《嵌入式系统》应用型课程建设探索与实践

周原 刘若慧 姚巧鸽

【摘要】应用型课程建设是应用型人才培养的核心和关键。《嵌入式系统》课程在建设过程中，以工程教育要求为依据，深入开展校企合作课程改革，修订教学标准，重构课程体系，改革教学内容，建设课程资源，强化实践环节，完善教学评价。在课程建设的探索和实践过程中，取得了良好的教学效果，学生在不仅掌握了扎实理论知识，动手实践能力和应用创新能力也得到了充分的锻炼和明显的提升;同时，课程团队教师取得多项省级以上教研成果和教学奖励，反映了本课程的改革和建设成效。

【关键词】工程教育;应用型课程;教学标准;实践教学;教学改革

【基金项目】黄淮学院2018年度高等教育教学改革研究重点项目（编号：2018XJGLX0112，2018XJGLX0103）;黄淮学院2018年度高等教育教学改革研究一般项目（编号：2018XJGLX0229）;教育部2018年第二批产学合作协同育人项目（编号：201802330002）;教育部2019年第二批产学合作协同育人项目（编号：201902026009）

中图分类号：G212                文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.24.053

应用型本科高校是我国高等教育的重要组成部分，承担着为区域经济社会发展培养高层次工程技术人才的重要任务。在人才培养过程中，应用型课程建设是教学实施的根本保障，是人才培养的核心和关键，需要以工程教育的要求为依据，科学合理地设计教学内容、教学方法和教学流程，培养学生扎实的理论基础，并有效地提高其动手实践能力和应用创新能力。本文以我校通信工程专业《嵌入式系统》课程为例，从校企合作、教学团队建设、教学内容重构、课程资源建设、实践教学改革、课程考核改革等方面，对应用型课程的建设进行探讨。

1.《嵌入式系统》课程基本情况

嵌入式系统在当前的信息通信领域中应用非常广泛，大到航空航天、工业控制，小到智能家居、智能手机、安防监控，都大量采用了嵌入式系统。本课程紧跟专业发展需求，于2012年起开始在我校通信工程和电子信息工程等专业开设。教学内容以当时主流的ARM10系列的PXA270芯片为核心，理论与实践并重进行授课。同时，课程组也开始了对课程内容和课程改革的深入研究和改革，积极探索应用型课程的教学模式，课程内容和教学模式也在不断调整，重点培养学生的嵌入式系统开发设计能力，具有很强的实践性、应用性和创新性。2018年1月，课程团队和相关企业召开了校企合作應用型课程建设研讨会，《嵌入式系统》课程与相关企业签订了校企合作课程共建的协议书，同年，课程团队教师基于该课程的校企合作经验，申报了教育部产学合作协同育人项目并获批立项，希望通过项目的推进使校企双方在教学内容改革、教学资源建设、教学团队培养、实践环节强化等多方面进行合作、探索和实践，以期进一步深化课程改革。

2.《嵌入式系统》应用型课程建设措施

2.1 教学内容改革和教学标准的制定

依据新工科教育的各项标准，充分发挥校企合作的优势，密切联系行业企业，共同对《嵌入式系统》课程教学内容进行改革，制定新的教学标准。由校内专业教师团队和企业行业专家多次深入对接，召开研讨会，企业方专家在研讨中结合我校和本专业的实际情况和特点，从用人单位的视角提出了很多很好的意见和建议，在此基础上，还综合了其他高校调研、毕业生跟踪调查等多种形式形成的意见，确定了《嵌入式系统》教学内容。新的教学内容设计改革了原来以硬件和驱动程序开发为主的内容体系，设计出了底层硬件以ARM技术为核心，上层操作系统以Linux为核心的主体内容，确定了以广义嵌入式系统架构为主体的教学内容，体现了重应用、重实践、重融合、重合作的教学理念。新确立的教学内容注重知识与技能的融合，在项目教学中以任务驱动的形式进行教学做一体化教学，同时注重培养学生的团队协作能力和项目管理能力。

课程内容体系确定后，校企双方共同制定了《嵌入式系统》课程标准。将课程的总目标确定为培养学生具备工程技术人员所需的嵌入式系统的分析、设计和应用能力，使学生具备理论联系实际、运用所学知识发现问题和解决问题的能力。将课程目标定义为四个，包含课程目标1：具备运用嵌入式系统的知识和资料解构嵌入式系统，进行系统分析并获得有效结论的能力;课程目标2：运用嵌入式系统基本理论和系统设计的思想、方法和流程，具备按照设计方案要求进行系统开发与实现的能力;课程目标3：具备使用嵌入式系统的方法与技术，对嵌入式系统相关工程问题开展实验和测试的能力;课程目标4：具备选择与使用嵌入式系统相应平台、资源、工具对信息通信领域的嵌入式系统相关工程问题进行仿真和预测的能力，并能对误差进行分析和处理。

课程标准的制定为课程的开展和建设提供了标准和依据，是开展后续课程建设，课程实践等环节的基础。目前，校企双方共同制定的《嵌入式系统》课程标准已在两届学生中运行，教学效果持续改进，后续将会根据运行情况继续对其进行完善。

2.2 教学团队的建设

充分利用校企合作的条件，由校内高职称、高学历优秀教师和企业优秀工程师共同组建一流的课程教学团队，把企业一线的项目、案例带到本课程的理论和实践教学中去，充分发挥企业方师资在项目开发和实践动手能力上的优势对学生进行课程设计、课程实训、项目开发等方面的指导和帮助，提高学生实践能力。同时，在寒暑假等长假期间，安排校内教师积极参加企业培训，以前沿讲座、新技术应用、项目开发等形式了解和学习技术前沿，提高实践动手能力，获得相关资格证书，建设本课程的“双师型”教学团队。

2.3 教学方法改革与实践

彻底转变传统以知识传授为导向的教学模式，坚持以能力培养为导向，积极推行探索性、研究性学习方法，强化学生的学习能力、创新能力、综合应用能力，强化学生独立分析和解决复杂实际工程问题能力。在教学手段上，本课程积极利用当前数字化、网络化技术优势，让教学过程更生动、更直观，提高教学效率和教学效果。目前，本课程在实际教学中根据课程和学生特点，采用了线上线下混合式的教学模式，课程组确定了以教师为主导、学生为主体的教学理念，把整个教学任务细化到每一节课，明确每节课中教师和学生分别需要完成的任务。采用“翻转课堂”的方式，将基础知识和项目资源等提前发布在线上教学平台上，供学生课前学习;线下教学采用面授、实操等手段，融合任务驱动法、实操演示等教学方法，通过完成每一次课的具体任务来完成整个教学实施，每次教學任务包含课前任务、问卷调查等多个环节。教师在上次课结束时发布下一次课的课前任务单，在课程平台上提前发布视频等学习资料，学生完成课前任务后通过慕课堂等辅助工具进行反馈，提出自己的疑难点，教师可通过反馈结果进行备课，之后在线下教学中，首先通过课前小测检测学生对课前任务的学习和理解程度，接着对共性问题进行讲解。问题解决后，用慕课堂、超星学习通等线下教学工具进行多种形式的课堂后测，如在线问答接龙游戏、在线小测等，检测学生的学习成效。之后总结课堂内容，帮助学生梳理知识点，建立知识结构。最后布置作业，同时发布下节课的课前任务单，使得整个教学环节形成闭环。此外，本课程教学团队教师还积极探索和促进科研教学互动，支持学生参与到教师的科研创新活动中，鼓励学生进项目、进团队、进实验室。

2.4 课程资源库的建设

根据校企双方共同制定的《嵌入式系统》教学内容体系和课程标准，教学团队继续深化项目化、案例式教学资源建设，选取更多具有应用性、系统性、先进性的实际项目、案例，深入研究其内部逻辑关系，形成层层递进的案例体系结构，使学生能够由易到难，由简入深，逐步掌握嵌入式系统的开发设计方法及综合应用技能。目前，本课程教学资源库包括教学案例库、实训项目库、讲义与教材、线上教学视频等。课程资源库的建设是校企双方共同努力的成果，对本课程顺利、高效地开展和实施提供了有力的支撑和保障，教学团队后续会根据资源库的使用情况不断扩充和完善，以更好地满足课程建设和教学的需求。

2.5 实践教学环节的进一步深化

利用本课程校企合作的优势，做好做实课程设计、实训周等实践教学环节，引入企业真实项目，引入富有工程经验的企业导师，让学生“真刀真枪”面向实际项目，面向开发设计一线，充分锻炼其实践动手能力和应用创新能力。此外，鼓励学生综合运用本课程和本专业其他专业课程所学内容，积极参加学院定期组织的院内相关学科竞赛，指导学生积极参加“全国大学生电子设计大赛”、“挑战杯科技作品大赛”、“互联网+”大赛等各项省级、国家级赛事，以赛促教，以赛促学，以赛促创。

2.6 在线课程的建设

随着当前信息技术对课堂教学模式改革的推动，以及2020年突发疫情对传统课堂教学形式的影响，教育主管部门和各学校近年来都加大了对课程线上教学和线上线下混合教学的改革和建设力度，本课程教学团队也积极进行相关的课程改革和探索，在线上课程和线上线下混合式课程的建设中开展了大量的工作，团队中老师不仅都学会了使用学习通、线上慕课、钉钉直播等各种线上工具，而且开展了课程录制等线上教学资源的制作，同时在爱课程线上平台上申请了自己的MOOC网站，自主建设线上课程的工作已在进行中。

依托中国大学MOOC平台，建立了《嵌入式系统》线上课程。目前，本课程的课程简介、课程框架、课程的多媒体课件、教学参考资料和课程团队录制的课程视频已经上传到中国大学MOOC平台的课程平台，为学生的线上自主学习、慕课的开展等提供方便，在课堂教学中以重点内容讲解和解难答疑为主，提高课堂教和学的效率。

2.7 教学评价和考核

本课程在教学评价中采用了基于OBE的学习达成度分析，课程教学成效和毕业要求都有明确的对应关系，对全体学生的学习成效都进行统计、汇总，详尽的数据分析为教学评价和教学反馈提供了科学的依据，为教学的持续改进奠定了基础。此外，还通过学生评教、专家督导、毕业生反馈等形式，形成教学监测—教学评价—问题分析—纠正偏差—教学改进—教学监测的闭环上升式课程评价体系，推动教学质量持续性改进。

本课程考核方式也进行了改革，以成果产出为导向，重点考核学生的学习成果，转变传统以期末考试试卷成绩为主的考核方式为平时成绩（30%）+期末考核（30%）+课程设计/项目作品/相关学科竞赛获奖（40%）等多维度的过程式、产出式、成果式考核方式。

3. 课程建设取得的成效

在校企双方的共同努力下，本课程建设成效显著，教学效果、教学成果和教学奖励等取得多项突破。近三年来，《嵌入式系统》课程教学评价成绩均为优秀等级，且评教分数持续提升，主讲教师近三年连续三次获学校教学考评优秀，依托本课程在实践创新方面的锻炼和培养，本专业数十位学生在大学生电子设计大赛、大学生挑战杯科技制作大赛、大学生工程训练综合能力竞赛等多项高水平赛事中获得多项省级以上奖励。此外，近三年内，《嵌入式系统》课程被立项为我校校级一流课程，目前已申报省级一流课程;《嵌入式系统》应用型教材被学校立项为校级规划教材，即将出版;课程团队负责人结合本课程的改革经验，参加教育部学校规划和建设发展中心和全国应用型课程建设联盟联合主办的应用型课程建设说课大赛，获全国一等奖，《嵌入式系统》课程获河南省本科教育线上教学优秀课程一等奖，课程团队成员还获得了河南省教学技能大赛一等奖、河南省教学标兵、应用型课程设计大赛校级特等奖、课堂教学创新大赛校一等奖等奖励和荣誉称号;教学团队成员近三年内申请各级教研、科研项目10余项，团队教师积极将科研与教学相结合，二者相互支撑，相互促进，必将带来课程教学质量的进一步提升。

4. 结语

应用型课程建设是应用型人才培养的核心和关键。本课程在建设过程中，从校企全面深入合作、教学内容改革和教学标准制定、教学团队建设、课程资源建设、实践教学环节的强化、课程评价与考核等方面着手，进行了积极的探索和实践，取得了较好的成效，学生不仅掌握了扎实的理论知识，动手实践能力和应用创新能力也得到了充分的锻炼和明显的提升，更好地满足了社会和用人单位对应用型人才的需求。

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