摘要：面对中国制造业转型升级及相关行业对嵌入式系统人才的迫切需求，针对当前嵌入式系统课程群教学存在的教学目标缺乏系统性、教学模式单一、教学内容更新滞后与实践环节薄弱以及课程评价机制单一等问题，提出面向应用能力培养的教学改革策略，包括重构“知识、能力和素质”三维教学目标，构建“项目驱动、成果导向”一体化教学模式，丰富教学内容与提升学生实践技能，以及建立多元化评价机制。这些策略旨在培养学生的专业能力、实践应用能力和创新精神，以实现人才培养与行业需求的精准对接，推动“中国智造”高质量发展。
关键词：嵌入式系统课程群,应用能力培养,产教融合,项目驱动,成果导向
随着中国制造业的转型升级与工业软件产业的快速发展，为摆脱“卡脖子”困境和推动“中国智造”实现高质量发展，进一步满足我国嵌入式系统开发设计人才供给需求，高校需要解决教育供给侧结构性改革的导向问题。因此，嵌入式系统课程群建设以“培养学生什么样的能力”和“如何培养出这样的能力”为教学改革出发点，以人才培养目标和毕业出口需求为导向，通过产教融合和成果导向教育理念指导教学，采用以学生为主体、以学习结果为导向、以项目驱动式学习贯穿始终的教学设计思路，推进教学改革，注重学生专业能力和实践应用能力的培养，提升学生创新应用能力[1-2]。
嵌入式系统课程群作为电子信息类专业的核心课程群，主要包括C语言程序设计、电子线路CAD及仿真、嵌入式原理、嵌入式开发与应用等综合性课程。这些课程不仅需要学生具备电路和编程语言等基础理论知识，还需要学生具备电路设计、嵌入式系统软件编程和系统调试等工程实践与应用能力。培养学生实践应用能力，需要对嵌入式系统课程群的教学目标、教学模式、教学资源和教学评价等方面存在的问题进行深入探索和研究。
一、嵌入式系统课程群教学中存在的问题
（一）教学目标缺乏系统性
当前嵌入式系统课程群教学以教师为中心，以学科知识的传授为主要任务，主要关注单个课程的专业技能知识的传递。课程教学目标单一，缺乏对学生知识、能力和素质等方面的综合培养，且课程之间缺乏系统性关联，导致学生所学知识呈现碎片化状态，缺乏连贯性和整体性。这不仅妨碍了学生系统化知识框架的构建，还限制了其整体思维能力、创新能力和实践能力的提升。
（二）教学模式单一
当前嵌入式系统课程群的教学模式往往侧重于知识点的传授而忽视了对学生能力的培养。学生缺乏创新实践的机会，难以通过实际项目应用所学知识，也无法通过实践来检验和巩固理论知识，导致理论知识的掌握不够牢固。在单一的教学模式下，统一的教学内容和进度限制了学生的个性化学习。这种方式不利于学生根据个人兴趣和发展方向进行针对性学习，也难以激发学生的创造力和自主学习能力。
（三）教学内容更新滞后与实践环节薄弱
当前，嵌入式系统课程群的教学内容与行业需求的匹配度不高，未能及时引入行业内的新技术和新应用，教学内容更新滞后，导致学生所学内容与行业需求脱节。此外，教学内容通常缺乏实际应用背景，这不仅难以激发学生的学习兴趣，也不利于提升其综合技能[3-5]。同时，嵌入式系统课程群的实践教学环节较为薄弱，尽管课程群设置了实验课程，但实验往往停留在验证性阶段，缺少设计性和综合性的实验环节。同时，由于缺乏与企业的实质性合作，企业的真实项目案例未能有效融入教学，学生难以获得真实的项目经验和技能训练，难以培养自身的实际应用能力和创新能力。
（四）课程评价机制单一
当前，嵌入式系统课程考核以结果性考核为主，如期末考试、最终的项目展示。这种方式容易让学生把注意力集中在分数上，忽视了学习过程本身的重要性。同时，缺乏有效的过程性考核，教师就难以及时发现并纠正学生在学习过程中出现的问题，学生可能直到考试前或项目结束时才能得知自己的不足之处，从而失去了及时调整的机会。这不仅会影响学生个体的学习效果，还可能导致整体教学质量的下降。此外，现代社会不仅重视人才的理论知识，还关注人才的创新能力、团队合作精神、解决问题的能力。然而，传统的单一评价方式无法全面评估这些重要能力。学生即使在理论知识方面取得了不错的成绩，若缺乏实际应用能力和团队协作能力，仍然难以满足社会发展需求。
二、面向应用能力培养的嵌入式系统课程群教学改革策略
针对嵌入式系统课程群教学存在的问题，结合我国嵌入式系统开发设计人才供给需求，提出了面向应用能力培养的嵌入式系统课程群教学改革策略，主要包括四个方面。
（一）重构“知识、能力和素质”三维教学目标
教师应秉承学校的教学理念，重构嵌入式系统课程群的教学目标，将学科知识导向转变为学生学习成果导向，注重学生综合能力的培养，将教学目标明确地聚焦于学生的学习结果上，构建“知识、能力、素质”三维教学目标，突出能力本位教育。
知识目标：学生应掌握电路设计的基本技能及电路的设计和调试方法，了解PCB（印制电路板）的设计规范和生产工艺；熟练掌握C语言及基本语法，并深入理解程序设计的基本思想、概念和方法；掌握嵌入式系统的软硬件结构分析与设计方法，包括硬件选型、软件架构设计和外设接口编程等内容；明确电路设计、算法编程与嵌入式系统设计与开发之间的内在联系，并能够在系统层面进行整体设计。
能力目标：培养和锻炼学生对硬件、软件进行开发设计的能力，使其能够独立完成从需求分析到产品生成的全过程；提升学生分析和解决问题的能力，增强学生的沟通协作和学习能力；实现教、学、做的有机结合，通过项目驱动的方式，提高学生的自主学习和协作学习能力；提升学生的硬件电路设计、软件编程和系统调试等工程实践与应用能力，使其具备解决实际工程问题的技能。这些能力目标的设定，旨在帮助学生不仅具备扎实的专业知识，还能在实际工作中展现出卓越的应用能力和创新能力。
素质目标：通过与企业共建的教学平台，将现代企业职业素养内涵融入课堂，培养学生适应企业的能力和素质；通过课程设计和项目实践，使学生意识到嵌入式系统开发对社会、经济产生的影响，培养其社会责任感，使其在职业生涯中能够承担起相应的社会责任。
（二）构建“项目驱动、成果导向”一体化教学模式
为紧密结合理论知识与实践操作，激发学生的创新意识与学习热情，嵌入式系统课程群可借鉴学生在全国大学生智能汽车竞赛中荣获国家一等奖的经验，引入“智能车”项目。课程设计应综合嵌入式课程群的核心知识点，重点覆盖嵌入式硬件设计、驱动编写及应用程序开发三大领域。通过“智能车”的设计过程，将理论知识转化为实践成果，实现“项目驱动、成果导向”的一体化教学目标。
具体而言，“智能车”的设计可被细分为四大模块：硬件电路板设计、C代码剖析、驱动程序设计与实时操作系统应用。将这些模块依次融入教学计划，构成连续的教学流程，使学生在每一阶段都能见证自己的学习成果，并为后续深入学习提供支撑。
C语言程序设计课程聚焦于“智能车”C代码剖析，旨在展示C语言在实际项目中的应用。课程可先从C语言的基础知识入手，继而通过分析“智能车”的实际代码，揭示理论知识如何在实践中应用。这有助于学生理解编程规范与整体架构，提升其对C语言的学习兴趣。电子线路CAD及仿真课程致力于“智能车”硬件电路板设计教学，内容涵盖从原理图绘制到PCB布线等环节。学生需自主设计并焊接“智能车”主板，将其作为后续实践活动开展的硬件基础。在此过程中，教师可结合PCB可靠性设计的原则，通过具体的项目实践，激发学生主动学习的热情。嵌入式原理课程则专注于驱动程序设计，学生可使用自制主板实现STM32外设驱动，涵盖ADC（模数转换器）数据采集、PWM（脉冲宽度调制）速度控制及定时器测试等功能。教师可采用实践导向的教学方法，使学生直观地看到自己的成果，进一步激发其学习动力。在嵌入式开发与应用课程中，学生可将之前编写的驱动程序集成至实时操作系统内，学习任务调度与资源管理等技术，完成实时操作系统应用。该课程可帮助学生完成具备完整功能的“智能车”设计，提升学生的知识与技能。
“项目驱动、成果导向”的一体化教学模式不仅可使学生在实践中掌握嵌入式系统设计的全流程，还可夯实他们的专业知识基础，增强其应用与创新能力。
（三）丰富教学内容，提升学生实践技能
为了更好地将理论知识与实践技能相结合，促进教育与产业需求的有效对接，桂林信息科技学院信息工程学院与中智讯科技有限公司展开了深入的校企合作。首先，双方共同建设了智联网工程实训平台。该平台配备了STM32等微控制器开发板，以及各类传感器和无线通信模块，为学生提供了一个模拟真实工程环境的学习空间，从而创建了一个高度仿真的工程实践环境。其次，在人才培养方案和教学大纲的制定过程中，校企双方密切协作，不仅将企业前沿技术（如物联网、人工智能、边缘计算等）、职业素养和行业经验融入“智能车”项目式教学内容，为“智能车”的系统设计提供了坚实的技术支持，同时还培养了学生良好的职业素养。教师还将企业的实际工程项目作为教学案例贯穿课程教学，不仅可丰富教学内容，还可使学生在实际操作中掌握嵌入式硬件设计、驱动程序编写及应用程序开发等重要技能。
（四）建立多元化评价机制
项目教学的课程产出具有不确定性，因此，强调以学生为中心，对知识、能力、素质进行全面综合评价，形成过程性评价、结果性评价与综合性评价等多元评价机制。其中，过程性评价主要考查学生在学习过程中的态度、习惯等，可通过学生上课考勤、课堂互动、课后作业等方面来体现。结果性评价主要考查学生对理论知识的理解、掌握情况，可通过理论考试、课程设计报告等方式来体现。综合性评价主要考查学生的知识应用能力、综合分析能力、实践动手能力与团队协作能力，可通过学生项目过程记录与项目验收、答辩等方面来体现[6]。构建多元化评价机制，可定期评估学生的学习成果和教师的教学效果，依据期望的学生产出反向设计及优化课程内容，以确保教学活动与教学目标的一致性，提升学生学习效果。
综上所述，面向应用能力培养的嵌入式系统课程群教学改革，可满足社会对嵌入式应用人才的迫切需求。重构“知识、能力和素质”三维教学目标，构建“项目驱动、成果导向”的一体化教学模式，丰富教学内容与提升学生实践技能以及建立多元化评价机制等改革措施，不仅能提高课程内容与行业需求的契合度，还能激发学生的学习热情，培养其解决复杂工程问题的能力，助力“中国智造”的高质量发展。然而，教学改革是一个持续探索和优化的过程。未来，教育工作者仍需密切关注行业动态，不断调整和创新教学策略，以更好地服务于国家发展战略，满足产业需求。
参考文献：
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[3]张启龙.“以学为主,项目驱动”的嵌入式系统课程教学设计研究:以基于STM32的智能小车项目为例[J].电脑知识与技术,2023(30):163-165,177.
[4]李德兴,王玉松,邢东洋.面向新工科的嵌入式实践课程改革与实践[J].电气电子教学学报,2023(4):41-44.
[5]聂阳.校企合作模式下地方高校电子信息类嵌入式方向核心课程的体系结构探索研究[J].高教学刊,2019(8):53-55.
[6]高婷,刘伟,陈雪辉,等.产教融合、协同育人背景下工业控制网络课程教学改革研究[J].软件导刊,2022(10):236-240.
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