團組式教學(xué)模式改革論文
0、引言
嵌入式系統課程涉及電子、計算機、自動(dòng)控制等諸多專(zhuān)業(yè)知識，綜合性和實(shí)踐性強，傳統的教學(xué)方法在理論教學(xué)上側重于原理、方法和技術(shù)，實(shí)驗內容大多由教師預先指定。學(xué)生學(xué)完課程之后，雖然能較清楚地掌握嵌入式開(kāi)發(fā)原理、技術(shù)和開(kāi)發(fā)方法學(xué)，但其開(kāi)發(fā)技能和素養離專(zhuān)業(yè)嵌入式研發(fā)者的要求還有很大差距。嵌入式系統課程教學(xué)不應滿(mǎn)足于對嵌入式基本原理和基本開(kāi)發(fā)技能的掌握，還應進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。學(xué)生的綜合素質(zhì)培養需要一個(gè)多維、全方位的學(xué)習研究環(huán)境，將課內教學(xué)與課外實(shí)踐相結合、知識學(xué)習與應用背景相結合、個(gè)人興趣與社會(huì )責任相結合，貫穿于課堂教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)、課外學(xué)習、業(yè)余興趣和社會(huì )活動(dòng)中。
為了提高嵌入式系統課程的教學(xué)效果，國內外很多高校采取了一系列改革措施，如長(cháng)春大學(xué)采用講授與實(shí)驗一體化的教學(xué)方式；河南科技大學(xué)采用面向硬件和軟件兩種不同發(fā)展路線(xiàn)的教學(xué)方法；西南大學(xué)建立“基礎型、綜合設計型、研究創(chuàng )新型”三層次的嵌入式系統實(shí)驗教學(xué)體系，采用開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的思路和方法；國防科技大學(xué)提出采用案例式、研討式、層次性教學(xué)，要求學(xué)生走完一個(gè)項目的全過(guò)程，重視方案設計、節點(diǎn)檢查和全過(guò)程培養；美國Syracuse University等大學(xué)在嵌入式課程實(shí)驗中推行為期兩周的難度系數較低的綜合性實(shí)驗和為期兩學(xué)期的自選課題綜合實(shí)驗，并參與學(xué)校組織的嵌入式設計競賽活動(dòng)，每項自選課題可獲得500美元的資助。
我們在借鑒國內外教學(xué)方法的基礎上，本著(zhù)“創(chuàng )新創(chuàng )造、開(kāi)放思想、學(xué)以致用”的原則，積極提倡基于自命課題的以學(xué)生為中心的團組式教學(xué)模式，學(xué)生在學(xué)習完嵌入式系統導論的基礎知識后，以自愿組合的方式按3~5人分為一組，或組織多個(gè)小組形成更大的團隊，以團組方式經(jīng)歷一個(gè)項目研發(fā)的全過(guò)程。
1、基于自命課題的團組式教學(xué)模式的設計
1.1設計思想
基于自命課題的團組式教學(xué)模式融合了美國高校Seminar課程的教學(xué)方式，積極引導學(xué)生圍繞自命課題研究方向進(jìn)行專(zhuān)題閱讀和討論，要求學(xué)生圍繞專(zhuān)題提出自己的研究題目，寫(xiě)出選題報告，然后集體討論。選題經(jīng)教師批準后，學(xué)生便開(kāi)始收集和整理資料，但仍然繼續參加閱讀和討論，并將研究和思考帶到課堂上，作為討論的內容。大家在課堂上交流研究的心得，分享研究的信息。在項目研究過(guò)程中形成項目研發(fā)規范所需的各類(lèi)文檔，包括立項報告、技術(shù)報告、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和宣傳資料，積極引導鼓勵學(xué)生撰寫(xiě)科技論文在刊物上發(fā)表。本教學(xué)模式的實(shí)施過(guò)程中應積極將案例式、研討式、互動(dòng)式、項目驅動(dòng)式等教學(xué)方法融入其中。
1.2與其他教學(xué)方法的融合
為了更好更快地提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養，基于自命課題的團組式教學(xué)模式中需要積極融合其他多種教學(xué)方法，以解決初學(xué)者面臨的“入門(mén)難、提高慢”的問(wèn)題。
1）與案例教學(xué)法融合。
課堂教學(xué)環(huán)節采用科研成果、往屆學(xué)生作品等作為案例，給學(xué)生講解嵌入式系統開(kāi)發(fā)的核心關(guān)鍵技術(shù)和設計流程，幫助學(xué)生快速上手，減少在核心關(guān)鍵技術(shù)上學(xué)習的難度和時(shí)間，并讓學(xué)生體會(huì )項目管理和分工協(xié)作的經(jīng)驗。
2）與研討式教學(xué)法融合。
在對學(xué)生的自命課題進(jìn)行充分論證和立項后，組織學(xué)生對以下內容進(jìn)行研討和交流：應用領(lǐng)域的技術(shù)專(zhuān)題、團組間開(kāi)發(fā)的進(jìn)展與經(jīng)驗、嵌入式開(kāi)發(fā)的核心和難點(diǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗等。在分享交流和研討中開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，豐富其知識面。
3）與項目驅動(dòng)式教學(xué)法融合。
學(xué)生自命課題的內容來(lái)源于學(xué)生的興趣，涉及的范圍很廣泛。將項目目標和學(xué)生興趣結合，在項目研發(fā)的全過(guò)程中，學(xué)生更能主動(dòng)地去獲取和應用知識，提高團隊協(xié)作意識，享受項目研發(fā)過(guò)程中不斷克服困難所帶來(lái)的成功感受，樹(shù)立自信心。
2、實(shí)施新教學(xué)模式的綜合措施
新教學(xué)模式的推行需要在教學(xué)團隊、課程體系、實(shí)驗場(chǎng)地和時(shí)間保證、器材保證等方面做出調整。
2.1教學(xué)團隊的調整
教學(xué)團隊應將教學(xué)研討活動(dòng)制度化，每周進(jìn)行一次教學(xué)研討。研討內容包括嵌入式課程群課程體系設計、課程教學(xué)內容組織、案例的篩選與優(yōu)化、教學(xué)經(jīng)驗的總結與交流、學(xué)科方向新技術(shù)、學(xué)生對于項目管理和開(kāi)發(fā)技術(shù)等方面的需求分析、自命課題跟蹤與調研情況分析。積極鼓勵有嵌入式開(kāi)發(fā)經(jīng)驗的教師將科研成果轉化為教學(xué)案例，以模塊化教學(xué)方式重組課程內容；鼓勵教師積極參加國際會(huì )議和外出進(jìn)修活動(dòng)，不斷提升教學(xué)團隊各成員自身的研發(fā)水平和綜合素養。
2.2課程體系的調整
經(jīng)過(guò)梳理與優(yōu)化，嵌入式課程群主要包括以下核心課程：微機原理、接口技術(shù)、匯編語(yǔ)言、嵌入式系統概論、嵌入式系統原理與設計、Verilog硬件設計語(yǔ)言、VHDL硬件設計語(yǔ)言、DSP開(kāi)發(fā)技術(shù)。結合學(xué)校自身特色，積極創(chuàng )設嵌入式系統安全性分析、虛擬化技術(shù)、嵌入式操作系統、電子設備逆向分析等新課程。針對不同培訓層次和授課對象分別制訂教學(xué)大綱和實(shí)施措施。
2.3實(shí)驗場(chǎng)地和時(shí)間的保證
教研室在實(shí)驗室中劃出公共試驗臺以進(jìn)行焊接、測試等工作。實(shí)驗場(chǎng)地的開(kāi)放時(shí)間不局限于課內，學(xué)生還可在業(yè)余時(shí)間使用實(shí)驗場(chǎng)地進(jìn)行項目的開(kāi)發(fā)工作。教師要幫助學(xué)生利用簡(jiǎn)易器材在自己的電腦上建立軟件開(kāi)發(fā)調試環(huán)境。學(xué)生設計的核心模塊可以帶出實(shí)驗室，將課堂延伸到課外，鼓勵學(xué)生在課程結束后繼續完善系統，參加嵌入式設計大賽等活動(dòng)。
2.4器材的保證
在新的教學(xué)模式下，學(xué)生結合自身興趣自命課題，并由實(shí)驗室提供必要的MPU/FPGA/DSP核心模塊、開(kāi)發(fā)工具和基礎性器材（小規模集成電路、分立元件、焊線(xiàn)等）。對于示波器、邏輯分析儀等昂貴設備會(huì )放在公共試驗臺，便于學(xué)生使用。自選課題另需的關(guān)鍵組件和器材，考慮由教研室科研與教改等項目進(jìn)行資助。
3、新教學(xué)模式的能力培養目標
新的教學(xué)模式將學(xué)生培養目標設定為：能快速適應面向領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的高技能研發(fā)人員，具體有以下幾方面。
1）對社會(huì )的責任感。
從目前調研情況來(lái)看，學(xué)生的自命課題都立足于解決當前社會(huì )、經(jīng)濟、生活中的實(shí)際問(wèn)題。例如霧霾檢測系統、汽車(chē)防撞系統、北斗自動(dòng)定位系統、穿戴計算系統等。新的授課模式會(huì )促使學(xué)生從自己的興趣和愛(ài)好出發(fā)，以社會(huì )現實(shí)需求作為課題研究目標，無(wú)形中提高了學(xué)生對社會(huì )的責任感。
2）寬廣的學(xué)術(shù)視野和多學(xué)科交叉的知識結構。
課題研究越來(lái)越呈現學(xué)科融合的趨勢，需要和其他領(lǐng)域的知識整合并綜合應用。為順應培養目標多元化的趨勢，在學(xué)生選題時(shí)鼓勵課題的多學(xué)科的交叉和融合。學(xué)生只有具備交叉學(xué)科的知識，掌握更多的新技術(shù)、新進(jìn)展，才能夠充分借鑒相近領(lǐng)域的新成果和新方法，才能在能力結構、學(xué)術(shù)思想、科學(xué)思維上形成交叉復合效應，才會(huì )有更大的創(chuàng )造力，在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內做出創(chuàng )造性的成果�；谧悦n題的團組式教學(xué)模式有助于促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行應用領(lǐng)域國內外技術(shù)現狀的調研與學(xué)習，開(kāi)闊學(xué)術(shù)視野，完善知識結構。
3）系統設計、開(kāi)發(fā)與調試能力。
在自命課題的研發(fā)過(guò)程中，學(xué)生需要經(jīng)歷硬件電路設計、焊接、連通性檢測、功能調試、系統測試等過(guò)程，掌握烙鐵、萬(wàn)用表、示波器、邏輯分析儀和協(xié)議分析儀等設備的使用。在教學(xué)設計中，要突出硬件設計和測試技能的培養。
4）文檔撰寫(xiě)與交流能力。
結合項目管理規范，要求學(xué)生完成項目各階段所需的文檔，另提供立項報告、設計報告、總結報告、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等文檔。教師要鼓勵學(xué)生基于實(shí)驗結果公開(kāi)發(fā)表科技論文，強調文檔撰寫(xiě)與交流是科學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節。各小組在課堂上分享進(jìn)展情況、開(kāi)發(fā)經(jīng)驗、專(zhuān)題技術(shù)研討，營(yíng)造相互學(xué)習、相互促進(jìn)的學(xué)習氛圍。
5）團隊協(xié)作與組織協(xié)調能力。
以小組為單位整體完成系統設計、系統總調、文檔撰寫(xiě)、共享交流、作品展示等環(huán)節。自選課題設定的任務(wù)過(guò)大時(shí)，指導學(xué)生進(jìn)行目標定位與調整，或組織多個(gè)小組形成更大的團隊以保證在規定學(xué)時(shí)內完成預定目標。
4、結語(yǔ)
嵌入式系統課程著(zhù)力于培養學(xué)生基于MPU/FPGA/DSP的開(kāi)發(fā)設計技能。學(xué)生對于嵌入式系統的開(kāi)發(fā)技能有很強的學(xué)習積極性，也有迫切的愿望將嵌入式系統應用到社會(huì )生活各領(lǐng)域中�；谧悦n題的團組式教學(xué)模式營(yíng)造了真實(shí)的專(zhuān)業(yè)研究者的工作環(huán)境，教會(huì )學(xué)生如何進(jìn)行批判性思考，如何使用學(xué)術(shù)規范，如何使用各種研究資源和儀器儀表，如何設計研究題目，如何解讀原始資料，以激發(fā)學(xué)生的自主能動(dòng)性和創(chuàng )造力、綜合提高教學(xué)實(shí)效和學(xué)生綜合素質(zhì)。一個(gè)完善的教學(xué)方法不可能一蹦而就，還需要在以后的教學(xué)實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善。
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