新工科背景下“嵌入式原理与应用”课程教学方法改革与实践＊

郑来芳，吕玉良

（太原工业学院电子工程系，山西 太原 030008）

1 研究背景

“嵌入式原理与应用”是工科院校电子信息工程、测控技术与仪器、物联网工程等相关专业的基础课程，并且体现了相关专业“软硬件结合、强电与弱电结合”的理念。通过对“嵌入式原理与应用”的学习，学生可以熟练掌握嵌入式芯片的性能参数、运行模式及应用领域。近年来，很多本科院校明确了“嵌入式原理与应用”的重要性，对该课程进行了多次实践和改革，实现了教学手段与方法的有效创新[1-2]。在新工科背景下，研究“嵌入式原理与应用”课程的理论与实践教学方法的改革，为该课程创新与实际应用提供理论依据。

2 “嵌入式原理与应用”课程教学现状

“嵌入式原理与应用”课程是一门集电子信息、通信、计算机等多学科交叉的应用性与实践性很强的专业课程。通过这门课程学习，可以提高学生的创新能力和工程素养，使学生具备发现问题、分析问题、解决问题的能力，实现学生将理论与实际相结合，达到学以致用的效果[3]。

通过“嵌入式原理与应用”课程，学生可以学习基于ARM的嵌入式系统的设计、实现和调试，使学生能够适应新的工程背景下本科院校和大型企业的需求。本课程理论内容丰富，实现了与多门课程的有效整合和交叉。“嵌入式原理与应用”课程交叉融合情况如图1所示。

从图1可以看出，“嵌入式原理与应用”课程具有很强的应用性与实践性。目前，本课程的实际教学工程化、产业化程度较低，教学内容没有将实践、实验与教学内容有效结合，学生通过学习本课程不能获得很高的解决工程应用问题的能力。“嵌入式原理与应用”课程教学现状如下。

图1 “嵌入式原理与应用”课程交叉融合情况

第一，理论内容与实践衔接不到位。嵌入式课程教学内容存在重理论轻实践的现象。对课程中的构建嵌入式Linux系统部分的教学，只是重点介绍Linux系统的构建流程、Linux内核的编译等内容；对于课程中的嵌入式技术教学，没有充分考虑具有较高实际应用需求的嵌入式系统控制问题，仅重视嵌入式编程指令介绍。传统的课程教学，注重教材内容知识，通常讲解过于抽象，理论教学内容只考虑理论，并没有把理论内容与实践内容相结合，没有充分介绍实验内容，无法实现教学内容理论与教学内容实践的融合。目前，嵌入式实验应用通常选择实验箱实验装置，学生的实践内容较少，无法实现ARM芯片的实际应用，学生在学习过程中无法提高动手实践能力，嵌入式课程理论知识过于抽象，导致学生无法通透地理解。

第二，教学模式陈旧。目前，虽然采用PPT、多媒体等教学方法进行教学，逐步替代了传统的板书教学方式。但嵌入式原理课程实践应用性比较强，涉及的知识面比较广。传统的教学模式已不能体现新工科背景下所要求的全方位、多角度的教学特点。传统教学模式以教师“满堂灌、填鸭式”教学为主，课程内的理论知识过于抽象化，系统的应用仅仅体现在概念中，缺少最新的工程实践应用视频数据库和相关应用领域的案例数据库，课程内容多为枯燥乏味，这也是学生学习兴趣比较低的重要原因之一。嵌入式原理课程中包含实验与实践应用案例比较少，而且也存在教师工程实践教学能力偏低，导致实践教学不能体现出嵌入式系统实际应用效果。

第三，校企融合度较差。目前，高校与企业之间的联系很少，学生的实践性不受重视。校企融合程度低，课程层次低，不能满足“嵌入式原理与应用”课程的工程应用和实际需要。

3 新工科背景下理论教学方法改革与实践

3.1 优化教学手段

在理论教学中，可以将学生分成不同的小组，试图将理论内容与实践完美结合，通过设置问题导向，探索学生的学习和思维能力，从而提高学生的学习积极性与兴趣。

课程中ARM嵌入式处理器教学过程中包括处理器相关内容，可将ARM处理器实物代入课程中，通过多媒体、视频等教学手段实现这部分内容的讲解；课程中嵌入式教学部分中，将嵌入式理论知识通过系统的实际应用来举例说明，从而讲授嵌入式应用背景与原理；课程中程序开发与硬件调试部分，采用硬件编程调试、嵌入式仿真平台等来呈现。

在讲解课程中嵌入的内容时，学生不能仅通过PPT将其扩展到如何获取指令以及如何将数据转化为指令。它可以以动画的形式表现出来，缩短学生理解CPU解释和指令的时间。让学生在网络上搜索电子元器件，通过课堂讲解的方式，提升学生的实践水平，拓展学生的视野，提高教学效率。

3.2 改革考核方式

在传统的课程教学中，期末考试成绩与平时成绩的比例为7∶3，理论课占期末成绩的比例很高，因此会导致学生特别重视理论内容的学习，而忽视了非常重要实践能力的培养。在新工科背景下，在教学过程中应增加实践教学的比例，寻找理论与实践相结合的教学方式，将理论知识学习与实践能力培养充分结合。

改革后的考核办法应以实践能力为重点导向，对每个实践单元按理论考核∶实践操作∶创新能力∶实践报告=3∶5∶1∶1的比例进行考核。将课程内容中的理论单元知识作为课程最终理论考核部分；将建立基于ARM的嵌入式系统软硬件平台、利用Proteus软件仿真系统硬件电路图、模拟嵌入式控制系统等作为考核部分；从学生实验和课程设计报告格式是否规范、报告是否有深度等方面考查学生实践报告部分。考核成绩为优秀的学生，可推荐该学生参与大学生电子设计大赛、物联网大赛等，提高学生综合实践和创新能力，使学生从课程中获得丰富的理论知识和实践水平。

3.3 构建校企合作平台

在新工科背景下，校企合作是培养创新型人才的有效途径，是提高学生实践水平的重要途径。构建校企合作平台教学方法已成为新工科在创新发展背景下的重要组成部分，学校通过企业为学生提供就业和实习岗位，企业可以通过学校提供大学生创新创业和实训基地，达到学校和企业共赢的局面。

在新工科背景下，高校十分重视创新型人才的培养。学校和企业合作横向科研课题，学校方负责提供人才资源，企业方负责提供资金支持。该方式可以将学生的创新技术和科研成果通过在企业的生产经营中体现，进而促进企业的生产发展。校企业合作平台如图2所示。

图2 校企业合作平台

4 结论

在新工科背景下，“嵌入式原理与应用”课程的改革与实践，对于培养应用型人才，促进工程教育的发展具有重要意义；应以学生为主体，通过教学模式的改革和创新等方面，实现更高的教学效果；应注重校企合作模式，加强校企业合作平台建设，充分考虑高校培养人才的需要，实现新工程实践教学的高效改革。本课程的理论教学方法改革与实践也可以应用到其他课程的改革与建设中，具有很高的借鉴作用。