團(tuán)組式教學(xué)模式改革論文
0、引言
嵌入式系統(tǒng)課程涉及電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)知識(shí)，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在理論教學(xué)上側(cè)重于原理、方法和技術(shù)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多由教師預(yù)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發(fā)原理、技術(shù)和開發(fā)方法學(xué)，但其開發(fā)技能和素養(yǎng)離專業(yè)嵌入式研發(fā)者的要求還有很大差距。嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)不應(yīng)滿足于對(duì)嵌入式基本原理和基本開發(fā)技能的掌握，還應(yīng)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(yǎng)需要一個(gè)多維、全方位的學(xué)習(xí)研究環(huán)境，將課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)學(xué)習(xí)與應(yīng)用背景相結(jié)合、個(gè)人興趣與社會(huì)責(zé)任相結(jié)合，貫穿于課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外學(xué)習(xí)、業(yè)余興趣和社會(huì)活動(dòng)中。
為了提高嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)效果，國(guó)內(nèi)外很多高校采取了一系列改革措施，如長(zhǎng)春大學(xué)采用講授與實(shí)驗(yàn)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)展路線的教學(xué)方法；西南大學(xué)建立“基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型”三層次的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思路和方法；國(guó)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(xiàng)目的全過(guò)程，重視方案設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)檢查和全過(guò)程培養(yǎng)；美國(guó)Syracuse University等大學(xué)在嵌入式課程實(shí)驗(yàn)中推行為期兩周的難度系數(shù)較低的綜合性實(shí)驗(yàn)和為期兩學(xué)期的自選課題綜合實(shí)驗(yàn)，并參與學(xué)校組織的嵌入式設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)，每項(xiàng)自選課題可獲得500美元的資助。
我們?cè)诮梃b國(guó)內(nèi)外教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，本著“創(chuàng)新創(chuàng)造、開放思想、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(tuán)組式教學(xué)模式，學(xué)生在學(xué)習(xí)完嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論的基礎(chǔ)知識(shí)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(tuán)隊(duì)，以團(tuán)組方式經(jīng)歷一個(gè)項(xiàng)目研發(fā)的全過(guò)程。
1、基于自命課題的團(tuán)組式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)思想
基于自命課題的團(tuán)組式教學(xué)模式融合了美國(guó)高校Seminar課程的教學(xué)方式，積極引導(dǎo)學(xué)生圍繞自命課題研究方向進(jìn)行專題閱讀和討論，要求學(xué)生圍繞專題提出自己的研究題目，寫出選題報(bào)告，然后集體討論。選題經(jīng)教師批準(zhǔn)后，學(xué)生便開始收集和整理資料，但仍然繼續(xù)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(nèi)容。大家在課堂上交流研究的心得，分享研究的信息。在項(xiàng)目研究過(guò)程中形成項(xiàng)目研發(fā)規(guī)范所需的各類文檔，包括立項(xiàng)報(bào)告、技術(shù)報(bào)告、產(chǎn)品說(shuō)明書和宣傳資料，積極引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生撰寫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(yīng)積極將案例式、研討式、互動(dòng)式、項(xiàng)目驅(qū)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)生的專業(yè)素養(yǎng)，基于自命課題的團(tuán)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“入門難、提高慢”的問題。
1）與案例教學(xué)法融合。
課堂教學(xué)環(huán)節(jié)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(tǒng)開發(fā)的核心關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)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(xí)的難度和時(shí)間，并讓學(xué)生體會(huì)項(xiàng)目管理和分工協(xié)作的經(jīng)驗(yàn)。
2）與研討式教學(xué)法融合。
在對(duì)學(xué)生的自命課題進(jìn)行充分論證和立項(xiàng)后，組織學(xué)生對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行研討和交流：應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)專題、團(tuán)組間開發(fā)的進(jìn)展與經(jīng)驗(yàn)、嵌入式開發(fā)的核心和難點(diǎn)技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)等。在分享交流和研討中開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，豐富其知識(shí)面。
3）與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法融合。
學(xué)生自命課題的內(nèi)容來(lái)源于學(xué)生的興趣，涉及的范圍很廣泛。將項(xiàng)目目標(biāo)和學(xué)生興趣結(jié)合，在項(xiàng)目研發(fā)的全過(guò)程中，學(xué)生更能主動(dòng)地去獲取和應(yīng)用知識(shí)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，享受項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中不斷克服困難所帶來(lái)的成功感受，樹立自信心。
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(tuán)隊(duì)、課程體系、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間保證、器材保證等方面做出調(diào)整。
2.1教學(xué)團(tuán)隊(duì)的調(diào)整
教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)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(nèi)容包括嵌入式課程群課程體系設(shè)計(jì)、課程教學(xué)內(nèi)容組織、案例的篩選與優(yōu)化、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與交流、學(xué)科方向新技術(shù)、學(xué)生對(duì)于項(xiàng)目管理和開發(fā)技術(shù)等方面的需求分析、自命課題跟蹤與調(diào)研情況分析。積極鼓勵(lì)有嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的教師將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，以模塊化教學(xué)方式重組課程內(nèi)容；鼓勵(lì)教師積極參加國(guó)際會(huì)議和外出進(jìn)修活動(dòng)，不斷提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)各成員自身的研發(fā)水平和綜合素養(yǎng)。
2.2課程體系的調(diào)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(jī)原理、接口技術(shù)、匯編語(yǔ)言、嵌入式系統(tǒng)概論、嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)、Verilog硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言、VHDL硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言、DSP開發(fā)技術(shù)。結(jié)合學(xué)校自身特色，積極創(chuàng)設(shè)嵌入式系統(tǒng)安全性分析、虛擬化技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)、電子設(shè)備逆向分析等新課程。針對(duì)不同培訓(xùn)層次和授課對(duì)象分別制訂教學(xué)大綱和實(shí)施措施。
2.3實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間的保證
教研室在實(shí)驗(yàn)室中劃出公共試驗(yàn)臺(tái)以進(jìn)行焊接、測(cè)試等工作。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的開放時(shí)間不局限于課內(nèi)，學(xué)生還可在業(yè)余時(shí)間使用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行項(xiàng)目的開發(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發(fā)調(diào)試環(huán)境。學(xué)生設(shè)計(jì)的核心模塊可以帶出實(shí)驗(yàn)室，將課堂延伸到課外，鼓勵(lì)學(xué)生在課程結(jié)束后繼續(xù)完善系統(tǒng)，參加嵌入式設(shè)計(jì)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(jié)合自身興趣自命課題，并由實(shí)驗(yàn)室提供必要的MPU/FPGA/DSP核心模塊、開發(fā)工具和基礎(chǔ)性器材（小規(guī)模集成電路、分立元件、焊線等）。對(duì)于示波器、邏輯分析儀等昂貴設(shè)備會(huì)放在公共試驗(yàn)臺(tái)，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(xiàng)目進(jìn)行資助。
3、新教學(xué)模式的能力培養(yǎng)目標(biāo)
新的教學(xué)模式將學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定為：能快速適應(yīng)面向領(lǐng)域開發(fā)的高技能研發(fā)人員，具體有以下幾方面。
1）對(duì)社會(huì)的責(zé)任感。
從目前調(diào)研情況來(lái)看，學(xué)生的自命課題都立足于解決當(dāng)前社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活中的實(shí)際問題。例如霧霾檢測(cè)系統(tǒng)、汽車防撞系統(tǒng)、北斗自動(dòng)定位系統(tǒng)、穿戴計(jì)算系統(tǒng)等。新的授課模式會(huì)促使學(xué)生從自己的興趣和愛好出發(fā)，以社會(huì)現(xiàn)實(shí)需求作為課題研究目標(biāo)，無(wú)形中提高了學(xué)生對(duì)社會(huì)的責(zé)任感。
2）寬廣的學(xué)術(shù)視野和多學(xué)科交叉的知識(shí)結(jié)構(gòu)。
課題研究越來(lái)越呈現(xiàn)學(xué)科融合的趨勢(shì)，需要和其他領(lǐng)域的知識(shí)整合并綜合應(yīng)用。為順應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)多元化的趨勢(shì)，在學(xué)生選題時(shí)鼓勵(lì)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(shí)，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(jié)構(gòu)、學(xué)術(shù)思想、科學(xué)思維上形成交叉復(fù)合效應(yīng)，才會(huì)有更大的創(chuàng)造力，在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)做出創(chuàng)造性的成果�；谧悦n題的團(tuán)組式教學(xué)模式有助于促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行應(yīng)用領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀的調(diào)研與學(xué)習(xí)，開闊學(xué)術(shù)視野，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。
3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)與調(diào)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(shè)計(jì)、焊接、連通性檢測(cè)、功能調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)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(shè)備的使用。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，要突出硬件設(shè)計(jì)和測(cè)試技能的培養(yǎng)。
4）文檔撰寫與交流能力。
結(jié)合項(xiàng)目管理規(guī)范，要求學(xué)生完成項(xiàng)目各階段所需的文檔，另提供立項(xiàng)報(bào)告、設(shè)計(jì)報(bào)告、總結(jié)報(bào)告、產(chǎn)品說(shuō)明書等文檔。教師要鼓勵(lì)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果公開發(fā)表科技論文，強(qiáng)調(diào)文檔撰寫與交流是科學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。各小組在課堂上分享進(jìn)展情況、開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、專題技術(shù)研討，營(yíng)造相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)的學(xué)習(xí)氛圍。
5）團(tuán)隊(duì)協(xié)作與組織協(xié)調(diào)能力。
以小組為單位整體完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)總調(diào)、文檔撰寫、共享交流、作品展示等環(huán)節(jié)。自選課題設(shè)定的任務(wù)過(guò)大時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行目標(biāo)定位與調(diào)整，或組織多個(gè)小組形成更大的團(tuán)隊(duì)以保證在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)完成預(yù)定目標(biāo)。
4、結(jié)語(yǔ)
嵌入式系統(tǒng)課程著力于培養(yǎng)學(xué)生基于MPU/FPGA/DSP的開發(fā)設(shè)計(jì)技能。學(xué)生對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技能有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)積極性，也有迫切的愿望將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到社會(huì)生活各領(lǐng)域中。基于自命課題的團(tuán)組式教學(xué)模式營(yíng)造了真實(shí)的專業(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(guī)范，如何使用各種研究資源和儀器儀表，如何設(shè)計(jì)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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