嵌入式系統(tǒng)課程教學存在的問題及對策

胡海芝,郭慧玲

(周口師范學院計算機科學與技術學院,河南周口466001)

隨著人們對智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化的電子產(chǎn)品需求的增長及計算機技術的廣泛應用,嵌入式系統(tǒng)逐漸走入人們的日常生活,嵌入式系統(tǒng)的市場需求快速增長。然而,目前我國嵌入式系統(tǒng)方面的人才比較缺乏。為了適應社會和行業(yè)的需求,高校開設嵌入式系統(tǒng)課程成為趨勢。

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)[1]。嵌入式系統(tǒng)具有綜合性、實踐性、學科發(fā)展快等特點,作為綜合性很強的課程,嵌入式系統(tǒng)的教學還處在不斷探索和磨合的階段[2]。如何培養(yǎng)滿足社會需求的高水平嵌入式系統(tǒng)人才成為高校關注的焦點。本文首先分析目前在嵌入式系統(tǒng)課程的教學實踐過程中發(fā)現(xiàn)的問題和不足,然后針對相關問題進行探討,提出相應解決方法以供討論和研究。

1 現(xiàn)狀分析

嵌入式系統(tǒng)課程對高校來說是一門新課程,沒有統(tǒng)一的教學大綱和教材,各高校根據(jù)本校的師資力量在實踐中不斷摸索,在理論及實驗教學方面存在著不足,主要存在以下幾個問題。

1.1 門檻高

嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性很強的課程。它集成了微處理器、存儲器、外圍電路等硬件結構以及應用軟件、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具鏈等軟件系統(tǒng)[3],這要求學生應具備相關的專業(yè)基礎知識。目前計算機專業(yè)課程設置主要培養(yǎng)學生的計算機軟件理論與應用層面的技能,學生的計算機操作及軟件方面的能力較強。相對而言,底層的硬件、操作系統(tǒng)、驅動程序等方面比較薄弱。對于計算機專業(yè)的學生來說,嵌入式系統(tǒng)是一門門檻比較高的綜合課程。

1.2 教學資源缺乏

1 )師資力量有限。嵌入式系統(tǒng)是一項發(fā)展迅速的計算機技術,要求教師的知識體系應該隨之更新。除了完成日常的教學任務之外,教師需投入一定的精力及時更新及補充相關專業(yè)知識。而對一般院校來說,具有相關專業(yè)知識的嵌入式系統(tǒng)任課教師數(shù)量有限,具有相關專業(yè)知識的非嵌入式系統(tǒng)任課教師擔任嵌入式系統(tǒng)課程也有一定難度。

2 )缺乏課程教學大綱和統(tǒng)一的教材。嵌入式系統(tǒng)主要分為硬件、操作系統(tǒng)和應用程序。可是選擇什么樣的硬件平臺,讓學生學習掌握哪種嵌入式操作系統(tǒng)及主要涉及到哪方面的應用開發(fā),各高校教師、學生的知識結構不盡相同。針對本課程沒有統(tǒng)一的教學大綱和教材,嵌入式系統(tǒng)教學沒有成熟的教學經(jīng)驗可以學習與借鑒。就目前而言,對綜合性很強的嵌入式系統(tǒng)教學,各高校一直處在摸索階段。

3 )實驗器材匱乏。嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程,實踐是教學的重要環(huán)節(jié)。通過理論知識的學習,學生雖然能夠掌握一定的專業(yè)知識,但如果不通過實驗鞏固理論知識和提高動手能力,就很難適應社會需要。可是,有很多高校缺少相關的實驗設施,導致學生失去學習興趣,教學效果不理想。同時,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展很迅速,對于實驗器材如果沒有根據(jù)學科的發(fā)展及時調整,相對而言太陳舊,同樣達不到教學效果。

1.3 缺乏合適的實驗內(nèi)容

在本課程的實驗環(huán)節(jié)中,大多數(shù)是針對教師上課所講內(nèi)容的驗證,或者根據(jù)實驗教材進行演示。這樣學生并不能通過實驗更好地掌握知識,也沒有通過實驗達到讓學生鍛煉思考問題及解決問題的能力,這樣實驗的作用沒有體現(xiàn)出來。

1.4 教學模式單一

對于嵌入式系統(tǒng)教學沒有太多經(jīng)驗可循,在教學模式上存在以下幾個問題:

1 )很多高校沒有考慮到自身的師資隊伍、學生的知識結構等因素直接照搬其他學校的教學模式,所設計的教學內(nèi)容不符合本校的實際情況;

2 )很多教師直接按其他課程的教學方法搬過來用;

3 )為了完成教學計劃而一味的填鴨式教學,甚至有些只有理論講解,對實踐不夠重視,這樣會導致學生對嵌入式系統(tǒng)有“看不見,摸不著”的感覺。

以上幾種原因都是沒有充分地考慮到嵌入式系統(tǒng)課程的特點,采用教學模式單一,從而導致學生失去學習的興趣和信心。

2 應對措施

筆者結合實際的教學經(jīng)驗和平時的工作總結及對兄弟院校的調研,針對以上幾個問題提出以下對策以供探討。對嵌入式系統(tǒng)教學一般過程如圖1所示。

圖1 嵌入式教學過程

2.1 合理制訂教學計劃

制訂嵌入式系統(tǒng)課程教學計劃時應考慮以下幾點因素:

首先應根據(jù)學生的知識結構設置教學計劃,如果只為完成教學任務忽略學生的知識背景,選擇的教學內(nèi)容太高學生無法接受,從而影響學生對本課程的學習積極性與興趣。本校學生有較好的C++及Windows編程基礎,筆者在教學中選擇Windows CE進行教學,微軟對桌面Windows和Windows CE采用幾乎一樣的編程接口,這樣可使Windows下的應用開發(fā)人員快速、平滑地過渡到Windows CE平臺下[4],對于相應平臺上的應用程序開發(fā)比較容易上手。

其次選擇教學內(nèi)容,要綜合考慮市場需求及學?，F(xiàn)有資源。嵌入式系統(tǒng)是一項發(fā)展較快的計算機技術,教學內(nèi)容不能一直保持不變,需根據(jù)其發(fā)展適當調整教學內(nèi)容。

最后在教學過程中,針對教學中出現(xiàn)的問題及學生掌握情況的反饋信息對教學內(nèi)容及教學進度進行適當調整,努力提高教學效果,使學生掌握專業(yè)知識并能學以致用。

2.2 教學方法應靈活多樣

馬斯洛認為“自我實現(xiàn)是人類的最高理想”, “興趣是學習最好的老師”[5]。對于大多數(shù)學生來說,嵌入式系統(tǒng)對他們來說是個未知的世界,如果課程開始直接講述理論性的東西,容易讓學生產(chǎn)生畏懼情緒,失去學習興趣。課程開始時采用以學生的一天生活所接觸的產(chǎn)品(手機、MP3等)為引入的方式,使學生對本課程產(chǎn)生興趣,并使學生感受到嵌入式系統(tǒng)的重要性。

另一方面,在教學過程中應理論聯(lián)系實際,將課本知識點與最新技術的發(fā)展及應用相結合,以鞏固知識及拓展學生的知識面。以激發(fā)學生的學習興趣為開始,引導學生進行自主學習與思考。針對所授班級可以組成興趣小組,一部分專業(yè)知識強的、動手能力好的學生帶動其他學生的學習興趣,同時鍛煉了學生的團隊協(xié)作和思考問題的能力。

2.3 實例分析貫穿于教學過程

在嵌入式系統(tǒng)教學過程中,若僅從理論上進行講授,內(nèi)容抽象不易理解和掌握,在教學過程中有必要選擇相應實例。對實例根據(jù)講授的知識點進行分解,以應用為驅動力,采用案例教學法,把實例貫穿整個教學過程。采用這種方法一方面使抽象的內(nèi)容具體化,另一方面可以啟發(fā)學生根據(jù)已學的內(nèi)容解決實際問題。在授課過程中筆者根據(jù)本校學生的情況以監(jiān)控系統(tǒng)為例,整體上按照設計流程針對知識點進行分解后講解,分解情況如表1所示。

表1 案例分析

2.4 注重學生動手能力的培養(yǎng)

在嵌入式系統(tǒng)教學過程中強調學生的動手和解決問題的能力。學生對于知識點的掌握是基礎,而目的是要學會使用。對于課堂上所講的例子,首先是驗證、理解知識點的階段,要求通過實踐來培養(yǎng)學生的動手能力。在實驗過程中可以充分利用模擬器及硬件相結合的方法來進行實驗。

對于實驗不能僅停留在驗證階段。為了能達到很好的教學效果,鍛煉學生的思考問題和解決問題的能力,在課程進行到一半的時候,給學生布置任務,讓他們在驗證的基礎上,自己設計產(chǎn)品。將上課所學知識點與實驗內(nèi)容緊密結合,解決實際問題。

對于本課程實驗計劃設置如表2所示。

表2 實驗安排

2.5 擴充教學資源

作為一門發(fā)展很快的學科,為避免教學內(nèi)容與市場脫節(jié),教師應不斷地更新自身的知識結構以適應市場需求,可采用假期培訓、線上交流及自行查閱資料的方法。由于課時有限,要想很好地掌握嵌入式系統(tǒng),僅靠課堂教學是不夠的,鼓勵學生利用課外時間進行學習。比如在講Windows CE時采用對比法介紹android、嵌入式Linux等操作系統(tǒng)的應用。教師可以提供一些資料或者網(wǎng)址讓學生在課外補充知識。

對于實驗器材不足的情況,高?？梢圆扇⌒Ｆ蠛献鞯姆绞?。這樣不僅解決了實驗器材的問題,而且還可以讓學生接觸社會,提高解決實際問題的能力。

2.6 采用綜合的課程考核方法

嵌入式系統(tǒng)采用綜合的考核方法,不讓一張試卷評判學生的掌握程度?？己瞬扇∑綍r實踐加最終實訓的方法。本校采取以下考核方法:在平時的教學及實驗過程中,強調學生的各個知識點的掌握及對知識點的應用。通過各個實驗及學生的實驗報告給學生相應等級;在課程結束之后,學生根據(jù)自己所學內(nèi)容做一個具體的項目,這樣既整合了所學的知識點又鍛煉了學生解決問題的能力。與此同時根據(jù)學生項目實訓的結果適當?shù)貙虒W計劃進行調整。實踐證明這種考核方式效果較好。

3 結語

嵌入式系統(tǒng)應用的廣闊前景和未來發(fā)展的潛力得到了全社會的共識。要想培養(yǎng)出好的嵌入式系統(tǒng)方面的人才,各高校應在市場需求的導向下,根據(jù)自身的情況及學生的知識特點制訂出合適的教學計劃,注重培養(yǎng)學生的學習興趣,加強實踐教學環(huán)節(jié),努力提高學生的動手能力和解決實際問題的能力,以滿足市場對嵌入式系統(tǒng)人才的需求。

[1]陳渝,韓超,李明.嵌入式系統(tǒng)原理及應用開發(fā)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:1-2.

[2]殷建軍,張明武,尹令.嵌入式系統(tǒng)課程現(xiàn)狀分析與對策研究[J].計算機教育,2010(14):114-117.

[3]陳虎,吳濤,張安定.嵌入式系統(tǒng)課程設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:1-2.

[4]何宗鍵.Windows CE嵌入式系統(tǒng)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006:93.

[5]馬斯洛.馬斯洛人本哲學[M].成明編,譯.北京:九洲出版社,2003:233-234.