0、引言
嵌入式系統課程涉及電子、計算機、自動控制等諸多專業知識，綜合性和實踐性強，傳統的教學方法在理論教學上側重於原理、方法和技術，實驗內容大多由教師預先指定。學生學完課程之後，雖然能較清楚地掌握嵌入式開發原理、技術和開發方法學，但其開發技能和素養離專業嵌入式研發者的要求還有很大差距。嵌入式系統課程教學不應滿足於對嵌入式基本原理和基本開發技能的掌握，還應進一步提高學生的綜合素質。學生的綜合素質培養需要一個多維、全方位的學習研究環境，將課內教學與課外實踐相結合、知識學習與應用背景相結合、個人興趣與社會責任相結合，貫穿於課堂教學、實驗教學、課外學習、業餘興趣和社會活動中。
為了提高嵌入式系統課程的教學效果，國內外很多高校採取了一系列改革措施，如長春大學採用講授與實驗一體化的教學方式；河南科技大學採用面向硬體和軟體兩種不同發展路線的教學方法；西南大學建立“基礎型、綜合設計型、研究創新型”三層次的嵌入式系統實驗教學體系，採用開放式實驗教學的思路和方法；國防科技大學提出採用案例式、研討式、層次性教學，要求學生走完一個專案的全過程，重視方案設計、節點檢查和全過程培養；美國Syracuse University等大學在嵌入式課程實驗中推行為期兩週的難度係數較低的綜合性實驗和為期兩學期的自選課題綜合實驗，並參與學校組織的嵌入式設計競賽活動，每項自選課題可獲得500美元的資助。
我們在借鑑國內外教學方法的基礎上，本著“創新創造、開放思想、學以致用”的原則，積極提倡基於自命課題的以學生為中心的團組式教學模式，學生在學習完嵌入式系統導論的基礎知識後，以自願組合的方式按3~5人分為一組，或組織多個小組形成更大的團隊，以團組方式經歷一個專案研發的全過程。
1、基於自命課題的團組式教學模式的設計
1.1設計思想
基於自命課題的團組式教學模式融合了美國高校Seminar課程的教學方式，積極引導學生圍繞自命課題研究方向進行專題閱讀和討論，要求學生圍繞專題提出自己的研究題目，寫出選題報告，然後集體討論。選題經教師批准後，學生便開始收集和整理資料，但仍然繼續參加閱讀和討論，並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，分享研究的資訊。在專案研究過程中形成專案研發規範所需的各類文件，包括立項報告、技術報告、產品說明書和宣傳資料，積極引導鼓勵學生撰寫科技論文在刊物上發表。本教學模式的實施過程中應積極將案例式、研討式、互動式、專案驅動式等教學方法融入其中。
1.2與其他教學方法的融合
為了更好更快地提高學生的專業素養，基於自命課題的團組式教學模式中需要積極融合其他多種教學方法，以解決初學者面臨的“入門難、提高慢”的問題。
1）與案例教學法融合。
課堂教學環節採用科研成果、往屆學生作品等作為案例，給學生講解嵌入式系統開發的核心關鍵技術和設計流程，幫助學生快速上手，減少在核心關鍵技術上學習的難度和時間，並讓學生體會專案管理和分工協作的經驗。
2）與研討式教學法融合。
在對學生的自命課題進行充分論證和立項後，組織學生對以下內容進行研討和交流：應用領域的技術專題、團組間開發的進展與經驗、嵌入式開發的核心和難點技術開發經驗等。在分享交流和研討中開闊學生的學術視野，豐富其知識面。
3）與專案驅動式教學法融合。
學生自命課題的內容來源於學生的興趣，涉及的範圍很廣泛。將專案目標和學生興趣結合，在專案研發的全過程中，學生更能主動地去獲取和應用知識，提高團隊協作意識，享受專案研發過程中不斷克服困難所帶來的成功感受，樹立自信心。
2、實施新教學模式的綜合措施
新教學模式的推行需要在教學團隊、課程體系、實驗場地和時間保證、器材保證等方面做出調整。
2.1教學團隊的調整
教學團隊應將教學研討活動制度化，每週進行一次教學研討。研討內容包括嵌入式課程群課程體系設計、課程教學內容組織、案例的'篩選與優化、教學經驗的總結與交流、學科方向新技術、學生對於專案管理和開發技術等方面的需求分析、自命課題跟蹤與調研情況分析。積極鼓勵有嵌入式開發經驗的教師將科研成果轉化為教學案例，以模組化教學方式重組課程內容；鼓勵教師積極參加國際會議和外出進修活動，不斷提升教學團隊各成員自身的研發水平和綜合素養。
2.2課程體系的調整
經過梳理與優化，嵌入式課程群主要包括以下核心課程：微機原理、介面技術、組合語言、嵌入式系統概論、嵌入式系統原理與設計、Verilog硬體設計語言、VHDL硬體設計語言、DSP開發技術。結合學校自身特色，積極創設嵌入式系統安全性分析、虛擬化技術、嵌入式作業系統、電子裝置逆向分析等新課程。針對不同培訓層次和授課物件分別制訂教學大綱和實施措施。
2.3實驗場地和時間的保證
教研室在實驗室中劃出公共試驗檯以進行焊接、測試等工作。實驗場地的開放時間不侷限於課內，學生還可在業餘時間使用實驗場地進行專案的開發工作。教師要幫助學生利用簡易器材在自己的電腦上建立軟體開發除錯環境。學生設計的核心模組可以帶出實驗室，將課堂延伸到課外，鼓勵學生在課程結束後繼續完善系統，參加嵌入式設計大賽等活動。
2.4器材的保證
在新的教學模式下，學生結合自身興趣自命課題，並由實驗室提供必要的MPU/FPGA/DSP核心模組、開發工具和基礎性器材（小規模積體電路、分立元件、焊線等）。對於示波器、邏輯分析儀等昂貴裝置會放在公共試驗檯，便於學生使用。自選課題另需的關鍵元件和器材，考慮由教研室科研與教改等專案進行資助。
3、新教學模式的能力培養目標
新的教學模式將學生培養目標設定為：能快速適應面向領域開發的高技能研發人員，具體有以下幾方面。
1）對社會的責任感。
從目前調研情況來看，學生的自命課題都立足於解決當前社會、經濟、生活中的實際問題。例如霧霾檢測系統、汽車防撞系統、北斗自動定位系統、穿戴計算系統等。新的授課模式會促使學生從自己的興趣和愛好出發，以社會現實需求作為課題研究目標，無形中提高了學生對社會的責任感。
2）寬廣的學術視野和多學科交叉的知識結構。
課題研究越來越呈現學科融合的趨勢，需要和其他領域的知識整合並綜合應用。為順應培養目標多元化的趨勢，在學生選題時鼓勵課題的多學科的交叉和融合。學生只有具備交叉學科的知識，掌握更多的新技術、新進展，才能夠充分借鑑相近領域的新成果和新方法，才能在能力結構、學術思想、科學思維上形成交叉複合效應，才會有更大的創造力，在專業領域內做出創造性的成果。基於自命課題的團組式教學模式有助於促使學生主動進行應用領域國內外技術現狀的調研與學習，開闊學術視野，完善知識結構。
3）系統設計、開發與除錯能力。
在自命課題的研發過程中，學生需要經歷硬體電路設計、焊接、連通性檢測、功能除錯、系統測試等過程，掌握烙鐵、萬用表、示波器、邏輯分析儀和協議分析儀等裝置的使用。在教學設計中，要突出硬體設計和測試技能的培養。
4）文件撰寫與交流能力。
結合專案管理規範，要求學生完成專案各階段所需的文件，另提供立項報告、設計報告、總結報告、產品說明書等文件。教師要鼓勵學生基於實驗結果公開發表科技論文，強調文件撰寫與交流是科學過程中的重要環節。各小組在課堂上分享進展情況、開發經驗、專題技術研討，營造相互學習、相互促進的學習氛圍。
5）團隊協作與組織協調能力。
以小組為單位整體完成系統設計、系統總調、文件撰寫、共享交流、作品展示等環節。自選課題設定的任務過大時，指導學生進行目標定位與調整，或組織多個小組形成更大的團隊以保證在規定學時內完成預定目標。
4、結語
嵌入式系統課程著力於培養學生基於MPU/FPGA/DSP的開發設計技能。學生對於嵌入式系統的開發技能有很強的學習積極性，也有迫切的願望將嵌入式系統應用到社會生活各領域中。基於自命課題的團組式教學模式營造了真實的專業研究者的工作環境，教會學生如何進行批判性思考，如何使用學術規範，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，以激發學生的自主能動性和創造力、綜合提高教學實效和學生綜合素質。一個完善的教學方法不可能一蹦而就，還需要在以後的教學實踐中不斷改進和完善。