面向應用型人才培養的嵌入式開發技術課程改革與探索

龍 騰

（中國地質大學（北京）信息工程學院 北京 100083）

2020年10月13日，中共中央國務院印發《深化新時代教育評價改革總體方案》，方案中指出“探索建立應用型本科評價標準，突出培養相應專業能力和實踐應用能力”[1]。在移動互聯背景下，迫切需要軟件工程等相關專業畢業生能迅速投入移動開發領域的具體工作中。嵌入式開發技術這類移動開發類課程對應用型人才的培養提出了更加艱巨的任務[2-4]。基于以上背景和迫切需求，本文積極探索該課程的教學改革與創新，旨在培養符合行業需要的應用型人才，使得學生全面掌握嵌入式軟件開發理論知識、能夠熟練應用移動開發技術。

1 課程現狀

1.1 課程任務與目標

嵌入式開發技術是開設在第三學年第五學期的軟件工程專業核心課，與第四學期的“數據庫系統原理及應用”“人機交互軟件設計”“計算機網絡”等主要專業課程進行銜接。課程不僅涉及開發語言、分析算法，還對軟件工程中的需求分析、系統設計、系統開發等環節提出較高要求。

通過系統講解嵌入式系統以及移動端開發技術等基礎知識，結合系列教學案例開展實踐，課程任務涵蓋軟件開發中需求分析、系統設計、系統開發、代碼測試、文檔書寫、項目匯報等多個環節。課程旨在通過系統地學習，使學生理解嵌入式系統的基本特性和理論方法，掌握移動端應用程序的開發和部署等技術，從而培養高水平的應用型移動開發軟件人才。

1.2 課程特點

課程內容具有實時性。嵌入式開發技術更新快，例如：嵌入式軟硬件的最新發展、多種移動互聯的主流開發平臺的發展現狀及趨勢、開發語言的升級換代、各類高級控件及支撐服務的更替等。該課程開設時間位于第三學年，是學生在第四學年進行畢業設計以及工作面試前的重要實踐訓練環節，課程的實時性對以上應用型人才的考核環節有重要支持作用。

課程案例具有實踐性。嵌入式軟件開發涉及軟件工程的設計與開發、基于具體語言結合各類算法完成移動端的應用實現，相關案例涵蓋多媒體、模式識別、網絡應用等。相關實踐案例的創新性和綜合性，一定程度上決定了應用型人才的培養質量。因此對教學方法、教學手段、案例設計等環節都提出了更高要求[5]。

課程考核具有綜合性。基于以上特點，嵌入式開發技術課程既包含嵌入式理論、又針對具體平臺有實踐開發需求。此外，該課程還涉及開發過程及相關文檔，涉及綜合案例的部分還有團隊協作的需要。因此，學生完成相關課程考核，能夠從多個方面檢驗自己的實踐能力及水平，從而為未來從事行業具體工作的迅速投入與開積極展打下堅實基礎。

1.3 現狀分析

課程內容更新不夠及時。現有的相關教材更新速度趕不上實際應用的更新換代速度[6]。除了教材以外，部分教學案例沒有做到與時俱進，難以吸引學生的興趣，也比較難服務于大學生創新創業項目和競賽項目等。

課程教學模式不夠靈活多樣。傳統的教學模式比較適合嵌入式軟硬件理論部分的學習，而該課程實踐性較強，課程后半階段的開發過程涉及的知識點和技術細節較多，純粹的知識點的教授較難調動學生主動性。

課程考核方式相對單一。嵌入式開發技術課程具備實時性高、綜合性強等特點。一般來說，理論課程進行閉卷考查，缺乏對學生工程思想、編程能力、文檔規范、團隊合作等能力要素的體現，不能全面、準確地評估學生對該課程的掌握情況與實踐水平。

2 改革方案

2.1 線上線下結合的教學模式改革

首先，針對嵌入式開發技術課程實時性強的特點，考慮線上理論資源的更新和補充。利用超星學習通等平臺建設線上課程，包括課程視頻、教輔資料、互動論壇等。除此以外，補充斯坦福大學等名校同類課程視頻資源，還通過雨課堂、學習強國軟件等資源平臺補充思政資源，為學生課外預習、復習、擴展等環節提供有效支持。

其次，針對嵌入式開發技術課程實踐性強的特點，考慮線上線下結合的實踐環節的互動和擴展。課程內設置限時作業、案例實驗以及擴展實驗。并注重相關案例的實時性，在課程教學演示案例和綜合性實踐中增加思政元素：例如神舟十一號飛船發射新聞，不同城市垃圾分類的實時政策等。

實現情況：理論與實踐結合，詳情參考表1。線上結合各類平臺，進行資源更新與共享，并結合移動端進行學情調研以及互動打分。線下結合實驗室實踐平臺，進行案例演示和擴展強化。將“內容講解”“實例練習”“擴展練習”“實踐討論”“課后加強”等課程環節與線上線下的形式融合。

表1 線上+線下、課內+課外的課程環節

以“模型—視圖—控制器”的章節學習為例，進行以上改革。在“內容講解”部分，教師先進行“模型—視圖—控制器”概念介紹，然后通過學習通等線上平臺，進行課堂互動的學情分析和統計。從學生實時投票統計獲知其對知識的掌握程度，并定位到具體學生。

在“實踐討論”部分，教師演示并簡要介紹新聞生成器的界面以及涉及的其余界面，介紹新聞生成的實現邏輯。學生參與討論該項目中輸出口的元素和操作對應的觸發事件，并檢驗學生建議的連接是否正確。在“實例練習”部分，學生基于模擬器完成相應練習，并通過實踐互動平臺實時共享桌面信息，展示完成效果，實現多元化學習形式。在“課后加強”部分，學生從擴展模塊、擴展功能、優化算法等角度對課程練習進行擴展。也可以結合大學生創新創業項目或大學生競賽，將學習內容進行整合與應用。

2.2 競賽案例驅動的教學手段改革

大學生科技競賽，特別是全國競賽排行榜賽事是培養應用型人才的溫床。嵌入式開發技術課程實踐性強，將競賽案例與學生培養環節緊密結合，是培養高素質應用型人才的重要途徑。

競賽案例兼具綜合性、時效性，能有效地調動學生自主學習的積極性。采用競賽案例驅動的教學手段，為實踐教學構建了創新的環境，為培養應用型人才打下堅實基礎。首先，以賽促教，通過大學生科技競賽，特別是全國競賽排行榜賽事的案例來完善和豐富教學內容。將競賽案例按照課程知識點劃分，在課程擴展環節展示相應知識點在競賽中的應用，并與課后擴展環節結合，推進課后訓練。將競賽案例按照“領域背景”“應用場景”“目標需求”進行分解，再以小組討論的形式開發實踐。其次，以教促賽，組織學生參加競賽，檢驗教學效果和學生實踐能力。在競賽中進行知識整合、重構。同時鍛煉學生軟件工程思想、文檔書寫、項目開發以及團隊協作。

實現情況：使用全國競賽排行榜賽事的題目構建競賽案例。分解領域背景：“利用人工智能、大數據、云計算、IoT事等成熟的智能技術在整個垃圾分類鏈條中創造出無數的新產品、新服務，而且還能夠從源頭創造出更多、更好、更便宜的技術和方法，來降解垃圾，回收垃圾”。再抽取應用場景：宣傳教育應用場景、人工智能視覺識別分類場景、智慧環衛運輸場景。學生以小組為單位，針對一個或多個應用場景，提出功能需求和非功能需求，并進行頭腦風暴，列出可以使用的知識點集合，總結知識目標和能力目標。以上賽事獲得區域賽二等獎。除此之外，組織學生的課程案例成果參加大學生移動應用創新賽，獲得一等獎1項、二等獎7項、三等獎2項。課程案例成果取得軟件著作權5項。

2.3 多元構成的課程考核改革

嵌入式開發技術課程綜合性強，在課程考核環節，應全面覆蓋包括平時練習、綜合實踐、團隊協作、課程擴展等在內的多個課程環節。如表2所示，課程成績中課程報告及代碼共計占60%的比例，前者考查學生的工程思想和書寫規范，并通過總結思考梳理學生發現問題、解決問題的過程；后者考查開發模式、設計美學、具體技術等實踐能力。平時線上、線下的互動表現，限時作業完成情況等占30%的比例。答辯匯報和擴展情況各占5%，前者體現團隊協作、匯報呈現等領域任務技術以外的必須技能，后者給予小部分優秀同學就具體科學問題或者應用問題擴展鉆研的肯定。

表2 課程考核要素

實現情況：評分項涵蓋線上線下，考核內容多元，覆蓋課程學習各個階段；打分形式多樣：包括教師、學生的主觀評分，也有系統客觀的數據記錄。由于考核內容涉及思政元素，在課程實踐中，學生積極將時事動態體現在作品中，完成了包括冬奧主題、校慶主題、航空主題、垃圾分類主題等多類移動應用。由于學生互評方式的引入，在答辯匯報環節，學生積極參與實時打分，就項目規模、完成度、匯報情況、團隊合作度等方面給出評判，一定程度上提高了綜合項目的參與度和完成度。

3 總結

嵌入式開發技術課程具備實時性高、綜合性強等特點。教學方法和教學手段的運用一定程度上決定了培養應用型人才的質量，考核形式的選取一定程度上會影響對培養的應用型人才的準確評價。本文從培養優質的應用型人才的角度，探索和思考課程相關改革，包括課程模式的建設、課程實踐的創新、課程考核的多元化。通過相關改革，旨在激發學生的學習動力、提升學生自主學習的能力，為移動開發領域培養高質量的應用型人才。