基于PBL教學理念的嵌入式系統(tǒng)教學改革與研究

韓琛曄，田云霞，張微微

（河北工程技術學院，石家莊 050091）

0 引言

嵌入式系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)的一門學科綜合性很強的專業(yè)課，由于近年來嵌入式技術以及物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，國內許多高校都開設了嵌入式系統(tǒng)設計，并將該課程作為工科電類及計算機專業(yè)的一門必修課，但是在以往的教學過程中嵌入式系統(tǒng)課程在教學過程中也存在著以下幾個方面的問題：

（1）嵌入式系統(tǒng)設計課程非常注重理論和實踐教學，但在實際教學過程中，實踐教學課時不足，且實驗教學內容簡單，僅能做一些基礎的驗證性實驗，與一些工程應用場景不匹配，缺乏設計性實驗，不利于培養(yǎng)學生的實際動手能力，和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，畢業(yè)生缺乏獨立開發(fā)的技能。

（2）授課的形式比較單調，理論課程以講授為主，實踐課程不能與理論課程更好的銜接，沒有很好地綜合性和前瞻性，學生對實驗沒有特別大的興趣，學生知識面零散不系統(tǒng)，實驗內容不全面抑制了學生自主創(chuàng)新的學習動力，致使學生動手及創(chuàng)新創(chuàng)造能力沒有得到更好地提升。

（3）隨著物聯(lián)網(wǎng)及通信技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)課程不能更好地與物聯(lián)網(wǎng)技術及通信技術相融合，開發(fā)出更貼近前沿的實驗項目。

針對以上問題，結合我們學校的實際，結合本人多年的實踐教學經(jīng)驗，采用PBL教學法對嵌入式系統(tǒng)設計課程教學進行改革和探索，提以高學生課堂參與度，增強學生項目開發(fā)能力。

1 PBL教學理念

基于PBL的教學理念是一種新型的學習形態(tài)，它體現(xiàn)了權威的“做中學”“學生為主體”的教育思想。該教學理念可以培養(yǎng)學生批判性思維，提高學生解決問題的能力，溝通交流能力，以及團隊協(xié)作能力。在課程運用PBL項目式學習的方式，能讓學生發(fā)現(xiàn)自己的興趣，讓真正的學習過程發(fā)生！

2 PBL教學理念在嵌入式系統(tǒng)課程中的實施

PBL教學改革在17級電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、通信工程三個專業(yè)中展開，其中在物聯(lián)網(wǎng)工程、電子信息工程專業(yè)兩個班中實行PBL教學理念，通信工程專業(yè)兩個班中采用傳統(tǒng)教學模式，以此來比較教學效果。

2.1 PBL 教學的設計與目標

PBL教學有以下幾個特點：①PBL教學以問題、項目為中心；②以學生為主體，教師為教學中的促進者；③PBL教學法以學生自主學習為目標。所有的教學設計圍繞著以問題、項目引入，以學生自主探究，教師輔助的方式展開。在設計教學內容的時候，課堂教學以問題的形式導入，在課下實踐中，以項目的形式開展。

2.2 引入循序漸進的項目或者問題

項目實施過程中采用循序漸進，由易到難的原則，將教學內容分為基礎篇、綜合篇和提高篇，教學過程中設計邊教邊練教學模式，三個篇章的項目由淺入深，能力遞進，將教學實驗分層，每一個實驗層次采用不同的組織形式，培養(yǎng)學生不同的能力，基礎篇主要完成基礎性驗證性實驗，綜合篇主要利用外圍器件傳感器等，實現(xiàn)一些簡單的項目，提高篇將前沿的物聯(lián)網(wǎng)技術與嵌入式技術相結合，通過具體的物聯(lián)網(wǎng)項目讓學生學以致用，提高學生的自主開發(fā)和設計能力。嵌入式系統(tǒng)課程層次化項目設計見表1。

為了使每個項目更好的推進和實施，需要教師提前將課堂問題下發(fā)給學生，學生拿到問題，進行分組自主學習，并進行資料的查閱，最后小組之間進行溝通討論，確定解決問題的思路和方法，完成項目。

學生分組不能隨機分組，要以組內成員異質為原則將學生分組，3～4人為一組，選定一個項目任務。小組組員探究合作學習是解決項目任務的核心要素，也是學生建構知識的重要途徑。

表1 嵌入式系統(tǒng)課程層次化項目設計

2.3 多元化的教學方法促進教學

利用現(xiàn)代信息技術，教師在藍墨云班課上發(fā)布教學資源和項目任務清單，教學資源包括微課視頻、知識點講解、教學課件和項目所需資料等。項目任務清單依據(jù)不同篇章的項目任務細化成各個小任務點。在小組討論中，教師及時查看學生的進度并參與答疑。學生采用合作學習的方式，結合課堂問題，項目問題，進行現(xiàn)場編程，設計的多元化方法展開教學。

2.4 培養(yǎng)組建競賽小組與團隊

在完成綜合篇和提高篇的項目實踐后，注意挖掘和發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)突出、有學習潛力的學生，激發(fā)學習興趣，組建競賽小組，注重培養(yǎng)學生潛能，將以往各種競賽的題目或者案例作為挑戰(zhàn)內容，激發(fā)和鼓勵學生積極參加各類電子競賽、物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式競賽的熱情，加強科技創(chuàng)新及科研實踐。

2.5 評價與考核

引入PBL的教學模式后，評價標準不再是傳統(tǒng)的主要取決于考試成績，而更加側重于實踐任務完成的過程化考核。該門課程的成績組成為：“基礎項目30分、綜合項目30分、期末綜合項目40分”的考核方式。其中“基礎項目30分”采用教師評價，教師根據(jù)學生在課堂上的表現(xiàn)來打分，主要包括課堂教學過程中“問題回答情況”和“項目完成情況”等多個指標進行評分。“綜合項目30分”以小組總分為基準，以每位同學在組內的貢獻度和工作量不同進行打分。小組總分以任課教師根據(jù)每個小組項目的完成情況進行打分。期末綜合設計項目成績以綜合任務完成程度結合設計任務書、實施方案、總結報告及作品創(chuàng)新程度為標準進行評定。基礎項目評價標準及權重見表2。

其中基礎項目評價標準為教師評分，綜合項目和期末綜合設計項目評價標準分為教師評分、小組自評和小組之間互評，教師評分占40%，小組自評占30%，小組之間互評占30%。通過多元化、相互補充的評價標準，可以提高學生的課堂教學參與度，激發(fā)學習興趣。綜合項目及期末項目評價標準及權重見表3。

表2 基礎項目評價標準及權重

表3 綜合項目及期末項目評價標準及權重

3 課程效果與反思

3.1 教學評價及效果

為了檢驗教學效果，通過任教的4個班級（2個傳統(tǒng)班和2個教改班）進行教學實踐，傳統(tǒng)班采用正常的課堂講授教學法進行授課，教改班采用PBL教學法進行授課。在課程結束后，通過匿名問卷調查來了解學生對2種教學方法滿意度的反饋。調查結果如表4顯示，PBL教學法教學學生滿意度較好，教學質量與效果有很大改善，有力地說明了PBL教學法的先進性。

課程完成后對4個班級共同進行了一次期末試卷考試，試題完全相同，兩組班級也呈現(xiàn)出不同的成績分布。嵌入式系統(tǒng)設計試卷成績結果見圖1。實驗結果體現(xiàn)了PBL教學法的優(yōu)越性。

表4 教學滿意度調查

3.2 問題反思

雖然PBL教學法有很好的優(yōu)越性，但是PBL教學法在教學實施過程中出現(xiàn)的一些問題同時也需要注意，主要包括：①精心設計問題及項目。問題和項目的提出是PBL教學的核心，所以問題及項目的選取非常重要，一定要注重問題有啟發(fā)性，項目具有綜合性，能有效的提高學生的知識水平。②杜絕出現(xiàn)組內成員濫竽充數(shù)，吃大鍋飯的現(xiàn)象。PBL教學一般以小組為單位進行，對于一些自制能力差或是懶惰的學生，可能會有依賴感或吃大鍋飯的現(xiàn)象．為了避免這種情況發(fā)生，可以在平時教學中注意課堂提問，項目協(xié)作中注意安排組內學生對項目進行解讀和細化，其他學生提出提問或質疑的方式解決問題。③PBL教學法需要學生積極配合，為了讓學生能夠積極主動參與進來，激勵方式一定要豐富多樣。

圖1 嵌入式系統(tǒng)設計試卷成績對比圖

4 結語

嵌入式系統(tǒng)設計課程的特點就是對實踐要求很高，并且當前信息技術及嵌入式技術更新快，這就要求教師在教學中需要不斷完善教學和實踐內容，嘗試探索先進的教學方法。實踐證明，本文提出的PBL教學法，應用于嵌入式系統(tǒng)設計課堂教學中可以激發(fā)學生的求知欲，促進了學生學習的積極性，提高學生的實踐能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、工程素養(yǎng)和團隊合作精神具有重要的現(xiàn)實意義。