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基于OBE理念的“嵌入式系统”课程教学改革与实践探索

2024-12-24 60 上传者：管理员

摘要：基于成果导向教育(OBE)理念，通过案例式项目教学、建立思维导图和思政库等教学实践优化了“嵌入式系统”课程教学内容，丰富的教学资源库和教学手段以及校企合作等方式促进学生能力提升，教学评价给教育学提供了动力。实践结果表明，改革后的课程教学体系有助于提高教学效果并改善人才培养质量。

关键词：
ARM 体系结构
OBE理念
实践融合
嵌入式系统
课程改革
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随着2016 年我国高等工程教育专业认证加入《华盛顿协议》,成果导向教育(Outcomes-Based Education,OBE) 理念在我国高等工程教育中逐渐被熟知和实践｡ OBE 理念实现了从以“教”为中心到以“学”为中心的转变[1] ,其实施过程强调教学活动以学生为中心､以成果为导向,注重学生创新以及工程实践能力的培养[2] ｡

“嵌入式系统” 课程是一门理论与实践融合的课程｡该课程介绍了 ARM 体系结构及 STM32 微控制器内核架构,针对具体的微控制器 STM32 详细介绍五大外设模块 (通用输入输出､中断､串口通信､定时器､模数转换器)的原理及应用｡课程的特点是内容多､学时少,学生往往不注重平时知识的积累,只在最后考试前一两天进行死记硬背,以应付考试,这样学习效果大打折扣,与国家倡导的素质教育背道而驰｡

本文在分析现有教学问题的基础上,基于 OBE 理念对“嵌入式系统”课程从教学实践过程､教学方式､校企合作和考核体系等方面进行探索与改革,以建立符合 OBE 理念的课程教学模式,激发学生的学习兴趣,增强学生的社会责任感和工程实践能力,从而满足现代嵌入式行业对高素质专业人才的需求[3] ｡

1、课程存在的问题

近年来随着自动化技术､人工智能的不断提高,以及国家“中国制造 2025” 的发展战略目标,对毕业生的综合能力也提出了更高的要求｡然而,目前“嵌入式系统”的课程内容和教学方式等已难以满足新时代发展的需要,主要存在以下不足之处｡

(1)随着科技发展,在嵌入式系统应用中,新算法､新器件不断涌现,但教学内容仍主要以常规的外设为主,没有及时更新;

(2)授课方式多以教师在课堂上讲授为主,很多时候显得枯燥无味,学生印象也不深刻,积极性不高,对学生工程实践能力和创新意识的培养不够;

(3)考核方式通常只包含平时成绩和期末考试成绩, 而且期末考试成绩占比很大,对学习过程的评价不足｡上述问题的存在影响了对高素质专业人才的全面培养｡

2、基于OBE 理念的课程教学改革实践过程

2. 1 通过项目教学,化抽象为形象教学的教学方法,建立并不断完善项目案例库

模块化重构教学内容, 以项目式教学方法, 围绕 STM32 基本理论体系,引入“学科前沿” 和“工程实际” 案例,阶次化重构教学内容｡针对嵌入式微控制器的外设资源,通过项目案例式教学,培养学生系统的分析与设计能力;通过项目协作开发方式,注重培养学生系统的总体设计能力､项目实施能力､团队协作能力､项目管理能力等, 设计的项目案例如表 1 所示｡

表1 项目案例式教学

2. 2 以思维导图方式总结课程知识点

思维导图可以用来帮助学生梳理思路､整理思维､汇总信息和解决问题｡以思维导图形式提炼模型,形成知识结构｡ 2. 3 深入挖掘课程思政素材,递阶迭代思政案例库将思想政治价值理念､人文修养以及精神追求融入课程中去,潜移默化地对学生的思想意识､行为举止产生影响,表 2 为课程思政库建设情况｡

表2 思政库建设情况

3、教学方式与手段的优化

3. 1 丰富教学资源

全面构筑学科前沿与工程实际相融合､线下线上相融合､虚拟仿真与课堂实验相融合的多阶立体化教学资源｡在学习通建立线上课程,课件､软件､推荐视频网页等,方便学生自主学习｡在 QQ 群发布作业､项目､课前预习资料及要求等｡心理学研究表明,学生如果只听讲解,只能记住所听内容的 15%;学生预先自主探究,再由教师点拨,则可记得内容 85%｡翻转课堂使学生主动了解和掌握 STM32 系统的基本概念､基本原理,培养学生充分利用互联网的资源进行自主学习｡

3. 2 教学手段的多样化

合理利用现代教学方法手段,建“学习共同体”,带动深度思考;修“学问思辨行”,提升高阶思维｡建立“以学生为中心”的教学模式,在课堂教学中根据章节内容的不同灵活运用“讲授式”“启发式”“对比式”以及“任务式”等方法进行教学[3] ｡通过口袋实验开发板进行实物演示,避免“满堂灌”式的讲解｡例如,分析 STM32 与 51 不同,进行对比教学｡

3. 3 校企合作,产学研融合

企业作为具有丰富产业资源和市场经验,能够为高校提供实践基地､科技需求等方面的支持｡校企合作提高学生创新能力和竞争力｡

4、教学评价体系的改进

科学设置形成性评价体系,提升评价维度,延伸评价深度,扩展评价广度,给教与学提供进阶动力｡课程总评成绩分成平时成绩和期末成绩,期末成绩占 70%,平时成绩占 30%｡平时成绩包括平时作业占 10%､实验占 10%､项目实践占 10%｡期末考试中也体现项目程序编写,提高学生应用知识解决问题能力｡

5、改革成果

5. 1 育人效果学生期末考试卷成绩分布如图 1 所示:

图1 学生成绩分布对比图

2022 年与 2021 年相比,80 分以上人数增多,70 分以下人数减少,教学成绩提高｡

5. 2 学生评价

对课程的满意度､成就感､教学方法等进行了学生问卷调查,学生较满意｡问卷调查学生满意度情况如图 2 所示｡

图2 课程满意度问卷调查情况

5. 3 参加大创项目和竞赛情况

学生参加的唐山学院创新创业项目有:激励信号源优化设计及检测算法研究､智慧农场———基于物联网技术的智能农场､智能激光除草机器人､可变形六足勘测机器人设计､焊缝检测智能机器人设计､路面缝隙智能识别机器人设计等｡

今年物联网专业学生参加蓝桥杯嵌入式大赛｡与公司签署实习就业基地协议､建立联合实验室｡

5. 4 教学成果通过学习通建设了线上课程,如图 3 所示,方便学生线上学习｡

6、结语

基于OBE 理念开展了“嵌入式系统”课程的教学改革与实践,突出“以学生为中心”,优化了教学内容,丰富了考核评价方式,综合运用多种教学资源与教学手段,拓展教学内容的广度与深度,提高教学质量与效果,有助于培养厚基础､强实践､能创新､有潜质的复合型创新型高级专业人才｡教学相长,教师在教学创新中获教学比赛奖项,完成了教研项目及教研论文｡

参考文献:

[1]李志义,朱泓,刘志军. 用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J]. 高等工程教育研究,2014(2): 29-34.

[2]黄朋勉,周智慧,黄子杰. 基于 OBE 理念培养创新性化工专业人才[J]. 化工高等教育,2018(2):25-27.

[3]彭新元,叶志国. 基于 OBE 理念的《热处理设备》课程教学改革与实践[ J]. 热处理技术与装备,2023(12): 69-72.

基金资助:河北省教育厅2022年度高等教育教学改革研究与实践项目“‘新工科+现代产业学院’背景下一流本科专业思政体系研究——以自动化专业为例”(项目编号:2022GJJG569),主持人袁娜;

文章来源:张红娟,袁娜.基于OBE理念的“嵌入式系统”课程教学改革与实践探索[J].科技风,2024,(35):11-13.