以學(xué)生團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)和課題開發(fā)模式改革嵌入式課程

趙國(guó)安　郁　斌

【摘要】首先分析了近年來國(guó)內(nèi)嵌入式教學(xué)中的現(xiàn)狀和存在的問題。為解決這些問題，在實(shí)踐中為課程作了許多前期工作，并在此基礎(chǔ)上確立了強(qiáng)調(diào)學(xué)生互助學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)的思路，采取學(xué)生團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式和課題學(xué)習(xí)模式的方法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，取得了優(yōu)異的教學(xué)成果。

【關(guān)鍵詞】 團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)；課題開發(fā)；嵌入式教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【論文編號(hào)】1009—8097（2009）06—0136—03

引言

嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前景的信息技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系向上

承接電子、電路、計(jì)算機(jī)軟件、微機(jī)原理等多項(xiàng)基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域，廣泛涉及到信息科學(xué)的軟硬件各方面，向下發(fā)展至 滲透到社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域的令人眼花繚亂的應(yīng)用 。近年來各高校普遍增加開設(shè) 嵌入式方面的課程，甚至有的學(xué)校直接開始以嵌入式系統(tǒng)為專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生。與此同時(shí)，有關(guān)嵌入式教學(xué)的研討和探索隨著課程的開展一直在進(jìn)行。

早期的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)往往停留在以講概念和講原理為主的水平上，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完后“會(huì)背書，不會(huì)做” ，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。針對(duì)這一現(xiàn)象，許多高校相關(guān)領(lǐng)域的教師也做了不少實(shí)踐探索和嘗試。以同濟(jì)大學(xué)為代表的高校在嵌入式課程中率先引入由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）提出的“Learning by doing”這一適用于工程教學(xué)的行之有效的先進(jìn)教學(xué)理念，對(duì)嵌入式教學(xué)進(jìn)行了部分改革。許多高校也將課程進(jìn)行了強(qiáng)化實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的改

進(jìn)，教學(xué)效果取得了一定程度的提高。

一 存在的問題和現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)仍然存在不少問題。

第一，盡管從原有的單純的課堂講解理論知識(shí)到現(xiàn)階段理論課與實(shí)驗(yàn)課并重，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐問題已經(jīng)得到了很大的改善，但是因?yàn)楝F(xiàn)有的多數(shù)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程只能脫胎于原有的計(jì)算機(jī)課程體系，沿襲了傳統(tǒng)教學(xué)中重課堂教學(xué)、輕操作實(shí)踐， 重原理、輕應(yīng)用的課程安排習(xí)慣。多數(shù)學(xué)校的課程為建議改為 ：以理論課為主，配套一定課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，但是一般理論課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比例為2：1，甚至為3：1，罕有達(dá)到1：1或以上的。而作為輔助的實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)定，主要是配備計(jì)算機(jī)以及由專門廠商生產(chǎn)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱，具體實(shí)驗(yàn)課程多數(shù)為嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱配套的實(shí)驗(yàn)，一般包含基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、基本接口實(shí)驗(yàn)、人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)、通信與音頻接口實(shí)驗(yàn)、嵌入式Linux和WinCE基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)課程以選用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分為多，選用復(fù)雜和高級(jí)的實(shí)驗(yàn)較少。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則多為依照實(shí)驗(yàn)參考書的要求重復(fù)實(shí)現(xiàn)，少見具有創(chuàng)新性的內(nèi)容和多樣化的要求。課程考試或考察也以理論考試為主，實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)為輔。這在一定程度上造成了教師和學(xué)生雙方面的對(duì)實(shí)踐技能的弱化和忽視。

第二，也有部分院校已經(jīng)能夠以嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，則在此課程體系內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)比例較大，理論課時(shí)減少。在更加強(qiáng)化實(shí)踐能力的課程體系中，在此基礎(chǔ)上開設(shè)了時(shí)間為1——3周的課程設(shè)計(jì)，一般包含若干個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性設(shè)計(jì)，這一課程安排已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)和鍛煉，淡化了純理論教學(xué)。但是在實(shí)踐中，學(xué)生層次的參差不齊、教師精力和水平的限制、課題來源的狹隘性、學(xué)生單人實(shí)踐的有限性這些問題都在很大程度上制約著學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的效果，往往沒有最大程度上體現(xiàn)出嵌入式學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，普遍存在著課設(shè) 課題固定，缺乏團(tuán)隊(duì)合作、缺乏創(chuàng)新等現(xiàn)象。

二 嵌入式系統(tǒng)及其教學(xué)的特點(diǎn)

分析嵌入式系統(tǒng)課程的內(nèi)容和應(yīng)用背景，不難發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)具有不同于其他課程的特點(diǎn)，使得這門課應(yīng)該是最具有實(shí)踐性、創(chuàng)新性、應(yīng)用性的課程，應(yīng)該是對(duì)學(xué)生綜合能力進(jìn)行鍛煉和培養(yǎng)的絕佳載體。

嵌入式系統(tǒng)課程體系包含以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.課程綜合性強(qiáng)，既有大量的理論知識(shí)，實(shí)踐中又極度強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性；

2.知識(shí)涉及面廣、 內(nèi)容龐雜，無論理論和實(shí)踐都覆蓋了軟硬件多項(xiàng)領(lǐng)域；

3.課程難易程度和教學(xué)重點(diǎn)有多種選擇，可作為重點(diǎn)內(nèi)容講解的包含實(shí)際開發(fā)、系統(tǒng)理論、體系結(jié)構(gòu)、軟件編程等多個(gè)方面；

4.新興領(lǐng)域多，內(nèi)容較前沿，嵌入式系統(tǒng)的原理雖然今年沒有根本的改變，但是研究和應(yīng)用往往牽涉到社會(huì)生活的新興領(lǐng)域和科技研究的最新成果。

基于嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，我們認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)課程一般作為本科生的深入課程，而不應(yīng)納入基礎(chǔ)課體系。雖然嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)特點(diǎn)就是上手并不復(fù)雜，不需要太多的知識(shí)儲(chǔ)備即可開始簡(jiǎn)單開發(fā)。但是深入了解嵌入式系統(tǒng)以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)其對(duì)計(jì)算機(jī)各領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用顯得尤為突出，表現(xiàn)為基礎(chǔ)知識(shí)和能力扎實(shí)的學(xué)生會(huì)在嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和開發(fā)中取得越來越大的“加速度” 。為了培養(yǎng)出區(qū)別于速成嵌入式開發(fā)人員的較高層次的

嵌入式工程師，將嵌入式課程作為專業(yè)深入類的課程尤為重要。

三 我中心的實(shí)踐改革

我中心經(jīng)過幾年的探索和改革，已將該課程打造為具有一定工程性質(zhì)的創(chuàng)新性課程，雖然課程性質(zhì)仍然為選修，但是已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新科研并實(shí)實(shí)在在有作品、出人才的高端課程。在我們的實(shí)踐中，許多做法改變了傳統(tǒng)課程體系的慣例，但是 也發(fā)揮了不錯(cuò)的教育效果，為高等院校教育改革提供了獨(dú)特的思路。

1 建立課程和學(xué)生的前期聯(lián)系

國(guó)內(nèi)各高校基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)學(xué)分制，必修、選修雙線修學(xué)分的思路是基本一致的。但是選修課，尤其是專業(yè)選修課的通病是學(xué)生選前不了解課程情況、選后又缺乏有效的調(diào)換機(jī)制。這 直接造成在本該是學(xué)生根據(jù)興趣自由選擇的更具有創(chuàng)造性的選修課程中 ，學(xué)生的失望多、興趣低、重視程度低。嵌入式系統(tǒng)課程作為一種一定要依靠學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的課程，學(xué)生是否有熱情是最核心的問題，我們雖然不能從學(xué)校教務(wù)層面解決這一問題，但是我們通過學(xué)生社團(tuán)、學(xué)生興趣小組等學(xué)生組織在 有興趣的學(xué)生和本課程之間建立了 良好的聯(lián)系。課程教師在這些組織中間長(zhǎng)期擔(dān)任指導(dǎo)教師等任務(wù)，通過講座、研討、指導(dǎo)等活動(dòng)向?qū)W生介紹本課程，同時(shí)本課程的選修也接受各學(xué)生組織在學(xué)生自愿的前提下推薦報(bào)名。這樣保證了選修該課程的學(xué)生對(duì)課程有了解、有準(zhǔn)備，對(duì)工程實(shí)踐真正有興趣，有激情，解決了最核心的學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的問題。

2 采取以學(xué)生為主的教育方式

嵌入式系統(tǒng)這一領(lǐng)域具有其自身的特點(diǎn)，其核心內(nèi)容覆蓋了計(jì)算機(jī)專業(yè)的若干基礎(chǔ)領(lǐng)域，也包含專門的獨(dú)有知識(shí)，要融會(huì)貫通需具備一定的專業(yè)水平，但同時(shí)它又是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在環(huán)境搭建完成的情況下，上手并不復(fù)雜，具備基本的計(jì)算機(jī)知識(shí)就可以簡(jiǎn)單應(yīng)用。這就決定了這門課程學(xué)生上手易、深入難的現(xiàn)狀，往往造成學(xué)生淺嘗則止，流于表面。

我們必須承認(rèn)學(xué)生的精力也是有限的，將所有的東西全部塞給學(xué)生是不現(xiàn)實(shí)的，也是不符合工程實(shí)踐教育的思路的。所以，我們選擇了一種團(tuán)隊(duì)化、合作化、自主化的教育模式。其核心內(nèi)容就是將學(xué)生組織起來，以團(tuán)隊(duì)的形式共同學(xué)習(xí)，在掌握了基礎(chǔ)知識(shí)的前提下共同開發(fā)，在開發(fā)過程中深入學(xué)習(xí)，教師在這一過程中更多的起到指導(dǎo)、幫助的作用。

本課程的初始，即根據(jù)學(xué)生熟悉程度、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、個(gè)人興趣和能力將學(xué)生分為若干團(tuán)隊(duì)，課程全程 學(xué)生實(shí)驗(yàn)、開發(fā)等都以團(tuán)隊(duì)整體進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)根據(jù)每個(gè)人的特點(diǎn)自設(shè)總負(fù)責(zé)、子項(xiàng)目負(fù)責(zé)，完成人員配備和進(jìn)度安排等工作。教師對(duì)嵌入式系統(tǒng)整體概念和開發(fā)流程的剖析和講解必須到位、準(zhǔn)確，力求給全體學(xué)生建立完整的嵌入式系統(tǒng)體系框架和開發(fā)思路。隨后教師將協(xié)助各團(tuán)隊(duì)分析自身情況，建立初期學(xué)習(xí)思路。在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中，采取實(shí)驗(yàn)操作引導(dǎo)原理體會(huì)的方式，引導(dǎo)學(xué)生先上機(jī)、后翻書，邊上機(jī)、邊翻書，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采取小組成員分工實(shí)踐、定時(shí)總結(jié)匯報(bào)、提問互動(dòng)交流的模式，使得全體學(xué)生對(duì)每方面的實(shí)驗(yàn)都有所了解，同時(shí)每個(gè)人又有自己較熟悉的領(lǐng)域，匯報(bào)過程中還鍛煉了學(xué)生總結(jié)、表達(dá)、分析問題、討論問題的能力。

在掌握了基本操作能力之后，教師指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)開展基于嵌入式系統(tǒng)的創(chuàng)新活動(dòng)，為了改變教師教、學(xué)生學(xué)、簡(jiǎn)單重復(fù)實(shí)驗(yàn)的缺陷，本課程采取了自主選題、學(xué)生科研開發(fā)的模式，教師全程指導(dǎo)、輔助，促使學(xué)生在研發(fā)中主動(dòng)地學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題。選題包含教師科研課題、學(xué)生自選課題、企業(yè)課題等等，一般為具有一定實(shí)際應(yīng)用背景的項(xiàng)目課題，由教師指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)分析課題難度、成員分工、進(jìn)度安排等，超出團(tuán)隊(duì)能力范圍的項(xiàng)目可分解為合適的子模塊來完成。

在這種課題開發(fā)式的教學(xué)模式中，教師主要起到一個(gè)指導(dǎo)參考的作用，包含：前期幫助整個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)自選課題進(jìn)行詳細(xì)分析、功能拆解、成員任務(wù)分配、開發(fā)規(guī)范性講解；中期組織全體團(tuán)隊(duì)和各個(gè)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的定期匯報(bào)討論、具有課題針對(duì)性的課程知識(shí)專門授課、 后期 課題成果的個(gè)人總結(jié)和團(tuán)隊(duì)總結(jié)以及相互之間的交流。教師的核心作用是幫助學(xué)生團(tuán)隊(duì)在實(shí)際項(xiàng)目中學(xué)會(huì)如何進(jìn)行一個(gè)真正的嵌入式項(xiàng)目的開發(fā)，以及在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中如何與其他人合作交流這一很難在課堂講解中解決的問題。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和相互教育的作用，使得一個(gè)團(tuán)隊(duì)內(nèi)的學(xué)生每個(gè)人可以在自己感興趣和負(fù)責(zé)的領(lǐng)域內(nèi)比較深入的學(xué)習(xí)和研究，同時(shí)通過相互交流和探討使每個(gè)人都能較全面的了解嵌入式系統(tǒng)內(nèi)其他領(lǐng)域的概念和重點(diǎn)，建立完整的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)概念；二是真正做到了工程化教學(xué)，以實(shí)際工程化項(xiàng)目為學(xué)習(xí)載體，學(xué)生全程進(jìn)行至少一次較大的項(xiàng)目開發(fā)，完全掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力。

四 課程實(shí)施的效果

自該方式試行以來，教學(xué)效果非常明顯，學(xué)生成果突出。

其一，學(xué)生團(tuán)隊(duì)互助成長(zhǎng)作用明顯。學(xué)生團(tuán)隊(duì)中的領(lǐng)導(dǎo)人成長(zhǎng)很快，往往能由一個(gè)編程能力較強(qiáng)或基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)的學(xué)生“高手” 迅速成長(zhǎng)為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，學(xué)會(huì)從整體把握項(xiàng)目，全面考慮軟件、硬件、開發(fā)規(guī)范、功能等全面內(nèi)容。而團(tuán)隊(duì)中成員學(xué)生積極性極高，進(jìn)步很大，完全擺脫了應(yīng)付考試的學(xué)習(xí)方式，實(shí)踐動(dòng)手能力也得到較大的提高。

其二，課題豐富多樣，學(xué)生課題來源的自由決定了課題的多樣性和靈活性，使得課題更能激發(fā)學(xué)生興趣、更加富有實(shí)際色彩。有的團(tuán)隊(duì)自己聯(lián)系其他教師以教師的項(xiàng)目 為課題；有的團(tuán)隊(duì)以省、全國(guó)乃至國(guó)際性的競(jìng)賽選題為課題，在完成課程的基礎(chǔ)上參加競(jìng)賽；有的團(tuán)隊(duì)以服務(wù)日常生活為目標(biāo)，開發(fā)出多種多樣的自由課題。各類課題開發(fā)源代碼和資料的匯總整理，更 形成了一個(gè)豐富的開放型學(xué)習(xí)資料庫。而這一學(xué)習(xí)資料庫對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)方面的幫助和啟發(fā)，是任何課堂和教室的教學(xué)都無法取代的。

其三，學(xué)生能力和學(xué)習(xí)成果得到極大的提高。學(xué)生獲得了創(chuàng)新的空間之后，爆發(fā)出極大的創(chuàng)造性。團(tuán)隊(duì)共同學(xué)習(xí)和開發(fā)的模式本身就已經(jīng)決定了課題的規(guī)模和復(fù)雜程度都已經(jīng)大大超越了單人實(shí)驗(yàn)和單人完成的課程設(shè)計(jì)。而一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)能完成的作品更是超出教師甚至學(xué)生自己的想象。幾年間，參與本課程的本科生的優(yōu)秀課題成果包含：1)十余項(xiàng)橫向課題，總經(jīng)費(fèi)達(dá)到十余萬；2)微軟“imagine cup 2007” 全球?qū)W生創(chuàng)新大賽中國(guó)區(qū)第五名；3)“英特爾杯” 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽嵌入式系統(tǒng)邀請(qǐng)賽全國(guó)三等獎(jiǎng)四項(xiàng)；4)?！皩W(xué)生創(chuàng)新課題” 立項(xiàng)資助若干項(xiàng)，校各類競(jìng)賽獲獎(jiǎng)若干項(xiàng)。

五 結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)本身內(nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域極其豐富，而對(duì)應(yīng)的教學(xué)思路和方法多種多樣，不同的教學(xué)目標(biāo)選擇的重點(diǎn)不盡相同。我們選擇了強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生自主性和積極性的思路，在教學(xué)實(shí)踐上采取了比較特殊的方法，著力培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、互助學(xué)習(xí)、創(chuàng)新開發(fā)、課題實(shí)踐的能力。這種開發(fā)模式極大的激發(fā)了學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力，取得了相當(dāng)好的成果。

但是在實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)這一方法對(duì)教師和學(xué)生兩者的要求都比較高，作為教師需要對(duì)學(xué)生完全不同的各方面的問題作出解答或相應(yīng)的作出學(xué)習(xí)引導(dǎo)，課程前后花費(fèi)的時(shí)間精力也遠(yuǎn)大于課程改革前。作為學(xué)生，雖然學(xué)生自身的條件和興趣千差萬別，但是經(jīng)過前期的了解和推薦程序，后期的團(tuán)隊(duì)氛圍培養(yǎng)，整體上學(xué)生都體現(xiàn)出較高的積極性和創(chuàng)造力。

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Reform Embedded Course by Students Team study and Project Development Model

ZHAO Guo-an1YU Bin2

（Center of Electrotechnics and Electronics Experiment Teaching，Nanjing Uuniversity of Aeronautics and Astronautics，Nanjing， Jiangsu，210016，China）

Abstract: At first, this paper analyze the actuality and problems of embedded system teaching in China lately. To make up the problems, lots of jobs have been done before the course. Based on all these pro-jobs, the idea which make students study creatively by help each other and the methods that lead students study in a group with doing a real project interest the students on study. There is good teaching effect in our real course teaching.

Keywords: Study in a Group; Project Development; Embedded Teaching