以创新能力提升为核心的嵌入式方向课程建设研究

钟玲+牛连强+张志佳+杨德国

摘要：嵌入式产业的快速发展促进了对具有创新能力的专业人才需求，也对教学改革提出了新的要求。文章分析了嵌入式课程教学方面存在的问题，构建了以实践创新能力培养为核心的教学体系。在教学理念上，强调由“教”到“学”的转变；在教学内容上，强调由“验证”到“工程项目实践”的转变。课程体系采取层层深入、课内外交织互补的方式来全方位调动学生的学习积极性，有效提升学生创新能力。

关键词：创新能力；嵌入式 ；课程建设

随着全球移动互联网大会（GMIC）推出的“TOS+”智能硬件开放平台战略，以腾讯为代表的主流IT企业也展示了智能硬件领域解决方案，这些战略在很大程度上代表了嵌入式产业的发展方向，也带动了以嵌入式技术为基础的新兴产业的发展。推动了市场对嵌入式开发人才的数量和质量两方面的紧迫需求。如何有效地培养学生具有行业所需的嵌入式开发能力和创新能力，使毕业生能尽快适应职场，满足企业需求，成为应用型本科院校相关课程教学改革亟需关注的内容。

一、存在的问题

近年来，尽管高等教育经过了一系列的改革，高等学校也在宏观和微观上实施了较多的具体改革方案，取得了相当大的效果，但仍存在着不能完全适应社会需求的问题。毕竟，改革的成功不可能一蹴而就。对于嵌入式技术的人才培养和教学活动而言，既存在着一般的共性，也存在着自己的特殊性。为此，我们必须思考并解决如下一些问题。

（一）重“教”向重“学”转变

应用型本科院校人才培养的目标要求注重培养“强能力、重实践、高技能”人才。不过，长期以来，工业化大规模生产的流水线模式在教育上的影响，“以书本知识为中心、以教师为中心、以课堂讲授灌输为中心”的思想可谓根深蒂固，而在这种教育方式下学生总是被当成被动接受知识的“水槽”。无疑，“教”是使学生获得知识的一种重要手段，但不能对学生获得能力提供有力支撑。这是因为除了一些特殊的固有能力外，人的能力是在“学”的基础上，经过思考、总结和运用知识逐步“练”出来的，正所谓“锻炼能力”而非“教导能力”或“学习能力”，没有思考和实践锻炼的过程则能力培养无从谈起。

因此，无论是教育观念还是具体实施过程，都需要由重“教”向重“导”“学”及“练”转变。

（二）完善嵌入式方向

毋庸置疑，信息技术与产业的发展速度快过任何其他技术，嵌入式则是其中最具代表性的领域。囿于高校本身的特点和内在运行规律，其课程设置很难同步于社会需求的发展。

目前，一般高校仅将嵌入式技术作为一门课开设，而不是一个方向。由于课程设置单一，学生学习嵌入式系统知识时间有限，课堂讲授只能重在一般普及性、基础性知识教育，难以延伸到科研和具体应用。学生学过后往往有一定基础知识，但缺乏对主流开发方法和过程的真正了解，没有相对全面的知识体系和一定的实际应用经验，也就没有了创新的基础。从知识构成和能力培养的一般规律来看，构建一个完整的专业方向是解决问题的基础。

（三）加强实践性环节

尽管高校已经注意到了理论与实践教学并重的问题，但多数学校的课程设置仍采取的是以理论课为主，配套一定课时的实验课方式。

在教学设备和实验条件不够充分的初期，这是一种不得已的办法。而随着条件的改善，反映出来的问题是教学设备利用不够充分。更核心的问题是，如此一来，实验总被停留在对知识的认知和验证上，无论是实践内容的设计，还是与实际的工程项目结合的紧密性都不够合理和充分，自然无法达到提高学生开发和创新能力目标，难以适应就业市场对嵌入式开发及创新能力的需求。

（四）调动和培养学生的积极性与创造性

长期以来，教学研究主要围绕课程模块分解、知识体系构成、实验内容设置等方面进行，教学设计中对学生“主体性”强调不足，也很少考虑针对不同层次学生因材施教及对创新意识的培养。当学生不能以主体身份参与教学过程时，表现出来的总是被动接受而缺乏积极性，制约着学生的学习和创造热情，直接影响着学生创新能力的提升。

针对上述问题，有必要研究嵌入式系统方向的课程建设，研究其理论与实践教学内容与方法，研究有效的课内外结合教学方式，使学生更多地参与嵌入式系统的应用与开发，进而培养具有创新意识、主动精神、较强解决实际问题能力的嵌入式系统开发应用型人才，更好促进专业方向建设，形成专业特色，适应就业市场的需要。

二、解决问题的思路

从教育理念发展来看，课程建设正在从“重教”走向“重学”；从课程改革发展内在逻辑来看，课程建设正在从课程开发走向课程理解；从教育教学方式变革来看，课程正在从封闭单向走向开放互动。针对嵌入式课程中存在的问题，需从系列课程建设、实践创新能力提升、学生自主性调动几个方面进行改革。

（一）构建“基础理论—应用案例—创新实践”多层递进、层层深入的嵌入式课程体系

课程设置对学生培养起着重要作用，专业能力构建往往需要通过多层次的教学过程不断强化来实现。基于嵌入式系统技术知识结构内在的关联性，在课程体系设计上以讲练并重的基础理论课做先导，在夯实基础之上，以专业应用课通过应用案例教学与实践使学生对相关开发技术有深入了解和切实体会，最后通过集中的创新实践课，以实际项目的形式让学生参与开发，在解决实际问题的过程中调动积极性，培养主动性，提升创新能力。

（二）通过“三个加强”提升实践创新能力

以工程性为导向，加强课内实践教学，加强综合项目训练，加强课外开发实践。嵌入式本身就是一个实践性和工程性很强的课程，通过实例化学习更容易领悟知识精髓和真实的工程运作方式。加强学生实验开发的训练，会比灌输所谓全面的知识产生更好的效果，促进学生从被动接受到变为主动获取的转变。以实践为核心组织实施教学，根据专业方向要求，研究社会需求重点，据此综合配置和整合實践教学环节的内容、手段、方式和方法。同时“课内教学与课外项目互补”，开放实验室，引入竞赛及教师科研项目，作为对课内教学与实践的有益扩充。

（三）培养学生“自我获得能力提升的能力”，培养创新意识

教学上，转变教师观念，把强调传授知识转为强调培养能力，在课堂上给学生思考的空间和独立解决问题的机会，培养自学能力和解决问题的能力。另外，课程教学只是一个层面，可以针对教学过程中涌现出的一批对嵌入式开发兴趣浓厚、学有余力的学生组建课外兴趣小组，让学生参与到教师科研和竞赛项目中来，在实际项目的锻炼中获得能力提升，与课内教学互补，建立针对性强的专业培养方向特色。这样因材施教、分层次教学，使有兴趣的学生有更长的时间和更多的机会进行专业学习。同时，在实际应用中，必然会遇到课堂讲授以外的内容，解决问题的过程，就是一个使学生通过自主学习达到“自我获得能力提升”的过程，能够有效引导学生的学习热情。

三、以实践创新能力培养为核心的教学体系构建

课题组经过几年的探索与改革实践，构建了以实践创新能力培养为核心的、课程类与项目类训练相交织的教学体系，如图1所示。在教学中推广有效引导与自主学习和个性化培养相结合的教学方式，将专业能力培养方式由课堂教学为主、理论教学为主转为课堂教学与课外兴趣小组并行，理论教学与实践教学并重，做到从基础到应用层层深入，有效提升了学生实践创新能力。

该教学体系改线性学习为并行培养，课程类从基础课到专业课逐步推进，同时从学生接触嵌入式技术开始，并行推进课外竞赛与科研项目开展，课程类和项目类两个角度并行，交叉互补，从而完成对学生知识结构的构建及应用能力的培养。

课程类安排的核心是“专业基础课→专业应用课→创新实践课”层层递进，同时，在基础课阶段就有意识地加强实践教学比重。在基础课方面，实践性环节提升至40%以上，把以“教”为主，变为“教”“练”并重，加上以实践应用为主导的软件开发讲授与实践学习，最后以项目训练收口，辅以并行的课外开发训练。

项目类以竞赛及教师科研项目等实际课题为依托，发挥学生自主学习能力，使有学习意愿的学生能得到更深入的实践与创新机会。课外项目开展时可进行科研方向的分解，明确任务方向和学习侧重，以小组为单位，培养团队精神，加强沟通和交流，培养自学能力。成员选拔机制采用双向选择方式，教师择优选拔与学生自愿报名相结合，保证参与热情和效果。

课外项目采用课余时间灵活机动的形式，并制订日常管理细则，促进学习效果。规定每周总结学习和实践内容进行汇报，并每周指定一名学生做研究报告，向全体成员介绍自己的研究结果和心得，报告过程中由听讲学生自由提问，或教师引导性提问，培养科研习惯，学习科研方法。

四、总结

在分析嵌入式教学存在问题的基础上，给出了有针对性的解决思路，构建了以培养创新能力为核心、理论与实践教学层层深入、课内外教学实践交织互补的教学体系。通过在沈阳工业大学几年来的教学实践，有效调动了学生的学习积极性和创造性，增强了学生的创新能力，学生在全国和省内多次获嵌入式开发及创新创业大奖，毕业生从事嵌入式高端开发人数明显增多，课程改革取得良好效果。

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编辑/于金苗