_以学生团队学习和课题开发模式改革嵌入式课程
时间：2019-01-14 03:32:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】首先分析了近年来国内嵌入式教学中的现状和存在的问题。为解决这些问题，在实践中为课程作了许多前期工作，并在此基础上确立了强调学生互助学习、创新学习的思路，采取学生团队学习模式和课题学习模式的方法，激发了学生学习的兴趣，取得了优异的教学成果。
【关键词】 团队学习；课题开发；嵌入式教学
【中图分类号】G420 【文献标识码】B【论文编号】1009―8097（2009）06―0136―03
引言
嵌入式系统是当前发展最快、应用最广、最有发展前景的信息技术主要应用领域之一，嵌入式系统知识体系向上
承接电子、电路、计算机软件、微机原理等多项基础知识领域，广泛涉及到信息科学的软硬件各方面，向下发展至 渗透到社会生活各个领域的令人眼花缭乱的应用 。近年来各高校普遍增加开设 嵌入式方面的课程，甚至有的学校直接开始以嵌入式系统为专业培养学生。与此同时，有关嵌入式教学的研讨和探索随着课程的开展一直在进行。
早期的嵌入式系统教学往往停留在以讲概念和讲原理为主的水平上，导致学生学完后“会背书，不会做” ，严重影响教学质量。针对这一现象，许多高校相关领域的教师也做了不少实践探索和尝试。以同济大学为代表的高校在嵌入式课程中率先引入由卡内基梅隆大学（CMU）提出的“Learning by doing”这一适用于工程教学的行之有效的先进教学理念，对嵌入式教学进行了部分改革。许多高校也将课程进行了强化实际动手能力和实践能力的改
进，教学效果取得了一定程度的提高。
一 存在的问题和现状
目前国内现有的嵌入式系统教学仍然存在不少问题。
第一，尽管从原有的单纯的课堂讲解理论知识到现阶段理论课与实验课并重，嵌入式系统教学中的学生动手实践问题已经得到了很大的改善，但是因为现有的多数嵌入式系统教学课程只能脱胎于原有的计算机课程体系，沿袭了传统教学中重课堂教学、轻操作实践， 重原理、轻应用的课程安排习惯。多数学校的课程为建议改为 ：以理论课为主，配套一定课时的实验课，但是一般理论课时与实验课时的比例为2：1，甚至为3：1，罕有达到1：1或以上的。而作为辅助的实验课程的设定，主要是配备计算机以及由专门厂商生产的嵌入式系统实验箱，具体实验课程多数为嵌入式系统实验箱配套的实验，一般包含基础实验、基本接口实验、人机接口实验、通信与音频接口实验、嵌入式Linux和WinCE基础实验。实际实验课程以选用基础实验部分为多，选用复杂和高级的实验较少。实验内容则多为依照实验参考书的要求重复实现，少见具有创新性的内容和多样化的要求。课程考试或考察也以理论考试为主，实验课表现为辅。这在一定程度上造成了教师和学生双方面的对实践技能的弱化和忽视。
第二，也有部分院校已经能够以嵌入式系统实验单独设课，则在此课程体系内实验课时比例较大，理论课时减少。在更加强化实践能力的课程体系中，在此基础上开设了时间为1――3周的课程设计，一般包含若干个基础实验内容的综合性设计，这一课程安排已经强调了实践能力和动手能力的培养和锻炼，淡化了纯理论教学。但是在实践中，学生层次的参差不齐、教师精力和水平的限制、课题来源的狭隘性、学生单人实践的有限性这些问题都在很大程度上制约着学生实践创新的效果，往往没有最大程度上体现出嵌入式学习和课程设计的优势，普遍存在着课设 课题固定，缺乏团队合作、缺乏创新等现象。
二 嵌入式系统及其教学的特点
分析嵌入式系统课程的内容和应用背景，不难发现嵌入式系统具有不同于其他课程的特点，使得这门课应该是最具有实践性、创新性、应用性的课程，应该是对学生综合能力进行锻炼和培养的绝佳载体。
嵌入式系统课程体系包含以下几个特点：
1.课程综合性强，既有大量的理论知识，实践中又极度强调应用性；
2.知识涉及面广、 内容庞杂，无论理论和实践都覆盖了软硬件多项领域；
3.课程难易程度和教学重点有多种选择，可作为重点内容讲解的包含实际开发、系统理论、体系结构、软件编程等多个方面；
4.新兴领域多，内容较前沿，嵌入式系统的原理虽然今年没有根本的改变，但是研究和应用往往牵涉到社会生活的新兴领域和科技研究的最新成果。
基于嵌入式系统自身的特点，我们认为嵌入式系统课程一般作为本科生的深入课程，而不应纳入基础课体系。虽然嵌入式系统开发的一个特点就是上手并不复杂，不需要太多的知识储备即可开始简单开发。但是深入了解嵌入式系统以后，会发现其对计算机各领域基础知识的综合应用显得尤为突出，表现为基础知识和能力扎实的学生会在嵌入式系统的学习和开发中取得越来越大的“加速度” 。为了培养出区别于速成嵌入式开发人员的较高层次的
嵌入式工程师，将嵌入式课程作为专业深入类的课程尤为重要。
三 我中心的实践改革
我中心经过几年的探索和改革，已将该课程打造为具有一定工程性质的创新性课程，虽然课程性质仍然为选修，但是已经发展为一个能够培养学生团队合作、创新科研并实实在在有作品、出人才的高端课程。在我们的实践中，许多做法改变了传统课程体系的惯例，但是 也发挥了不错的教育效果，为高等院校教育改革提供了独特的思路。
1 建立课程和学生的前期联系
国内各高校基本已经实现学分制，必修、选修双线修学分的思路是基本一致的。但是选修课，尤其是专业选修课的通病是学生选前不了解课程情况、选后又缺乏有效的调换机制。这 直接造成在本该是学生根据兴趣自由选择的更具有创造性的选修课程中 ，学生的失望多、兴趣低、重视程度低。嵌入式系统课程作为一种一定要依靠学生主动学习的课程，学生是否有热情是最核心的问题，我们虽然不能从学校教务层面解决这一问题，但是我们通过学生社团、学生兴趣小组等学生组织在 有兴趣的学生和本课程之间建立了 良好的联系。课程教师在这些组织中间长期担任指导教师等任务，通过讲座、研讨、指导等活动向学生介绍本课程，同时本课程的选修也接受各学生组织在学生自愿的前提下推荐报名。这样保证了选修该课程的学生对课程有了解、有准备，对工程实践真正有兴趣，有激情，解决了最核心的学生学习热情的问题。
2 采取以学生为主的教育方式
嵌入式系统这一领域具有其自身的特点，其核心内容覆盖了计算机专业的若干基础领域，也包含专门的独有知识，要融会贯通需具备一定的专业水平，但同时它又是一门应用性很强的课程，在环境搭建完成的情况下，上手并不复杂，具备基本的计算机知识就可以简单应用。这就决定了这门课程学生上手易、深入难的现状，往往造成学生浅尝则止，流于表面。
我们必须承认学生的精力也是有限的，将所有的东西全部塞给学生是不现实的，也是不符合工程实践教育的思路的。所以，我们选择了一种团队化、合作化、自主化的教育模式。其核心内容就是将学生组织起来，以团队的形式共同学习，在掌握了基础知识的前提下共同开发，在开发过程中深入学习，教师在这一过程中更多的起到指导、帮助的作用。
本课程的初始，即根据学生熟悉程度、学习基础、个人兴趣和能力将学生分为若干团队，课程全程 学生实验、开发等都以团队整体进行，团队根据每个人的特点自设总负责、子项目负责，完成人员配备和进度安排等工作。教师对嵌入式系统整体概念和开发流程的剖析和讲解必须到位、准确，力求给全体学生建立完整的嵌入式系统体系框架和开发思路。随后教师将协助各团队分析自身情况，建立初期学习思路。在基础学习中，采取实验操作引导原理体会的方式，引导学生先上机、后翻书，边上机、边翻书，在实践中学习。具体实验内容采取小组成员分工实践、定时总结汇报、提问互动交流的模式，使得全体学生对每方面的实验都有所了解，同时每个人又有自己较熟悉的领域，汇报过程中还锻炼了学生总结、表达、分析问题、讨论问题的能力。
在掌握了基本操作能力之后，教师指导学生团队开展基于嵌入式系统的创新活动，为了改变教师教、学生学、简单重复实验的缺陷，本课程采取了自主选题、学生科研开发的模式，教师全程指导、辅助，促使学生在研发中主动地学习和解决实际问题。选题包含教师科研课题、学生自选课题、企业课题等等，一般为具有一定实际应用背景的项目课题，由教师指导学生团队分析课题难度、成员分工、进度安排等，超出团队能力范围的项目可分解为合适的子模块来完成。
在这种课题开发式的教学模式中，教师主要起到一个指导参考的作用，包含：前期帮助整个团队对自选课题进行详细分析、功能拆解、成员任务分配、开发规范性讲解；中期组织全体团队和各个团队内部的定期汇报讨论、具有课题针对性的课程知识专门授课、 后期 课题成果的个人总结和团队总结以及相互之间的交流。教师的核心作用是帮助学生团队在实际项目中学会如何进行一个真正的嵌入式项目的开发，以及在一个团队中如何与其他人合作交流这一很难在课堂讲解中解决的问题。
这种方式的优点主要有两个：一是充分发挥学生的学习积极性和相互教育的作用，使得一个团队内的学生每个人可以在自己感兴趣和负责的领域内比较深入的学习和研究，同时通过相互交流和探讨使每个人都能较全面的了解嵌入式系统内其他领域的概念和重点，建立完整的嵌入式系统开发概念；二是真正做到了工程化教学，以实际工程化项目为学习载体，学生全程进行至少一次较大的项目开发，完全掌握嵌入式系统开发能力。
四 课程实施的效果
自该方式试行以来，教学效果非常明显，学生成果突出。
其一，学生团队互助成长作用明显。学生团队中的领导人成长很快，往往能由一个编程能力较强或基础知识扎实的学生“高手” 迅速成长为一个团队的负责人，学会从整体把握项目，全面考虑软件、硬件、开发规范、功能等全面内容。而团队中成员学生积极性极高，进步很大，完全摆脱了应付考试的学习方式，实践动手能力也得到较大的提高。
其二，课题丰富多样，学生课题来源的自由决定了课题的多样性和灵活性，使得课题更能激发学生兴趣、更加富有实际色彩。有的团队自己联系其他教师以教师的项目 为课题；有的团队以省、全国乃至国际性的竞赛选题为课题，在完成课程的基础上参加竞赛；有的团队以服务日常生活为目标，开发出多种多样的自由课题。各类课题开发源代码和资料的汇总整理，更 形成了一个丰富的开放型学习资料库。而这一学习资料库对学生在学习方面的帮助和启发，是任何课堂和教室的教学都无法取代的。
其三，学生能力和学习成果得到极大的提高。学生获得了创新的空间之后，爆发出极大的创造性。团队共同学习和开发的模式本身就已经决定了课题的规模和复杂程度都已经大大超越了单人实验和单人完成的课程设计。而一个优秀的团队能完成的作品更是超出教师甚至学生自己的想象。几年间，参与本课程的本科生的优秀课题成果包含：1)十余项横向课题，总经费达到十余万；2)微软“imagine cup 2007” 全球学生创新大赛中国区第五名；3)“英特尔杯” 全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统邀请赛全国三等奖四项；4)校“学生创新课题” 立项资助若干项，校各类竞赛获奖若干项。
五 结束语
嵌入式系统本身内容及应用领域极其丰富，而对应的教学思路和方法多种多样，不同的教学目标选择的重点不尽相同。我们选择了强调激发学生自主性和积极性的思路，在教学实践上采取了比较特殊的方法，着力培养学生团队学习、自主学习、互助学习、创新开发、课题实践的能力。这种开发模式极大的激发了学生的兴趣和创造力，取得了相当好的成果。
但是在实践中，我们也发现这一方法对教师和学生两者的要求都比较高，作为教师需要对学生完全不同的各方面的问题作出解答或相应的作出学习引导，课程前后花费的时间精力也远大于课程改革前。作为学生，虽然学生自身的条件和兴趣千差万别，但是经过前期的了解和推荐程序，后期的团队氛围培养，整体上学生都体现出较高的积极性和创造力。
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Reform Embedded Course by Students Team study and Project Development Model
ZHAO Guo-an1YU Bin2
（Center of Electrotechnics and Electronics Experiment Teaching，Nanjing Uuniversity of Aeronautics and Astronautics，Nanjing， Jiangsu，210016，China）
Abstract: At first, this paper analyze the actuality and problems of embedded system teaching in China lately. To make up the problems, lots of jobs have been done before the course. Based on all these pro-jobs, the idea which make students study creatively by help each other and the methods that lead students study in a group with doing a real project interest the students on study. There is good teaching effect in our real course teaching.
Keywords: Study in a Group; Project Development; Embedded Teaching
