PBL教學(xué)模式在嵌入式系統(tǒng)課程改革中的應(yīng)用

付琳 江世明

摘? 要 針對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中實(shí)踐性和創(chuàng)新性不足的問(wèn)題，在研究PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)方式差異的基礎(chǔ)上，將問(wèn)題導(dǎo)向、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法引入嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，圍繞具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開展教學(xué)。實(shí)踐表明，課程改革在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面有著良好效果。

關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng);問(wèn)題導(dǎo)向;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);PBL教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）14-0077-03

Application of PBL Teaching Model in Reform of Embedded Sys-

tem//FU Lin， JIANG Shiming

Abstract This paper studied the differences between the PBL tea-

ching model and the traditional teaching method， adopted the problem-

oriented and project-driven teaching method in embedded system teaching， and the teaching organization forms were modified accor-dingly. Practice has shown that the integration of embedded system curriculum with PBL teaching model could improve the students' study initiative and cooperative ability effectively.

Key words embedded system; problem-oriented; project-driven; PBL

teaching model

1 前言

嵌入式系統(tǒng)是面向電子信息類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心課。它將硬件電路知識(shí)與程序設(shè)計(jì)結(jié)合，涵蓋硬件開發(fā)、系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)等內(nèi)容，具有多學(xué)科交叉、工程應(yīng)用突出的特點(diǎn)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般方法，具備一定的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力。在以往的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生普遍反映所學(xué)內(nèi)容涉及面廣、學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)習(xí)效果不盡如人意，無(wú)法適應(yīng)用人單位對(duì)嵌入式人才的需求，偏離地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行改革勢(shì)在必行。

2 課程改革思路

嵌入式系統(tǒng)課程將電子信息理論與工程實(shí)際緊密結(jié)合，側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生思考、實(shí)踐，解決實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題，這與PBL（Problem/Project-based Learning）教學(xué)方法倡導(dǎo)的以學(xué)生為主體，基于問(wèn)題、目標(biāo)的學(xué)習(xí)方式不謀而合。PBL教學(xué)法源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育，主張從實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在掌握知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)技能，引導(dǎo)學(xué)生自我發(fā)展，倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)合作。PBL教學(xué)模式已經(jīng)在國(guó)外高等醫(yī)學(xué)及工程教育等領(lǐng)域取得良好的應(yīng)用效果[1]。

通過(guò)將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)工程技術(shù)問(wèn)題情境，將教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)化為具體工程項(xiàng)目的開發(fā)任務(wù)，讓學(xué)生在分析、解決問(wèn)題的過(guò)程中構(gòu)建知識(shí)，掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)技能。教師由教學(xué)的主導(dǎo)者逐漸過(guò)渡為學(xué)習(xí)促進(jìn)者[2]，與我國(guó)古代的“師者所以答疑解惑也”不謀而合，在民主、協(xié)作的教學(xué)氛圍中，盡可能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，從而取得更好的教學(xué)效果。

3 PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的對(duì)比

傳統(tǒng)工科教學(xué)理念提倡“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”，其中“教師主導(dǎo)”要求教師首先精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，明確教學(xué)方向。然而在實(shí)踐中由于學(xué)生無(wú)法自行決定學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)弱化，學(xué)生的“學(xué)習(xí)主體”地位難以有效保證。此外，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)側(cè)重知識(shí)點(diǎn)的覆蓋率，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)灌輸盡可能多的內(nèi)容，教學(xué)中的許多知識(shí)點(diǎn)都是一帶而過(guò)，學(xué)生難以構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

PBL教學(xué)模式認(rèn)為學(xué)生是學(xué)習(xí)的中心[3]，學(xué)生應(yīng)對(duì)自己的學(xué)習(xí)全面負(fù)責(zé)。通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中設(shè)置問(wèn)題情境[4]，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，根據(jù)自身情況自行制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、安排學(xué)習(xí)進(jìn)度、組織開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師作為教學(xué)的促進(jìn)者，主要關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解深度，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)予以支持，起到拋磚引玉的作用。這種教學(xué)模式能夠極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力、動(dòng)手能力、表達(dá)能力，提高團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，為自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 課程改革實(shí)施過(guò)程

根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)方案，嵌入式系統(tǒng)課程安排在大三的第一個(gè)學(xué)期，原教學(xué)安排為54課時(shí)，七周完成。在課程實(shí)施過(guò)程中，摒棄傳統(tǒng)的按照課時(shí)開展教學(xué)，為學(xué)生提供一個(gè)開放的學(xué)習(xí)環(huán)境及配套開發(fā)裝置，除教師安排的研討時(shí)間外，學(xué)生在開課的七周里自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間。在教學(xué)任務(wù)的設(shè)計(jì)上，嵌入式系統(tǒng)課程被劃分為十個(gè)逐層遞進(jìn)的項(xiàng)目任務(wù)，每個(gè)項(xiàng)目圍繞一個(gè)具體的工程實(shí)踐問(wèn)題展開。其中前八個(gè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生熟悉掌握嵌入式項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及工程應(yīng)用能力;最后兩個(gè)項(xiàng)目為綜合創(chuàng)新項(xiàng)目，重點(diǎn)考查學(xué)生的電子綜合創(chuàng)新應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。項(xiàng)目及典型問(wèn)題如表1所示。

學(xué)習(xí)過(guò)程如圖1所示。每個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過(guò)程包括問(wèn)題調(diào)研、課堂研討、項(xiàng)目實(shí)施、撰寫報(bào)告及作品展示等任務(wù)。項(xiàng)目開始前提供一周的調(diào)研時(shí)間，供學(xué)生明確問(wèn)題解決方向。教師作為指導(dǎo)者，負(fù)責(zé)為學(xué)生提供項(xiàng)目相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)資源，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問(wèn)題展開自主探究，要求學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)間表，提出問(wèn)題的解決方案，對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)方案的可行性及學(xué)生的研究能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，但不可主觀決定學(xué)生的方案。項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程包含多次課堂研討、任務(wù)進(jìn)度匯報(bào)。學(xué)生在實(shí)踐探究過(guò)程中不斷檢驗(yàn)項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)方案的可行性，通過(guò)學(xué)習(xí)EDA工具的使用，在實(shí)踐中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在完成工程任務(wù)的同時(shí)對(duì)獲得的知識(shí)在大腦中再加工，從而加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)班級(jí)中學(xué)生的項(xiàng)目目標(biāo)、能力高低及投入程度各異，最終產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果也不盡相同。通過(guò)這種教學(xué)方式，每個(gè)學(xué)習(xí)個(gè)體能夠獲得獨(dú)特的學(xué)習(xí)意義。項(xiàng)目結(jié)束后，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況撰寫報(bào)告，并對(duì)最終成果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，作為項(xiàng)目考核評(píng)分的依據(jù)。

5 小組協(xié)作

小組協(xié)作是PBL教學(xué)模式中的重要環(huán)節(jié)，在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過(guò)程中，安排兩個(gè)具有較強(qiáng)綜合性的項(xiàng)目，學(xué)生自行分組，每組推選一名小組長(zhǎng)統(tǒng)籌項(xiàng)目任務(wù)分工、組織小組討論、把控項(xiàng)目進(jìn)度等事務(wù)。學(xué)生通過(guò)前期基礎(chǔ)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備基本的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力，在小組協(xié)作過(guò)程中對(duì)典型問(wèn)題進(jìn)行深入分析，借助多種媒介尋找資料，制訂解決方案并予以實(shí)施。通過(guò)多輪的小組討論與協(xié)作，學(xué)生對(duì)問(wèn)題形成共識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合及建構(gòu)。

結(jié)束時(shí)，每個(gè)小組均需陳述演示及撰寫項(xiàng)目實(shí)施報(bào)告，演示過(guò)程中由教師及其他小組成員就項(xiàng)目相關(guān)問(wèn)題提問(wèn)，以充分了解學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的掌握程度。教師在指導(dǎo)過(guò)程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力、處理分歧的能力及溝通協(xié)調(diào)能力，幫助小組成員發(fā)掘自身潛質(zhì)，提升學(xué)生的心理抗壓能力。在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中，工程項(xiàng)目開發(fā)時(shí)一般需要組成團(tuán)隊(duì)、分工協(xié)作，運(yùn)用集體的智慧完成項(xiàng)目，小組協(xié)作通過(guò)模擬真實(shí)的研發(fā)環(huán)境，幫助學(xué)生提前適應(yīng)社會(huì)工作。

6 考核評(píng)價(jià)方式

不同于傳統(tǒng)的考核方式，改革后的嵌入式系統(tǒng)課程考核更加注重學(xué)生能力的評(píng)價(jià)，包括自學(xué)能力、表達(dá)能力、工程應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。單個(gè)項(xiàng)目評(píng)分由過(guò)程評(píng)分（40%）及項(xiàng)目考核評(píng)分（60%）兩部分組成。過(guò)程評(píng)分主要考查學(xué)生在項(xiàng)目中的參與度、任務(wù)安排的合理性，評(píng)分依據(jù)為平時(shí)的項(xiàng)目過(guò)程記錄、小組研討記錄等;考核評(píng)分主要關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，是否通過(guò)項(xiàng)目訓(xùn)練具備了解決此類問(wèn)題的思路與手段，考核內(nèi)容包括作品演示情況及結(jié)題報(bào)告，評(píng)分按比例匯總為該項(xiàng)目的最終成績(jī)。這種靈活的考核方式避免了一次考分定天下的學(xué)習(xí)局面，注重考查學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程與投入程度，促使學(xué)生形成你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍。

7 結(jié)語(yǔ)

PBL教學(xué)模式在學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了知識(shí)建構(gòu)與能力提升兩者間的并行發(fā)展[5]。通過(guò)將PBL教學(xué)模式與嵌入式系統(tǒng)課程相結(jié)合，采用問(wèn)題導(dǎo)向、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，將教學(xué)任務(wù)分解為相互聯(lián)系又彼此獨(dú)立的工程項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題的求解串聯(lián)學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯提高，工程應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到有效提升。在今后的教學(xué)中將進(jìn)一步將該課程改革經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于相關(guān)課程教學(xué)，逐步構(gòu)建單片機(jī)—STM32—嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)的嵌入式課程教學(xué)體系，培養(yǎng)具有終身學(xué)習(xí)能力的電子信息人才。■

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