創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)驅(qū)動(dòng)下的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革探討

摘要：在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成為高等教育重要發(fā)展方向的背景下，高校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)改革成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的關(guān)鍵。結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類大學(xué)生競賽背景，本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀中存在的不足探討了一種混合式的教學(xué)改革方案。該方案通過整合線上與線下教學(xué)資源，打破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，融合OBE教學(xué)理念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、整合教學(xué)資源和完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建多元化的混合式教學(xué)模式，以提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和實(shí)踐技能，并為高校嵌入式課程改革提供參考。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；嵌入式系統(tǒng)課程；混合式教學(xué)；OBE理念；多元化

中圖分類號(hào)：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）17-0146-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)格局深度調(diào)整與科技進(jìn)步的快速推進(jìn)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)已成為驅(qū)動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)進(jìn)步的核心引擎[1]。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代背景下，高等教育亟須培養(yǎng)具備實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。國家相繼出臺(tái)一系列政策大力倡導(dǎo)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，為高校人才培養(yǎng)模式指明了方向[2]。嵌入式系統(tǒng)作為信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)I(yè)的核心課程，其教學(xué)改革對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的創(chuàng)新型人才至關(guān)重要[3]。然而，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式存在諸多不足，往往忽視了學(xué)生創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)，難以滿足創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的需求[4]。因此，本文結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽背景，探討一種基于OBE理念[5]的嵌入式系統(tǒng)課程混合式教學(xué)改革方案，旨在提升學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)效能，為高校嵌入式課程改革提供參考，也為信息技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維的高素質(zhì)、全技能的復(fù)合型工程技術(shù)人才。

1 嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)方法局限

嵌入式系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)、電子信息類專業(yè)的核心課程，其教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和專業(yè)技能。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)以課堂講授為主，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱[6]，例如，很多高校的嵌入式課程實(shí)驗(yàn)都停留在簡單的LED控制、流水燈顯示、按鍵檢測(cè)、數(shù)碼管顯示等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上，綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少。盡管這種模式能夠系統(tǒng)地傳授理論知識(shí)，但難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，有效的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜問題的能力。學(xué)生被動(dòng)地接受理論知識(shí)，缺乏主動(dòng)探索和解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)。此外，教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)，例如，課程內(nèi)容更新緩慢，未能及時(shí)融入最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，比如傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)算法在嵌入式設(shè)備上的部署等，導(dǎo)致學(xué)生難以適應(yīng)快速切換的職場(chǎng)環(huán)境。

1.2 教學(xué)資源分散

嵌入式系統(tǒng)課程涉及的教學(xué)資源分散，缺乏統(tǒng)一的管理和整合。例如，教輔資源以碎片化的形式存在，包括不同的在線教程、教材章節(jié)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要自行搜集、整理和理解這些資料，增加了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，并導(dǎo)致信息的不連貫，同時(shí)線上學(xué)習(xí)資源缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性，難以滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求；實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐資源也較為分散，學(xué)校同時(shí)使用多種開發(fā)板，如8051微控制器、ARM Cortex-M系列等，但由于缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，不同實(shí)驗(yàn)之間缺乏銜接，使得學(xué)生難以形成完整的知識(shí)體系。

1.3 考核方法傳統(tǒng)

目前嵌入式系統(tǒng)課程考核方式主要以期末考試為主，實(shí)驗(yàn)操作的考核占比過低，且評(píng)估方式單一，通常只以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，無法全面反映學(xué)生的實(shí)際操作能力。例如，很少有考核環(huán)節(jié)考查學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。以我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，學(xué)生通常只需提交格式化實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)際動(dòng)手操作被極大簡化。傳統(tǒng)考核過分依賴?yán)碚摽荚嚕鲆晫W(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，導(dǎo)致學(xué)生能在筆試中獲得高分，但在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中卻表現(xiàn)不佳。此外，考核完全缺乏對(duì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的評(píng)估，這與現(xiàn)代工程實(shí)踐的需求嚴(yán)重脫節(jié)。

1.4 教學(xué)內(nèi)容與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的契合度

課程內(nèi)容與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的結(jié)合不夠緊密。在實(shí)際教學(xué)中，往往存在理論與實(shí)踐脫節(jié)、課程內(nèi)容滯后于技術(shù)發(fā)展、課程內(nèi)容缺乏創(chuàng)新等問題。例如，課程很少涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、市場(chǎng)分析、商業(yè)模式等方面的知識(shí)，缺乏創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的實(shí)踐訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生難以將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果。

2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)驅(qū)動(dòng)的混合教學(xué)模式研究

嵌入式系統(tǒng)課程涵蓋了硬件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)及系統(tǒng)集成等多個(gè)領(lǐng)域，它與強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神的教育理念高度契合。高等工程教育需要從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授模式轉(zhuǎn)向能力導(dǎo)向的綜合性培養(yǎng)體系，重點(diǎn)突破學(xué)科壁壘，構(gòu)建跨域融合的課程生態(tài)。本文通過重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法、整合教學(xué)資源、改革評(píng)價(jià)機(jī)制，來提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型嵌入式人才培養(yǎng)的針對(duì)性和實(shí)效性。嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革生態(tài)圖譜如圖1所示，其核心路徑是建立以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向、以項(xiàng)目實(shí)踐為載體的立體化人才培養(yǎng)模式，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、技術(shù)創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，以更好地適應(yīng)瞬息萬變的產(chǎn)業(yè)技術(shù)環(huán)境和人才市場(chǎng)需求。

2.1 教學(xué)方法創(chuàng)新

以學(xué)生的實(shí)踐成果為導(dǎo)向，將項(xiàng)目式教學(xué)引入課程中，通過項(xiàng)目實(shí)施的過程培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力。項(xiàng)目式教學(xué)分為三個(gè)階段：項(xiàng)目策劃、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目驗(yàn)收。項(xiàng)目策劃階段，學(xué)生進(jìn)行需求分析、方案設(shè)計(jì)等工作；項(xiàng)目實(shí)施階段，學(xué)生進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成等工作；項(xiàng)目驗(yàn)收階段，學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示、答辯等環(huán)節(jié)。通過項(xiàng)目式教學(xué)，學(xué)生可以深入了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和應(yīng)用領(lǐng)域，確保學(xué)生在項(xiàng)目中使用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，并培養(yǎng)創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)合作能力。

基于OBE理念，采用翻轉(zhuǎn)課堂[7]和項(xiàng)目式教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)方法。課前，學(xué)生通過線上平臺(tái)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、觀看教學(xué)視頻、完成在線測(cè)試等預(yù)習(xí)任務(wù)，例如，學(xué)生可以通過觀看在線視頻學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的基本概念、常用傳感器的工作原理等；課堂上則以問題討論、實(shí)驗(yàn)操作、案例分析、項(xiàng)目實(shí)踐等小組合作活動(dòng)為主，例如，組織學(xué)生針對(duì)具體的工程案例進(jìn)行分析和討論，提出解決方案，并進(jìn)行模擬實(shí)踐。這種方式可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度，并培養(yǎng)他們的實(shí)際問題解決技能。課后定期收集師生的課程反饋意見，根據(jù)建議改進(jìn)教學(xué)方法，并持續(xù)評(píng)估混合式教學(xué)方法的效果，以便不斷優(yōu)化教學(xué)。混合式教學(xué)方法的詳細(xì)流程圖，如圖2所示。

2.2 教學(xué)資源整合

搭建線上線下融合的教學(xué)資源平臺(tái)。線上平臺(tái)提供豐富的學(xué)習(xí)資源，包括微課視頻、電子教材、習(xí)題庫、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、開源項(xiàng)目案例、行業(yè)資訊等。線下則配備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、軟件工具和虛擬仿真平臺(tái)，并邀請(qǐng)企業(yè)專家參與教學(xué)，為學(xué)生提供實(shí)踐指導(dǎo)和項(xiàng)目咨詢。此外，加強(qiáng)本校雙師雙能型教師的培養(yǎng)，積極組織和鼓勵(lì)學(xué)生參加各類競賽項(xiàng)目，例如“中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目”“全國大學(xué)生智能汽車競賽”和“藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽”等，并提供必要的技術(shù)支持與資源保障。

2.3 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

將嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素。整個(gè)教學(xué)內(nèi)容分為嵌入式系統(tǒng)理論基礎(chǔ)模塊、傳感器模塊、硬件設(shè)計(jì)模塊、軟件設(shè)計(jì)模塊和項(xiàng)目實(shí)踐模塊。理論基礎(chǔ)主要采用學(xué)生線上自學(xué)的方式，例如，學(xué)生可以通過整合的線上資源自學(xué)嵌入式的基礎(chǔ)理論。基本外設(shè)模塊和擴(kuò)展外設(shè)模塊。傳感器、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)可以通過實(shí)驗(yàn)來講授。例如，通過“光照度測(cè)量實(shí)驗(yàn)”讓學(xué)生掌握光敏傳感器和相關(guān)光照測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。項(xiàng)目實(shí)踐可通過設(shè)置分類化的項(xiàng)目課題幫助學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際操作。例如，可以設(shè)置一個(gè)“智能硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)”模塊，讓學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作完成一個(gè)智能硬件產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試，并在期末進(jìn)行項(xiàng)目路演。

2.4 教學(xué)評(píng)價(jià)的改革

基于OBE理念，根據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)需求設(shè)計(jì)圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐成果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：知識(shí)掌握程度、實(shí)踐能力提升情況、創(chuàng)新能力培養(yǎng)情況。知識(shí)掌握程度考查學(xué)生對(duì)課程基本知識(shí)的掌握情況；實(shí)踐能力提升情況即學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)驗(yàn)操作等方面的實(shí)踐能力提升；創(chuàng)新能力培養(yǎng)情況即學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中的創(chuàng)新思維和表現(xiàn)。

結(jié)合OBE理念的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化評(píng)價(jià)體系并細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)。過程性評(píng)價(jià)包括課堂參與、在線學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、階段測(cè)試、項(xiàng)目進(jìn)度等，例如，課堂參與可以考查學(xué)生的提問情況、討論發(fā)言情況等；在線學(xué)習(xí)可以追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間、完成情況等；實(shí)驗(yàn)操作可以評(píng)估學(xué)生的動(dòng)手能力、調(diào)試技能、實(shí)驗(yàn)作品和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等；階段測(cè)試可以考核學(xué)生對(duì)平時(shí)課堂與實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握程度；項(xiàng)目進(jìn)度可以跟進(jìn)學(xué)生的時(shí)間管理效率、任務(wù)完成情況、進(jìn)度達(dá)成率等。終結(jié)性評(píng)價(jià)包括項(xiàng)目成果匯報(bào)、期末考試等。在評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)上，除了考查學(xué)生的知識(shí)掌握程度外，更注重對(duì)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的評(píng)估。例如，在項(xiàng)目成果匯報(bào)中，可以設(shè)置“創(chuàng)新性”“實(shí)用性”“技術(shù)難度”等評(píng)價(jià)指標(biāo)，并賦予不同的權(quán)重。高校可通過設(shè)置合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行持續(xù)的評(píng)價(jià)和反饋，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，提升教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的全面發(fā)展提供有力保障。

3 案例分析

以某應(yīng)用型高校嵌入式系統(tǒng)課程為例，該校在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽中進(jìn)行了混合式教學(xué)改革。重構(gòu)了課程的教學(xué)內(nèi)容，并采用模塊化教學(xué)方式，將整個(gè)課程劃分為理論基礎(chǔ)、傳感器、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目實(shí)踐四個(gè)模塊。整合了線上教學(xué)資源供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，更新了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)案例提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。同時(shí)在教學(xué)過程中采用翻轉(zhuǎn)課堂和貫穿使用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目案例，例如，基于AI技術(shù)的智能配送機(jī)器人、智能垃圾分類機(jī)器人、智能家居控制安防系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等；并整合校企合作資源和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽資源，邀請(qǐng)企業(yè)專家對(duì)學(xué)生的課程實(shí)踐項(xiàng)目和競賽項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)。在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，建立課程實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目、期末考試占比3∶3∶4的評(píng)價(jià)體系。經(jīng)過一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證，該教學(xué)改革方案取得了初步成效：學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性顯著提高，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到有效提升；例如，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生有42人獲得了“中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目”校級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，有5人獲得了省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。

4 結(jié)束語

本文探討了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)驅(qū)動(dòng)下的嵌入式系統(tǒng)課程混合式教學(xué)改革，并提出了一個(gè)基于OBE理念的改革方案。該方案從教學(xué)方法、教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評(píng)價(jià)4個(gè)方面入手，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和實(shí)踐技能。通過構(gòu)建線上線下融合的學(xué)習(xí)環(huán)境，開展項(xiàng)目式教學(xué)和多元化評(píng)價(jià)，可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。未來研究將進(jìn)一步關(guān)注混合式教學(xué)模式的優(yōu)化和改進(jìn)，探索更多新技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用，并開展教學(xué)效果的長期跟蹤和評(píng)估，為高校嵌入式系統(tǒng)課程改革提供更具參考價(jià)值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊絮，殷明明，曲朔歐.通信工程專業(yè)課程與“雙創(chuàng)” 教育融合的教學(xué)改革研究[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2024（8）：85-87.

[2] 何奎，楊云皓.新時(shí)代我國高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式構(gòu)建路徑研究[J].高教學(xué)刊，2023，9（24）：61-65.

[3] 劉偉偉，張艷玲，李琳琳，等.嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的實(shí)踐教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2024（8）：109-113.

[4] 吳躍飛.新工科背景下嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].軟件導(dǎo)刊，2024，23（3）：178-183.

[5] 康燕萍，黃鵬.基于OBE理念的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].科教導(dǎo)刊，2024（21）：138-140.

[6] 王曉瑩.基于OBE理念的“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 課程教學(xué)改革研究[J].信息系統(tǒng)工程，2023（12）：173-176.

[7] 何國鋒，胡合武，楊濼冰，等.應(yīng)用型本科院校嵌入式課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究與探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2022，18（26）：104-106.

【通聯(lián)編輯：王 力】