(jiān)
摘? 要:新興技術(shù)與新應(yīng)用場景發(fā)展的推動,使嵌入式系統(tǒng)成為技術(shù)熱點(diǎn)方向之一,然而高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在學(xué)習(xí)門檻高、學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足等難點(diǎn)。本文提出項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。通過引入項(xiàng)目案例來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,通過結(jié)合學(xué)習(xí)評估來促進(jìn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí),建立了持續(xù)評估改進(jìn)的方法應(yīng)用模式。該方法在高校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐,能夠有效提升教學(xué)的整體成效,能更好地培養(yǎng)學(xué)生知識掌握與實(shí)際應(yīng)用能力。
關(guān)鍵詞:學(xué)習(xí)評估;嵌入式系統(tǒng);過程改進(jìn)
中圖分類號:G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? 文章編號:1673-7164(2021)27-0071-03
隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G等新興技術(shù)應(yīng)用的深入發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)方向[1]。嵌入式系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù),將計(jì)算直接嵌入到場景化應(yīng)用系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的無處不在。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛,不僅包括生活中的應(yīng)用,如智能家居、車載互聯(lián)網(wǎng)等,更在制造、通訊、航空、軍事裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
然而,嵌入式系統(tǒng)的交叉學(xué)科性質(zhì)導(dǎo)致其學(xué)習(xí)門檻高,該領(lǐng)域技術(shù)更新速度快,使得掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的人才較為稀缺。傳統(tǒng)以理論教學(xué)為主的嵌入式系統(tǒng)授課模式無法讓學(xué)生切實(shí)掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)原理,難以培養(yǎng)實(shí)際動手能力,不能滿足產(chǎn)業(yè)界對嵌入式人才的要求。因此,需要高校改進(jìn)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法[2-3],加強(qiáng)面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的人才培養(yǎng)。
一、高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的主要難點(diǎn)
由于嵌入式系統(tǒng)本身跨學(xué)科領(lǐng)域較多、對學(xué)生實(shí)際操作能力要求較高[4],在教學(xué)實(shí)踐中,嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的主要難點(diǎn)包括:
第一,學(xué)生對所學(xué)專業(yè)方向缺乏了解,有畏難情緒。學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展和方向缺乏了解,認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)很困難,產(chǎn)生畏難情緒,被動的學(xué)習(xí)情緒必然帶來消極的學(xué)習(xí)效果。
第二,學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確,缺乏學(xué)習(xí)動力。學(xué)生對所學(xué)的嵌入式系統(tǒng)知識與未來要從事的工作之間的關(guān)系不清晰,對該領(lǐng)域未來發(fā)展缺乏認(rèn)識,導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確,學(xué)習(xí)動力缺乏。
第三,教學(xué)過程中缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效評估機(jī)制。嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程中,教師缺乏有效的方法來了解學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,具有個性化學(xué)習(xí)特點(diǎn),需要設(shè)計(jì)更為豐富且個性化的學(xué)習(xí)評估機(jī)制來及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,以便在課程教學(xué)中做出調(diào)整。
第四,課程教學(xué)需要持續(xù)的改進(jìn)機(jī)制。在教學(xué)過程中,教師積累了大量的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),這些知識對嵌入式系統(tǒng)課程后續(xù)教學(xué)的改進(jìn)非常重要。因而,教師需要對這些知識進(jìn)行總結(jié)和積累,也需要授課教師之間建立有效的溝通和分享機(jī)制。
二、項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的教學(xué)新方法
針對以上難點(diǎn),本文提出了項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。一方面采用項(xiàng)目案例來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,解決學(xué)生興趣缺乏的問題,鼓勵學(xué)生自己動手做智能電視、平板電腦、四軸飛行器和智能小車等,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面,采用學(xué)習(xí)評估[5]的方法促進(jìn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí),提升學(xué)習(xí)效率,幫助教師及時掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題,針對學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)個性化的教學(xué)方案。
(一)基于PDCA,建立教學(xué)持續(xù)改進(jìn)框架
本文引入質(zhì)量管理PDCA(Plan Do Check Action)持續(xù)改進(jìn)方法,建立項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法的持續(xù)改進(jìn)框架。教師基于教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生對課程的期待、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃設(shè)計(jì),包括教學(xué)任務(wù)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)評估節(jié)點(diǎn)以及評估方法。在教學(xué)計(jì)劃執(zhí)行中,采集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),按照規(guī)范的評估方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)特點(diǎn)等進(jìn)行評估?;谠u估結(jié)果,總結(jié)教學(xué)階段性經(jīng)驗(yàn),改進(jìn)教學(xué)計(jì)劃。支持教師在每一輪教學(xué)結(jié)束后總結(jié)授課經(jīng)驗(yàn)及學(xué)生學(xué)習(xí)特征,對以后的課程教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。
(二)以項(xiàng)目案例為驅(qū)動,通過逐步深化的工程訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力
在以“嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)”為代表的課程中,課題組實(shí)施以項(xiàng)目開發(fā)過程為主線、以實(shí)際應(yīng)用為場景、以項(xiàng)目案例為示范、以學(xué)習(xí)平臺為支撐、以協(xié)作學(xué)習(xí)為主導(dǎo)、以過程管理為保障的“立體化”教學(xué)模式。在項(xiàng)目案例開發(fā)過程實(shí)踐中介紹理論體系、指導(dǎo)實(shí)踐,使學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)理論,提升工程實(shí)踐能力、系統(tǒng)化思維和過程管理能力。
針對學(xué)生對所學(xué)知識與將來工作間關(guān)系的困惑,課題組依托北京工業(yè)大學(xué)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)及嵌入式系統(tǒng)工程實(shí)踐教育中心,配合授課教師將工程訓(xùn)練、基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐由易到難地融入學(xué)業(yè)周期,讓學(xué)生在工程訓(xùn)練過程中增進(jìn)對專業(yè)知識的理解,應(yīng)用知識解決項(xiàng)目訓(xùn)練中的實(shí)際問題,培養(yǎng)學(xué)生活躍的思維能力和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力。
(三)建立以學(xué)習(xí)評估為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過程改進(jìn)方法
針對學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)效率較低的問題,課題組進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)過程及方法調(diào)研,形成以學(xué)習(xí)評估為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過程改進(jìn)方法,從“學(xué)習(xí)目標(biāo)”“學(xué)習(xí)投入”“教師反饋”等三個方面來改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程,支持學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)?;趯I(yè)特點(diǎn),確立學(xué)習(xí)目標(biāo),然后圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo),加大學(xué)習(xí)投入,提高學(xué)習(xí)強(qiáng)度。教師在整個學(xué)生學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)及時進(jìn)行反饋,設(shè)計(jì)豐富的評估指標(biāo),幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中及時了解自己的優(yōu)勢和不足,及時改進(jìn),達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
(四)以科技競賽為載體,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力
課題組依據(jù)課程進(jìn)度以及學(xué)生專業(yè)知識的掌握程度,有針對性地組織學(xué)生參加“國創(chuàng)杯”等創(chuàng)業(yè)大賽,了解社會所需的人才類型和技術(shù)趨勢。結(jié)合科研項(xiàng)目為學(xué)生設(shè)立課題,組織學(xué)生參加“星火基金”等科研實(shí)踐,組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”“中國軟件杯”等科技競賽,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。
三、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法實(shí)踐
項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法成功應(yīng)用于軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向本科班的專業(yè)課實(shí)踐、工程實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中。授課教師配合專業(yè)負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)軟件工程(嵌入式系統(tǒng)方向)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方案,將項(xiàng)目案例的分析開發(fā)融入課程教學(xué)的全過程。例如,組織學(xué)生參觀微軟、蘋果等公司的研發(fā)中心,實(shí)際體驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程;組織學(xué)生參加“數(shù)學(xué)建?!薄皠?chuàng)新杯”創(chuàng)業(yè)大賽,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐創(chuàng)新能力。將真實(shí)項(xiàng)目和科研課題融入“嵌入式系統(tǒng)原理”“嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)”等課程教學(xué)中,在工程實(shí)踐中講解理論知識,讓學(xué)生切身體會如何應(yīng)用所學(xué)知識解決項(xiàng)目中的困難問題。此外,為學(xué)生設(shè)計(jì)申報(bào)“星火基金”等課題、支持學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等科技競賽,發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動性,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的求學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中依托真實(shí)項(xiàng)目案例開發(fā),培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力,并在項(xiàng)目中通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的工程協(xié)作能力。
四、結(jié)論
本文針對高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的主要難點(diǎn),提出了項(xiàng)目案例與學(xué)習(xí)評估結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)新方法。該方法采用項(xiàng)目案例來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力;采用學(xué)習(xí)評估的方法幫助學(xué)生培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣,提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率,支持授課教師針對學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)個性化的教學(xué)方案。通過引入PDCA的持續(xù)改進(jìn)方法,支持授課教師能夠建立教學(xué)計(jì)劃的持續(xù)改進(jìn)工作過程,不斷完善教學(xué)方案。該方法成功應(yīng)用于軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向本科教學(xué)中,教學(xué)實(shí)踐充分證明,嵌入式系統(tǒng)教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生掌握水平和創(chuàng)造能力方面是非常有效的教學(xué)方法。
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