“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”課程改革與探索

曾祥進(jìn)+王海暉+王子維+章劉斌

摘要：“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”是一門(mén)綜合性強(qiáng)、技術(shù)發(fā)展非常迅速的課程，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目的，通過(guò)分析傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題以及考核方式的弊端，探討了今后相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方法及策略，并給出了課程的綜合改革設(shè)計(jì)方案，從教學(xué)模式、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行了相應(yīng)的探討。教學(xué)實(shí)踐表明，對(duì)“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”課程的改革起到了較好的效果。

關(guān)鍵詞：課程改革;嵌入式系統(tǒng);創(chuàng)新教育

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0087-02

一、現(xiàn)狀分析

作為智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”需要模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、電路理論基礎(chǔ)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等相關(guān)課程基礎(chǔ)知識(shí)，另外還需要學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。因此這門(mén)課程是一門(mén)較難的課程，在教學(xué)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.授課計(jì)劃安排不合理。教學(xué)課時(shí)少，缺少“線下”的輔導(dǎo)答疑，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)效果較差，實(shí)踐與理論沒(méi)能很好地結(jié)合，導(dǎo)致了學(xué)生只掌握了理論知識(shí)，實(shí)際運(yùn)用、動(dòng)手編程的能力還有待提高。

2.授課內(nèi)容不合理。地方院校的嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程缺少嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)容，而且教學(xué)內(nèi)容陳舊，且理論知識(shí)多、實(shí)踐操作課時(shí)少。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)少，學(xué)生動(dòng)手能力差。嵌入式對(duì)于一般學(xué)校而言，由于經(jīng)費(fèi)投入不足，嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善，使得課程教學(xué)過(guò)程中，偏重理論講解，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的工程化應(yīng)用了解少，缺乏現(xiàn)場(chǎng)觀摩的認(rèn)知度。

4.師資力量薄弱。主講老師偏重理論教學(xué)，學(xué)生缺乏工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐性引導(dǎo)，學(xué)生學(xué)習(xí)后仍不能進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

5.考核方式不全面?？己朔绞缴?，由于平時(shí)分只占總分的30%，導(dǎo)致一些學(xué)生不重視課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，加上期末考試重點(diǎn)考核的是理論知識(shí)，學(xué)生只要掌握好理論知識(shí)，也一樣可以通過(guò)考試。這樣的考核方式很難反映出學(xué)生的真實(shí)水平和實(shí)際能力，也很難讓學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力得到實(shí)質(zhì)性提高。

二、改革思路

以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力為導(dǎo)向，增大實(shí)踐環(huán)節(jié)比重，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與課程設(shè)計(jì)內(nèi)容相結(jié)合，采用課題驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。采用多種改革形式，包括合理優(yōu)化好教學(xué)內(nèi)容，采用“課內(nèi)+課外”、“線上+線下”、“課堂+現(xiàn)場(chǎng)”、“主講+聘請(qǐng)”的教學(xué)手段和教學(xué)方法以及“平時(shí)+期末”的考核方式。

1.合理優(yōu)化好教學(xué)內(nèi)容?！扒度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用”是武漢工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)特色專(zhuān)業(yè)課程，針對(duì)以往課程教學(xué)內(nèi)容陳舊的問(wèn)題，利用好學(xué)生在處理器方面的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)逐步引導(dǎo)其了解嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方式方法、建立嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維模式，便成為教學(xué)的首要任務(wù)。其工作重心是系統(tǒng)講述32位嵌入式處理器ARM7的功能特點(diǎn)及與其他處理器的區(qū)別比較，介紹ARM7與嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)合后的突出優(yōu)點(diǎn)，注意與前期學(xué)習(xí)的開(kāi)發(fā)知識(shí)相聯(lián)系，適當(dāng)介紹各類(lèi)相關(guān)ARM處理器的特點(diǎn)以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，把培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能力和動(dòng)手能力貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程之中，最終達(dá)到學(xué)生能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的共性技術(shù)并能針對(duì)ARM處理器做一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作的目的。

2.在教學(xué)手段和教學(xué)方法上，以“課內(nèi)+課外”、“線上+線下”的形式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)，讓學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行有目的的學(xué)習(xí)，采用“產(chǎn)品任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法，在嵌入式人才的培養(yǎng)目標(biāo)、職業(yè)規(guī)劃、教學(xué)設(shè)備、教材、教學(xué)模式等方面徹底改變“重理論輕實(shí)踐”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，不僅僅將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融為一體，更是將技能傳授、行業(yè)規(guī)范與崗位素質(zhì)培養(yǎng)融為一體。了解嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景和方法，通過(guò)“主講+聘請(qǐng)”的形式，讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論和算法，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面和眼界。

3.改善現(xiàn)有的考核評(píng)價(jià)體系。通過(guò)“平時(shí)+期末”考核方式改革，增大平時(shí)分比重，強(qiáng)調(diào)平時(shí)學(xué)習(xí)的重要性，并且以實(shí)驗(yàn)考核為主，要求學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，獨(dú)立完成以項(xiàng)目為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)。在評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)采用堂內(nèi)學(xué)習(xí)、堂外實(shí)驗(yàn)、平時(shí)作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、半期考試和期末考試相結(jié)合的學(xué)生全過(guò)程學(xué)習(xí)效果綜合評(píng)價(jià)體系。學(xué)生課程最終成績(jī)的構(gòu)成為：平時(shí)成績(jī)占10%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)占25%、期中考試占10%、期末考試占55%。該綜合評(píng)價(jià)體系的設(shè)計(jì)，以“考試只是方法，知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)才是目的”的思想，督促學(xué)生重視知識(shí)獲取和能力培養(yǎng)，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生在實(shí)踐訓(xùn)練、課堂討論、師生互動(dòng)、協(xié)作交流等方面的學(xué)習(xí)自主性，在課程學(xué)習(xí)的全過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生建立積極思考、努力進(jìn)取的良好學(xué)習(xí)氛圍。

三、綜合改革設(shè)計(jì)

綜合改革設(shè)計(jì)：實(shí)行“課內(nèi)+課外”、“線上+線下”、“課堂+現(xiàn)場(chǎng)”、“主講+聘請(qǐng)”教學(xué)模式改革和“平時(shí)+期末”考核方式改革，多種形式并行。

1.“課內(nèi)+課外”一體化教學(xué)改革做法為精簡(jiǎn)課內(nèi)講授學(xué)時(shí)，增加課外學(xué)時(shí)數(shù)，將原有的32課堂學(xué)時(shí)縮減為現(xiàn)有的24學(xué)時(shí)，將原有的8課外學(xué)時(shí)增加為40學(xué)時(shí)。課堂教學(xué)貫徹“少而精”原則，理論知識(shí)要講透，還要與實(shí)踐相結(jié)合，結(jié)合具體實(shí)例講解嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合。重視基礎(chǔ)，以嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)以及軟件的核心嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為重點(diǎn)，全面介紹嵌入式系統(tǒng)概況、硬件和軟件、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計(jì)和應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性，注重基本訓(xùn)練與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生掌握基本的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的幾個(gè)轉(zhuǎn)變：從純軟件到硬/軟件結(jié)合、從“紙”上談兵（編程序）到“板”上談兵、從“懂”怎么做到“會(huì)”做、從講/聽(tīng)到講/聽(tīng)/做。注重課程內(nèi)容的時(shí)效性，處理好經(jīng)典與現(xiàn)代的關(guān)系，不斷跟進(jìn)嵌入式系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟件等相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展?fàn)顩r，把科研成果和教研成果引入教學(xué)。

2.“線上+線下”教學(xué)改革做法是將教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程“網(wǎng)絡(luò)化”，請(qǐng)講課經(jīng)驗(yàn)豐富的老師錄制課堂教學(xué)視頻，開(kāi)發(fā)具有特色的線上課程，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)組織教學(xué)，指導(dǎo)和管理學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源輔助課程教學(xué)，督導(dǎo)學(xué)生在課外觀看學(xué)習(xí)，教師在課堂內(nèi)組織輔導(dǎo)、討論、答疑及專(zhuān)題講座。

3.“主講+聘請(qǐng)”聯(lián)合教學(xué)改革做法是聘請(qǐng)企事業(yè)單位相關(guān)專(zhuān)業(yè)人士、校外專(zhuān)家或工程師共同講授這門(mén)課，將專(zhuān)家們的工程、社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與學(xué)生分享，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面和眼界。每年擬聘請(qǐng)4位專(zhuān)家講授8學(xué)時(shí)，每一位專(zhuān)家2學(xué)時(shí)，給學(xué)生作一次專(zhuān)題講座。

4.“課堂+現(xiàn)場(chǎng)”教學(xué)改革做法是在課堂講授相關(guān)理論部分之后，在實(shí)際生產(chǎn)、工作現(xiàn)場(chǎng)或校內(nèi)外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示范，讓學(xué)生身臨其境。重視與相關(guān)企業(yè)的聯(lián)系，善于利用各種資源，為學(xué)生建立若干實(shí)習(xí)基地與創(chuàng)新基地。武漢立科特智能科技有限公司嵌入式軟件工程中心、武漢軟帝科技有限公司等均已成為學(xué)生的實(shí)習(xí)基地和創(chuàng)新基地，學(xué)生可以在那里開(kāi)展一些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，通常采用將畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與具體的研發(fā)項(xiàng)目相結(jié)合的方式。近年的嘗試表明，這樣的方式可以大大增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際開(kāi)發(fā)能力，所完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容具有一定的實(shí)用價(jià)值，學(xué)生普遍反映能夠?qū)W到更多的知識(shí)和掌握更實(shí)際的技能。

5.“平時(shí)+期末”考核方式改革做法是增大平時(shí)分比重，將平時(shí)考核所占的分?jǐn)?shù)比重由30%提高至50%，強(qiáng)調(diào)平時(shí)學(xué)習(xí)的重要性，并且以實(shí)驗(yàn)考核為主，要求學(xué)生綜合運(yùn)用基本理論知識(shí)，獨(dú)立完成一個(gè)有意義的實(shí)例項(xiàng)目嵌入式系統(tǒng)（如工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、智能儀表、DCS控制系統(tǒng)等）。平時(shí)成績(jī)組成：課堂討論表現(xiàn)及課外作業(yè)完成情況;實(shí)驗(yàn)成績(jī)組成：上機(jī)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況和上機(jī)考試成績(jī);半期考試成績(jī)：測(cè)試學(xué)生對(duì)前半期授課內(nèi)容的掌握情況;期末考試成績(jī)：測(cè)試學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)及綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而從思想深處改變學(xué)生在其他課程中重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象。

四、改革效果

“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”課程從武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2010級(jí)開(kāi)始開(kāi)設(shè)，已經(jīng)開(kāi)設(shè)三屆。根據(jù)每屆學(xué)生的考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析，其開(kāi)課及格率平均為96%。

通過(guò)本課程的理論知識(shí)學(xué)習(xí)及綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生的動(dòng)手能力有了很大提高，很多感興趣的學(xué)生在課外自己購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的嵌入式開(kāi)發(fā)板，做出了很多小課題實(shí)驗(yàn)，部分學(xué)生更是應(yīng)用學(xué)到的課程知識(shí)參與各項(xiàng)課外科技比賽，獲得了較好的成績(jī)。

五、結(jié)論

“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”課程特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)很多、實(shí)踐性很強(qiáng)。為解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)效果差的問(wèn)題，我們對(duì)該課程提出來(lái)幾點(diǎn)改革意見(jiàn)，希望為培養(yǎng)符合創(chuàng)新型社會(huì)需要的高素質(zhì)人才給予一定的有益參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張騰飛，顧亦然，王瑾.電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革探索[J].中國(guó)電力教育，2009，（14）.

[2]黨元一.嵌入式課程中項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用研究與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2011，（2）.

[3]付家才，郭明良.“本科”+“技師”+“工程師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（1）.

[4]馮新宇，蔣洪波，周寶國(guó).嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].高師理科學(xué)刊，2013，33（4）.

[5]張騰飛，王保云.基于問(wèn)題設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究[J].中國(guó)電力教育，2013，（22）.

[6]王峰，張雪英.電子信息類(lèi)“嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（S1）.