基于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系的改革

韓春賢，韓艷君，王　闊

(天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津　300400)

基于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系的改革

韓春賢，韓艷君，王闊

(天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300400)

摘要：《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》這門課程應(yīng)用范圍廣、涉及的基礎(chǔ)課程較多,面向多種應(yīng)用,實(shí)踐性很強(qiáng)。嵌入式技術(shù)是軟件、硬件相結(jié)合，多個專業(yè)相融合，面向應(yīng)用的學(xué)科,是一門綜合性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程，學(xué)生普遍認(rèn)為這門課程很難，在學(xué)習(xí)過程中遇到了各種各樣的困難。因此，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)改革值得探究。

本文通過對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀的分析，闡述了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)和不足。有針對性地從課程過程改革、教材建設(shè)、教學(xué)方法、考核方式等方面入手，提出了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革措施，有效地解決了嵌入式教學(xué)的不足之處。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)方法；教材改革；過程考核

一、 引言

隨著我國高新技術(shù)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,尤其是以嵌入式技術(shù)為代表的新興產(chǎn)業(yè)納入國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略,高等院校電子信息技術(shù)類專業(yè)的學(xué)生面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。學(xué)生要在今天這種競爭激烈的社會環(huán)境中求得生存和發(fā)展,大學(xué)階段的專業(yè)課程將為他們提供一個良好的入門基礎(chǔ)。這就要求其專業(yè)課程要緊跟技術(shù)發(fā)展步伐。因此，本系開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用課程，這門課程應(yīng)用專業(yè)廣、涉及的課程多,面向應(yīng)用,實(shí)踐性強(qiáng)，涉及多個專業(yè)的學(xué)科，如計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、通信工程、自動化控制等。因此需要的前期基礎(chǔ)課程較多,如模擬電子、數(shù)字電子、電路、C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)、單片機(jī)技術(shù)等課程。

二、 目前嵌入式教學(xué)存在的普遍問題

(一)以理論教學(xué)為主，缺乏實(shí)踐性教學(xué)

大多數(shù)高校的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)多以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時安排較少，一學(xué)期只在實(shí)驗(yàn)室做幾次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生不能接觸更多的硬件設(shè)備，比如：仿真器，開發(fā)板，必要的電子元器件等，學(xué)生不能真正理解嵌入式系統(tǒng)的概念，嵌入式產(chǎn)品的整個開發(fā)過程，理論知識較深并且較抽象，學(xué)生理解困難，學(xué)生的想象和實(shí)際有很大差距，學(xué)習(xí)效果不是太好。有些高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，有的以教師演示方式進(jìn)行，學(xué)生觀看；還有的四五個學(xué)生操作一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在課堂有限時間內(nèi)，只有一部分學(xué)生在操作，還有一部分學(xué)生沒有實(shí)踐機(jī)會，影響了學(xué)生的動手能力的訓(xùn)練與提高，影響了學(xué)生主動性的充分發(fā)揮和綜合技能的培養(yǎng)。

(二)高職嵌入式教材稀缺

嵌入式技術(shù)緊跟社會技術(shù)發(fā)展潮流，和行業(yè)背景緊密結(jié)合，導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)技術(shù)更新較快，因此這方面的書籍不是很多，教材尤其是適用于高職學(xué)生的教材更是稀少，不像單片機(jī)有大家基本都認(rèn)可的教材，而且現(xiàn)有的教材普遍存在著理論性強(qiáng)、可操作性差的缺點(diǎn)，很難找到針對高職教育特點(diǎn)的系列教材。

(三)嵌入式深多廣，高職學(xué)生薄弱

嵌入式理論知識較深，涉及的知識面很廣，而高職學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣，遇到困難容易退縮，學(xué)習(xí)不踏實(shí)，只喜歡動手操作，不重視理論知識，聽課注意力不集中。而且高職學(xué)生只有三年學(xué)習(xí)時間，除去頂崗實(shí)習(xí)，就有兩年多的時間在學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時間較短，因此高職學(xué)生要掌握嵌入式技術(shù)在學(xué)習(xí)過程中勢必遇到各種阻礙。尤其是在開始學(xué)的時候，往往是一頭霧水，無從下手，很容易就選擇放棄。

(四)學(xué)生層次差距較大

在教學(xué)過程中，學(xué)生出現(xiàn)較嚴(yán)重的兩極分化現(xiàn)象，給統(tǒng)一教學(xué)帶來困難。出現(xiàn)簡單問題優(yōu)秀學(xué)生沒有挑戰(zhàn)性，缺乏學(xué)習(xí)的動力；復(fù)雜問題落后學(xué)生跟不上的情況。

針對以上幾種情況，本文結(jié)合天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系學(xué)生的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)方案，對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用課程的授課內(nèi)容、實(shí)踐、教材和教學(xué)方法進(jìn)行改革，探討如何有效地開展嵌入式教學(xué)，如何有效地培養(yǎng)嵌入式人才。

二、 教學(xué)改革措施

為了讓學(xué)生更好地掌握嵌入式技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，更好地做到學(xué)以致用，結(jié)合本學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)方案，從以下幾方面進(jìn)行改革。

(一)改進(jìn)課程設(shè)計方案

根據(jù)上屆的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，把某些不合理的教學(xué)進(jìn)度安排進(jìn)行調(diào)整，突出重點(diǎn)難點(diǎn)，把課程重點(diǎn)和難點(diǎn)的地方增加課時，并且加大實(shí)踐課時。同時減小非重點(diǎn)和非難點(diǎn)的課時數(shù)，使其更加合理，重點(diǎn)突出，加強(qiáng)實(shí)踐。

(二)教學(xué)過程改革

教學(xué)過程改革主要包括以下幾個方面：

第一，在第一次課程中，一定要細(xì)心地講解本專業(yè)和本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)和就業(yè)方向，列舉大量的工作崗位實(shí)例，讓學(xué)生看本系網(wǎng)站實(shí)訓(xùn)室條件和優(yōu)秀畢業(yè)生的光輝示例，激起他們的學(xué)習(xí)激情和內(nèi)在動力，使學(xué)生在一開始就對本課程有一個明確的定位，并產(chǎn)生濃厚的興趣。

第二，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況在課堂上靈活地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，在學(xué)生易出錯的地方，反復(fù)強(qiáng)調(diào)，加深學(xué)生的印象。對于難理解的地方，使用模擬動畫形象化或打比方的形式來降低知識的理解難度。

圖2　法國土倫美術(shù)學(xué)院學(xué)年考核現(xiàn)場

第三，把學(xué)生引到實(shí)訓(xùn)室來上課，在實(shí)驗(yàn)箱上完成教學(xué)任務(wù)，加大學(xué)生實(shí)際操作的時間，少講多練，講練結(jié)合，體現(xiàn)教學(xué)做一體的優(yōu)勢，努力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和自主學(xué)習(xí)能力。

第四，在匯編指令部分加入實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在ADS開發(fā)環(huán)境下編寫指令，并進(jìn)行調(diào)試，觀察寄存器和存儲器的內(nèi)容，其一可以加深對指令的理解，其二可以熟練掌握ADS軟件的應(yīng)用。使指令學(xué)習(xí)不再枯燥，提高趣味性和理解度。

(三)教學(xué)方法改革

1.用實(shí)物將同學(xué)引導(dǎo)入門，良好的開端是成功的一半

嵌入式控制系統(tǒng)課程內(nèi)容涉及自動化、計算機(jī)和電子工程等專業(yè)知識,課程內(nèi)容信息量大,與工程實(shí)踐結(jié)合密切。因此，在教學(xué)設(shè)計上既不能忽視概念和原理的介紹，又要注重任務(wù)中的分析和設(shè)計方法。在講授時充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段將抽象的概念和技術(shù)形象化，并用實(shí)例或打比方的方式強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解。通過嵌入式實(shí)物的展示使學(xué)生快速了解嵌入式技術(shù)應(yīng)用的廣泛性和普遍性,使其充分認(rèn)識到嵌入式控制系統(tǒng)無處不在和它的魅力，學(xué)生就會對它充滿興趣和渴望，興趣是學(xué)習(xí)的良好動力，良好的開端是成功的一半。

2.多種教學(xué)手段相互補(bǔ)充,培養(yǎng)創(chuàng)新性思維能力

在教學(xué)過程中采用多種教學(xué)手段，如：課件，視頻，網(wǎng)絡(luò)，動畫。使教學(xué)變得生動有趣，并且要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，采用因材施教的方法，充分體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念。在課堂講授過程中，著重傳授嵌入式控制系統(tǒng)的基本概念和基本的開發(fā)方法,以學(xué)生學(xué)習(xí)為主，教師引導(dǎo)為輔的方式教學(xué)；并且通過教師提問和分組討論的形式，開展研究性學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的思維能力。進(jìn)而通過學(xué)生參加實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的知識運(yùn)用能力、實(shí)際動手操作能力。

3. 學(xué)生基礎(chǔ)不同，采用分層次教學(xué)

由于高職院校的生源情況復(fù)雜，有文科生、中專生，理科生等，基礎(chǔ)差距較大，給統(tǒng)一教學(xué)帶來了很大困難，如何讓學(xué)生都能有所收獲，這是一個教學(xué)的重點(diǎn)但又易忽視的問題，針對此種情況，首先對學(xué)生進(jìn)行分層，分為好、中、差三層，采用分層次教學(xué)，如在布置課堂任務(wù)時，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況分配任務(wù)。比如：對差生分配較基本的任務(wù)：入門程序直觀、易懂、容易操作，能使學(xué)生很快掌握軟件的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試等過程。對于中等和中等偏上的學(xué)生安排一些修改程序改動較小的任務(wù)。比如：修改芯片的GPIO接口，修改定時器工作方式、修改中斷觸發(fā)方式等，使學(xué)生掌握嵌入式的基本接口應(yīng)用。對于有潛力的學(xué)生，分配一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項目，如LED 顯示、數(shù)碼管顯示、直流電機(jī)和鍵盤等與工作關(guān)聯(lián)緊密的內(nèi)容，學(xué)生應(yīng)用本次課的新知識獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)。這種教學(xué)體系是面向全體學(xué)生，以學(xué)生發(fā)展為本，每個學(xué)生最終都能有所收獲。

4. 以學(xué)生為主體，以項目為導(dǎo)向

學(xué)生是課程教學(xué)的主體，教師是輔助性的，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，會興趣盎然積極主動地投入到教學(xué)過程中去。對課程的評價應(yīng)該以學(xué)生學(xué)的好不好為主要依據(jù)。建立基于工作過程系統(tǒng)化的課程設(shè)計，以項目任務(wù)為課程內(nèi)容的載體，用項目和任務(wù)訓(xùn)練學(xué)生的能力。能力只能靠自己動手、動腦練出來，學(xué)生在做中學(xué)，邊做邊練，邊做邊學(xué)。針對每次課程，教師設(shè)計出盡可能多的能力訓(xùn)練的任務(wù)，設(shè)計教學(xué)做一體化的能力訓(xùn)練過程和系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí)過程，整個過程以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、以職業(yè)工作過程為導(dǎo)向、以學(xué)生能力的提高為目標(biāo)。

5.信息化網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)

通過在教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)嵌入式課程，教學(xué)資源包括錄制視頻、課件、學(xué)習(xí)論壇、習(xí)題庫等，改變以教師傳遞、灌輸知識為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，創(chuàng)造出嶄新的學(xué)習(xí)與教學(xué)模式。通過網(wǎng)絡(luò)獲取資料和信息，可以有效地幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、解決課上難題的問題。從而鍛煉了學(xué)生自學(xué)的能力，對于學(xué)生養(yǎng)成探究式學(xué)習(xí)、自主式學(xué)習(xí)習(xí)慣也起到了一定的作用。

三、 教材建設(shè)

實(shí)用的嵌入式系統(tǒng)課程教材首先應(yīng)該讓學(xué)生容易看懂、能快速上手實(shí)踐，符合循序漸進(jìn)、由淺入深的學(xué)習(xí)原則；以模塊應(yīng)用為主線，將知識點(diǎn)融合到應(yīng)用中，體現(xiàn)理論與實(shí)踐緊密相結(jié)合；教材實(shí)例難度較小，適合學(xué)生的接受能力，并能激發(fā)學(xué)生的好奇，激發(fā)創(chuàng)新的欲望和發(fā)揮其潛能。

根據(jù)此要求，結(jié)合本學(xué)院高職學(xué)生的特點(diǎn)自編一本校內(nèi)教材《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》，體現(xiàn)了由淺入深，任務(wù)驅(qū)動式，以應(yīng)用為主線等特點(diǎn)。并且已經(jīng)改版三次，并結(jié)合實(shí)訓(xùn)室的實(shí)驗(yàn)器材自編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，以供學(xué)生操作使用?？梢院芎玫亟鉀Q高等院校規(guī)劃教材實(shí)用性、操作性差的缺點(diǎn)，通過這樣的組合，使得嵌入式系統(tǒng)課程的教材既有基礎(chǔ)的理論知識，又有軟件開發(fā)的實(shí)踐內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)項目案例內(nèi)容的設(shè)計上，也有實(shí)用性、趣味性比較強(qiáng)的內(nèi)容，如LCD 顯示、數(shù)碼管顯示、報警器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制等。這些對于學(xué)生來說，是既熟悉又較簡單的入門實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候能夠直觀地既能看得見又能摸得著，降低理解難度系數(shù)的同時，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、 成立興趣小組，組織系內(nèi)競賽

對那些有濃厚興趣的學(xué)生，充分利用嵌入式技術(shù)實(shí)訓(xùn)室，引導(dǎo)學(xué)生建立課外興趣小組，并為他們提供實(shí)訓(xùn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使得學(xué)生有了業(yè)余學(xué)習(xí)的場地和平臺，學(xué)生的能力得到進(jìn)一步培養(yǎng)、鍛煉。為激發(fā)其積極性和動力，結(jié)合教學(xué)進(jìn)度，在系內(nèi)組織若干次嵌入式技術(shù)模塊的技能競賽，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中始終保持一種競爭意識和學(xué)習(xí)的動力。同時也為參加天津市和國家技能競賽活動選拔優(yōu)秀人才。

五、教書育人，提高學(xué)生綜合素質(zhì)

將教書育人貫穿于教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)。在下廠調(diào)研過程中，與企業(yè)人事部門交談，使我越來越意識到作為一名高職教師，他的職責(zé)不僅僅是答疑解惑、傳授知識，更重要的是注重學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。特別注意觀察和了解差生的思想動態(tài)，格外關(guān)注那些作業(yè)質(zhì)量差、出勤不好的學(xué)生，經(jīng)常利用課余時間，與他們促膝談心，了解他們的心理狀態(tài)和生活、學(xué)習(xí)上遇到的困難，盡可能為他們排憂解難，成為他們的良師益友。密切師生關(guān)系，拉近教師和學(xué)生之間的距離，能使課堂的教學(xué)質(zhì)量有所改善，讓他們喜歡上學(xué)習(xí)，建立自信心，從而提高學(xué)生的整體素質(zhì)。

六、考核方式改革

為了保證高職教育持續(xù)健康地發(fā)展，我們在教學(xué)過程中需要不斷地進(jìn)行改革創(chuàng)新，考試考核方式的改革就是其中的重要環(huán)節(jié)。

針對嵌入式技術(shù)這門課程的特點(diǎn)，進(jìn)行過程考核改革。通過加強(qiáng)過程中考核，培養(yǎng)學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

(一)過程考核分3個階段進(jìn)行考核

ARM7體系架構(gòu)的考核；

LPC2290芯片的GPIO應(yīng)用考核；

對LPC2290芯片的綜合知識和技能的考核。

(二)嚴(yán)格考試紀(jì)律，公平公正

一是由于學(xué)生人數(shù)較多，全班學(xué)生分為2組，一組先考，另一組學(xué)生后考。

二是出兩份試題，兩組學(xué)生考試題目不同，避免出現(xiàn)學(xué)生傳題現(xiàn)象，提高公正度和可信度。

(三)考核內(nèi)容

一是基礎(chǔ)理論知識考核不能少。作為高職學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，必須具有一定的理論基礎(chǔ)，才能適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展。要注重拓展基礎(chǔ)知識的外延，創(chuàng)造學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識的情境。

二是考核學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。在學(xué)完一部分專業(yè)知識后，把它們組合在一起進(jìn)行考核，在這種模式下，考試內(nèi)容涉及多門專業(yè)課程的知識和技能，要求學(xué)生在短時間內(nèi)對多門課程的內(nèi)容作出反應(yīng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生對多門知識的和技能靈活轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的能力。

三是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識、協(xié)作精神和自主學(xué)習(xí)能力。在學(xué)完大部分課程后，由兩個到三個人組成小組形式，進(jìn)行綜合題目的測試。

(四)階段性總結(jié)

每次考試完畢都對其進(jìn)行總結(jié)，包括對進(jìn)步學(xué)生的鼓勵、獎勵和對落后學(xué)生的補(bǔ)救、幫助；以及對考試內(nèi)容及考試結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真分析，不斷完善考核方案，根據(jù)考試成績分析學(xué)生對本課程的掌握程度，存在的原因，及時找到解決的辦法，并將其及時反饋到后續(xù)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，真正發(fā)揮過程考核的及時反饋和激勵作用。

七、總結(jié)

“活到老，學(xué)到老?！边@是不變的真理。要以學(xué)生為本，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，因材施教，我們面對的是一屆一換的不同層次的學(xué)生，因此嵌入式課程的改革要永遠(yuǎn)站在學(xué)生角度考慮問題，學(xué)生應(yīng)該學(xué)到什么，適合什么樣的學(xué)習(xí)方法，真正做到以學(xué)為主，以教為輔，教學(xué)為學(xué)生而設(shè)計，為學(xué)習(xí)而改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧力.高職院校嵌入式系統(tǒng)課程的改革探討[J].教育與職業(yè)，2011,(29).

[2]張淑艷等.嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012,(11).

[3]關(guān)于嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革的探討[J].中國校外教育，2011,(02).

[4]汪曉斌，孫明平.高職《嵌入式技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].長江大學(xué)學(xué)報，2010,(03).

[5]王小英，陳英革.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)探討[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報，2007,(12).

[6]陳春林，朱張青.基于CDIO 教育理念的工程學(xué)科教育改革與實(shí)踐[J].教育與現(xiàn)代化，2010，(01).

[7]王志超，王宜懷.從嵌入式系統(tǒng)教學(xué)談學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].計算機(jī)教育，2010，(03).

Reform Based on Embedded System Teaching System

HAN Chun-xian, HAN Yan-jun, WANG Kuo

(TianjinMetallurgicalVocation-TechnologyInstitute,Tianjin300400)

Abstract:Embedded System Development and Application has a wide scope of application, involves many basic courses, and faces many applications, with a strong practice. The embedded technology is a discipline facing applications with combination of software and hardware as well as integration of many disciplines, and it is a specialized skill course with strong integration. The students generally hold that this course is hard to learn and they have encountered many difficulties in the process of learning. Therefore, it is important to research the teaching reform of embedded system.

Through the analysis on current situation of embedded system teaching, this paper sets forth the characteristics and deficiencies of embedded system teaching. Starting with curriculum process reform, textbook construction, teaching method, and evaluation method, this paper presents the embedded system teaching reform measures, to effectively solve the deficiencies of embedded system teaching.

Key words:embedded system; teaching method; textbook reform; and procedure assessment

收稿日期：2015-12-08

作者簡介：韓春賢(1979-)，女，河北省保定市，天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，碩士，講師，長期從事單片機(jī)和嵌入式技術(shù)，智能控制等方面教學(xué)和研究工作；韓艷君(1980-)，女，河北省保定市，河北省蠡縣氣象局，本科，助理工程師，長期從事計算機(jī)技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析等方面研究；王闊(1981-)，男，河北省石家莊，河北省蠡縣氣象局，本科，助理工程師，長期從事計算機(jī)技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析等方面研究。

中圖分類號：G712

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-582X(2016)05-0115-05