大學生物聯網實踐競賽引領下的嵌入式課程教學改革與研究

摘 要：隨著當代電子制造與網絡技術的日新月異，嵌入式系統已經在汽車電子、家電控制以及消費類電子等領域占據了舉足輕重的地位。其以體積小、價格親民、高度集成等特點，配合軟硬件“量身定制”的靈活性，展現了極為廣闊的應用前景。此外，嵌入式系統在無線通信、傳感器技術以及自動化控制方面的不斷精進，使得傳感器收集的多樣數據能夠經由互聯網傳輸，實現了世界連接的深刻變革，進一步促進了現實世界與信息網絡的深度融合。本文著重探討了如何借助大學生物聯網實踐競賽這一平臺，更有效地推動嵌入式系統作為物聯網項目核心的教學改革與實踐創新，旨在適應并引領這一技術發展的潮流。

關鍵詞：大學生；物聯網；競賽；引領；嵌入式課程；教學改革

在物聯網項目的驅動下，嵌入式系統的教學改革實踐取得了顯著成效。這一教學模式讓學生親身體驗了企業項目開發的完整流程，不僅增強了他們對實際工作流程的熟悉度，也極大地激發了學生參與項目團隊開發的熱情與主動性。通過項目實踐，學生們深刻體會到團隊合作的力量，認識到協同工作的重要性。更重要的是，這種項目驅動的教學方式徹底轉變了學生的學習模式，使他們從被動接受知識變為主動探索知識，培養了敏銳的問題發現能力。在這樣的教學實踐中，學生的專業技能得到了系統鍛煉和提升。此外，這一教學模式還為學生自主學習意識的培養提供了有力支持，確保他們在從校園走向實習、就業崗位時，能夠實現無縫對接，更好地適應職場需求。

一、大學生物聯網實踐競賽與嵌入式課程教學概述

（一）大學生物聯網實踐競賽

隨著物聯網技術的迅猛發展，旨在促進該領域教育與創新的大學生物聯網實踐競賽應運而生。這類賽事要求參賽者運用所學知識和技術來應對現實挑戰或完成指定任務。比賽項目廣泛覆蓋了從數據收集到最終應用的所有關鍵環節，比如感知層的數據獲取與處理、網絡層面的信息傳輸技術以及面向用戶的應用程序開發等。一個具體的例子是學生被要求構建一套智能農業監控解決方案，其中涉及使用各種傳感器監測土壤濕度、氣溫及光照強度等環境參數，并通過無線通信手段將這些信息上傳至云端服務器；隨后，基于云端存儲的數據，進一步開發相應的軟件工具來進行深入分析并以可視化形式呈現結果，從而輔助農場主做出更加科學合理的管理決策［1］。此外，競賽還設置了個人賽和團體賽兩種模式，不僅考驗著每一位選手的創新能力與團隊合作精神，也促進了他們解決復雜問題的實際操作技能的成長。

（二）嵌入式課程教學

嵌入式課程的教學在培養學生掌握嵌入式系統專業領域的知識與技能方面扮演著至關重要的角色。此類系統被廣泛應用于諸如智能家居、汽車電子以及醫療設備等多個領域。教學過程中，首先強調的是基礎理論的傳授，涵蓋嵌入式系統的定義、架構及其硬件組成部分（如微處理器、存儲單元及外圍設備）和軟件編程技術（如嵌入式C語言與操作系統）。通過這樣的理論學習，學生能夠理解嵌入式系統的基本工作機理及開發流程。此外，實踐環節同樣受到重視，學校會提供專門設計的實驗設施和開發工具供學生們使用，使他們有機會參與實際操作，比如電路設計與程序調試等。這種動手實踐活動不僅幫助學生將所學理論轉化為實用技能，而且還能激發他們的工程實踐興趣與創新能力，為將來從事相關領域的工作奠定堅實的基礎。

二、大學生物聯網實踐競賽在嵌入式課程教學中的作用

（一）激發學生學習興趣與動力

物聯網實踐競賽為大學生們提供了一個將課堂上學到的知識應用于真實世界項目的寶貴機會，極大地增強了學生們的學習熱情與積極性。在傳統的嵌入式系統教學過程中，學生通常面對的是較為抽象的概念和相對單一的實驗操作，這往往讓他們感到學習過程缺乏趣味性。相比之下，競賽項目則設定了具體目標，并且具有實際的應用背景，例如開發智能健康監測裝置或是構建智能家居控制系統等。通過參與這類比賽，學生們能夠直接感受到嵌入式技術是如何改善日常生活并推動技術創新的，進而激發了他們更深入地探索該領域的興趣。當看到自己親手完成的作品不僅實現了預期功能還具備了一定的社會價值時，這種成功的喜悅會轉化為持續學習的強大動力，鼓勵他們主動尋求新知、掌握更多技能，并積極尋找解決問題的新方法，從而全面提升個人能力。

（二）促進理論知識與實踐結合

嵌入式課程融合了豐富的理論知識與實踐操作，而物聯網相關的競賽活動則提供了一個理想的平臺，使學生能夠將這兩方面有機結合。在參賽過程中，學生們需將課堂上所學的關于嵌入式系統架構、傳感器技術原理、各類通信協議以及編程技巧等概念應用到具體的工程項目之中。以設計一套用于環境監測的物聯網解決方案為例，參與者首先，需要基于對不同傳感器特性的了解來挑選最適合當前需求的數據收集設備；其次，他們還必須利用所掌握的無線通信技術確保信息能夠高效準確地傳輸；最后，則是通過編寫代碼完成數據處理及分析任務。整個流程不僅有助于加深參賽者對于理論基礎的理解，并且還能幫助他們識別出自身在學習過程中的薄弱環節，對知識進行針對性的補充。

（三）培養學生創新思維與能力

物聯網實踐競賽旨在激發學生的創新精神，通過項目的設計與實現來提升其創新能力。這類比賽通常不提供既定的答案，而是要求參賽者依據題目指導及現實條件自行構思系統架構、選定技術路徑并開發獨特功能。在此過程中，學生們被鼓勵探索新方法和技術，以超越常規思維模式的限制。比如，在構建智能物流解決方案時，學生可能會創造性地應用人工智能算法來優化路線規劃，或是采用先進的傳感器技術來提高貨物識別的精準度與效率。參與此類賽事不僅能讓學生接觸到行業最新的技術和未來發展趨勢，還能激發他們的創造力。此外，面對比賽中遇到的各種難題和挑戰，學生將被迫持續探究未知領域，從而鍛煉獨立思考的能力和解決問題的能力，進而提高個人的創新素質和整體競爭力，為他們將來在物聯網及相關行業的創新活動打下堅實的基礎［2］。

（四）提升學生團隊協作與溝通能力

物聯網實踐競賽項目往往要求學生組成團隊共同完成任務，這對培養學生的協作與溝通技能提出了較高標準。團隊成員通常具備多樣化的專業背景及個人特長，比如有的同學專長于硬件設計，而另一些則在軟件開發或算法研究方面表現突出。為了成功實現項目目標，他們必須緊密合作，互相支持，在此過程中，學習傾聽他人的觀點和建議變得尤為重要，同時也要能夠有效發揮自身優勢，并妥善處理團隊內部可能出現的各種矛盾與挑戰。例如，在一個典型的項目流程中，負責硬件與軟件開發的小組間需要保持頻繁且高效的溝通，以確保兩部分工作的無縫對接；此外，定期舉行會議來匯報進展、討論遇到的問題并集體探討解決方案也是必不可少的環節。參與此類比賽不僅能讓學生們在實際操作中磨煉其團隊合作技巧和交流能力，還能形成良好的團隊精神和增強合作意識，這對于他們將來無論是在職場還是日常生活中都有著極其重要的價值。

三、大學生物聯網實踐競賽引領嵌入式課程教學建議

（一）以競賽項目驅動課程內容優化

嵌入式課程的教學應當緊密結合大學生參與的物聯網實踐競賽項目，以此為依據優化教學內容［3］。首要步驟是對這些競賽項目中所需的知識點和技術技能進行全面分析，并將其合理地整合進課程的教學計劃之中。嵌入式課程教學與物聯網實踐競賽項目結合優化教學，具體評價內容是平時成績（60%）：競賽項目分析報告（30%），報告完整、知識理解準確、創新點挖掘到位各占10%，依據質量評分。課程內容調整反饋（20%），參與討論（10%）按有效發言次數和質量計分，調整建議（10%）依合理性和創新性打分。項目思維框架練習（10%），步驟完整性（5%）和思維深度（5%）分別評估?？荚嚦煽儯?0%）：理論知識（20%），其中競賽知識點（10%）和項目思維理論（10%）按回答準確性和理解程度評分。案例分析與設計（20%），案例解讀（10%）和項目設計（10%）根據分析全面性和設計合理性打分，以此激勵學生參與，提升能力。表1是更詳細的關于“以競賽項目驅動課程內容優化”在平時成績和考試中的運用及評分標準。

（二）將競賽標準融入教學評價體系

為了進一步強化大學生物聯網實踐競賽對于嵌入式課程教學的指導作用，建議將比賽的相關標準納入教學評估體系之中。在衡量學生學習成效時，除了傳統的考試分數和平日作業成績外，還應增加對他們在競賽中表現情況的考量。以下是多元化評價機制在平時成績和考試中的運用。

1.教師評價（50%）

（1）平時表現（20%）

（2）課堂參與（10分）：積極參與課程實踐相關的課堂討論、提問和回答，每次積極參與可得2～3分，根據參與頻率和質量評分。

（3）作業完成（10分）：按時、高質量完成與課程實踐相關的作業，包括預習作業、案例分析等，每次作業根據完成情況給予1～5分。

（4）項目指導（30%）：在課程設計等實踐項目中，教師根據學生在團隊中的表現、對項目的貢獻、技術掌握程度等進行評價，滿分30分。

2.競賽裁判評價（30%）

當課程實踐項目與競賽相關聯時，邀請競賽裁判根據競賽標準對學生作品進行評價。評價內容包括項目展示效果、創新性、技術水平等，滿分30分。

3.小組成員互評（20%）

在團隊項目中，小組成員相互評價彼此的合作能力、任務完成情況等。如表2所示，評價分為優秀（16～20分）、良好（12～15分）、合格（8～11分）、較差（0～7分）四個等級。

（三）依托競賽平臺創新教學方法

通過利用大學生物聯網實踐競賽平臺，我們對嵌入式課程的教學方法進行了革新。采取以項目為基礎的教學策略，將競賽中的具體任務作為學習載體，使學生能夠在執行項目的過程中掌握相關知識與技能。在此過程中，教師的角色轉變為指導者與協調者，他們將班級成員分組，每組負責競賽項目的特定部分［4］。學生們需要自行搜集信息、探討解決方案并通過團隊合作來達成目標；而教師則定期提供反饋和支持，幫助解決實際操作中遇到的難題。此外，還引入了翻轉課堂的概念，把與比賽相關的理論內容轉化為易于理解的學習材料，如視頻等，鼓勵學生在課前自學，而在課堂上更多地專注于分享進展、討論挑戰及交換心得。同時，也充分利用該競賽平臺促進線上線下的教學活動融合，比如建立在線論壇和社群空間，便于參賽者之間的溝通與協作，這不僅有助于拓寬學生的視野，也能激發他們的創新意識。

（四）借助競賽資源加強師資隊伍建設

物聯網實踐競賽為高校嵌入式課程師資力量的建設提供了寶貴的資源。建議學校積極促進教師參與此類賽事的指導工作，這不僅有助于他們深入了解行業的最新技術和發展趨勢，還能在實際項目中積累寶貴經驗，從而提升自身的專業技能和實踐能力。此外，通過組織相關培訓與研討會，并邀請業內專家及競賽評審員進行分享交流，教師可以及時掌握最新的競賽規則、標準和技術前沿信息，進而更新他們的教學理念和方法。同時，利用競賽平臺加強與企業之間的合作，安排教師到企業掛職鍛煉或直接參與到企業的項目開發中去，以便更好地理解企業需求以及對人才的具體要求，這對于改進教學內容和方法具有重要意義［5］。將競賽中的項目案例以及企業實際案例融入課堂教學之中，能夠極大地豐富教育資源，進一步提高教學質量。

結語

綜上所述，大學生物聯網實踐競賽為嵌入式課程的教學注入了新的動力和生機。通過以競賽項目為導向優化課程內容、將競賽標準納入教學評估體系、利用競賽平臺創新教學方式以及借助競賽資源加強教師隊伍建設等措施，實現了理論知識與實際操作的緊密結合，培養了學生的創新意識和綜合能力。展望未來，在教學過程中持續深化這種融合，不僅有助于物聯網領域高素質專業人才的培養，還將促進該行業的不斷進步與發展，從而為社會的科技進步和經濟發展做出更大的貢獻。

參考文獻：

［1］孫國棟，田萱，張海燕.面向物聯網的“嵌入式系統”課程教學改革的探索［J］.中國林業教育，2014（02）：3234.

［2］蔚晨月.新工科背景下《物聯網嵌入式系統原理》課程教學改革的探究［J］.模具制造，2024，24（05）：7779.

［3］宋春林，郭愛煌，劉富強，等.基于物聯網的“嵌入式系統”實驗教學改革和創新實踐［C］//中國電子教育學會高教分會.中國電子教育學會高教分會2017年年會 論文集.北京：中國電子教育學會高教分會2017年年會，2017.

［4］李智慧，葛宏義.基于學生創新能力培養的物聯網專業實踐教學體系研究［J］.教育研究，2021，4（03）：3536.

［5］李佳，胡輝，李萬軍，等.基于創新創業教育的本科嵌入式課程教學改革研究［J］.北華航天工業學院學報，2023（04）：3638.

項目：本文系西安交通工程學院2023年校級教育教學改革研究：大學生物聯網綜合技能競賽改革的研究與實踐（XJY232030）研究成果

作者簡介：黃艷（1978— ），女，漢族，江蘇泰興人，本科，副教授，研究方向：大數據與物聯網應用技術以及計算機方面的學習和研究。