嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教學改革創(chuàng)新

朱銘琳

摘要：嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網時代得到了廣泛應用，使得嵌入式系統(tǒng)的教學顯得越來越重要。為了進一步提高教學質量，分析了嵌入式系統(tǒng)課程的特點，針對目前教學中存在的問題，在課程內容、教學方法、實驗教學等方面進行了一系列探索和研究，提出了相應的改革措施。實踐證明，這些改革有效提高了學生的工程實踐能力，調動了學生的學習主動性，有助于培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學方法；教學改革；實踐

中圖分類號：TP368.1

文獻標志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-63-03

0.引言

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可剪裁，適應于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，是軟件和硬件的綜合體。近年來，嵌入式產品市場獲得了蓬勃發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經滲入到工業(yè)生產、軍事國防、日常生活各個方面，應用領域非常廣泛。隨著物聯(lián)網時代的到來，社會對嵌入式相關技術人才有迫切需求，嵌入式技術的應用前景十分廣闊。

從2011年開始，運城學院計算機科學與技術系面向本科生開設了“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”專業(yè)選修課程。課題組多次獲得多個省級、院級教改項目的支持，對嵌入式系統(tǒng)系列課程進行了一系列具體深入的教學改革，獲得了一些有益經驗。

1.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程特點

1.1內容廣泛

嵌入式系統(tǒng)技術作為一門綜合交叉性技術，涉及計算機、電子技術、通信等多門學科。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學內容較多，硬件包括ARM處理器體系結構、硬件電路、接口技術、硬件開發(fā)平臺；軟件包括指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、c編程、嵌入式操作系統(tǒng)及開發(fā)。在課程體系的組織上，要求學生熟悉嵌入式系統(tǒng)的硬件體系結構、支持ARM處理器的硬件開發(fā)平臺的組成及使用方法；掌握嵌入式Linux應用程序開發(fā)與調試過程；能夠構建嵌入式開發(fā)環(huán)境，進行嵌入式Linux系統(tǒng)的編譯、移植；使學生具備獨立開發(fā)一個較為完整的嵌入式系統(tǒng)的初步能力。

1.2實踐性強

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)面向控制應用領域，課程實踐性很強。實驗環(huán)節(jié)在課程中處于非常重要的地位，通過實驗，可以加深學生對理論知識的理解，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生動手能力；使學生熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和設計流程，進而全面掌握嵌入式系統(tǒng)的設計、開發(fā)、調試方法。

2.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學改革思路

2.1教學內容的改革突出軟件的基礎上保證軟硬件學習相結合

由于嵌7、式系統(tǒng)課程的教學知識點比較多，涉及的軟硬件資源也比較多。在教材的選擇上，盡量選擇理論知識體系系統(tǒng)、連續(xù)，實驗內容直觀新穎，能夠密切聯(lián)系實際的教材。我系采用的教材是周立功主編的《Arm嵌入式系統(tǒng)基礎教程》和華清遠見教育集團編寫的《嵌入式系統(tǒng)技術與設計》。結合當前嵌入式技術的發(fā)展現狀，為適應市場對嵌入式人才的需求，選擇將ARM硬件平臺、嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為教學內容的兩大方面，以Realview MDK為主要開發(fā)環(huán)境進行講解。教師在教學過程中，將嵌入式科研項目中的一些簡單實用的知識融入教學中，使教學內容更加豐富。

2.2計算機專業(yè)教學側重點

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程是一門系統(tǒng)性強、軟硬件結合的綜合性課程，分為硬件開發(fā)方向和軟件開發(fā)方向。兩方向均要求學生具備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、設計、調試和維護的基本能力。而我們計算機科學與技術專業(yè)的學生軟件編程是特長，因此更偏向于嵌入式軟件開發(fā)，重點學習匯編語言程序設計、數據結構、嵌入式系統(tǒng)原理、計算機網絡、Linux操作系統(tǒng)等相關知識，側重于編程應用。

2.3聯(lián)合采用多種教學方式，提高課堂教學效果

（1）課堂上采用講授法與討論法相結合的方式

在教學中，充分發(fā)揮教與學的積極性。教師提出問題，通過啟發(fā)引導，由學生分組討論、對問題的理解、看法，尋找解決問題的方法與途徑。這種開放式、探索式教學方法不僅調動學生的學習積極性，而且可以鍛煉學生思維，提高分析解決問題的能力。不僅有利于啟發(fā)和培養(yǎng)學生開拓創(chuàng)新能力，而且有助于培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

（2）項目驅動式教學方法

運城學院是應用型本科院校，教學中充分考慮了以應用型人才培養(yǎng)為目標，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。講授重點章節(jié)內容時，以項目為驅動，學生在逐步完成項目的同時，掌握相應的教學內容，項目驅動法使教學與實際緊密結合，有益于培養(yǎng)學生的工程實踐能力。各任課教師積極鼓勵、指導學生開展相關方向的大學生創(chuàng)新項目及各類競賽培訓活動，對教學改革起到了很好的推進作用。

（3）應用現代教學技術，搭建自i學習平臺

當今互聯(lián)網已經滲入到日常工作、生活的各個方面，充分利用網絡環(huán)境組織教學，可以更加方便靈活地進行有針對性的教學活動。與傳統(tǒng)的課堂教學相比較，網絡平臺教學具有自主性、交互性、針對性特點。建立課程網站、構建師生交流平臺，將答疑、質疑、討論等經典的教學環(huán)節(jié)融入網絡。學生利于網絡平臺向老師提問、質疑，教師可以科學方便地對學生進行網絡答疑解惑。同時還可以建立討論區(qū)，方便師生進行專業(yè)問題探討。充分利用網上教學資源，將教與學的過程延伸到課堂外，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，而且使課堂教學得到了深化、擴展。

3.實驗教學改革

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一門實踐性很強的課程，實驗教學是課程教學的一個重要環(huán)節(jié)。通過實驗，可以幫助學生加深對理論知識的理解，加強學生動手能力，全面掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)、設計、調試技術。

3.1嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實踐課教學環(huán)節(jié)

目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實踐課教學環(huán)節(jié)包括：驗證性實驗、綜合設計性實驗、課程設計、大學生創(chuàng)新實驗、科研立項等幾部分。

驗證性實驗是實驗教學的基礎，實驗內容與理論課授課內容緊密結合，是基礎知識的最基本應用，是實踐教學環(huán)節(jié)的重要組成部分。綜合設計性實驗，是驗證性實驗的深化，進一步培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，進行嵌入式系統(tǒng)的設計。嵌入式課程設計是對所學課程內容的綜合應用，通過該實踐環(huán)節(jié)使學生全面掌握嵌入式應用系統(tǒng)的開發(fā)、設計方法。大學生創(chuàng)新實驗是學生由自發(fā)成立的團隊在教師指導下利用課余時間進行的創(chuàng)新性實驗。通過創(chuàng)新實驗，使學生積累了項目開發(fā)經驗，培養(yǎng)了自身創(chuàng)新能力，為進一步進行嵌入式項目研發(fā)打下堅實的基礎?？蒲辛㈨検墙Y合嵌入式系統(tǒng)前沿科技應用而設立的適合實踐教學的應用項目，能夠開闊學生的視野，拓展學生的思維，對教學起到了很好的輔助作用。

3.2實驗課程的內容安排

實驗課內容由一個簡單的端口控制LED顯示的例程開始，完成新建工程、編寫程序、下載程序調試、觀看實驗結果的實驗過程。通過這個簡單的實驗，讓學生初步掌握uVision3 IDE for ARM開發(fā)環(huán)境及ARM軟件模擬器的使用方法、以及程序下載的一般步驟。以后逐步增加實驗難度，目前開設的實驗項目包括中斷實驗、串口通訊實驗、A/D轉換實驗等。實驗過程中，注意激發(fā)學生的學習熱情和動手實驗的興趣。積極鼓勵學生采用多種不同的軟件算法完成同一個實驗，提高學生的編程能力，開闊學生思路。

3.3充分重視設計性實驗

對實驗教學環(huán)節(jié)設計進行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變?yōu)椤膀炞C性為輔，自己動手創(chuàng)新為主”的實驗課程教學設計模式。

例如“矩陣LED字符顯示控制”實驗中，實驗要求理解點陣原理，驗證實驗指導書給出的程序。這些往往學生都可以順利完成。這種驗證實驗模式沒有更好地發(fā)揮出學生的創(chuàng)造性?？蓪⒋藢嶒灦ㄎ怀稍O計性實驗，要求學生在LED屏上顯示多種漢字、字符、圖形、并配有動態(tài)顯示效果。實驗以小組為單位進行，實驗完成后各小組展示自己的實驗成果，最后由實驗效果進行評分。這就要求學生在讀懂源程序的基礎上，自己修改源程序實現相應功能。學生通過實驗，順利完成了英文字符、漢字的單個顯示、并且設計出了豐富多彩的圖案，如卡通動物、人物表情、花草樹木等，并且實現了漢字、圖形動態(tài)顯示（左右滾動、上下滾動、閃爍），實驗效果良好。實驗結果表明，通過分組展示的競爭激勵機制，調動了學生的積極性，充分發(fā)揮了學生的創(chuàng)新能力。

4.結束語

幾年來的嵌入式系統(tǒng)的教學實踐證明，通過上述一系列課程教學改革，有效地調動了學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，提高了學生分析解決問題和獨立思考的能力，取得了良好的教學效果。實踐教學為學生進行嵌入式項目的開發(fā)積累了豐富的經驗，為學生進一步從事嵌入式相關工作打下了堅實的基礎。隨著物聯(lián)網時代的到來，社會對嵌入式人才提出了越來越高的要求，嵌入式開發(fā)課程必然會面臨更多的機遇和挑戰(zhàn)，嵌入式開發(fā)課程改革任重道遠。