金課背景下“ARM嵌入式開發及應用”課程建設實踐與探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A

0 引言

隨著高等教育改革與發展的持續推進，金課建設與完善已成為推進課程質量持續性提升、實現應用型人才培育目標的有效手段[1]。金課的內涵主要為“兩性一度”，即打造具有高階性、創新性、挑戰度的一流本科課程[2]。“高階性”主要強調課程知識、能力和素質的有機融合，側重復雜問題解決能力的培養。創新性主要指課程內容前沿性、時代感，課程教學形式先進性、交互性，課程學習結果探究性、個性化。挑戰度則是指課程要有一定復雜度，教學需要教師精講，學生積極投人，最終能夠完成較高學習質量的目標[3-4]

在物聯網、人工智能等技術的快速推進下，ARM嵌入式技術在邊緣計算、汽車電子、農業物聯網等領域得到了廣泛應用，對嵌入式開發人才的實踐、創新思維能力的要求也逐步增強[5]。而“ARM嵌入式開發及應用”作為對實踐能力和理論知識要求較高的課程，也成為嵌入式開發人才培養的重要課程之一[6]但課程教學中仍存在培養目標不明確、實踐教學不系統、學習缺乏充足動力的教學痛點，一定程度上制約著課程質量的提升和學生能力的培養[7]

本研究以金課建設為背景，針對“ARM嵌入式開發及應用”課程教學中存在的問題，提出教學過程的改進策略。通過改進課程內容、教學方法、加強實踐環節和完善評價體系來實現課程的“兩性一度”以及打造具有高階性、創新性和挑戰度的金課。本次課程改革不僅有助于提高課程的教學質量，還為培養新工科應用型人才奠定基礎。

1課程現狀分析

1.1基本情況

“ARM嵌入式開發及應用\"課程是電子類課程的核心專業課，一般開設在大二或大三學期。本門課一般以“模擬電子技術”“數字電子技術”“C語言”或4 C++ ”等課程為前導，課程時長為48學時，其中理論課是32學時，實驗學時為16學時，根據教師與學生協商增設16學時綜合性實驗設計內容。課程以功能較為全面、資源豐富且在教學和工業界應用較為普及的STM32F407VET6為核心芯片。為了提高開發效率并讓學生易學易懂，使用對初學者友好的CubeMX圖形化工具和主流的Keil為開發工具，編程語言則采用基金項目：“天山英才”培養計劃教育教學名師項目;項目名稱：名師團隊擔綱、產教研賽融合、一流課程筑基，構建農林院校數據庫教學新體系。新疆農業大學教研教改項目（一流課程建設項目）;項目名稱：基于線上線下混合式ARM嵌入式開發及應用課程金課建設與應用；項目編號：2023HHSY26。教育部產學合作協同育人項目；項目名稱：基于師資培訓的嵌入式類獨立實驗、實訓課創新團隊建設探索;項目編號：230804838090937。

作者簡介：郭斌（1981—），男，高級實驗師，博士;研究方向;嵌入式系統開發，人工智能算法。

C 語言[8]。STM32是一款基于ARM架構的嵌入式芯片，具有低功耗、高性能并且外設豐富等特點，受到ARM嵌入式行業的青睞。而ARM嵌入式行業是一個對復合型技能要求較高的領域，須同時理解硬件與軟件，因此，掌握本門課程有一定難度，但學好本門課對申請大學生創新創業項目、參加各種大賽以及就業有著積極的促進作用。

1.2教學中的不足

伴隨著物聯網、人工智能等技術的蓬勃發展，“ARM嵌入式開發及應用”課程也越來越受到各界的關注。學生若要在就業中更有競爭力，應具備需求分析、硬件選型、應用編程、系統調試與測試等能力，然而該課程教學仍然存在軟硬件結合、概念抽象[9]、學生不重視課程目的、缺乏完善的實驗內容與評價體系等問題，影響了課程的學習成效[10]

“ARM嵌入式開發及應用”課程的學習目標是將課程中學習到的理論知識轉化成實踐能力，但是部分學生以應試為目的，將考試作為一門課程的最終目標。以應試為目標的學習動機導致學生在學習過程中缺乏主動性、積極性，不但不利于學生的學習，而且很難將理論轉化成實踐應用能力。教學內容缺乏前沿技術應用結合和工程實例教學，會造成學生所學知識和行業發展脫節，就業困難。理論與實踐教學過程考核體系不夠完善，也會造成學生學習積極性不高。上述問題不僅影響教學的質量，而且還會影響學生未來的就業競爭力。因此，探討如何開展有效的教學改革，構建“金課”的“ARM嵌人式開發及應用”具有很重要的現實意義。

2 課程教學改革

2.1教學改革思路

為了提高學生實踐能力以及參與度，依據應用型人才培養的要求，本門課程著重從“三個方面、兩個維度和一個穿插”進行改革。“三個方面”涵蓋理論課層面、實驗課層面以及評價體系層面的優化與完善。“兩個維度”主要體現在線上與線下的有機結合，通過雙維融合充分發揮各自優勢，實現教學效果的最優化。而“一個穿插”主要是指將課程思政貫穿于教學全過程，讓思政教育與專業知識有機結合，實現價值引領與知識傳授的有機統一。以上改革思路在理論、實驗以及評價體系3個維度上協同優化，較為系統地服務金課目標。從高階性角度而言，以嵌人式前沿案例重構理論模塊，以真實場景實驗任務驅動理論知識的應用，鍛煉問題的解決能力。從創新性角度而言，依托線上線下教學和跨價值維度思政融合重塑教學方法與評價標準。從挑戰度角度而言，通過基礎到綜合再到創新的分層實驗體系、根據學情動態調節項目群難度以及高強度過程考核來構建梯度化壓力機制。將這三者有機融合形成認知深化、方法革新和能力突破的閉環教學改革方式，從而實現新工科應用型人才知識、能力和價值觀的整體提升。這種有機結合的改革思路，旨在打造一個既有深度又有廣度、既有理論高度又有實踐溫度的教學體系，為學生的全面發展提供堅實保障。教學改革思路如表1—3所示。

表1理論課改革思路

表2實驗課改革思路

表3綜合實踐設計課改革內容

2.2改革策略

三方面改革策略 + 兩方面結合 + 課程思政融合形成了立體化的教學改革。其中，理論課、實驗課、評價體系是教改的3個支點，線上線下是縱橫交織的2個維度，把教改串在一起，使教學內容更豐富，教學方式更加靈活。線上用信息技術提供學習資源和學習方法，滿足學生個性需求，線下面對面交流指導，增強參與體驗度。線上線下結合，不僅豐富了教學形式，而且有利于學生全面成長。課程思政主要引領、貫通價值塑造和知識傳授，不僅傳知識，而且育素質，培養社會責任感。

2.2.1 理論課教學方式改革

理論課改革的重點是增加課堂教學的方式與內容，其教學改革的主要內容就是“第一次課和最后一次課”的設計和“課前、課中和課后”的教學設計。“第一次課”的教學設計要求教師在課前先將本節課的知識點劃分到相應的微項目群，課堂上通過引入實際案例提出問題，分步驟講解，通過與學生一起解決方法問題發揮學生的主觀能動性。“最后一次課”的教學設計，通過將前面微項目群的重組，加強了學生對知識點的理解與應用的能力。

學生在上課前須登錄慕課平臺觀看上節課的知識點、思政案例視頻以及應用實際場景視頻等線上內容并按要求在每個視頻中的檢測點回答問題。在慕課平臺上還有針對本堂課所需要思考的問題，學生要帶著這些問題參加線下課程。教師在授課過程中根據具體案例引出慕課上的問題，通過分組討論引出本節課知識點。教師通過結合思政案例講解本節課的內容，通過案例的具體實現使學生完成從理論到應用的轉化。為了能鞏固本節課所學的知識，讓教師能更好地改進教學內容，在每次課結束后學生須完成一份聽課反饋表。以上改革方法不僅增強了學生對理論知識的理解，而且能加快學生對所學知識的消化，

2.2.2 實驗課教學方式改革

實驗教學方法的改革是重視實驗動手能力培養，通過設置“接地氣”的實驗項目（見表4）、實踐任務，來培養學生綜合的動手動腦能力。主要圍繞“三個基礎、兩個方向、一個落腳點\"3個部分來進行。“三個基礎”是讓學生通過實驗培養理論知識、實踐技能和創新精神。“兩個方向”是指設置2個方向的實驗，一是貼近日常生活，二是貼近農業生產。“一個落腳點\"是將實驗知識點組合成一個課程設計，將實驗項目、實踐任務鏈接起來，讓學生將知識點組合成一個知識體系。

教學實施分線上和線下2部分。線上是學生實驗前觀看實驗要求、實驗注意事項、預期效果的視頻或文字要求，提前了解掌握本實驗的目標及預期效果。線下部分實驗前分組討論任務，組長匯報任務分組實驗結果，過程中培養合作解決問題能力，以小組為單位完成任務，實驗后根據學生實驗完成情況總結點評。綜合性課程設計是理論教學與實驗教學的融合，從單一知識點訓練到綜合系統訓練，實現綜合問題解決能力的培養。以情境化任務驅動前期實驗教學環節，將獨立模塊式拼接為一體化的課程設計，形成從知識到輸出的完整培養鏈路。通過真實工程背景問題設計，多學科交叉融合培養學生綜合應用知識的能力，讓學生在解決難題的過程中，完成知識的遷移、綜合應用。這種割裂與聯結，打破了常規實驗課堂教學知識的隔離，為學生的知識綜合應用能力提升提供從理論到知識的培養教學途徑，為應用型新工科人才的培養提供創新模式。

通過線上和線下相結合、理論和實踐相結合的教學安排，培養了實驗課學生的團隊合作能力、創新精神，使其為今后的就業奠定扎實的基礎。

在評價體系上，重點體現評價體系全面、客觀、科學，采取多元化評價方法與評價標準反映學生的學習過程與結果，兼顧學生的全面發展和個性化發展。其中，理論教學考核體系，多元化過程化考核逐漸取代原有筆試考核，以過程化考核緊貼教學過程，以過程化教學全過程促進教學局部，防止評分中的偏差，保障評分公平。全部評分均實行不記名計分，如對評分有異議的，學生可提出申訴，教師調查后裁定。以上評分方法改革，既體現團隊的綜合成績，又體現學生個人貢獻。

表4“ARM嵌入式開發及應用\"實驗項目

2.2.3評價體系改革

學生的自主學習能力和主動創新性與客觀的評價關系是密切相關的，這尤其在綜合性課程設計過程中體現得十分明顯。在綜合性課程設計前應向學生詳細講解評分規則，以大國工匠為例引領學生自主創新意識。評價體系設計應結合多輪小組間評價與小組內評價。為了充分激發學生的積極性，該體系還在評價過程中引入對小組內和小組間評價的競爭機制。

競爭機制的主要內容是每個小組中學生的最高得分不超過教師評價得分和小組間評分的加權平均分，各小組內得分的等級比例由教師根據上述加權平均分進行分配。整個評分過程全部采用匿名投票方式進行，從而保證評分的準確性。通過以上的評價機制來增強學生的競爭意識，提高學生的實踐能力。評價分數分配如圖1所示。

圖1評價分數分配

3教學改革成效

本課程通過實施教學改革策略，提高了大部分學生的學習積極性和參與性。理論課教學改革不僅激發了學生的學習興趣，調動了學生學習積極性，而且還增強了學生對知識和探索實踐的主動性。綜合性課程設計和實際工程案例的引入，不僅讓學生學會了如何將理論知識應用于實踐，而且還培養了工程思維和創新能力。許多學生在課程結束后，能夠獨立完成復雜的嵌入式開發項目并在各種比賽中取得優異成績。除此之外，多樣化的評價方法也全面反映了學生的學習過程和結果，激勵他們不斷改進學習方式和方法。匿名評分和評分機制的提出也有效地減少了評分的偏差，提高了學生對評分結果的滿意度。

4結語

本研究以金課建設理念為指導，針對“ARM嵌入式開發及應用”課程教學中的現存問題，提出了理論、實踐和評分機制的改進策略。通過優化課程內容、創新教學方法、加強實踐環節以及完善評價體系，課程的“兩性一度\"得到了顯著提升。這些改革不僅提高了課程的教學質量，還為嵌入式開發領域的教學改革提供了有益的參考，為培養適應新時代需求的創新型新工科工程技術人才奠定了堅實基礎。

參考文獻

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（編輯 王雪芬）

Practice and exploration of “ARM Embedded Development and Application\" course in the context of golden course

GUO Bin ^1，3，4 ， CHEN Yanhong ^1，3，4 ， HOU Wenjing ?^1，4 ， DENG Fangjiang2，HU Chunhua ^1，3 （1.College of Computer and Information Engineering， Xinjiang Agricultrual University，Urumqi 830o52，China; 2. Teaching Affairs Department， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 83Oo52， China; 3.Engineering Research Center for Intelligent Agriculture of Ministry of Education， Urumqi 830O52， China; 4.Xinjiang Research Center for Agricultural Information Technology，Urumqi 830052， China）

Abstract： This paper proposes reform strategies for the “ARM Embedded Development and Application” course， aiming to address isses likelack of clear purpose，insuffcient interest，and weak practical skils for student.Under the goldencourse concept，teaching objectives and content were refined through a“three aspects，two dimensions，and one integration”approach，and their relevance to practical training was enhanced.Guided by“thre foundations，two directions，and one focus，”students’practical development skillswere bosted through theexperimental teaching reform.These effortsare geared toward building a“golden course”model thatisadvanced，innovative，and challenging.The model has increased student engagement and strengthened their grasp of ARM embedded development processes，including requirements analysis，hardware selection，application programming，and system debuging and testing，which aligns with the goals of new engineering education.

Key words： ARM; teaching reform; STM32; practical teaching