嵌入式系統(tǒng)原理線上線下混合式教學(xué)模式探討

賀利軍* 王慧倩 戚 飛 周前能 張紅升

（重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院 重慶 400065）

2016年12月，習(xí)近平同志在全國高校思想政治工作會議指出，只有培養(yǎng)出一流人才的高校，才能夠成為世界一流大學(xué)，2018年9月，在全國教育大會指出，教育是民族振興、社會進步的重要基石，是功在當(dāng)代、利在千秋的德政工程，對提高人民綜合素質(zhì)、促進人的全面發(fā)展、增強中華民族創(chuàng)新創(chuàng)造活力、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義。教育是國之大計、黨之大計。2019年10月，教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見（教高〔2019〕8號），提出了“堅持分類建設(shè)，堅持扶強扶特，提升高階性、突出創(chuàng)新性、增強挑戰(zhàn)度”的基本原則，實施一流本科課程“雙萬計劃”。本科一流課程的實施促進了一流本科專業(yè)的建設(shè)，加強了一流大學(xué)建設(shè)。通過線上線下混合式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力，充分發(fā)揮學(xué)生的能動性和協(xié)作能力，達到符合社會與企業(yè)需要的集成電路設(shè)計人才，同時對增強國家集成電路硬實力有著重要的意義。

《嵌入式系統(tǒng)原理》是電子工程大類、集成電路專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，課程采用匯編語言編程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和多學(xué)科交叉應(yīng)用相結(jié)合的模式，為各個行業(yè)領(lǐng)域和系統(tǒng)級芯片設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。由于課程自身的實踐性較強，采用“科研促教學(xué)”的方法，將抽象的理論與科研前沿和應(yīng)用結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過《嵌入式系統(tǒng)原理》課程的線上線下混合式教學(xué)模式的實施，使學(xué)生進一步了解嵌入式系統(tǒng)中的相關(guān)概念，掌握匯編語言以及和高級語言的混合編程，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的完整流程，具備對一個完整項目中的需求、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、驗證等環(huán)節(jié)實踐能力，而且提升團隊意識。

1 嵌入式系統(tǒng)原理課程需要解決的問題

1.1 教學(xué)理念

在“新工科”背景下工程教育專業(yè)認證標準中要求學(xué)生具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進行預(yù)測、模擬和求解的能力。培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。課程思政教育貫穿教學(xué)始終。以學(xué)生為中心，成果導(dǎo)向，堅持工程教育中學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進的理念。

1.2 教學(xué)團隊

課程負責(zé)人和團隊成員經(jīng)常開展教研活動，備課資源共享，課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，發(fā)揮課程負責(zé)人和教學(xué)骨干教師的核心作用，積極培養(yǎng)青年教師，采用多種方式和途徑提升教學(xué)團隊的整體教學(xué)水平，打造一支師德高尚、業(yè)務(wù)精湛、結(jié)構(gòu)合理、充滿活力的高素質(zhì)專業(yè)化教師團隊。

1.3 教學(xué)內(nèi)容

以嵌入式系統(tǒng)原理為基礎(chǔ)，集成電路技術(shù)發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)突破為導(dǎo)向，注重學(xué)生對集成電路工藝制造，系統(tǒng)設(shè)計，以及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)的能力培養(yǎng)，注重嵌入式系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)、生物、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療等領(lǐng)域的交叉研究與應(yīng)用，持續(xù)優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容和知識體系，滿足多方面的需求。

1.4 教學(xué)模式

通過課堂學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)兩種方式有機結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式，注重線上教學(xué)媒體與資源建設(shè)，解決好教學(xué)形式、教學(xué)技術(shù)、教學(xué)手段和教學(xué)評價等方面的問題，注重教與學(xué)模式的創(chuàng)新，實現(xiàn)教學(xué)形式由傳統(tǒng)的面對面教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)相結(jié)合，教學(xué)技術(shù)由視頻、音頻和文本等多媒體技術(shù)結(jié)合，教學(xué)手段由教師講授與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，教學(xué)評價有過程性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合。實現(xiàn)由知識傳授向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，從而達到較為理想的教學(xué)效果。

1.5 課程考核

通過多方式的課程考核激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和專業(yè)興趣。教學(xué)平臺對學(xué)生學(xué)習(xí)的跟蹤。課堂教學(xué)過程增加討論、辯論、方案設(shè)計等。引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)環(huán)節(jié)，改變學(xué)習(xí)態(tài)度，形成課程考核與評價多元化。從而實現(xiàn)課程學(xué)習(xí)的深度和多學(xué)科交叉廣度。

2 課程內(nèi)容及組織實施

2.1 課程思政

隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，世界各大公司研制出各種高性能、不同型號的單片機、嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)（SoC）。它廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機、大數(shù)據(jù)、AI、其他消費等領(lǐng)域。在“新工科”背景下，結(jié)合工程教育認證，建設(shè)一流專業(yè)，從而實現(xiàn)一流大學(xué)。培養(yǎng)出德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀集成電路人才，實現(xiàn)中國芯偉大征程。課程教學(xué)過程中，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)原理相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，參考全國大學(xué)生電子設(shè)計類大賽及相關(guān)各類大賽內(nèi)容，采用課賽結(jié)合、分組討論等教學(xué)組織形式，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和復(fù)雜工程問題解決能力的同時，讓學(xué)生利用馬克思主義辯證思維，結(jié)合當(dāng)代世界格局，明確學(xué)習(xí)目標，樹立推進社會發(fā)展新技術(shù)理念，樹立社會責(zé)任意識。以嚴謹求實的專業(yè)精神，精益求精的工匠精神，結(jié)合理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)學(xué)生認識到集成電路、人工智能、智慧醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等各領(lǐng)域的交叉融合帶來巨大的機會和挑戰(zhàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，增強社會擔(dān)當(dāng)，增強社會服務(wù)動力，激發(fā)愛國主義熱情，以堅定的社會主義信念，推動中國芯的發(fā)展。

2.2 線上線下教學(xué)

通過慕課、雨課堂、校內(nèi)課程網(wǎng)、直播軟件等線上教學(xué)與小組討論、團隊協(xié)作、競賽項目、電子教室等線下教學(xué)相結(jié)合，實現(xiàn)最終完整的線上線下教學(xué)模式。對教學(xué)大綱、課件和網(wǎng)絡(luò)在線資源，一直在根據(jù)教學(xué)過程中的學(xué)生反饋和技術(shù)的更新進行持續(xù)改進。

2.3 教學(xué)內(nèi)容實施

嵌入式系統(tǒng)原理教學(xué)內(nèi)容安排如下表所示，其中課內(nèi)總學(xué)時48學(xué)時（理論32學(xué)時、實踐16學(xué)時），課外總學(xué)時48學(xué)時。在教學(xué)內(nèi)容實施過程中，根據(jù)學(xué)生的興趣愛好，特長提前構(gòu)建5-8人規(guī)模的課程學(xué)習(xí)小組，選取優(yōu)秀組員、研究生和高年級本科生為組長。以小組為單位，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課外自學(xué)和課外小組研討，培養(yǎng)學(xué)生的人際溝通、團隊協(xié)作能力，增強學(xué)生的綜合素質(zhì)（見表1）。

表1：嵌入式系統(tǒng)原理線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配

課程教學(xué)內(nèi)容以電子設(shè)計大賽、企業(yè)新型產(chǎn)品、項目實操為基礎(chǔ)，主要圍繞“嵌入式系統(tǒng)”的完整流程進行設(shè)計。教學(xué)中，提升學(xué)生對硬件架構(gòu)、匯編語言的理解及多學(xué)科交叉應(yīng)用的了解，鍛煉學(xué)生分析問題與解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與團隊協(xié)作能力。具體教學(xué)實施過程中，依托教材、在線資源、項目開發(fā)等教學(xué)資源自學(xué)和課堂研討，分為“學(xué)習(xí)—思考—提問—分析—提升”5個階段，體現(xiàn)持續(xù)改進的教學(xué)過程，逐步引導(dǎo)本科生參與教學(xué)團隊科研實訓(xùn)項目，進一步培養(yǎng)學(xué)生項目設(shè)計開發(fā)能力，加快我國集成電路的發(fā)展。

3 課程成績評定方式

嵌入式系統(tǒng)原理的成績評定，結(jié)合了線上和線下評測，其考核主要通過：考勤、課外作業(yè)、課堂交流提問、課內(nèi)測驗、線上測評、項目報告和期末考試。其中考勤、課外作業(yè)、課堂交流提問構(gòu)成平時成績，占20%；課內(nèi)測驗、線上測評和項目報告構(gòu)成階段成績，占30%；期末考試占50%。

4 課程評價及改革成效

依托課程教學(xué)團隊在嵌入式系統(tǒng)原理教學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)積累和優(yōu)化改進。通過嵌入式系統(tǒng)原理線上線下混合式教學(xué)和科研訓(xùn)練計劃，教學(xué)團隊指導(dǎo)學(xué)生在國內(nèi)外高水平競賽中先后取得了：2019年度“第十六屆全國大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽重慶市選拔賽”二等獎（省部級）、“第五屆中國‘互聯(lián)網(wǎng)+’大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽重慶賽區(qū)選拔賽”銅獎（省部級）、“第十六屆‘挑戰(zhàn)杯’全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”二等獎（省部級）、“第十六屆‘挑戰(zhàn)杯’全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽重慶市選拔賽”二等獎省部級），2018年“第四屆互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”銅獎（國家級）、“‘農(nóng)商行·加上創(chuàng)業(yè)貸’重慶市第六屆大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”二等獎（省部級），2017年“第三屆中國互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”銀獎（省部級）、“全國大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽”三等獎（國家級）、“第七屆集成電路設(shè)計大賽”二等獎（國家級）等優(yōu)異成績。上述高水平競賽中優(yōu)異成績的取得，展現(xiàn)了重慶郵電大學(xué)光電學(xué)子在集成電路、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的實戰(zhàn)能力，也充分體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)原理教學(xué)團隊的學(xué)術(shù)水平、教學(xué)能力和學(xué)生培養(yǎng)效果，為集成電路類人才培養(yǎng)提供有力保障，并且滿足國家短缺的高質(zhì)量集成電路人才的需求。

5 結(jié)束語

本文通過嵌入式系統(tǒng)原理線上線下混合式教學(xué)，有機結(jié)合科研實訓(xùn)計劃、競賽項目等，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的滿堂灌，枯燥的學(xué)習(xí)氣氛和被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性和自主性，提高了嵌入式系統(tǒng)原理的學(xué)習(xí)興趣，積極參與課堂線上以及線下教學(xué)活動，最終實現(xiàn)集成電路人才培養(yǎng)目標，為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。