嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)的研究與實(shí)踐

韓潔　徐琴

摘要：根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)和目前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析了教學(xué)過程中存在的問題，總結(jié)了嵌入式課程教學(xué)的經(jīng)驗，提出了理論課程教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)改革方法，對新的教學(xué)方式進(jìn)行實(shí)踐，并在實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行新教學(xué)方法的嘗試，以期培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際崗位需求能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；課程教學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐環(huán)節(jié)；創(chuàng)新性

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0123-02

嵌入式系統(tǒng)課程是一門交叉學(xué)科，涉及的知識面寬廣，系統(tǒng)開發(fā)流程中既有硬件設(shè)計又有軟件代碼的編寫。嵌入式系統(tǒng)涉及的課程有模擬電子線路，數(shù)字電路，C語言等課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)時需要具備較多的專業(yè)基礎(chǔ)知識。同時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計又是一門實(shí)踐重于理論的課程，學(xué)生還需要大量地進(jìn)行實(shí)踐操作。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中極易碰到學(xué)習(xí)的壁壘，慢慢就會失去學(xué)習(xí)的熱情，一致于會放棄該門課程的學(xué)習(xí)。

嵌入式課程的教學(xué)目的是為了培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立自主的軟硬件開發(fā)能力，但是目前大部分高校仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)方法，帶來的后果是學(xué)生的動手實(shí)踐能力依然不足以從事技術(shù)類的設(shè)計工作。

1 教與學(xué)的現(xiàn)狀

1.1教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的嵌入式課程教學(xué)主要由理論課堂教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)兩部分組成。課堂教學(xué)普遍采用多媒體設(shè)備，將教學(xué)內(nèi)容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、IO接口、硬件、軟件，均采用演示的方法。在實(shí)驗中教師認(rèn)真講解硬件的連接方式，學(xué)生按照教師講解的編程流程進(jìn)行驗證。

1.2學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀

與重點(diǎn)院校相比，我校的辦學(xué)目的是培養(yǎng)應(yīng)用型人才。我校生源質(zhì)量和重點(diǎn)大學(xué)是有較大的差距，如果采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)，不根據(jù)課程自身與學(xué)生的特點(diǎn)，依然采用老師講、學(xué)生做，無法培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

2 課程的教學(xué)改革和實(shí)踐

2.1理論教學(xué)

在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，需要簡要講解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和交叉開發(fā)環(huán)境，各個層次需要掌握的技術(shù)，目的讓學(xué)生有針對性學(xué)習(xí)，根據(jù)自身特點(diǎn)確立技術(shù)的方向。在具體實(shí)施中用少量簡單例子說明各環(huán)節(jié)的相關(guān)知識和開發(fā)方法。

在教學(xué)的方法方面，對于ARM技術(shù)的教學(xué)以介紹為主，盡可能改進(jìn)傳統(tǒng)的滿堂灌的教學(xué)方式，在教學(xué)中采用對比教學(xué)的方法，比如：和51核單片機(jī)對比，避免抽象乏味的教學(xué)方式。

在授課方式方面，整合課堂資源，讓學(xué)生在課堂上能夠理解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本理論與基本技能，根據(jù)課堂教學(xué)的實(shí)際情況，精心設(shè)計與課堂講授相對應(yīng)的實(shí)踐內(nèi)容。對于實(shí)踐強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，把以前理論課堂講解的內(nèi)容放在實(shí)驗室開展教學(xué)。例如：對于ARM指令和匯編編程的講解要突出應(yīng)用性，我們嘗試在實(shí)驗室完成這部分的教學(xué)，不再是按照傳統(tǒng)進(jìn)行逐條地講解指令和語法，而是通過一個個例程講解程序的結(jié)構(gòu)，中間用到的指令讓學(xué)生采用查閱方式進(jìn)行 “Learning by Doing”。在實(shí)踐中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高了。

2.2 新的教學(xué)方法的實(shí)踐

改變傳統(tǒng)的單一的教學(xué)方式，傳統(tǒng)的教學(xué)是上課地點(diǎn)在教室里面，教學(xué)設(shè)備只有黑板和投影設(shè)備，極大限制了教師教學(xué)方法的發(fā)揮，教師只能按照PPT進(jìn)行講解，學(xué)生只能被動地接受，往往到了課程結(jié)束也不知道該如何搭建嵌入式的開發(fā)環(huán)境，即便上完配套的實(shí)驗課程也僅僅是理論的驗證，學(xué)生往往連基本的調(diào)試能力都不具備，更別說培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)能力了。

新的授課方式：把傳統(tǒng)的理論課堂和實(shí)驗課堂結(jié)合起來授課，前面講述基本ARM技術(shù)部分放在教室進(jìn)行，匯編程序和芯片部分在實(shí)驗室進(jìn)行。例如：對于ARM匯編指令部分教學(xué)，根據(jù)ARM匯編雖用得少但又很重要的特點(diǎn)，在講述匯編指令時改變傳統(tǒng)的授課方法，以具體的工程實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，匯編指令學(xué)生以查找的方式進(jìn)行實(shí)踐，通過5個例程練習(xí)，學(xué)生可以以軟件模擬的方式快速掌握ARM匯編代碼的調(diào)試和閱讀代碼的能力。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練學(xué)生可以閱讀ARM開發(fā)板的啟動代碼。在講述芯片的接口和相關(guān)控制器時，在實(shí)驗室進(jìn)行理論部分的教學(xué)教師就更好發(fā)揮靈活的教學(xué)方式了，這樣的教學(xué)方式壓縮了理論授課的課時，讓學(xué)生成為課堂的主題，教師是輔助教學(xué)，學(xué)生的動手實(shí)踐機(jī)會增加，學(xué)習(xí)的惰性減少，積極性獲得提高。而且明顯提高了教學(xué)的效率。

在教學(xué)中精講理論部分，對于難于理解的理論要少講，在實(shí)踐中理解。擴(kuò)大課程的知識面。

雙師制的嘗試： ARM+LINUX教學(xué)安排可以安排2個教師來進(jìn)行教學(xué)，發(fā)揮教師的所長，擅長底層硬件的老師進(jìn)行ARM部分的教學(xué)，擅長LINUX部分的教師進(jìn)行操作系統(tǒng)部分教學(xué)。

2.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革

1）實(shí)驗課程的教學(xué)改革

針對嵌入式課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)和實(shí)驗課時普遍偏少的現(xiàn)狀，整合教學(xué)內(nèi)容，壓縮傳統(tǒng)的匯編指令部分的課時，同時開放實(shí)驗室和發(fā)放開發(fā)板，學(xué)生可以把便攜的嵌入式開發(fā)板帶回去，隨時隨地地進(jìn)行嵌入式的學(xué)習(xí)。我們在教學(xué)中提高了實(shí)驗課比例。把總學(xué)時的3/4安排為實(shí)驗課，整合理論和實(shí)驗課堂，把與實(shí)驗直接相關(guān)的理論帶到實(shí)驗課上講解。理論課占僅總學(xué)時的1/4左右，主要講授ARM技術(shù)和芯片工作的基本原理。在實(shí)踐中對學(xué)生開放實(shí)驗室確實(shí)彌補(bǔ)了實(shí)驗課時的不足，提高學(xué)生動手能力，學(xué)生通過把便攜開發(fā)板帶回學(xué)習(xí)也極大帶動了同寢室學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在實(shí)驗教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生過于依賴實(shí)驗箱的問題，在以往試驗中學(xué)生只需按照試驗箱自帶的實(shí)驗指導(dǎo)書的步驟一步一步操作就可以輕松完成實(shí)驗。針對這種情況，我們改進(jìn)了教學(xué)設(shè)備，利用接口全開放的開發(fā)板，既可以滿足常規(guī)的驗證性的實(shí)驗教學(xué)也可以進(jìn)行設(shè)計性的實(shí)驗。

2）集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

由于面向電子信息類專業(yè)學(xué)生，學(xué)生就業(yè)的方向更加偏向底層，在硬件實(shí)踐訓(xùn)練更加側(cè)重，硬件設(shè)計中接口的擴(kuò)展、電路的繪制和驅(qū)動程序的編寫。以2周的課程設(shè)計為例，引入企業(yè)的項目管理機(jī)制，在集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，按照3人為一個項目組開展實(shí)踐，整個工作流程盡可能接近實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)流程。從方案選擇，硬件的電路圖繪制、焊接、硬件調(diào)試、代碼的編寫，其中每個環(huán)節(jié)要更接近產(chǎn)品研發(fā)的流程。學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力得到了提高。重點(diǎn)也培養(yǎng)三個能力：創(chuàng)新能力、動手能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

3 結(jié)論

綜上所述，我校通信專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行了2年的教學(xué)改革的實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯獲得了提高，在藍(lán)橋杯和電子設(shè)計大賽中多次獲獎，在畢業(yè)設(shè)計中更多學(xué)生選擇利用嵌入式技術(shù)來完成畢業(yè)設(shè)計課題。教師也在教學(xué)實(shí)踐中需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計開發(fā)了實(shí)踐性的課題，得到了提升。目前我院正在建立高性能的嵌入式實(shí)驗室，通過更多的創(chuàng)新性的綜合設(shè)計性項目來改善和提高我院的嵌入式課程教學(xué)。

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