韩琛晔，田云霞，张微微

（河北工程技术学院，石家庄 050091）

0 引言

嵌入式系统是电子信息类专业的一门学科综合性很强的专业课，由于近年来嵌入式技术以及物联网技术的快速发展，国内许多高校都开设了嵌入式系统设计，并将该课程作为工科电类及计算机专业的一门必修课，但是在以往的教学过程中嵌入式系统课程在教学过程中也存在着以下几个方面的问题：

（1）嵌入式系统设计课程非常注重理论和实践教学，但在实际教学过程中，实践教学课时不足，且实验教学内容简单，仅能做一些基础的验证性实验，与一些工程应用场景不匹配，缺乏设计性实验，不利于培养学生的实际动手能力，和创新能力的培养，毕业生缺乏独立开发的技能。

（2）授课的形式比较单调，理论课程以讲授为主，实践课程不能与理论课程更好的衔接，没有很好地综合性和前瞻性，学生对实验没有特别大的兴趣，学生知识面零散不系统，实验内容不全面抑制了学生自主创新的学习动力，致使学生动手及创新创造能力没有得到更好地提升。

（3）随着物联网及通信技术的发展，嵌入式系统课程不能更好地与物联网技术及通信技术相融合，开发出更贴近前沿的实验项目。

针对以上问题，结合我们学校的实际，结合本人多年的实践教学经验，采用PBL教学法对嵌入式系统设计课程教学进行改革和探索，提以高学生课堂参与度，增强学生项目开发能力。

1 PBL教学理念

基于PBL的教学理念是一种新型的学习形态，它体现了权威的“做中学”“学生为主体”的教育思想。该教学理念可以培养学生批判性思维，提高学生解决问题的能力，沟通交流能力，以及团队协作能力。在课程运用PBL项目式学习的方式，能让学生发现自己的兴趣，让真正的学习过程发生！

2 PBL教学理念在嵌入式系统课程中的实施

PBL教学改革在17级电子信息工程、物联网工程、通信工程三个专业中展开，其中在物联网工程、电子信息工程专业两个班中实行PBL教学理念，通信工程专业两个班中采用传统教学模式，以此来比较教学效果。

2.1 PBL 教学的设计与目标

PBL教学有以下几个特点：①PBL教学以问题、项目为中心；②以学生为主体，教师为教学中的促进者；③PBL教学法以学生自主学习为目标。所有的教学设计围绕着以问题、项目引入，以学生自主探究，教师辅助的方式展开。在设计教学内容的时候，课堂教学以问题的形式导入，在课下实践中，以项目的形式开展。

2.2 引入循序渐进的项目或者问题

项目实施过程中采用循序渐进，由易到难的原则，将教学内容分为基础篇、综合篇和提高篇，教学过程中设计边教边练教学模式，三个篇章的项目由浅入深，能力递进，将教学实验分层，每一个实验层次采用不同的组织形式，培养学生不同的能力，基础篇主要完成基础性验证性实验，综合篇主要利用外围器件传感器等，实现一些简单的项目，提高篇将前沿的物联网技术与嵌入式技术相结合，通过具体的物联网项目让学生学以致用，提高学生的自主开发和设计能力。嵌入式系统课程层次化项目设计见表1。

为了使每个项目更好的推进和实施，需要教师提前将课堂问题下发给学生，学生拿到问题，进行分组自主学习，并进行资料的查阅，最后小组之间进行沟通讨论，确定解决问题的思路和方法，完成项目。

学生分组不能随机分组，要以组内成员异质为原则将学生分组，3～4人为一组，选定一个项目任务。小组组员探究合作学习是解决项目任务的核心要素，也是学生建构知识的重要途径。

表1 嵌入式系统课程层次化项目设计

2.3 多元化的教学方法促进教学

利用现代信息技术，教师在蓝墨云班课上发布教学资源和项目任务清单，教学资源包括微课视频、知识点讲解、教学课件和项目所需资料等。项目任务清单依据不同篇章的项目任务细化成各个小任务点。在小组讨论中，教师及时查看学生的进度并参与答疑。学生采用合作学习的方式，结合课堂问题，项目问题，进行现场编程，设计的多元化方法展开教学。

2.4 培养组建竞赛小组与团队

在完成综合篇和提高篇的项目实践后，注意挖掘和发现表现突出、有学习潜力的学生，激发学习兴趣，组建竞赛小组，注重培养学生潜能，将以往各种竞赛的题目或者案例作为挑战内容，激发和鼓励学生积极参加各类电子竞赛、物联网及嵌入式竞赛的热情，加强科技创新及科研实践。

2.5 评价与考核

引入PBL的教学模式后，评价标准不再是传统的主要取决于考试成绩，而更加侧重于实践任务完成的过程化考核。该门课程的成绩组成为：“基础项目30分、综合项目30分、期末综合项目40分”的考核方式。其中“基础项目30分”采用教师评价，教师根据学生在课堂上的表现来打分，主要包括课堂教学过程中“问题回答情况”和“项目完成情况”等多个指标进行评分。“综合项目30分”以小组总分为基准，以每位同学在组内的贡献度和工作量不同进行打分。小组总分以任课教师根据每个小组项目的完成情况进行打分。期末综合设计项目成绩以综合任务完成程度结合设计任务书、实施方案、总结报告及作品创新程度为标准进行评定。基础项目评价标准及权重见表2。

其中基础项目评价标准为教师评分，综合项目和期末综合设计项目评价标准分为教师评分、小组自评和小组之间互评，教师评分占40%，小组自评占30%，小组之间互评占30%。通过多元化、相互补充的评价标准，可以提高学生的课堂教学参与度，激发学习兴趣。综合项目及期末项目评价标准及权重见表3。

表2 基础项目评价标准及权重

表3 综合项目及期末项目评价标准及权重

3 课程效果与反思

3.1 教学评价及效果

为了检验教学效果，通过任教的4个班级（2个传统班和2个教改班）进行教学实践，传统班采用正常的课堂讲授教学法进行授课，教改班采用PBL教学法进行授课。在课程结束后，通过匿名问卷调查来了解学生对2种教学方法满意度的反馈。调查结果如表4显示，PBL教学法教学学生满意度较好，教学质量与效果有很大改善，有力地说明了PBL教学法的先进性。

课程完成后对4个班级共同进行了一次期末试卷考试，试题完全相同，两组班级也呈现出不同的成绩分布。嵌入式系统设计试卷成绩结果见图1。实验结果体现了PBL教学法的优越性。

表4 教学满意度调查

3.2 问题反思

虽然PBL教学法有很好的优越性，但是PBL教学法在教学实施过程中出现的一些问题同时也需要注意，主要包括：①精心设计问题及项目。问题和项目的提出是PBL教学的核心，所以问题及项目的选取非常重要，一定要注重问题有启发性，项目具有综合性，能有效的提高学生的知识水平。②杜绝出现组内成员滥竽充数，吃大锅饭的现象。PBL教学一般以小组为单位进行，对于一些自制能力差或是懒惰的学生，可能会有依赖感或吃大锅饭的现象．为了避免这种情况发生，可以在平时教学中注意课堂提问，项目协作中注意安排组内学生对项目进行解读和细化，其他学生提出提问或质疑的方式解决问题。③PBL教学法需要学生积极配合，为了让学生能够积极主动参与进来，激励方式一定要丰富多样。

图1 嵌入式系统设计试卷成绩对比图

4 结语

嵌入式系统设计课程的特点就是对实践要求很高，并且当前信息技术及嵌入式技术更新快，这就要求教师在教学中需要不断完善教学和实践内容，尝试探索先进的教学方法。实践证明，本文提出的PBL教学法，应用于嵌入式系统设计课堂教学中可以激发学生的求知欲，促进了学生学习的积极性，提高学生的实践能力，对培养学生的创新创造能力、工程素养和团队合作精神具有重要的现实意义。