探究式教学法在嵌入式系统教学的应用

摘要：针对计算机应用、通信工程、大数据等专业的特点和专业课程的教学要求，在嵌入式系统的教学中采用探究式教学，教学中以项目小组为单元，以技术实现为目标，引领学生在目标的指引下高效快速的学习嵌入式系统，从而实现改善教学效果，提升学生的就业能力的目标。

关键词：探究式教学；嵌入式系统；教学模式

“中国制造2025”国家战略的实施，需要更多高技能的工科毕业生。信息技术、半导体技术在生产应用中越来越广泛，随着5G技术的大规模商用，将会有更多的智能硬件、人工智能产品应用于人们的日常生活。利用嵌入式系统进行控制的设备不断增加，如图像识别、仪表控制、数据处理和工业自动化过程的实时控制等。熟练掌握嵌入式系统的知识内容成为师生的共同目标。

1探究式教学简介

1.1探究式教学的优点。探究式教学体现了教学思想与教学方法两者的结合。具体的思路是任课教师根据课程的知识点结合生产生活实际或企业需求给学生任务，在提供帮助和指导的前提下要求学生提出猜想或假设性的解释，再在解释的基础上设计实验、完成试验并进行经验规律的总结。1.2探究式教学的特点。探究式教学摒弃了传统的“教师讲授板书+学生听讲”的方式，参考建构主义理论中“以学生为中心”的理念，采用“教师主导+学生自主”相结合。让学生真正成为学习的主体和中心，促进学生建构知识，让学生从被动接受者成为探索知识的实践者。探究式教学不是弱化教师组织教学的地位，减轻教师的讲授和指导内容，反而是从新的角度强化教师要转变角色，是用新的方式和手段做好组织教学、指导和帮助学生实现学习目标，该模式实施的结果就是学生能有效地建构教师所要求掌握的知识体系，甚至还高于这个目标。

2嵌入式系统课程的特点及教学现状

2.1涉及多课程，学习要求高。电子与信息、通信工程等专业都开设有嵌入式系统课程，是面向实践、培养学生专业的素质与创新能力、提高就业能力的专业课程，与高级程序语言设计、软件工程、单片机原理、自动控制原理、数据结构、模拟电路、数字电路、可视化编程等课程都有相关性。要求学生有扎实而丰富的基础知识，还要能综合运用跨学科、跨专业的相关理论、实验方法。2.2教学方式传统，教学效果不好。嵌入式系统的教学至今大约有二十年的历程，课堂教学的主流模式还是传统教学方式占主导，在教学中，教师一般都是在备课环节对知识点进行加工与处理，以程序语言、硬件编程的手段让学生建立起嵌入式系统的认知，这样的教学模式下学生是被动学习，自主学习和创新的能力也没有被激发，师生对教学效果都不满意。

3嵌入式系统教学实行探究式教学的积极意义

3.1有利于培养学生的创新意识，提高劳动者素质。近几十年来，我国经济高速发展，国民经济的发展从人口数量红利将逐步过渡到人口质量的红利时代。《中国制造2025》有关政策的出台对劳动者的提出了更高的要求，学生应该掌握丰富的专业知识和方法，具有分析问题、解决问题的科学素养。工科专业学生对嵌入式系统及相关课程知识及技能掌握的优劣程度将极大的影响就业能力。3.2有利于培养学生适应就业岗位的能力。嵌入式系统课程的教学必须面向生产生活实践，不仅能有效克服学生就业时的“水土不服”现象，让学生把在学校掌握的实际操作技能转化为解决工作中实际技术问题的能力，避免学了一大堆理论，面对日常小问题却束手无策的局面，能有效提高学生的动手能力。著名教育改革家约翰•杜威曾主张教育要"从做中学"这个基本原则，这实际就是主张教育要面向生产与生活，让学生从课堂学得的东西既高于从现实生活中获得的常识，又不至于与现实生活脱节。这已是当代科学教育界的一种基本理念。3.3有利于项目组之间协同研究，培养团队协作的能力。嵌入式系统的探究式教学不是满堂灌，让学生成为具体教学任务的项目组成员，既丰富了学习方式，又有利于学生展开自主、合作学习，吸引学生参与学习过程，紧紧围绕项目，思考解决方案，寻找合适资源，优化方案效果，如此循环训练，学生就能充分体会到自主学习与协同学习的快乐和学习成就感。

4嵌入式系统探究式教学的实践

要顺利开展并熟练掌握嵌入式系统的知识内容，学生要将软、硬件的知识融会贯通。基于学习的挑战性，教师在教学中要根据知识模块的特点，下达难度合适的任务，引导学生高效快速的熟悉知识内容，并与企业的开发流程适当接轨[1]。嵌入式系统的探究教学属于定向探究，教师结合知识点提出明确的开发要求并提供大量指导和帮助，由学生探究解决方案或技术实现路径。具体的实施策略如下：4.1明确教学目标。嵌入式系统的教学目标是：培养学生创新思维能力，掌握软、硬件协同运行的能力，提升解决实际问题的能力，充分调动学习的主动性[2]。探究式教学对培养学生的主动学习的精神和批判意识尤为有效，当学生置于现实的生产生活情境中，发现和提出问题，进而解决问题。知识经验的建构、解决问题的经验积累也就水到渠成了，同时协同创新精神和实践动手能力也一并得到明显提高。4.2教学项目化，项目合作化。数字电路和模拟电子技术、可视化编程、传感器技术等课程知识原本就是工科专业的学习重点也是学习难点，将这些知识和嵌入式系统相结合并完成一个设计作品，单靠一个学生独立完成一个项目是难以实现的。教师可根据学生的特点分组，实施小组负责制，通过项目（或者还可以采用校企合作的模式，企业根据实际需求项目任务，由学生小组竞标，教师支持）的模式来实施。教师要求各项目组通过软件模拟或制作出实际产品，综合考虑小组协作程度，完成时长、方案/产品质量等因素来考核，营造一种竞争的学习氛围。教师在项目的难度控制上要把握由单功能到多功能逐步提升，由简单任务向复杂任务逐步升级的节奏，这样对培养学生的学习自信尤为重要，循序渐进的难度提升能让学生体会到“跳一跳够得着”的成就感。举例来说，单个LED闪烁的控制是容易掌握的技能；难度升高就是控制多个LED的闪烁；难度再升级，要求按某一首歌曲的节奏来控制LED灯的闪烁……，这就是从学习孤立的某个技能过渡到解决实际生产需求的过程，切身体会达成学习成果的过程，掌握克服和解决困难的方法和技巧，自信心和成绩感就会油然而生，从而更投入、更创新的参与到后续的学习和项目研究。4.3面向生产实践，激发学生创新动力。在学生掌握了基本的技能后，教师要鼓励学生在学习群或技术论坛上参加或发起一些主题，将讨论和协作伙伴进一步扩大和丰富，通过网络与不同背景，不同行业的人建立学习互动，具体实施方法可以是小组之间合作开发一些创新产品，也可以通过接受企业或网络订单的方式。以某款蓝牙智能耳机的播放控制为例，首先在理论上将项目中涉及的知识点和实现的功能给学生拆分讲解；再根据功能实现要求，解决芯片选择、硬件电路设计、PCB板制作问题；再编程实现、软、硬件联调，全流程完成后学生就能全过程的了解并较好的掌握嵌入式系统。4.4教学的实施难点。通过课题组的教学实践，学生的学习获得感大幅提升，教学效果得到显著提高。在实践中也发现一些问题和实施难点，具体如下：首先，由于该模式要求精细，师生参与程度高，以小班实施效果更好；其次，需要较好的教学支持，比如提供丰富的实验条件和实验器材；第三、教学管理部门在课时的计算上要适当增加系数，对教师精细化、长时间的指导予以鼓励和支持；第四、教师要多激励和帮助，克服学生初学时的挫败感和急躁心理。

5结束语

理工科专业课程多，学生在单门课程投入时间相对较少，而技术进步迅速，教育要更好的面向学生，面向生产生活实践。嵌入式系统实施探究式教学，学生就会自主学习、创新学习、开展协同研究。有利于学生扎实掌握嵌入式系统的相关知识，结合生产实践解决具体问题，缩短了课程学习与岗位技能的距离，提高工作岗位的胜任力。

参考文献：

[1]张厚忠;梁家晟.高职院校针对嵌入式编程的教学方式改革[J].科教导刊(上旬刊)，2019(10)：134-135.

[2]吴君鹏.以项目应用为导向的“嵌入式系统”教学改革与实践[J].中国电力教育，2012(31)：45+60.

作者:匡巧艳 单位:湖南涉外经济学院信息科学与工程学院