高職嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)課程教學(xué)改革探析

【摘 要】針對高職嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)課程難度大的特點，從如何引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何從并行的課程移植相似的項目，以及如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團隊協(xié)作精神等方面探討高職嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】高職 嵌入式Linux驅(qū)動

程序開發(fā) 教學(xué)改革

【中圖分類號】G【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）05C-

0154-02

ARM+Linux是目前構(gòu)成嵌入式產(chǎn)品的主流架構(gòu)，分別構(gòu)成了嵌入式產(chǎn)品的硬件平臺和軟件平臺，一個完整的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)團隊一般由應(yīng)用程序工程師、系統(tǒng)工程師、驅(qū)動工程師和硬件工程師組成。嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)課程教給學(xué)生一個完整的嵌入式項目的驅(qū)動程序部分的知識，是高職計算機應(yīng)用（嵌入式方向）專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程是軟件和硬件銜接的部分，需要的前導(dǎo)課有C語言程序設(shè)計、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、模擬電子、數(shù)字電子等課程，并且需要熟悉合適的硬件平臺，所以，學(xué)生學(xué)習(xí)起來一般難度較大。高職教育強調(diào)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點進行教學(xué)，特別強調(diào)教學(xué)內(nèi)容的實用性以及學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)，以便學(xué)生走出校門之后就能適應(yīng)工作崗位的需求。筆者在嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)課程的教學(xué)過程中進行了初步的探索和實踐，獲得較好的教學(xué)效果。

一、明確教學(xué)目標(biāo)，模塊化整合教學(xué)內(nèi)容

嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)因為涉及軟件和硬件，并且使用的是一些編程的高級應(yīng)用技巧，鑒于高職學(xué)生的特點，這門課的教學(xué)目標(biāo)定為：能夠看懂設(shè)備的數(shù)據(jù)手冊，掌握Linux下設(shè)備驅(qū)動程序的基本原理和編程的步驟；注重基本理論，基本概念的掌握，以便學(xué)生在實習(xí)及面試工作時有一個基本概念；能夠模仿標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動程序架構(gòu)編寫出自己的驅(qū)動程序，養(yǎng)成良好的分析問題的能力和編程習(xí)慣以及團隊協(xié)作精神。因而對全書的內(nèi)容進行了整合，分為幾大模塊。模塊一是編譯工具gcc和makefile的使用，模塊二是編寫驅(qū)動程序所需的Linux內(nèi)核基礎(chǔ)，模塊三是字符設(shè)備驅(qū)動程序，模塊四是塊設(shè)備驅(qū)動程序，模塊五網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序。

二、加強課程的橫向聯(lián)系，以引起學(xué)生的興趣

一般認(rèn)為，高職學(xué)生不大適應(yīng)系統(tǒng)性、理論性的學(xué)習(xí)，對較抽象的理論學(xué)習(xí)普遍有困難，而且高職學(xué)生知識積累有限，獨立思考、自我學(xué)習(xí)和解決問題的能力相對而言較差，缺少學(xué)習(xí)的主動性和自覺性，業(yè)余活動豐富，自我約束能力不強，容易受短期目標(biāo)驅(qū)動，所以，為了激起他們對這門課的興趣，筆者主要進行了如下幾點的改革：

（一）上好第一堂課，讓學(xué)生對本課程有一個完整清晰的定位。在第一堂課中，如果能夠使學(xué)生聚精會神、興趣勃勃地聽講，那么教師講課的目標(biāo)也就達到了。在第一堂課中，筆者會講述該專業(yè)是如何通過開展企業(yè)，行業(yè)調(diào)研而設(shè)立的，它與企業(yè)的哪些工作崗位對應(yīng)，嵌入式開發(fā)團隊的組成，開發(fā)一個嵌入式產(chǎn)品所需要的知識體系；系部為同學(xué)們所制訂的培養(yǎng)方案中開設(shè)了哪些課程來對應(yīng)這些工作崗位，以及本課程在課程體系中所處的位置，它所需的前導(dǎo)課有哪些，需要哪些基礎(chǔ)知識，通過本課程的學(xué)習(xí)，可以在一個完整的項目中完成哪些具體的工作，它面對工作崗位群中的哪一個具體的工作崗位，可以列舉一個具體的實例如mp4播放視頻功能或是手機攝像機的功能來講。另外，跟學(xué)生介紹本課程的教材、知識模塊、教學(xué)方式以及考核方式，讓學(xué)生對這門課有一個整體的認(rèn)識。

（二）引入可視化的圖形界面，以一個完整的項目呈現(xiàn)給學(xué)生，以增強學(xué)生的興趣。一個人對圖形的敏感度要比對數(shù)字或程序代碼的敏感度要高，圖形界面編程更容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)屬于整個嵌入式開發(fā)團隊的一部分，僅對這一部分，它全部是字符界面，面對的是一些程序代碼和硬件的電路，涉及軟件和硬件方面的知識，所以學(xué)生通常覺得知識壓力大，枯燥無味，極易放棄。筆者在教學(xué)過程中，根據(jù)這一特點，及時補充linux下圖形界面編程的知識，把圖形界面編程和驅(qū)動程序開發(fā)結(jié)合起來，用圖形界面控制驅(qū)動，這樣學(xué)生會感到更直觀和更有趣，從而增加學(xué)生的積極性。而且，圖形界面編程也是嵌入式開發(fā)團隊不可缺少的部分，有直接對應(yīng)的工作，學(xué)生學(xué)習(xí)的動力就更大了。因此，把圖形界面編程和驅(qū)動程序開發(fā)有機地結(jié)合在一起，穿插講解，對學(xué)生掌握一個完整項目的過程是非常有好處的。

（三）和并行課程聯(lián)系，讓學(xué)生學(xué)習(xí)思維產(chǎn)生遷移，降低學(xué)習(xí)的難度。學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)時，已經(jīng)學(xué)習(xí)了單片機技術(shù)這門課程，或是正在學(xué)習(xí)這門課程，在上課時，可以設(shè)置和單片機課程相似的實驗給學(xué)生，讓學(xué)生學(xué)習(xí)的思想產(chǎn)生遷移，模仿單片機課程中做實驗的思路來做本課程的實驗。單片機課程和本課程都是實踐性很強的課程，都包括硬件和軟件兩個方面，只是本課程是在Linux操作系統(tǒng)下編程驅(qū)動硬件，而前者是由軟件直接驅(qū)動硬件，所以本課程相對來說是更復(fù)雜一點，學(xué)生需要的前導(dǎo)課比較多，但如果抓緊這兩門課的對照關(guān)系，則讓學(xué)生相互對照著學(xué)習(xí)，則學(xué)習(xí)的難度會大大下降。比如學(xué)生在單片機課程中學(xué)過LED燈、數(shù)碼管實驗，以及溫、濕度感應(yīng)實驗，在本程課的arm+linux的環(huán)境下，也可以設(shè)置實現(xiàn)同樣的功能的實驗，并且再加上圖形界面，可以實現(xiàn)在圖形界面下控制一些功能，從而引發(fā)學(xué)生的興趣，并在此基礎(chǔ)上擴展一些別的功能。

三、多種教學(xué)方法并用，改進實驗實訓(xùn)方法

本課程采用基于項目的教學(xué)方法，一個驅(qū)動程序就是一個小的項目，多個驅(qū)動程序組成一個大一點的項目，后續(xù)的嵌入綜合項目實訓(xùn)中，再去實現(xiàn)一個完整的嵌入式產(chǎn)品。一個小的項目又分成多個任務(wù)，每個任務(wù)由多個教學(xué)環(huán)節(jié)組成。根據(jù)每個任務(wù)的大小，再安排到每次課中去，從而形成教學(xué)進度表。把知識模塊細分為小的知識點，再把每個知識點用程序代碼來實現(xiàn)講解。在程序代碼中講解嵌入式設(shè)備驅(qū)動的原理是教這門課的一個大的特色。例如在單片機課程中，并不是先把所有的指令講完后，再去講解程序，而是項目使用到哪些指令，就去講哪些指令，在本課程中，完成某個項目需要什么知識點就講解什么知識點，用到多少就講解多少，這樣學(xué)生帶著任務(wù)，帶著目的來學(xué)習(xí)，接受起來就比較快。

實驗實訓(xùn)是高職高專教育培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用技能非常重要的一個環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的實驗實訓(xùn)教學(xué)中，往往以ARM實驗箱為器材，開設(shè)一些實驗箱匹配的驗證性實驗，老師把匹配來的光盤上的實驗文檔發(fā)給學(xué)生，學(xué)生按照上面所講的步驟，一步一步完成相應(yīng)的內(nèi)容，在整個教學(xué)過程中，學(xué)生往往是被動的，而且與實際應(yīng)用不接軌，實踐教學(xué)沒有層次，階段不明確。在這一部分，筆者借用單片機課程的方法，先用虛擬軟件portues設(shè)計，仿真好電路圖后，焊接在萬能電路板上，再和ARM核心板連接起來，整個項目分為核心板和擴展板，因為擴展板可以設(shè)計的多種多樣，所以這樣可以制作多種多樣的應(yīng)用項目，從而增強學(xué)生自己動手的能力，使他們真實感受到軟件驅(qū)動硬件的過程，實現(xiàn)了“教學(xué)做”一體化的模式，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

四、改進考核方式，促進團隊協(xié)作精神

考核不僅是對教師教學(xué)效果的檢驗和學(xué)生水平的測試，同時也是對學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法的導(dǎo)向。嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)是一門實踐性很強的課程，傳統(tǒng)的卷面理論考試已經(jīng)不能全面反映學(xué)生對該課程的掌握程度，尤其是應(yīng)用能力、動手能力和創(chuàng)新能力很難從試卷上反映出來，常常會出現(xiàn)理論考試得高分，實驗和實訓(xùn)得低分的現(xiàn)象。因此，本課程注重過程考核，突出能力考核，考核內(nèi)容主要包括理論考核、實驗實訓(xùn)項目考核和平時成績考核三個方面。其中，基礎(chǔ)理論考核占20%，主要考核學(xué)生掌握所學(xué)課程的基本理論，基本知識和必備的常識；實驗、實訓(xùn)、動手能力考核占60%，主要考核學(xué)生對Linux下的外圍設(shè)備的驅(qū)動程序的編寫過程，運用編程軟件的能力，看懂硬件手冊的能力，運用所學(xué)的知識和技能進行專項實驗實訓(xùn)的能力；一般是把全班分為多個小組，3～4人一個團隊，讓他們互補技能，為了共同的業(yè)績目標(biāo)，相互承擔(dān)責(zé)任，采取小組實驗成績代替?zhèn)€人成績的方法，每次實驗采取小組實驗結(jié)果和業(yè)績的方式進行考評，促使團隊成員相互提醒，協(xié)作。平時成績考核占20%，主要考核學(xué)生平時的學(xué)習(xí)態(tài)度及表現(xiàn)，包括出勤情況、課堂表現(xiàn)及作業(yè)情況等。

這樣的考核比重也是與高職高專培養(yǎng)高端技能型人才的目標(biāo)是相吻合的。

五、編寫適合實訓(xùn)室現(xiàn)有硬件平臺的教材，申報網(wǎng)絡(luò)課程

現(xiàn)在從外面公司購買的實驗箱，一般只是配備一個光盤，沒有教材對應(yīng)，而高職高專學(xué)校教材選用的原則是優(yōu)先選用教育部推薦的優(yōu)秀高職高專教材以及一些優(yōu)秀職業(yè)技能培訓(xùn)鑒定教材，所以往往教材和實驗器材是不對應(yīng)的，至少在實驗上通常是不對應(yīng)的。一本好的教材可以大大省去學(xué)生做筆記的時間，從而為學(xué)生降低學(xué)習(xí)的壓力，為此，我們針對實驗室的實驗箱和開發(fā)板，編寫了一本實驗手冊，里面有基本的實驗、擴展的實驗，教材上給出了程序的框架，具體做實驗時，再由學(xué)生補充完整。

學(xué)生上課學(xué)習(xí)的時間是很短的，大部分時間是在課余，因為該課程有一定的難度，所以，我們擬向?qū)W校申報一個網(wǎng)絡(luò)課程，在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺上，申報一個空間，上傳一些學(xué)習(xí)視頻、電子書或是其他的學(xué)習(xí)資料，共享一些學(xué)習(xí)心得和行業(yè)動態(tài)等。而且這也是學(xué)生上交作業(yè)、交流討論和答疑的地方，這樣，讓學(xué)生在課余有興趣放在這門課上面。

【參考文獻】

[1]李秀忠.“單片機應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)改革研究與實踐[J].中國電力教育，2010（4）

[2]王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011

[3]張光建，劉政.嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)實例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011

【作者簡介】龍 華（1973- ），男，江西奉新人，廣東理工職業(yè)學(xué)院計算機技術(shù)系教師，碩士，研究方向：人工智能，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，嵌入式系統(tǒng)。（責(zé)編 黎 原）