新工科背景下嵌入式系統原理課程教學改革探討

摘 要：在新工科背景下，嵌入式系統技術已經成為了信息技術領域最重要的一個分支。由于該技術的特殊性質，傳統的課程教學模式已經無法滿足需求。為此，提出了一種新的課程教學改革方案，旨在更好地培養學生的實踐能力和解決問題的能力。通過該方案的實施，學生的學習興趣得到了進一步提高，同時學生的學習效果也得到了顯著的提升，表明所提出的課程教學改革方案具有較高的實用價值，值得進一步推廣。

關鍵詞：新工科；嵌入式系統；課程教學改革；教學模式；實踐能力；人才培養

中圖分類號：TP39；TN602 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.041

0 引 言

隨著社會和科技的不斷發展，嵌入式系統技術已經成為了信息技術領域最為重要的一個分支[1]。作為一門集電路、計算機軟件、計算機硬件等多種技術于一體的交叉學科，嵌入式系統技術在現代工業自動化、智能家居、智能城市等領域中應用廣泛，對于改善人們的生活和提高生產效率起到了非常重要的作用[2]。

在新工科背景下，需要將嵌入式系統技術納入到課程體系中，并通過針對性的教學改革方案來培養學生的實踐能力和解決問題的能力。然而，傳統的課程教學模式已經不能滿足需求。由于嵌入式系統技術的特殊性質，學生需要具備扎實的實踐能力和解決問題的能力，才能夠更好地理解和應用相關知識[3]。因此，在新工科背景下，需要對嵌入式系統原理課程進行相應的教學改革，以更好地培養學生的實踐能力和解決問題的能力[4]。

本文旨在探討一種新的嵌入式系統原理課程教學改革方案，以期更好地滿足學生的需求。本文將介紹該方案的內容和實施方法，并通過對比傳統教學模式和新的教學改革方案的差異，評估其效果和價值。在新工科的背景下，通過不斷地改進和創新，可以培養出更多高素質人才[5]。

1 課程改革方案的背景和意義

在新工科背景下，嵌入式系統技術已經成為信息技術領域中最為重要的一個分支。隨著行業的快速發展，嵌入式系統領域對人才的需求越來越大。然而，傳統的課程教學模式側重于理論知識的傳授，缺乏實踐環節和項目實戰，無法真正鍛煉學生的實踐能力和解決問題的能力，傳統的課程教學模式已經不能夠滿足學生的需求[6]。因此，在新工科背景下，需要對嵌入式系統原理課程進行相應的教學改革。本文提出的課程教學改革方案通過加強實踐環節、引入項目考核、開展團隊合作和借助互聯網資源等多種方式來達到目的。從理論到實踐都能夠更好地滿足學生的需求，鼓勵學生自己動手完成項目，并在實踐中掌握相關知識和技能，可以有效激發學生的學習興趣，鍛煉協作能力和溝通能力[7]。

通過此教學改革方案可以更好地培養出具備實踐能力和解決問題能力的嵌入式系統工程師，能夠適應行業的快速發展。因此，本研究具有重要的現實意義。

2 課程改革方案的內容和實施方法

為了更好地滿足學生的需求，本文提出了一種新的嵌入式系統原理課程教學改革方案，該方案包括以下幾個方面：

（1）加強實踐環節

傳統的課程教學模式側重于理論知識的傳授，缺乏實踐環節和項目實戰，無法真正鍛煉學生的實踐能力和解決問題的能力。學生只是被動地接受理論知識而沒有機會在實踐中嘗試應用這些知識，不能充分開發學生的探索精神和創新意識[8]。因此，在新工科背景下，需要加強實踐環節，鼓勵學生自己動手完成項目，并在實踐中掌握相關知識和技能。通過實踐，學生可以更深入地了解嵌入式系統的特點、優勢和應用場景，并且掌握相關的技能和經驗。同時，由于實踐項目通常要求具有一定的自主設計和創新能力，因此學生也能夠鍛煉自己的創新思維和解決實際問題的能力，這對于未來的工程實踐和職業發展都將非常有益。此外，加強實踐環節還有助于提高學生的團隊合作能力和溝通能力。在完成實踐項目的過程中，學生需要與同伴分工協作，互相交流，從而提高團隊的合作和協調能力，也增強了他們的溝通和表達能力[9]。

具體來說，可以設計一些小型的實際應用場景，例如智能家居控制系統、智能車輛控制系統等，讓學生在實踐中逐步深入了解嵌入式系統的原理和應用。通過增加實驗環節，使學生有機會親自操作、調試，更好地理解和掌握嵌入式系統技術。總之，加強實踐環節是一種有效的教學模式，它不僅可以讓學生在實踐中學習知識和技能，還可以培養他們的創新能力、解決問題的能力、團隊合作能力和溝通能力。這種教學模式符合新工科背景下培養優秀人才的要求，有助于幫助學生更好地適應未來的職業發展趨勢。

（2）引入項目考核

傳統的考試方式可能會使學生感到枯燥乏味，缺乏學習積極性。而引入項目考核則可以激發學生的學習興趣，使學生在實踐中體驗到學習的樂趣和成果，從而更加主動地投入學習。學生需要獨立或組隊完成一個嵌入式系統項目，并進行演示和答辯。這樣可以有效地激發學生的學習主動性，同時也能夠檢驗他們的實踐能力和解決問題的能力。引入項目考核是一種創新的評估方式，它將學生從傳統的理論考試中解放出來，使得他們有機會在實踐中應用所學知識。相較于傳統的考試方式，項目考核更加注重學生解決問題的能力、綜合素質和創新思維。

在嵌入式系統課程中，設計具有實際應用場景的小型項目是非常重要的。這些項目可以覆蓋智能家居控制、智能車輛控制、智能醫療設備等眾多領域，需要充分考慮到產品的易用性、可靠性、安全性等因素。圖1所示是課程中設計的一款基于嵌入式系統的智能家居系統。通過完成這些項目，學生可以深入了解行業需求，并將所學知識應用到實際的工作環境中[10]。

在項目考核中，學生需要展示自己的實踐能力和解決問題的能力，需要獨立思考問題并尋找解決方案，并在實踐過程中不斷調整和完善。同時，學生也需要具備團隊協作能力和溝通能力，因為項目往往需要幾個人共同完成。由此可以幫助學生提高綜合素質，增強自身競爭力。總之，引入項目考核是一種全新的評估方式，對于培養具有創新思維的優秀工程師有著非常重要的作用。

（3）開展團隊合作

在嵌入式系統的開發過程中，往往需要多人協同工作。因此，在課程中開展團隊合作的活動，讓學生通過協作共同完成項目，鍛煉協作能力和溝通能力。在開展團隊合作方面，以下方法可以幫助學生更好地進行協作和提高效率。

堅持團隊文化：確定團隊的共同目標和價值觀，并確保所有成員都理解并遵守。這有助于提高團隊精神和凝聚力。

教授溝通技巧：溝通是團隊合作的關鍵要素之一。教授和練習有效的溝通技巧可以加深團隊成員之間的理解和

信任。

強調角色分工：在確定項目目標后，明確每個成員的角色和職責。這有助于確保每個人都清楚自己的任務和目標，從而更好地協作和合作。

創造友好競爭環境：一定程度的競爭可以激發團隊成員的熱情和動力，但過度競爭可能導致團隊內部緊張和不和諧。創建一個健康而友好的競爭環境可以平衡這種關系。

推崇反饋文化：成員之間的反饋應該是正常和可接受的，并可以視為增強團隊能力的機會。成員之間應該以開放和建設性的方式進行反饋，以促進個人和團隊的發展。

培養信任關系：建立起信任關系可以提高團隊成員之間的效率。

利用技術工具：技術工具可以幫助團隊更好地協作和交流。例如，使用在線溝通平臺、項目管理軟件、文件共享工具等可以有效地協調任務和資源，并降低出現混亂或誤解的風險。

總之，團隊合作是一項重要的能力，不僅在學生日后的職業生涯中，而且在學生的個人生活中也是必不可少的。在嵌入式系統的開發過程中，團隊合作對于項目的成功至關

重要。

（4）借助互聯網資源

在當前數字化時代，互聯網已經成為了一個不可或缺的學習平臺。特別是在新工科背景下，借助互聯網資源可以有效地促進學生的學習和發展。在線課程、視頻教程和開源硬件平臺等多種形式的互聯網資源可以讓學生更加靈活地獲取知識和實踐經驗，并且能夠讓學生更深入地了解行業最新發展趨勢和前沿技術。

通過互聯網資源，學生可以更廣泛地接觸到全球各地的優秀教育資源，從而拓寬視野和思路，增強學習的自主性和主動性。同時，互聯網資源也為學生提供了更多的實踐機會，例如通過在線模擬實驗和虛擬仿真等方式進行實踐操作，鍛煉他們的實踐能力和解決問題的能力，從而更好地適應未來的職業發展。此外，借助互聯網資源還有以下幾種

優勢：

首先，互聯網資源可以為學生提供更加及時和全面的學習資料。通過搜索引擎和在線圖書館等平臺，學生可以輕松地檢索到各個領域的學習資料，不僅包括文字、圖片、視頻等多種形式，還能夠涵蓋全球各地的知名院校和領域專家的教育資源，極大地擴展了學習的深度和廣度。

其次，互聯網資源可以為學生提供更好的協作與交流平臺。在傳統的教學模式中，學生通常只能在課堂上與老師和同學進行交流；而借助互聯網資源，學生可以隨時隨地與全球范圍內的同齡人、教育專家或者業界頂尖人才進行交流和討論，共同探討問題、分享經驗，進而促進自己的思考、學習和成長。

第三，互聯網資源可以為學生提供更有針對性的學習方案和策略。在傳統的教學模式下，學生可能會受到課程設置和教師教學風格的影響，但是借助互聯網資源，學生可以根據自身的學習特點和需求選擇最適合自己的學習方案和策略，如自學課程、在線輔導、定制化教材等。

綜上所述，借助互聯網資源可以為學生提供更加全面和高效的學習途徑，不僅能夠更好地滿足學生的學習需求，同時也有利于培養學生的自主學習意識和創新精神，為未來就業打下堅實的基礎。

本文針對韶關學院智能工程學院電子系的嵌入式系統原理課程進行改革，課程經修改后可分為嵌入式系統原理與嵌入式系統課程設計兩部分，其中嵌入式系統原理主要包括

32個學時的理論教學與8個學時的實驗教學，其主要內容見

表1所列；嵌入式系統課程設計為16課時的實踐教學，是讓學生2人一組完成一個具體的基于嵌入式系統的設計，如基于嵌入式系統的智能家居系統（如圖1所示），培養學生的動手能力，并與前面所學理論結合，加強知識的理解和掌握，提升學生的實踐能力。

3 課程改革的效果

實踐教學是本次課程改革方案的重要組成部分。傳統的教學模式往往只注重理論知識的灌輸，而忽視了實踐操作的重要性。然而，在實際工作中會發現很多問題需要通過實踐經驗來解決。因此，本次改革方案引入了豐富多樣的實踐教學手段，如實驗操作和項目設計等。通過實踐教學，學生們能夠更加深入地理解和掌握所學內容，并且能夠更好地將理論知識應用到實際項目中。與此同時，實踐教學也能夠培養學生們的創造力和解決問題的能力，從而提高他們的綜合素質。通過對學生實踐操作的全面評估和反饋，不僅可以幫助學生找到自己的短板并及時糾正，還能夠增強學生的自信心和自主學習能力。

除了實踐教學，本次課程改革方案還注重開展團隊合作。在傳統的教學模式中，學生們往往只是被動地接受老師的教導，而缺少與同學們的互動和交流。然而，在實際工作中，團隊合作和溝通交流是非常重要的能力。因此，本次改革方案引入了團隊合作和項目設計等活動，鼓勵學生之間積極互動、交流和協作。通過團隊合作，不僅可以幫助學生更好地理解和掌握所學內容，還能夠鍛煉他們的團隊協作和溝通交流能力。通過對學生小組活動的全面評估和反饋，可以幫助他們了解自身的優點和不足，并及時提高和改進。

韶關學院智能工程學院電子系在實施嵌入式系統原理課程的改革方案后，取得了顯著的成果。與傳統的教學模式相比，新的教學改革方案更加注重學生的主動性和實踐能力，使得學生在學習過程中更有興趣。通過豐富多樣的教學方式和手段，如實踐操作、小組討論等，學生能夠更加深入地掌握和理解所學內容，并能夠將理論知識應用到實際項目中。此外，該改革方案也促進了學生綜合素質的全面提升。學生們在實踐操作中鍛煉了自己的動手能力和解決問題的能力，同時也增強了自我管理和團隊合作能力。這種全面的提高不僅可以幫助學生更好地適應未來的工作環境，還有助于他們成為社會中的優秀人才。

4 結 語

本文提出的嵌入式系統原理課程教學改革方案是基于對現有教學模式的深刻反思和針對性分析而制定的。該方案旨在培養學生的實踐能力和解決問題的能力，并通過將理論與實踐相結合的教學模式，引導學生從實踐中獲得知識、增強技能、提高專業素養。在實施過程中，注重對學生的個性化指導和關注，針對不同的學生需求和學習風格，提供個性化的學習支持和輔導。同時，還注重課程內容的更新和優化，引入最新的技術和理念，使課程更貼近工業應用和市場

需求。

通過對學生的學習效果進行評估，發現該方案獲得了很好的效果和反響。不僅學生的考試成績有了明顯提高，更重要的是學生的實踐能力也得到了有效的增強。在課程學習后，學生掌握了更加全面深入的理論知識，同時也具備了較為豐富的實踐經驗，能夠更加熟練地運用所學知識解決實際

問題。

然而，隨著新工科背景下教學要求的不斷提高，也需要不斷地探索和創新，以適應市場需求，培養高素質人才。未來，可以進一步優化課程內容，引入更加先進的技術和理念，提供更加個性化的學習支持，促進學生成長并實現自我價值。同時，也需要積極開展產學研合作，讓學生更加接近實際工作場景，推動課程教學進一步發展。

注：本文通訊作者為劉建軍。

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收稿日期：2023-09-07 修回日期：2023-10-09

基金項目：教育部高等教育司2023年產學合作協同育人項目：新工科背景下嵌入式技術師資培訓（230705078200931）；廣東省高等教育改革項目：基于“互聯網+”的電子技術在線“真”硬件實驗教學新模式研究（粵教高函[202129號）；廣東省高等教育學會實驗室管理專業委員會2022年度基金重點項目：基于互聯網的電子技術在線硬件實驗實訓教學新模式研究（GDJ2022020）；2023年度廣東省本科高校教學質量與教學改革工程建設項目：面向集成電路的電子技術課程教學改革探索—以韶關學院為例（粵教高函[2024]9號）；韶關學院教改項目：新工科背景下嵌入式系統原理課程教學改革與實踐（SYJY20221008）；韶關學院2021年校級質量工程項目（440-990013250255）

作者簡介：羅 歡（1992－），男，江西南昌人，博士，講師，主要研究方向為多智能體系統、嵌入式技術。

劉建軍（1980—），男，博士，副教授，主要研究方向為太赫茲無損檢測。