嵌入式系統原理線上線下混合式教學模式探討

賀利軍* 王慧倩 戚 飛 周前能 張紅升

（重慶郵電大學光電工程學院 重慶 400065）

2016年12月，習近平同志在全國高校思想政治工作會議指出，只有培養出一流人才的高校，才能夠成為世界一流大學，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，是功在當代、利在千秋的德政工程，對提高人民綜合素質、促進人的全面發展、增強中華民族創新創造活力、實現中華民族偉大復興具有決定性意義。教育是國之大計、黨之大計。2019年10月，教育部關于一流本科課程建設的實施意見（教高〔2019〕8號），提出了“堅持分類建設，堅持扶強扶特，提升高階性、突出創新性、增強挑戰度”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的建設，加強了一流大學建設。通過線上線下混合式教學模式，培養學生解決復雜工程問題的綜合能力，充分發揮學生的能動性和協作能力，達到符合社會與企業需要的集成電路設計人才，同時對增強國家集成電路硬實力有著重要的意義。

《嵌入式系統原理》是電子工程大類、集成電路專業的一門學科基礎課，課程采用匯編語言編程基礎學習和多學科交叉應用相結合的模式，為各個行業領域和系統級芯片設計打下良好基礎。由于課程自身的實踐性較強，采用“科研促教學”的方法，將抽象的理論與科研前沿和應用結合，提高學生的學習興趣。通過《嵌入式系統原理》課程的線上線下混合式教學模式的實施，使學生進一步了解嵌入式系統中的相關概念，掌握匯編語言以及和高級語言的混合編程，掌握嵌入式系統設計的完整流程，具備對一個完整項目中的需求、硬件設計、軟件設計、驗證等環節實踐能力，而且提升團隊意識。

1 嵌入式系統原理課程需要解決的問題

1.1 教學理念

在“新工科”背景下工程教育專業認證標準中要求學生具備能夠應用信息技術對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力。培養高素質復合型“新工科”人才。課程思政教育貫穿教學始終。以學生為中心，成果導向，堅持工程教育中學生中心、產出導向、持續改進的理念。

1.2 教學團隊

課程負責人和團隊成員經常開展教研活動，備課資源共享，課程教學環節設計，發揮課程負責人和教學骨干教師的核心作用，積極培養青年教師，采用多種方式和途徑提升教學團隊的整體教學水平，打造一支師德高尚、業務精湛、結構合理、充滿活力的高素質專業化教師團隊。

1.3 教學內容

以嵌入式系統原理為基礎，集成電路技術發展和關鍵技術突破為導向，注重學生對集成電路工藝制造，系統設計，以及相關產品開發的能力培養，注重嵌入式系統與大數據、生物、工業物聯網、醫療等領域的交叉研究與應用，持續優化課程教學內容和知識體系，滿足多方面的需求。

1.4 教學模式

通過課堂學習和在線學習兩種方式有機結合的線上線下混合式教學模式，注重線上教學媒體與資源建設，解決好教學形式、教學技術、教學手段和教學評價等方面的問題，注重教與學模式的創新，實現教學形式由傳統的面對面教學與網絡在線學習相結合，教學技術由視頻、音頻和文本等多媒體技術結合，教學手段由教師講授與學生自主學習相結合，教學評價有過程性評價和總結性評價相結合。實現由知識傳授向能力培養的轉變，從而達到較為理想的教學效果。

1.5 課程考核

通過多方式的課程考核激發學生的學習動力和專業興趣。教學平臺對學生學習的跟蹤。課堂教學過程增加討論、辯論、方案設計等。引導學生參與教學環節，改變學習態度，形成課程考核與評價多元化。從而實現課程學習的深度和多學科交叉廣度。

2 課程內容及組織實施

2.1 課程思政

隨著半導體工藝和集成電路設計技術的發展，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、片上系統（SoC）。它廣泛應用于汽車、醫療設備、手機、大數據、AI、其他消費等領域。在“新工科”背景下，結合工程教育認證，建設一流專業，從而實現一流大學。培養出德才兼備的優秀集成電路人才，實現中國芯偉大征程。課程教學過程中，結合嵌入式系統原理相關教學內容，參考全國大學生電子設計類大賽及相關各類大賽內容，采用課賽結合、分組討論等教學組織形式，在培養學生的創新意識和復雜工程問題解決能力的同時，讓學生利用馬克思主義辯證思維，結合當代世界格局，明確學習目標，樹立推進社會發展新技術理念，樹立社會責任意識。以嚴謹求實的專業精神，精益求精的工匠精神，結合理論聯系實際的學習方法，引導學生認識到集成電路、人工智能、智慧醫療、物聯網等各領域的交叉融合帶來巨大的機會和挑戰，培養創新精神，增強社會擔當，增強社會服務動力，激發愛國主義熱情，以堅定的社會主義信念，推動中國芯的發展。

2.2 線上線下教學

通過慕課、雨課堂、校內課程網、直播軟件等線上教學與小組討論、團隊協作、競賽項目、電子教室等線下教學相結合，實現最終完整的線上線下教學模式。對教學大綱、課件和網絡在線資源，一直在根據教學過程中的學生反饋和技術的更新進行持續改進。

2.3 教學內容實施

嵌入式系統原理教學內容安排如下表所示，其中課內總學時48學時（理論32學時、實踐16學時），課外總學時48學時。在教學內容實施過程中，根據學生的興趣愛好，特長提前構建5-8人規模的課程學習小組，選取優秀組員、研究生和高年級本科生為組長。以小組為單位，讓學生課前預習，課外自學和課外小組研討，培養學生的人際溝通、團隊協作能力，增強學生的綜合素質（見表1）。

表1：嵌入式系統原理線上線下混合式教學內容及學時分配

課程教學內容以電子設計大賽、企業新型產品、項目實操為基礎，主要圍繞“嵌入式系統”的完整流程進行設計。教學中，提升學生對硬件架構、匯編語言的理解及多學科交叉應用的了解，鍛煉學生分析問題與解決問題能力，培養學生創新意識與團隊協作能力。具體教學實施過程中，依托教材、在線資源、項目開發等教學資源自學和課堂研討，分為“學習—思考—提問—分析—提升”5個階段，體現持續改進的教學過程，逐步引導本科生參與教學團隊科研實訓項目，進一步培養學生項目設計開發能力，加快我國集成電路的發展。

3 課程成績評定方式

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

4 課程評價及改革成效

依托課程教學團隊在嵌入式系統原理教學領域的持續積累和優化改進。通過嵌入式系統原理線上線下混合式教學和科研訓練計劃，教學團隊指導學生在國內外高水平競賽中先后取得了：2019年度“第十六屆全國大學生挑戰杯競賽重慶市選拔賽”二等獎（省部級）、“第五屆中國‘互聯網+’大學生創新創業大賽重慶賽區選拔賽”銅獎（省部級）、“第十六屆‘挑戰杯’全國大學生課外學術科技作品競賽”二等獎（省部級）、“第十六屆‘挑戰杯’全國大學生課外學術科技作品競賽重慶市選拔賽”二等獎省部級），2018年“第四屆互聯網+大學生創新創業大賽”銅獎（國家級）、“‘農商行·加上創業貸’重慶市第六屆大學生創新創業大賽”二等獎（省部級），2017年“第三屆中國互聯網+大學生創新創業大賽”銀獎（省部級）、“全國大學生集成電路設計大賽”三等獎（國家級）、“第七屆集成電路設計大賽”二等獎（國家級）等優異成績。上述高水平競賽中優異成績的取得，展現了重慶郵電大學光電學子在集成電路、生物醫學等領域的實戰能力，也充分體現了嵌入式系統原理教學團隊的學術水平、教學能力和學生培養效果，為集成電路類人才培養提供有力保障，并且滿足國家短缺的高質量集成電路人才的需求。

5 結束語

本文通過嵌入式系統原理線上線下混合式教學，有機結合科研實訓計劃、競賽項目等，改變傳統教學模式的滿堂灌，枯燥的學習氣氛和被動的學習狀態，增強了學生學習的能動性和自主性，提高了嵌入式系統原理的學習興趣，積極參與課堂線上以及線下教學活動，最終實現集成電路人才培養目標，為國家級一流本科專業建設奠定基礎。