李薇　何先波　劉敏　沈雪珍　王錦

摘 要：針對(duì)IT就業(yè)應(yīng)用和人才需求，分別從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課余教學(xué)、測(cè)試考核四大教學(xué)子模式的研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)目標(biāo)出發(fā)，對(duì)內(nèi)容體系、資源庫(kù)、集成平臺(tái)、教學(xué)模式、運(yùn)作機(jī)制等方面提出具體改革措施，同時(shí)說(shuō)明理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體內(nèi)容安排，以改善IT專(zhuān)業(yè)嵌入式課程的教學(xué)效果和人才培養(yǎng)能力。

關(guān)鍵詞：IT專(zhuān)業(yè)；嵌入式課程；教學(xué)改革；教學(xué)模式

作為IT領(lǐng)域重要技術(shù)之一，嵌入式技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航天軍事、工業(yè)控制、信息家電、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。社會(huì)快速發(fā)展使嵌入式人才需求旺盛，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，嵌入式人才都是企業(yè)爭(zhēng)奪目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外高校IT專(zhuān)業(yè)大多設(shè)有嵌入式方向課程，但因理念、體制和師資等原因，畢業(yè)生難以達(dá)到嵌入式從業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)嵌入式教育還未滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。嵌入式課程作為一門(mén)覆蓋面廣、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)的交叉學(xué)科，知識(shí)技術(shù)更新日新月異。面對(duì)市場(chǎng)發(fā)展和人才培養(yǎng)的迫切需求，基于該課程復(fù)雜特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)教學(xué)問(wèn)題[1-2]，針對(duì)軟硬件復(fù)合開(kāi)發(fā)要求，如何結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件，以課題化項(xiàng)目化[3]應(yīng)用為導(dǎo)向，在有限的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，既能保證學(xué)生對(duì)基本內(nèi)容的理解，又能提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，是亟待解決的問(wèn)題，也是多數(shù)高校面臨的共同課題。

1 教學(xué)模式研究的主要內(nèi)容和重點(diǎn)目標(biāo)

美國(guó)學(xué)者喬伊斯和韋爾認(rèn)為：“教學(xué)模式是構(gòu)成課程和作業(yè)、選擇教材、提示教師活動(dòng)的一種范式或計(jì)劃”[4]。也有人認(rèn)為：“教學(xué)模式可定義為在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來(lái)的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序”[5]。任何教學(xué)模式都需要指向和完成一定教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)在教學(xué)模式結(jié)構(gòu)中處于核心地位。筆者以應(yīng)用能力為最重要目標(biāo)，主要考慮研究理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課余教學(xué)和測(cè)試考核四個(gè)子模式，明確教學(xué)模式研究四個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)，如圖1所示。從教學(xué)過(guò)程角度，按照理論—實(shí)驗(yàn)—課余—考核的環(huán)節(jié)順序可形成完整的順序教學(xué)過(guò)程；從教學(xué)模式結(jié)構(gòu)角度，各子模式對(duì)應(yīng)模塊功能既相對(duì)獨(dú)立又彼此促進(jìn)。要真正實(shí)現(xiàn)四個(gè)子模式及重點(diǎn)目標(biāo)，最終達(dá)到培養(yǎng)良好應(yīng)用能力這一最重要目標(biāo)，必須進(jìn)行教學(xué)模式改革。

2 理論教學(xué)模式改革措施及教學(xué)內(nèi)容安排

（1）設(shè)計(jì)從硬到軟多層次的可與其他多學(xué)科融合的通用型可自適應(yīng)的嵌入式開(kāi)發(fā)教學(xué)內(nèi)容體系：按照從底層硬件、中層軟件到高層應(yīng)用的思路，從整體上規(guī)劃嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容體系，使其涵蓋嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命周期（開(kāi)發(fā)環(huán)境建立和熟悉、嵌入式處理器開(kāi)發(fā)、嵌入式操作系統(tǒng)移植、基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)、嵌入式軟件中間件開(kāi)發(fā)、嵌入式綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)）。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容體系考慮以模塊化組合方式自適應(yīng)地涵蓋或擴(kuò)展多方面基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)（ARM、DSP、C語(yǔ)言、匯編、單片機(jī)、EDA等），既兼顧軟硬件兩方面的基礎(chǔ)內(nèi)容，又具有和其他專(zhuān)業(yè)課融合應(yīng)用的通用性和靈活性。

（2）建立立體優(yōu)化可共享的復(fù)合型集成型多媒體教學(xué)資源庫(kù)：通過(guò)分批分類(lèi)分級(jí)建立可重復(fù)可共享的、多角度多媒體的、豐富優(yōu)化的、嵌入式相關(guān)的多方位多課程復(fù)合型教學(xué)素材庫(kù)、資源庫(kù)、課件庫(kù)，構(gòu)建學(xué)生全面互聯(lián)的綜合知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，以擴(kuò)大理論教學(xué)廣度、深度，擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)選擇面和自由度。

（3）建立在線(xiàn)/離線(xiàn)可學(xué)的綜合型集成型近遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)：針對(duì)嵌入式課程群（ARM、 DSP、單片機(jī)、EDA等），充分應(yīng)用多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，建立可在線(xiàn)離線(xiàn)學(xué)習(xí)的混合型可集成的、可近遠(yuǎn)程多終端（PC，移動(dòng)端，網(wǎng)絡(luò)等）的按權(quán)限訪(fǎng)問(wèn)和共享的教學(xué)平臺(tái)。

（4）將以“教授—學(xué)習(xí)”為主的傳統(tǒng)理論教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴白詫W(xué)—引導(dǎo)/指導(dǎo)/輔導(dǎo)”為主的翻轉(zhuǎn)課堂[6-7]模式：通過(guò)充分利用建立的多媒體教學(xué)資源庫(kù)和在線(xiàn)離線(xiàn)可自學(xué)的近遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)，教師采用實(shí)物展示、案例分析、操作演示、視頻參考、同步開(kāi)發(fā)、代碼共享、項(xiàng)目引導(dǎo)[3]、分組討論、互動(dòng)總結(jié)、游戲競(jìng)賽、課堂交流、專(zhuān)題講座等直觀(guān)動(dòng)態(tài)、互動(dòng)性強(qiáng)的課堂教學(xué)方法和手段，建立自主學(xué)習(xí)的理論教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性和積極性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生第一次知識(shí)內(nèi)化[7]和初步建模。

考慮通信、軟件、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)5個(gè)專(zhuān)業(yè)，針對(duì)ARM和DSP處理器，進(jìn)行理論教學(xué)內(nèi)容模塊化安排設(shè)計(jì)（見(jiàn)表1），以初步建立軟硬多層次的多學(xué)科融合的通用型自適應(yīng)的嵌入式開(kāi)發(fā)教學(xué)內(nèi)容體系。

嵌入式課程理論教學(xué)大致安排6個(gè)內(nèi)容單元模塊，其中，單元模塊2、4、5作為嵌入式課程核心內(nèi)容，應(yīng)安排20～35學(xué)時(shí)的教學(xué)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革措施及教學(xué)內(nèi)容安排

（1）設(shè)計(jì)從硬到軟多層次的完整的嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系：按照從底層到高層、從硬件到軟件、從平臺(tái)到應(yīng)用的思路，從整體上規(guī)劃嵌入式課程實(shí)驗(yàn)體系，使實(shí)驗(yàn)體系完全涵蓋嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命周期。

（2）建立整合嵌入式及相關(guān)課程群的復(fù)合型集成型實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)：通過(guò)分批分類(lèi)分級(jí)建立可重復(fù)可共享的、多角度多媒體的、豐富優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)素材、資源、案例項(xiàng)目庫(kù)，培養(yǎng)學(xué)生全面互聯(lián)的綜合應(yīng)用實(shí)踐能力。

（3）建立可依據(jù)學(xué)生層次條件和專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)進(jìn)行模塊化自適應(yīng)伸縮調(diào)節(jié)和階段式進(jìn)度控制的綜合集成型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：采用內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)，分階段設(shè)計(jì)和逐步深入措施，在不同階段（初學(xué)、應(yīng)用、創(chuàng)新）設(shè)計(jì)不同功能實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證型、創(chuàng)新型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)）。采用因材施教方針，根據(jù)基礎(chǔ)不同的各層次學(xué)生（高職、本科、研究生）和特長(zhǎng)不同的各專(zhuān)業(yè)學(xué)生（通信、計(jì)算機(jī)、軟件）適當(dāng)組合操作/實(shí)驗(yàn)?zāi)K，調(diào)節(jié)各階段功能實(shí)驗(yàn)側(cè)重比例，靈活調(diào)整實(shí)踐內(nèi)容和深入程度。

（4）轉(zhuǎn)變“上機(jī)—指導(dǎo)”為主的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降健胺旨?jí)引導(dǎo)—分工開(kāi)發(fā)—團(tuán)隊(duì)討論”為主的合作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑涸谇度胧綄?shí)驗(yàn)室軟硬件設(shè)備和平臺(tái)支持和嵌入式創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)教師聯(lián)合指導(dǎo)背景下，針對(duì)案例或項(xiàng)目的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，采用教師—高年級(jí)開(kāi)發(fā)者—低年級(jí)學(xué)習(xí)者（或?qū)煛芯可究粕┑目缒昙?jí)分級(jí)引導(dǎo)/指導(dǎo)/開(kāi)發(fā)的合作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑唇處?導(dǎo)師帶領(lǐng)跨年級(jí)學(xué)生團(tuán)隊(duì)，以分工合作競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的形式，采用每周研討式團(tuán)隊(duì)內(nèi)進(jìn)度溝通和實(shí)時(shí)通信等手段，緊緊圍繞案例學(xué)習(xí)或應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)際需求，開(kāi)展嵌入式開(kāi)發(fā)知識(shí)和技能的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)時(shí)教學(xué)及跟蹤指導(dǎo)， 實(shí)現(xiàn)學(xué)生第二次知識(shí)內(nèi)化[7]和深入建模。

針對(duì)ARM和DSP處理器，同樣考慮5個(gè)專(zhuān)業(yè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容模塊化安排（見(jiàn)表2），以初步建立多層次的涵蓋開(kāi)發(fā)生命周期的復(fù)合型自適應(yīng)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。

嵌入式課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大致安排5個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，見(jiàn)表2。上述實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)作為必選基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)安排16～28學(xué)時(shí)的實(shí)踐上機(jī)；設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)作為各專(zhuān)業(yè)可選的提升實(shí)驗(yàn)和綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，應(yīng)安排至少14學(xué)時(shí)的實(shí)訓(xùn)練習(xí)。

4 課余教學(xué)模式改革措施

（1）設(shè)計(jì)從硬到軟多層次的完整的嵌入式開(kāi)發(fā)課余教學(xué)內(nèi)容體系：整體上規(guī)劃嵌入式課程課余教學(xué)體系，并結(jié)合其他相關(guān)課程（C語(yǔ)言、匯編、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程、微機(jī)接口、單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、DSP、EDA等）設(shè)計(jì)嵌入式交叉復(fù)合應(yīng)用項(xiàng)目課題，以可選可組合可交叉復(fù)合應(yīng)用的模塊化課件/組件形式支持課余碎片化自由化時(shí)間的在線(xiàn)離線(xiàn)式自主學(xué)習(xí)和對(duì)應(yīng)的提示性發(fā)問(wèn)式[8]指導(dǎo)。

（2）建立整合嵌入式及其相關(guān)課程群的復(fù)合型集成型課余資源庫(kù)：通過(guò)分批分類(lèi)分級(jí)建立豐富共享的課余素材、資源、案例項(xiàng)目庫(kù)，以滿(mǎn)足課余利用豐富資源進(jìn)行參考式學(xué)習(xí)的需求。

（3）構(gòu)建可在線(xiàn)聊天或離線(xiàn)留言的方便自由互動(dòng)交流的社區(qū)或網(wǎng)絡(luò)空間平臺(tái)：在社區(qū)（離線(xiàn)論壇）或網(wǎng)絡(luò)空間（在線(xiàn)聊天室）平臺(tái)開(kāi)展以互動(dòng)探討交流總結(jié)為形式的課余學(xué)術(shù)會(huì)議型討論和教學(xué)指導(dǎo)活動(dòng)，以期實(shí)現(xiàn)在自由討論中獲得結(jié)論、以課余指導(dǎo)補(bǔ)充完善結(jié)論，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)論的強(qiáng)效獲取，達(dá)到利用多角度觀(guān)點(diǎn)對(duì)比和多沖突觀(guān)點(diǎn)碰撞促進(jìn)所學(xué)知識(shí)的快速第三次內(nèi)化[7]和完整建模的目的。

（4）建立可充分復(fù)用實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備的可溝通指導(dǎo)和合作開(kāi)發(fā)的師生課余指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)：通過(guò)三級(jí)（教師—高年級(jí)指導(dǎo)者—低年級(jí)指導(dǎo)者，或?qū)煛芯可究粕熒n余指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)及時(shí)有規(guī)律在線(xiàn)指導(dǎo)（如三級(jí)指導(dǎo)1次/周，二級(jí)指導(dǎo)1次/半周）和定時(shí)參與課余活動(dòng)互動(dòng)討論（如全范圍自由討論1次/周），實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生課余學(xué)習(xí)的泛在式指導(dǎo)和溝通，解決其學(xué)習(xí)疑問(wèn)、促進(jìn)其學(xué)習(xí)進(jìn)展并掌握其學(xué)習(xí)進(jìn)度，進(jìn)而促進(jìn)師生的課余實(shí)踐能力的提高和專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的提升。

（5）建立具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的競(jìng)賽型企業(yè)型師生團(tuán)隊(duì)：通過(guò)組建有良好技術(shù)基礎(chǔ)、實(shí)踐項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新意識(shí)的課余競(jìng)賽師生團(tuán)隊(duì)，充分復(fù)用實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)設(shè)備，利用開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)機(jī)制和校企合作平臺(tái)或?qū)嵱?xùn)基地，教師帶領(lǐng)學(xué)生承擔(dān)或參與校內(nèi)專(zhuān)業(yè)技能比賽，參加嵌入式橫縱向項(xiàng)目、企業(yè)或國(guó)家專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽（如嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽、嵌入式系統(tǒng)大賽等），參與權(quán)威認(rèn)證考試，完成基于競(jìng)賽或項(xiàng)目的課余深度指導(dǎo)性實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生獲取更豐富競(jìng)賽型/項(xiàng)目型實(shí)踐開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的提升和從業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提高。

5 測(cè)試考核模式改革措施

（1）設(shè)計(jì)從硬到軟多層次分模塊的嵌入式開(kāi)發(fā)測(cè)試考核內(nèi)容體系：測(cè)試考核主要包含理論、實(shí)驗(yàn)、課余三方面。在整體上規(guī)劃測(cè)試考核內(nèi)容體系，并結(jié)合其他相關(guān)課程設(shè)計(jì)測(cè)試考核課題，以可選可組合可交叉復(fù)合應(yīng)用的模塊化測(cè)試組件和進(jìn)度記錄機(jī)制實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)/離線(xiàn)式自主或隨堂測(cè)試、平時(shí)和期末考核。

（2）建立整合嵌入式及相關(guān)課程群的復(fù)合型集成型測(cè)試考核資源庫(kù)：通過(guò)分批分類(lèi)分級(jí)分模塊分進(jìn)度建立豐富共享的測(cè)試和考核素材、資源和案例項(xiàng)目庫(kù)，以滿(mǎn)足多角度測(cè)試考核需求。

（3）建立依賴(lài)個(gè)人教學(xué)實(shí)踐完成進(jìn)度和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)合作能力及貢獻(xiàn)度的分級(jí)測(cè)試考核機(jī)制：構(gòu)建綜合集成型在線(xiàn)離線(xiàn)測(cè)試考核平臺(tái)，充分反映學(xué)生知識(shí)和技術(shù)掌握進(jìn)度，將個(gè)人學(xué)習(xí)進(jìn)展和實(shí)踐能力分級(jí)量化記錄，采用由理論學(xué)習(xí)進(jìn)度和各級(jí)實(shí)驗(yàn)完成度決定的分級(jí)測(cè)試考核，并補(bǔ)充課余互動(dòng)參與度和貢獻(xiàn)度測(cè)試考核，同時(shí)以學(xué)生團(tuán)隊(duì)（3～6人）為主體，引入個(gè)人在團(tuán)隊(duì)中的任務(wù)技術(shù)難度、重要度、工作量、完成度、協(xié)作性等多項(xiàng)測(cè)評(píng)系數(shù)，并加入個(gè)人在團(tuán)隊(duì)的合作能力和團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)度測(cè)試考核。

（4）建立涵蓋個(gè)人多方面能力的綜合成績(jī)?cè)u(píng)估機(jī)制：在測(cè)試考核平臺(tái)上，將個(gè)人理論學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)開(kāi)發(fā)能力、知識(shí)吸收內(nèi)化能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)程度和競(jìng)賽創(chuàng)新能力等多方評(píng)估因素納入成績(jī)?cè)u(píng)估，其中，個(gè)人實(shí)踐實(shí)訓(xùn)開(kāi)發(fā)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、競(jìng)賽創(chuàng)新能力應(yīng)給予優(yōu)先重點(diǎn)考慮權(quán)重，力求滿(mǎn)足企業(yè)選擇人才標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié) 論

通過(guò)分析和實(shí)踐可知，IT專(zhuān)業(yè)嵌入式課程教學(xué)模式的改革措施具有如下特點(diǎn)：全面完整的教學(xué)內(nèi)容有利于多層次復(fù)合型的學(xué)習(xí)實(shí)踐訓(xùn)練；可提高市場(chǎng)型實(shí)踐型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)能力；多資源多手段多角度特點(diǎn)可改善教學(xué)效果；全面立體式實(shí)時(shí)性教學(xué)和指導(dǎo)可提高教學(xué)效率；模塊化分階段分類(lèi)分級(jí)的自適應(yīng)性教學(xué)可提高教學(xué)靈活性和方便性；關(guān)注嵌入式與其他相關(guān)課程的聯(lián)系和交叉融合，有助于幫助完善整個(gè)專(zhuān)業(yè)綜合知識(shí)體系；分級(jí)跟隨進(jìn)度、綜合個(gè)人團(tuán)隊(duì)等相關(guān)多因素、涵蓋多方面能力的分級(jí)測(cè)試考核和成績(jī)?cè)u(píng)估，提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)自適應(yīng)性。

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（編輯：史志偉）