嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方式改革初探

張志勇　徐楊　劉淑雅

【摘 要】本文針對當(dāng)前嵌入式教學(xué)與人才培養(yǎng)的一些問題，提出了以“網(wǎng)絡(luò)化”為窗口，以“專業(yè)項(xiàng)目模塊”為驅(qū)動(dòng)，以“開放性實(shí)驗(yàn)”為載體的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，從完善課程網(wǎng)站、改革教學(xué)內(nèi)容及手段和建設(shè)開放實(shí)驗(yàn)室等方面進(jìn)行探討，以期尋求合適的教學(xué)方式。實(shí)踐證明，該教學(xué)模式的探索提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)造力，提高了教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)課程 教學(xué)方式 改革 開放實(shí)驗(yàn)室 專業(yè)項(xiàng)目

嵌入式系統(tǒng)作為當(dāng)今IT應(yīng)用領(lǐng)域最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器等眾多領(lǐng)域[1]。其廣泛應(yīng)用及其良好的發(fā)展?jié)摿Υ龠M(jìn)了社會(huì)對該方面人才的需求。由于該領(lǐng)域入門門檻較高，既與計(jì)算機(jī)專業(yè)課程有關(guān)，也與電子、通信、自動(dòng)化等諸多學(xué)科的課程有關(guān)，需要C 語言程序基礎(chǔ)課、數(shù)/模電子技術(shù)課、嵌入式Linux 操作系統(tǒng)及嵌入式應(yīng)用程序等課程的支撐，需要結(jié)合PCB 電路設(shè)計(jì)，在具體應(yīng)用時(shí)還牽涉相關(guān)的應(yīng)用背景知識(shí)[2-3]。而教學(xué)實(shí)驗(yàn)基本上都是基礎(chǔ)性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，沒有與實(shí)際的工程應(yīng)用結(jié)合起來。學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)之后，動(dòng)手能力依然欠缺，仍不具備獨(dú)立開發(fā)的能力，僅依靠目前的教學(xué)模式，不利于較好地掌握嵌入式技術(shù)；加之軟硬件技術(shù)知識(shí)更新很快，掌握新技術(shù)的人需要適時(shí)更新[4-5]。因此，如何開展嵌入式系統(tǒng)的教與學(xué)，以及通過什么樣的教學(xué)方式進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)和提升，探索一種新的嵌入式教學(xué)模式的改革勢在必行。為此，本文采用 “網(wǎng)絡(luò)化”“項(xiàng)目化”“開放實(shí)驗(yàn)室”教學(xué)模式，對嵌入式系統(tǒng)的課程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。具體而言，是以“網(wǎng)絡(luò)化”為窗口，以“專業(yè)項(xiàng)目模塊”為驅(qū)動(dòng)，以“開放性實(shí)驗(yàn)”為載體，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法，通過老師和學(xué)生的共同參與來進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)對專業(yè)項(xiàng)目模塊的學(xué)習(xí)和使用，以期探索一條嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革的新路。

一、完善課程網(wǎng)站

課題組在探索嵌入式技術(shù)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了“多融合，重素質(zhì)，到前沿”的專業(yè)教學(xué)目標(biāo)。所謂“多融合”就是綜合多個(gè)名校的嵌入式課程網(wǎng)站，選取有典型教學(xué)案例的課程實(shí)例并相應(yīng)鏈接，引導(dǎo)學(xué)生在線學(xué)習(xí)。為此，我們對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了大膽的探索，實(shí)現(xiàn)所有教案和較好的多媒體效果課件的電子化與網(wǎng)絡(luò)化，包括網(wǎng)上作業(yè)的發(fā)布與提交、網(wǎng)上小測驗(yàn)、網(wǎng)上輔導(dǎo)與答疑、師生適時(shí)對話等，通過創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系的構(gòu)建、在網(wǎng)上公布創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、結(jié)合工程實(shí)踐、嵌入式設(shè)計(jì)競賽、大學(xué)生科技活動(dòng)和學(xué)生興趣小組等一系列實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新，探索出培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、綜合素質(zhì)好、動(dòng)手能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的新途徑，并取得了良好的效果，受到了學(xué)生的好評。

二、專業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

經(jīng)過課題組努力，共完成了五個(gè)作品：（1）俄羅斯方塊設(shè)計(jì)；（2）基于無線控制的貪吃蛇游戲；（3）基于ARM的音樂演奏器設(shè)計(jì)；（4）藍(lán)牙控制小車；（5）基于藍(lán)牙控制的ARM板。這些項(xiàng)目的開展均針對計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的趣味性和知識(shí)性。例如，利用藍(lán)牙簡化了移動(dòng)通信終端設(shè)備之間通信的有效性，該項(xiàng)目根據(jù)基于Linux操作系統(tǒng)和ARM板，設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙的ARM板控制系統(tǒng)，包含打開電機(jī)模塊、調(diào)節(jié)電機(jī)模塊、關(guān)閉電機(jī)模塊、播放視頻模塊、監(jiān)控播放錄像模塊等，不僅把讀取的內(nèi)容反饋在開發(fā)板上，而且可連接到手機(jī)上，或者連接到快速發(fā)展的因特網(wǎng)上，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的積極性和創(chuàng)造力。俄羅斯方塊運(yùn)用在開發(fā)板上的LED顯示和鍵盤驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，用數(shù)組模擬LED中的8×8點(diǎn)陣來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)方塊顯示的部分是1，不顯示的部分是0；先將方塊的形狀按照當(dāng)前的坐標(biāo)（cx，cy）存放在數(shù)組中；然后將當(dāng)前的方塊從數(shù)組中刪除，待改變了坐標(biāo)值后重新將方塊放入數(shù)組中；并在主方法中添加兩個(gè)線程，分別讓方塊每隔一段時(shí)間向下移動(dòng)一格；另一個(gè)線程接收鍵盤輸入的字符，按照字符的值變換方塊的坐標(biāo)或形狀；最后將數(shù)組中的值按照列轉(zhuǎn)換成一個(gè)16進(jìn)制的數(shù)，把這8個(gè)數(shù)分別送給LED顯示；最后在宿主機(jī)上面將編寫C程序編譯成開發(fā)板上的執(zhí)行程序，調(diào)試運(yùn)行達(dá)到方塊效果。該作品的完成有助于防止創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的發(fā)生，能有效消除大腦儲(chǔ)存視覺記憶功能產(chǎn)生的干擾，這樣極大地增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。

三、建設(shè)開放實(shí)驗(yàn)室

為了提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的興趣，依托學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)，我院籌建了嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，以“自由、促進(jìn)、創(chuàng)新”為理念，為對嵌入式技術(shù)感興趣的學(xué)生提供了一個(gè)溝通交流、學(xué)習(xí)提高的良好環(huán)境。開放實(shí)驗(yàn)以嵌入式技術(shù)為研究主體，嵌入式技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)題目具有應(yīng)用性、先進(jìn)性和趣味性，通過嵌入式技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)途徑，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)、實(shí)踐、交流、承擔(dān)項(xiàng)目、就業(yè)對接等機(jī)會(huì)。從這幾年的教學(xué)實(shí)踐看，學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)這種教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的課程非常感興趣，尤其在綜合實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出很高的熱情和積極性，所投入的精力和時(shí)間已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出課程的要求，教學(xué)效果非常明顯，實(shí)現(xiàn)了課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)做到實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)器材對學(xué)生的真正開放，使學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合。不足之處是在開放實(shí)驗(yàn)室下的課程輔導(dǎo)、監(jiān)管、考核方式都需要新的探索。

四、跟蹤國際前沿，改革教學(xué)手段和方法

近幾年來，本課程的建設(shè)一直注意跟蹤國際先進(jìn)水平，始終堅(jiān)持對國際著名大學(xué)同類課程的比較分析研究，結(jié)合我校生源的實(shí)際情況，針對不同類別、不同層次的學(xué)生，認(rèn)真研究討論，及時(shí)修訂調(diào)整培養(yǎng)方案，保證全面反映嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢，使本課程內(nèi)容始終保持其先進(jìn)性和適應(yīng)性。同時(shí)，為貫徹本課程的基本理念，建立以應(yīng)用為主線，重系統(tǒng)設(shè)計(jì)、重典型系統(tǒng)的案例分析，重工程能力實(shí)踐鍛煉的教學(xué)方法，擺脫傳統(tǒng)教學(xué)中重課堂授課輕實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、重技術(shù)學(xué)習(xí)輕總體設(shè)計(jì)而造成的學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力弱、動(dòng)手能力差的問題，在教學(xué)方式上進(jìn)行了一系列改革，將“耳聞（授課聽課）+目睹（課堂演示）+手動(dòng)（學(xué)生做實(shí)驗(yàn)）”有機(jī)結(jié)合起來，突出重點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，為學(xué)生打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。課堂講授是課程教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，課程組在以下五個(gè)方面下功夫：（1）保證重點(diǎn)內(nèi)容的精煉，講解透徹，并能覆蓋嵌入式系統(tǒng)各個(gè)主要組成部分；（2）每年舉辦專題講座，介紹最新出現(xiàn)的思想和技術(shù)，并結(jié)合科研實(shí)際進(jìn)行案例教學(xué)；（3）積極引導(dǎo)學(xué)生開展自主性研究式和討論式學(xué)習(xí)，通過上網(wǎng)搜索、專題討論、撰寫報(bào)告的方式提升和擴(kuò)大課堂教學(xué)效果，針對不同培養(yǎng)對象，因材施教，進(jìn)行不同的教學(xué)安排；（4）通過采用將電子教案發(fā)給學(xué)生，實(shí)施動(dòng)畫和多媒體課件教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；（5）通過網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，以在線答疑、思考提示、模擬考試等互動(dòng)方式進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。

五、結(jié)語

總之，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變永遠(yuǎn)都在路上，本文基于上述幾個(gè)方面進(jìn)行了初步論述。在具體實(shí)施過程中，需要因材施教，適應(yīng)不同水平和能力學(xué)生的個(gè)性要求，給予學(xué)生選擇、創(chuàng)造、表現(xiàn)、提高的機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和解決問題的能力。在以后的教學(xué)中，可進(jìn)一步增加更多應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)踐。在具體開展過程中，我們要在參考成功案例的基礎(chǔ)上結(jié)合專業(yè)實(shí)際情況不斷思考，完善嵌入式教學(xué)方法，激發(fā)出學(xué)生所具有的強(qiáng)大潛力和主動(dòng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)、批判性學(xué)習(xí)的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

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