高職院校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究

李 俊

（1.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310000；2.江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000）

要求從業(yè)者掌握相關(guān)軟硬件知識(shí)。社會(huì)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才的需求非常大，目前很多高校多個(gè)專業(yè)都開(kāi)展了嵌入式系統(tǒng)這門課程。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)作為一門綜合交叉性技術(shù),涉及計(jì)算機(jī)、電子、通信等多門學(xué)科，并且與具體行業(yè)背景相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容較多，硬件上涉及ARM處理器體系機(jī)構(gòu)、接口技術(shù)；軟件涉及匯編編程、C編程以及嵌入式操作系統(tǒng)的講解，具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，要想更好的發(fā)揮這門課的教學(xué)，需要我們?cè)诮谭ㄉ喜粩嗤黄苿?chuàng)新。

1 課堂理論教學(xué)

1.1 比較式教學(xué)法

嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容包含軟硬件兩部分。硬件是以ARM處理器為講解對(duì)象，這一部分內(nèi)容理論知識(shí)偏多、難懂，涉及底層的ARM體系結(jié)構(gòu)。如處理器模式、尋址方式、寄存器組織等；軟件方面涉及匯編語(yǔ)言和C程序設(shè)計(jì)。其中匯編編程部分相對(duì)比較枯燥，也是學(xué)生容易產(chǎn)生抵觸情緒的地方。這部分內(nèi)容實(shí)際上與以往學(xué)過(guò)的“微機(jī)原理及應(yīng)用”和“51單片機(jī)”課程有著一定聯(lián)系的，這三門課程都是基于不同計(jì)算機(jī)處理器的教學(xué)，應(yīng)該可以歸為一個(gè)課程體系。在這一塊內(nèi)容的教學(xué)上引導(dǎo)學(xué)生把這三者加以比較，比如三種處理器的堆棧類型、寄存器結(jié)構(gòu)、匯編程序，尤其是51單片機(jī)同ARM處理器一樣同屬于嵌入式處理器，在比較中學(xué)習(xí)會(huì)吸引學(xué)生注意力，更加印象深刻。而且引導(dǎo)學(xué)生站在一定的高度上整體的理解嵌入式系統(tǒng)各種不同類型的處理器，視野更開(kāi)闊的看待問(wèn)題，不要僅僅著眼于某一款芯片，更能夠舉一反三，觸類旁通，達(dá)到教學(xué)目的。

1.2 嵌入式操作系統(tǒng)UCOS-II的教學(xué)

嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)容講授的是UCOS-II。操作系統(tǒng)是相對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，需要學(xué)生具備一定的軟件基礎(chǔ)，而電子專業(yè)學(xué)生學(xué)過(guò)的軟件課程有限,一般只修過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),沒(méi)有學(xué)過(guò)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“算法分析”、“操作系統(tǒng)”等軟件課程，這些都為他們學(xué)習(xí)、理解嵌入式操作系統(tǒng)增加了難度。如何讓這些學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)能相對(duì)輕松的學(xué)習(xí)嵌入式操作系統(tǒng)UCOS-II這部分內(nèi)容，是需要解決的問(wèn)題。在講解UCOS-II前可以先把UCOS源代碼涉及的位圖、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出來(lái)強(qiáng)調(diào)，有利于為后續(xù)內(nèi)容任務(wù)就緒表、任務(wù)控制塊鏈表等做好鋪墊。電子課件PPT的制作、講解中盡量使用輕松易懂的風(fēng)格教授學(xué)生，避免一般教材中“一本正經(jīng)”的講述風(fēng)格，有利于降低這部分內(nèi)容的枯燥性，提高軟件功底不深的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)

嵌入式系統(tǒng)課程要求培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力。在教學(xué)過(guò)程中目前主要是依靠課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是采用學(xué)校購(gòu)置的ARM實(shí)驗(yàn)箱，配套有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也就是根據(jù)該實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)安排相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。結(jié)合實(shí)際教學(xué)效果來(lái)看，本人認(rèn)為通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力不能得到足夠的有針對(duì)性的訓(xùn)練。首先，嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的整體，既要有一定的軟件編程能力，也要求有硬件電路設(shè)計(jì)、聯(lián)合調(diào)試能力。目前選用的實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備硬件上功能單元齊全，但最大的缺點(diǎn)是硬件電路已經(jīng)設(shè)計(jì)好 并已經(jīng)固定，學(xué)生無(wú)法自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、連接硬件單元。實(shí)驗(yàn)箱硬件功能模塊很全，對(duì)于初學(xué)者未必是好事，除少部分參加過(guò)電子大賽有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，很多學(xué)生對(duì)于硬件電路的搭建沒(méi)有直觀的感受，對(duì)于電路原理圖不能去理解甚至不會(huì)關(guān)心。

學(xué)生無(wú)法親自動(dòng)手參與到硬件電路的設(shè)計(jì)、焊接及調(diào)試，硬件設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練得不到體現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也是按照實(shí)驗(yàn)箱配套指導(dǎo)書(shū)按步驟進(jìn)行軟件實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)生在系統(tǒng)接口擴(kuò)展和電路設(shè)計(jì)方面能力較弱。另外由于箱體體積大，受到實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和位置的限制，學(xué)生的課外參與性大打折扣。本人認(rèn)為可以換一種實(shí)驗(yàn)思路，通過(guò)購(gòu)買小巧的開(kāi)發(fā)板，涉及到硬件電路的實(shí)驗(yàn)由學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)、焊接元件，使學(xué)生有直觀的感受，電路設(shè)計(jì)能力也能達(dá)到訓(xùn)練。開(kāi)發(fā)板可以學(xué)院組織學(xué)生自費(fèi)統(tǒng)一購(gòu)買，也可以學(xué)院考慮資助一部分，課程學(xué)完學(xué)生歸個(gè)人所有。以后可以自己做開(kāi)發(fā)用，畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生也能基于開(kāi)發(fā)板做設(shè)計(jì)，可以說(shuō)一次投資以后都受用。而且開(kāi)發(fā)板體積小巧、攜帶方便，下課學(xué)生可以帶回宿舍使用，不局限在實(shí)驗(yàn)室。這樣既解決了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題，又能使學(xué)生做復(fù)雜性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使課外實(shí)驗(yàn)更實(shí)用、靈活、有效。

2.2 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作考核

每次實(shí)驗(yàn)課堂上根據(jù)學(xué)生的完成情況，每組學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)他們分別提出針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題。學(xué)生有沒(méi)有親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，積極思考，結(jié)果一目了然，根據(jù)回答情況酌情打分，記錄在平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)上，最后匯總整個(gè)課程成績(jī)。通過(guò)這種方式給學(xué)生以適當(dāng)壓力，部分學(xué)生懶于動(dòng)手，只等著其他同學(xué)作出實(shí)驗(yàn)結(jié)果坐享其成的現(xiàn)象得到解決，學(xué)生會(huì)認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，真正地投入到動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而提高實(shí)際動(dòng)手能力。

3 項(xiàng)目化教學(xué)

各章教學(xué)內(nèi)容講解完后，學(xué)生掌握的還只是分散的、孤立的個(gè)知識(shí)點(diǎn)，嵌入式技術(shù)最終要應(yīng)用到一個(gè)具體的系統(tǒng)中。在教學(xué)的最后要引入一個(gè)具體的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例，“庖丁解?！钡貙⑾到y(tǒng)分解，將其中的技術(shù)分解落實(shí)到相關(guān)的章節(jié)中，讓學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)這些知識(shí)的意義所在，不僅要掌握“學(xué)了什么”，更要知道“學(xué)了有什么用”，當(dāng)要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)如何下手，會(huì)將所學(xué)知識(shí)整合。

4 第二課堂活動(dòng)的開(kāi)展

課程的教學(xué)不應(yīng)該緊緊局限在有限的課堂空間，積極開(kāi)展有效的第二課堂也是鞏固學(xué)生所學(xué)的重要并且有效的手段。

4.1 課后科研訓(xùn)練

在課堂外，引導(dǎo)能力突出的學(xué)生參與教師的相關(guān)研究課題，申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，積極參加各類電子設(shè)計(jì)大賽,如“飛思卡爾”杯全國(guó)智能汽車大賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等。在這些活動(dòng)中，學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、新知識(shí)獲取能力能夠得到切實(shí)的鍛煉，可以成為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，而這些也是一名嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須具備的能力。從已有的學(xué)生參賽結(jié)果情況看，本專業(yè)學(xué)生在各類電子設(shè)計(jì)大賽中積極參與，也取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

4.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)選題可以給出嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的題目讓學(xué)生選擇，讓更多的學(xué)生有動(dòng)手設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，既鍛煉了學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際能力，也是對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)效果的檢驗(yàn)。

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)處于不斷的發(fā)展更新中，高校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不論是教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方法都需要任課教師在教學(xué)活動(dòng)中不斷總結(jié)、摸索，找到適合本校本專業(yè)學(xué)生的方法，這樣才能培養(yǎng)出適合社會(huì)需要的嵌入式設(shè)計(jì)人才。

［1］謝小云.以工程項(xiàng)目為中心的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式探討[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(4)：58-61.

［2］權(quán)寧一.嵌入式系統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011(3):14

［3］李寧.項(xiàng)目化嵌入式教學(xué)方法研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，2010(2)：5-7.