第5期2021年2月No.5February ，2021
“嵌入式系统设计”课程的项目驱动教学模式探究
摘要：当前“嵌入式系统设计”课程教学中，传统教学模式存在着某些问题，如理论知识抽象难懂、教学
内容枯燥、学生实践时间偏少、缺乏创新能力培养等。文章从教学内容、教学方式等方面探索了该课程的项目驱动教学模式改革，主要是将书本理论知识和项目驱动模式结合，以生动活泼的项目来促进理论知识教学，调动学生学习主动性，增强学习效果。实践证明，项目驱动教学模式能够有效提高学生学习兴趣，化解课程教学难点，提高学生项目开发的实践能力。关键词：嵌入式系统；项目驱动；教学改革中图分类号：G642.0文献标志码：A
江苏科技信息
Jiangsu Science &Technology Information
李荣青，夏峥嵘，沈晓波
（淮南师范学院电子工程学院，安徽淮南232001）
基金项目：淮南师范学院校级重点教学研究项目；项目编号：2017hsjyxm24。淮南师范学院校级实验
教学研究项目；项目编号：2019syjx15。作者简介：李荣青（1980—），男，江苏丰县人，讲师，博士；研究方向：嵌入式系统开发与应用。
0引言
嵌入式系统主要以微控制器作为核心，是嵌入到
产品、设备中以实现其功能的数字化、智能化系统［1］。嵌入式系统在消费类电子、通信网络、医疗电子、工业控制、汽车电子、智能家电、仪器仪表等多个领域具有十分广泛的应用［2-4］。随着科学技术的发展，国家、企业对嵌入式系统人才的需求越来越多。为满足市场不断增长的人才需求，不少高校在信息、电子、通信等专业中开设了“嵌入式系统设计”课程，但该课程教学方法和过程基本上还停留在传统模式上［5］。该教学模式主要是把传授知识作为目标，以讲授法为主，是以教师讲授为中心的教学方式，主要表现是
“老师讲—学生听”［6-7］
。从培养应用开发人才角度
看，传统教学方式与实际人才需求有脱节［8］，培养的学生在嵌入式系统开发实践能力、专业技能、创新能力等方面不能满足用人单位的需求，入职后需较长的适应期［9］。
另外，嵌入式系统需要软硬件协同作用，而“嵌入式系统设计”更是一门软硬件相结合的课程，既有复杂的硬件组成和工作原理，又有嵌入式相关的软件设计［10］，涉及的知识点较多，各知识点衔接紧密。而在传统教学方式中，知识传授为主的理论课和操作技能
训练为主的实验课分开进行，学生难以将各知识点系统地衔接起来［11］。教学模式的不同选择，将会对学生的学习效果产生不同的影响。1传统“嵌入式系统设计”课程授课现状
1.1
教学内容枯燥
“嵌入式系统设计”课程与以往的基础课、专业理论课不同，该课程要求对实物或应用有感性认识。传统“嵌入式系统设计”课程理论性知识设置太多，且大多仅停留在纸面上，难以与实际应用联系起来，学生的学习兴趣不高，教学效果不理想［12］。1.2
教学方法单一
现行“嵌入式系统设计”相关课程多数采用粉笔黑板+PPT 模式，此上课方式限制了授课内容，降低了教学效率。在当今各大高校普遍压缩课时的情况下，此问题异常突出，学生无法深入地理解嵌入式系统的原理、指令和程序的运行方式及系统的开发过程，容易让学生觉得课程无用、无趣，逐渐失去对此
门课程学习的兴趣和积极性［13］。1.3
实践教学薄弱
嵌入式系统开发是什么由于“嵌入式系统设计”课程的工程实践性，实践教学成为必不可少的环节。理论知识不能仅停留在纸面上，应该让学生在掌握抽象知识的同时具有对嵌
入式系统直观的认识。虽然学校为该课程配置了相关实验平台，但实践时间安排与理论课程教学不同步。时间的错位，导致学生在实践的时候，理论知识几乎忘却，实验无从下手，实践教学效果不佳，不利于培养学生的实践能力，多数学生难以掌握嵌入式系统的设计与调试技术精髓［14］。
1.4考核方式片面
传统的教学考核方式以试卷测试为主，知识点停留在纸面上，难以考核学生的实践动手能力与创新能力。这种考核评价方式不全面，没有考查学生学习的过程、方法、思维，缺乏对过程的考核，不利于学生创新能力的培养。
现在的本科教育已由精英教育转变成大众教育，尤其是对于二本和三本这些应用型本科院校的学生。这部分学生兴趣广泛、思维灵活，却不太适应理论学习与思考，缺乏恒心与耐力，容易知难而退等。由于学生的这些特点，若采用上述传统的方式讲授“嵌入式系统设计”课程，则学生无法感受到该课程的
魅力，无法体会到此门课程知识在工作中的地位和作用，因而不能投入到课堂学习中，体现在课堂上就是学生我行我事，老师自说自话。一个学期结束后，大部分学生感到收获甚少，产生挫败感。对于比较优秀的学生，尽管他们能够硬着头皮学完课程，努力做到考试成绩优良，但他们得到的只是应付考试的死知识。这些知识只能应付考试，如果真正面对一个实际的嵌入式应用开发问题，他们仍是不知所措，无从下手。
因此，从培养应用开发人才角度来看，传统教学模式和方法与实际脱节。学生缺乏学习主观能动性与积极性，是在一种被动的状态下学习，教学效果不理想。培养的学生在嵌入式系统专业技能、创新意识、实践能力等方面不能满足用人单
位的需求，缺乏利用项目方法构建符
合应用需求的系统能力，入职后需要
有较长的适应期［15］。如何适应形势的
变化和发展，提高“嵌入式系统设计”
课程教学质量，培养社会需求的高素
质开发人才是一个紧迫课题。针对上
述问题，结合多年课程教学经验，探讨
了项目驱动教学模式在“嵌入式系统
设计”课程中的改革和实践。
2项目驱动式教学模式
项目驱动教学是一种以建构主义
教学理论为基础的教学方法，是德国教育大力推行的一种“行为引导式的教学模式”［16］。此教学方法，是通过对解决问题过程的反馈，学习、补充和完善相关知识体系，是对学生综合能力作全面培养的一种教学模式。教师根据教学目标和教学内容的需要，设置具体项目案例，引导学生参与思考、分析、实践、讨论等，让学生在具体的问题情景中主动探索、积极思考。项目驱动主要通过课程目标为学生设定“真实情境”，降低学生对新知识的“陌生感”。第一，有利于学生利用原有知识结构中的有关经验去同化和感知当前的新知识；第二，学生在“真实问题情景”中，通过解决问题的反馈，补充和完善原有的知识体系；第三，培养学生发现问题、解决问题、独立思考的自主学习能力。
2.1项目驱动式教学内容的构建
构建“嵌入式系统设计”课程项目体系，就是基于现有教材，引入活泼生动的项目和工程应用。将“嵌入式系统理论”课程的全部知识点融入不同的项目中，增加实验课时，以项目为载体，使项目包含教学大纲所要求的全部教学知识点。分析构建项目的培训目标、项目内容、项目实施流程，并进行归纳与整理，制定对学生综合能力不断提高的阶梯式项目。在具体的实施过程中，将教材［17］中相关知识点放入了不同项目中，如表1所示。将嵌入式系统开发平台硬件资源介绍和软件MDK5的使用放在项目一（项目入门训练中）。学生在学习了解相关软件硬件资源后，直接进行操作训练，这样学生在操作中理解和掌握了老师所讲的知识点。而STM32系统架构、STM32时钟系统等知识点，介绍嵌入式系统的内部结构，内容抽象，学生学完这几章后，不能看到直接的效果，注意力开始下降，逐渐对后续课程失去信心。将此知识点与项目三的按键操作训练相结合，理论与实践相结合，调动表1结合相关知识点的课程项目
知识点
开发平台硬件资源介绍；
软件MDK5的使用
MDK下C语音基础
STM32系统架构、STM32时钟系统；delay文件夹代码介绍
端口复用和重映射、寄存器地址名称映射；STM32中断优先级管理
sys文件夹代码介绍；
usart文件夹介绍
综合训练项目
课程项目
项目一：项目入门训练项目二：跑马灯项目项目三：按键操作项目项目四：中断操作项目项目五：串口操作项目项目六：LCD显示项目
了学生的学习兴趣。
2.2项目驱动式教学方式的构建
在项目驱动式教学模式探索中，学生应成为项目实施过程的中心，教师的作用是引导与辅助。项目驱动式教学过程可分为5个阶段，如图1所示。第一阶段项目准备，教师处于主导地位，讲解项目相关的教学知识点，布置项目任务，提供相关资源。第二阶段确定方案，学生分组讨论项目任务中的技术难
点，给出算法流程图和实施方案，教师对方案的可行性、重点和难点进行点评，有针对性地给予理论分析，教师、学生互动确定项目实施方案。第三阶段方案实施。学生为项目实施过程中的中心，利用各种信息资源，团结协作，分析讨论，完成项目任务。教师负责监督，并及时处理学生实施过程中出现的问题。学生实施项目情况一般分成3类：（a）类学生循序渐进，逐步掌握项目实施方法并完成项目任务；（b）类学生有较强学习能力，能较快地完成项目任务，教师可以给予这部分学生额外项目任务；（c）类学生学习能力偏差、基础较弱，需要教师加强监督、指导和帮助，并防止此类学生抄袭。第四阶段项目成果展示，学生汇报项目实施方法，演示实施过程，展示项目结果。教师根据学生的演示讲解成果，结合提问，了解学生的项目完成情况。第五阶段评价与总结。项目评价是对学生的学习状况与项目完成情况做出反馈，是总结、提高的阶段。通过评价可以对学生起到激励和反馈的作用，使学生能够及时发现自身不足，学习不断提高进步。评价的内容主要有：项目完成情况、自主学习能力、知识点的掌握和应用情况、解决处理问题的方法以及学生的学习态度等，要积极肯定与鼓励学生在解决项目任务过程中体现出来的创造性。另外，学生要根据教师评价进行任务总结，提出改进思路与措施，进一步锻炼学生的实践创新能力。最后，根据各方面的完成情况，教师给出学生的项目成绩。
3项目驱动式课堂教学模式的优点
3.1通过项目化解课程中的教学难点
“嵌入式系统设计”这门课程涉及较多抽象难懂的概念和原理。将抽象的概念与晦涩难懂的原理融入一些形象的项目中，可以使抽象的理论具体化，复杂问题简单化，有效地化解教学中的难点，加深学生对相关概念和原理的理解。
3.2通过项目提高学生学习兴趣
引导学生完成一些有趣的项目，可以让枯燥的知识趣味化，引发学生的学习激情与潜能。例如，在讲授STM32时钟系统知识点，可以在项目中让学生通过分频、寄存器等一些抽象概念和理论，利用蜂鸣器开发一段音乐。当学生意识到自己可以利用嵌入式系统相关知识来编写代码实现音乐播放的时候，他们对所学的内容会变得兴趣盎然，想要跃跃欲试，这样学生学习的兴趣和积极性就调动起来了。
3.3通过项目联系工程实践，培养学生动手能力
“嵌入式系统设计”是一门工程性、应用性很强的课程。在教学过程中引入一些实践工程项目，可以让学生建立这门课程“有实用”的概念，引导学生关注理论知识的实际应用，使学生掌握针对实际问题的分析设计方法，提升学生的动手能力和创新能力。例如，在表1项目五（串口操作项目）中，设计一个“从电脑传输汉字点阵到实验平台显示”的项目内容，通过此教学项目的分析和讨论，学生不仅明白了串口的工作原理和应用方法，而且也能体会这一项目的实际应用情况。联系到放置在路口、广场、车站等的大屏幕显示内容更新的时候，学生就能体会到这个项目的工程意义。3.4通过项目承上启下，强化课
程之间的联系
项目设计过程中经常需要运用到“C语言程序设计”“数字逻辑设计及其应用”等课程的知识。在“嵌入式系统设计”教学中，可以通过项目来承担承上启下的作用。这样不仅能帮助学生理解现在所学知识，也复习了以前所学课程内容，做到了相关课程之间的融会贯通，可以达到整体优化的教学效果，全面提升学生的综合运用和知识扩展能力。
4结语
项目驱动的教学模式突破了传统教学模式的某图1项目驱动式教学过程的5个阶段
Exploration of project-driven teaching of “Embedded System Design ”course
Li Rongqing,Xia Zhengrong,Shen Xiaobo
（School of Electronic Engineering,Huainan Normal University,Huainan 232001,China ）
Abstract:There exist some problems in the traditional teaching mode of “Embedded System Design ”course.For example,the theoretical knowledge is abstract and difficult to understand,the teaching content is dull,the students have little time to practice and they lack innovation ability training,etc.This article explores the reform of the project-driven teaching mode of this course from the aspects of teaching content and teaching mode,mainly combining the book theory knowledge with the project-driven mode,promoting the theoretical knowledge teaching with vivid projects,arousing the students ’learning initiative and enhancing the learning effect.The practice has proved that the project-driven teaching mode can effectively improve students ’interest in learning,solve the difficulties in teaching and improve students ’practical ability of project development.Key words:embedded system;project-driven;teaching reform
些局限，调动了学生的学习积极性，提高了学生分析和解决问题的能力。以项目为中心，通过完成项目的过程来学习“死”的理论，能够让学生明白所学的理论知识有什么作用，可以解决什么实际问题。通过解决问题过程的反馈，易于对原有的知识体系进行补充与完善，拓展了学生工程实践能力，进一步提高了学习的目的性和主动性，能为后续课程的学习工作打下坚实的基础。
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（编辑
王永超）

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