項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)在嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的初探

摘 要：從嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，針對(duì)已存在的問題和實(shí)驗(yàn)總體目標(biāo)要求，初探以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模式：項(xiàng)目激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，圍繞項(xiàng)目需求合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而分組完成綜合實(shí)驗(yàn)，最后總結(jié)項(xiàng)目并展望嵌入式新知識(shí)指引繼續(xù)學(xué)習(xí)。該教學(xué)方法因材施教，能培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)的基本能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 嵌入式系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）05（a）-0023-02

隨著不斷更新的嵌入式技術(shù)在智能通訊、消費(fèi)電子、醫(yī)療儀器、航天航空等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，嵌入式技術(shù)正在成為高校學(xué)科方向建設(shè)或開設(shè)為選修課程，課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊跟技術(shù)前沿有了更高的要求，如何對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，期望形成適合本院校特色的課程內(nèi)容和教學(xué)方法是當(dāng)前各類院校共同探索的重點(diǎn)[1]。

本文結(jié)合本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的教學(xué)實(shí)際，提出以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，圍繞綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目展開，培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件基本體系和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行模式、嵌入式軟件開發(fā)流程、系統(tǒng)調(diào)試、驗(yàn)證和測試方法等，使學(xué)生具備基本的嵌入式項(xiàng)目開發(fā)知識(shí)和能力。

1 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)和特點(diǎn)

全面了解嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)對(duì)教學(xué)和改革非常必要，其主要特點(diǎn)有：（1）實(shí)踐性。學(xué)生必須親自實(shí)踐，設(shè)計(jì)方案，動(dòng)手操作，才能真正將知識(shí)為已所用，若沒有認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)猶如紙上談兵；（2）系統(tǒng)性。嵌入式統(tǒng)課程涵蓋面較寬，底層硬件是基本，嵌入式操作系統(tǒng)是重點(diǎn)，多種開發(fā)平臺(tái)和多種軟件使用是突破口，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的所涉及到的相關(guān)程序設(shè)計(jì)是關(guān)鍵……（3）創(chuàng)新性。嵌入式系統(tǒng)知識(shí)技術(shù)更新快，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，應(yīng)該加入創(chuàng)新的元素，學(xué)生也應(yīng)需要在實(shí)驗(yàn)中有自己獨(dú)立的見解和想法，而不是單純完成教師分配的任務(wù)[2]。

總之，在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程中，把握嵌入式技術(shù)應(yīng)用性強(qiáng)、涉及領(lǐng)域廣、技術(shù)更新快等特點(diǎn)，注重理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)落到細(xì)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為主要目標(biāo)。

1.2 嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

雖然目前眾多高校日益重視嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但效果一直欠佳，仍表現(xiàn)出很多薄弱和不足之處。首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排不合理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，學(xué)生自己動(dòng)手的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少；單一性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)多，綜合性開發(fā)實(shí)驗(yàn)少；基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)多，反映嵌入式最先進(jìn)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式，造成學(xué)生學(xué)完課程之后不知道如何應(yīng)用，對(duì)嵌入式技術(shù)還停留在理論階段。其次，嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)置與實(shí)驗(yàn)室資源配置不合理。部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后，難以與快速發(fā)展的嵌入式硬件與軟件開發(fā)同步；實(shí)驗(yàn)資源長期閑置，利用率低；實(shí)驗(yàn)室管理制度過于死板，課后作業(yè)無法到實(shí)驗(yàn)室完成或繼續(xù)學(xué)習(xí)。再有，很多高校師資力量薄弱，學(xué)生知識(shí)水平參次不齊，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往輔導(dǎo)不到位，導(dǎo)致個(gè)別學(xué)生無法及時(shí)解決問題則中途放棄。最后，嵌入式實(shí)驗(yàn)課程體系陳舊，與企業(yè)要求嚴(yán)重脫軌，學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)形式嚴(yán)峻，就業(yè)后不能很快進(jìn)入工作崗位，有的甚至還需要進(jìn)行第二次培訓(xùn)[3]……

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程特點(diǎn)和現(xiàn)狀，初步探索與嘗試項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容和方式，讓項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)貫穿于課程體系結(jié)構(gòu)，從而提高實(shí)驗(yàn)室資源，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，形成教學(xué)相長良性局面。具體的說，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化教學(xué)，就是以項(xiàng)目為載體，將課程講授的主要內(nèi)容穿插其中，注重課程理論體系的完整性，達(dá)到理論實(shí)踐一體化、傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力一體化、“教、學(xué)、做”一體化的培養(yǎng)工程人才的教學(xué)方法，這種教學(xué)模式比較適合那些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程[4～5]。

教師選擇項(xiàng)目應(yīng)具有實(shí)用性、典型性、綜合性、趣味性和可行性，采取“項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、邊講邊做、講做結(jié)合”的教學(xué)模式，且項(xiàng)目精心準(zhǔn)備并成功實(shí)現(xiàn)，對(duì)各細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)訪求及理論知識(shí)比較熟悉。當(dāng)然，項(xiàng)目化教學(xué)方法的實(shí)施過程中也存在一定的困難，它要求教學(xué)的硬件資源比較齊全，實(shí)驗(yàn)室管理方案合理、師資配備得力等。

3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)嘗試

3.1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

教育學(xué)家斯金納曾言：“在教學(xué)中成功的設(shè)計(jì)問題，有利于激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)去思考，有利于學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)去獲得新知識(shí)或解決新問題?！笨梢?，問題設(shè)計(jì)是教學(xué)活動(dòng)中促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力主動(dòng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[5]。這里的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)即是問題設(shè)計(jì)。

說明與課程相關(guān)的完整的項(xiàng)目詳情，詳細(xì)描述項(xiàng)目需求、主要功能、預(yù)期的目標(biāo)，及當(dāng)前項(xiàng)目的基本現(xiàn)狀。重點(diǎn)演示項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)后的效果，如果受實(shí)驗(yàn)條件或時(shí)間等因素的限制，課堂難以逐步展示實(shí)現(xiàn)過程時(shí)，可靈活借用其他方式，如圖文并茂的詳細(xì)文檔、屏幕錄制的視頻、生動(dòng)形象的動(dòng)畫片等。利用展示的實(shí)現(xiàn)結(jié)果為契機(jī)，通過生動(dòng)的描述激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，力圖使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，讓他們接下來的學(xué)習(xí)有目標(biāo)，方向明確！

同時(shí)，在項(xiàng)目分析與描述時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)把課程理論與實(shí)踐完整的串連起來，列舉出各章節(jié)的重點(diǎn)難點(diǎn)，說明各重點(diǎn)難點(diǎn)在項(xiàng)目中是怎么實(shí)現(xiàn)的，學(xué)生對(duì)照課程目錄及項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過程，能初步理解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本流程，實(shí)現(xiàn)方法等。

3.2 根據(jù)項(xiàng)目需求合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)專業(yè)側(cè)重點(diǎn)不同，隨著理論課的進(jìn)度，以項(xiàng)目內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面，合理安排實(shí)驗(yàn)課，做到簡單實(shí)驗(yàn)與復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)、課堂實(shí)驗(yàn)與課后實(shí)驗(yàn)全面且有代表性。下以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)”為例，針對(duì)軟件工程專業(yè)學(xué)生，硬件實(shí)驗(yàn)側(cè)重硬件選擇和簡單調(diào)試，軟件方面安排嵌入式操作系統(tǒng)（如嵌入式Linux）移植、文件系統(tǒng)移植、Boa服務(wù)器配置與移植等，除此而外，環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)也必不可少[6]?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)安排不在多，而在于實(shí)用性，讓學(xué)生順利完成逐個(gè)實(shí)驗(yàn)，以此樹立自信，在不斷取得的小成就感支配下，進(jìn)而主動(dòng)強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)并利用課后再實(shí)踐，直到完成項(xiàng)目。

3.3 分組完成綜合實(shí)驗(yàn)

全班同學(xué)完成系列簡單基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后，綜合實(shí)驗(yàn)則在此基礎(chǔ)上稍做調(diào)整，并添加創(chuàng)新的元素，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目主要功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，把綜合實(shí)驗(yàn)細(xì)分幾大部分，全班同學(xué)按能力水平、興趣愛好分組，把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)較好、悟性較高、動(dòng)手能力較強(qiáng)、在某些方面有優(yōu)勢的同學(xué)任命為小組長。如上項(xiàng)目可嘗試以下分組方案：動(dòng)手能力相對(duì)較弱、語言組織能力較好的學(xué)生分為一組，負(fù)責(zé)書寫整理需求分析和設(shè)計(jì)文檔，寫文檔時(shí)與其他成員相互溝通與交流，因此也可增強(qiáng)實(shí)踐能力；操作系統(tǒng)方面基礎(chǔ)較好的同學(xué)分為一組，主要搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并向下一組實(shí)驗(yàn)同學(xué)提供環(huán)境的詳情，如共享文件（源碼、庫、工具軟件等）放在什么位置，有哪些服務(wù)器，什么版本的交叉編譯工具鏈及其他細(xì)節(jié)；硬件基礎(chǔ)扎實(shí)的同學(xué)們分為一組，移植嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核（一定要在內(nèi)核中加載USB攝像頭驅(qū)動(dòng)）；軟件應(yīng)用能力較好的同學(xué)們?yōu)橐唤M，配置和移植Boa服務(wù)器制并作根文件系統(tǒng)；C/C++編程能力較好成為一組負(fù)責(zé)CGI腳本設(shè)計(jì)；最后一組是系統(tǒng)測試，這要求各方面能力較強(qiáng)的同學(xué)完成……這種分組實(shí)現(xiàn)、組長負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，遵循因材施教的原則，各小組相互溝通，相互學(xué)習(xí)，且能增強(qiáng)同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)精神。

3.4 項(xiàng)目總結(jié)與期望

綜合實(shí)驗(yàn)的順利完成并不代表是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)與展望能讓一段時(shí)間的理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)取得事半功倍的進(jìn)步。以講座或報(bào)告的方式，各小組分別匯報(bào)各自的主要工作，各成員的經(jīng)驗(yàn)，如何攻克遇到的什么難題，各自關(guān)鍵的技術(shù)在哪里……匯報(bào)的小組主要發(fā)言人不一定是小組長，但一定是集各成員的總結(jié)與收獲?？偨Y(jié)課堂師生暢所欲言，為項(xiàng)目提出新的期望，并討論下一步如何去實(shí)現(xiàn)，去完善，為嵌入式系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)再學(xué)習(xí)導(dǎo)航。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式是嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的初步探索與嘗試，克服了當(dāng)前嵌入式實(shí)驗(yàn)中不足的現(xiàn)象，合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分利用實(shí)驗(yàn)資源，且能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，基本做到了因材施教，教學(xué)相長。如何不斷的實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目創(chuàng)新的元素，是嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直追求的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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