PBL教学模式在嵌入式系统课程改革中的应用
付琳 江世明
摘? 要 针对嵌入式系统教学中实践性和创新性不足的问题，在研究PBL教学模式与传统教学方式差异的基础上，将问题导向、项目驱动的教学方法引入嵌入式系统课程教学中，围绕具体项目设计、开展教学。实践表明，课程改革在提高学生的学习主动性及团队协作能力等方面有着良好效果。
关键词 嵌入式系统;问题导向;项目驱动;PBL教学模式
中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）14-0077-03
Application of PBL Teaching Model in Reform of Embedded Sys-
tem//FU Lin， JIANG Shiming
Abstract This paper studied the differences between the PBL tea-
ching model and the traditional teaching method， adopted the problem-
oriented and project-driven teaching method in embedded system teaching， and the teaching organization forms were modified accor-dingly. Practice has shown that the integration of embedded system curriculum with PBL teaching model could improve the students' study initiative and cooperative ability effectively.
Key words embedded system; problem-oriented; project-driven; PBL
teaching model
1 前言
嵌入式系統是面向电子信息类专业开设的专业核心课。它将硬件电路知识与程序设计结合，涵盖硬件开发、系统软件及应用软件的设计开发等内容，具有多学科交叉、工程应用突出的特点。通过该课程的学习，学生应掌握嵌入式系统开发的一般方法，具备一定的嵌入式系统应用开发能力。在以往的嵌入式系统教学中，学生普遍反映所学内容涉及面广、学习难度较大，学习效果不尽如人意，无法适应用人单位对嵌入式人才的需求，偏离地方高校培养应用型人才的教学目标，对嵌入式系统课程教学进行改革势在必行。
2 课程改革思路
嵌入式系统课程将电子信息理论与工程实际紧密结合，侧重于引导学生思考、实践，解决实际工程应用问题，这与PBL（Problem/Project-based Learning）教学方法倡导的以学生为主体，基于问题、目标的学习方式不谋而合。PBL教学法源于20世纪50年代的医学教育，主张从实践和经验中学习，在掌握知识的同时培养技能，引导学生自我发展，倡导团队合作。PBL教学模式已经在国外高等医学及工程教育等领域取得良好的应用效果[1]。
通过将PBL教学模式应用于嵌入式系统课程教学中，在教学过程中创设工程技术问题情境，将教学任务转化为具体工程项目的开发任务，让学生在分析、解决问题的过程中构建知识，掌握嵌入式系统开发的相关技能。教师由教学的主导者逐渐过渡为学习促进者[2]，与我国古代的“师者所以答疑解惑也”不谋而合，在民主、协作的教学氛围中，尽可能调动学生学习的主观能动性，从而取得更好的教学效果。
3 PBL教学模式与传统教学方式的对比
传统工科教学理念提倡“教师主导、学生主体”，其中“教师主导”要求教师首先精心设计教学过程，明确教学方向。然而在实践中由于学生无法自行决定学习目标和学习内容，导致学习动机弱化，学生的“学习主体”地位难以有效保证。此外，传统的嵌入式系统教学侧重知识点的覆盖率，在有限的课堂时间内灌输尽可能多的内容，教学中的许多知识点都是一带而过，学生难以构建知识网络。
PBL教学模式认为学生是学习的中心[3]，学生应对自己的学习全面负责。通过在教学过程中设置问题情境[4]，引导学生对问题进行分析，根据自身情况自行制定学习目标、安排学习进度、组织开展学习活动。教师作为教学的促进者，主要关注学生对知识的理解深度，对学生的学习予以支持，起到抛砖引玉的作用。这种教学模式能够极大地调动学生的学习积极性，培养学生的思辨能力、动手能力、表达能力，提高团队合作意识，为自主学习、终身学习打下坚实的基础。
4 课程改革实施过程
根据本专业人才培养方案，嵌入式系统课程安排在大三的第一个学期，原教学安排为54课时，七周完成。在课程实施过程中，摒弃传统的按照课时开展教学，为学生提供一个开放的学习环境及配套开发装置，除教师安排的研讨时间外，学生在开课的七周里自主安排学习时间。在教学任务的设计上，嵌入式系统课程被划分为十个逐层递进的项目任务，每个项目围绕一个具体的工程实践问题展开。其中前八个项目为基础项目，引导学生熟悉掌握嵌入式项目的开发设计过程，着重培养学生的自主学习能力及工程应用能力;最后两个项目为综合创新项目，重点考查学生的电子综合创新应用能力、团队协作能力。项目及典型问题如表1所示。
学习过程如图1所示。每个项目的学习过程包括问题调研、课堂研讨、项目实施、撰写报告及作品展示等任务。项目开始前提供一周的调研时间，供学生明确问题解决方向。教师作为指导者，负责为学生提供项目相关的基础学习资源，鼓励学生对问题展开自主探究，要求学生设计任务时间表，提出问题的解决方案，对学生所设计方案的可行性及学生的研究能力进行评价，但不可主观决定学生的方案。项目执行过程包含多次课堂研讨、任务进度汇报。学生在实践探究过程中不断检验项目初期设计方案的可行性，通过学习EDA工具的使用，在实践中分析问题、解决问题，在完成工程任务的同时对获得的知识在大脑中再加工，从而加深对所学内容的理解，构建知识网络。一个班级中学生的项目目标、能力高低及投入程度各异，最终产生的学习效果也不尽相同。通过这种教学方式，每个学习个体能够获得独特的学习意义。项目结束后，学生根据项目实施情况撰写报告，并对最终成果进行现场演示，作为项目考核评分的依据。
5 小组协作
小组协作是PBL教学模式中的重要环节，在嵌入式系统课程教学过程中，安排两个具有较强综合性的项目，学生自行分组，每组推选一名小组长统筹项目任务分工、组织小组讨论、把控项目进度等事务。学生通过前期基础项目的学习，已经具备基本的嵌入式系统开发能力，在小组协作过程中对典型问题进行深入分析，借助多种媒介寻找资料，制订解决方案并予以实施。通过多轮的小组讨论与协作，学生对問题形成共识，实现知识的整合及建构。
结束时，每个小组均需陈述演示及撰写项目实施报告，演示过程中由教师及其他小组成员就项目相关问题提问，以充分了解学生对项目的掌握程度。教师在指导过程中，注重培养学生的思辨能力、处理分歧的能力及沟通协调能力，帮助小组成员发掘自身潜质，提升学生的心理抗压能力。在真实的企业环境中，工程项目开发时一般需要组成团队、分工协作，运用集体的智慧完成项目，小组协作通过模拟真实的研发环境，帮助学生提前适应社会工作。
6 考核评价方式
不同于传统的考核方式，改革后的嵌入式系统课程考核更加注重学生能力的评价，包括自学能力、表达能力、工程应用能力、团队协作能力等。单个项目评分由过程评分（40%）及项目考核评分（60%）两部分组成。过程评分主要考查学生在项目中的参与度、任务安排的合理性，评分依据为平时的项目过程记录、小组研讨记录等;考核评分主要关注学生对知识点的理解程度，是否通过项目训练具备了解决此类问题的思路与手段，考核内容包括作品演示情况及结题报告，评分按比例汇总为该项目的最终成绩。这种灵活的考核方式避免了一次考分定天下的学习局面，注重考查学生的学习过程与投入程度，促使学生形成你追我赶的学习氛围。
7 结语
PBL教学模式在学习过程中实现了知识建构与能力提升两者间的并行发展[5]。通过将PBL教学模式与嵌入式系统课程相结合，采用问题导向、项目驱动的教学方式，将教学任务分解为相互联系又彼此独立的工程项目，通过对工程技术问题的求解串联学习过程，学生的学习主动性明显提高，工程应用能力、团队协作能力得到有效提升。在今后的教学中将进一步将该课程改革经验应用于相关课程教学，逐步构建单片机—STM32—嵌入式系统应用程序开发的嵌入式课程教学体系，培养具有终身学习能力的电子信息人才。■
参考文献
[1]Graaff E D， Kolmos A. Characteristics of Problem-
Based Learning[J].International Journal of Enginee-ring Education，2003，19（5）：657-662.
[2]李会春，杜翔云.面向未来的课程设计：奥尔堡大学PBL课程模式与教育理念探析[J].重庆高教研究，2018（3）：
117-127.
[3]解光勇.国外高等教育PBL教学法教师研修项目的学习与启示[J].高等理科教育，2019（6）：1-6.
[4]杜翔云，钟秉林，Kolmos A.以问题为基础的学习理念及其启示[J].中国高等教育，2008（2）：20-24.
[5]刘景福.基于项目的学习模式（PBL）研究[D].南昌：江西师范大学，2002.
