《嵌入式系統(tǒng)》課程實(shí)踐教學(xué)模式的探索與研究

徐平+薛凌云+尚平

摘要：《嵌入式系統(tǒng)》是杭州電子科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，對(duì)于學(xué)生前期理論課程學(xué)習(xí)拓展和后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及未來就業(yè)有著重要的作用。目前課程教學(xué)方式主要以課堂教學(xué)為主，而實(shí)踐能力是評(píng)價(jià)學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，本文設(shè)計(jì)以實(shí)踐教學(xué)為主的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力和自主探索熱情，提高動(dòng)手和創(chuàng)新能力。課程改革的效果表明，這種設(shè)計(jì)教學(xué)方式受到學(xué)生的廣泛好評(píng)，學(xué)生對(duì)嵌入式方面課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣，理論知識(shí)得以進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)于教學(xué)改革也有進(jìn)一步反饋和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）25-0119-02

一、引言

《中國制造2015》是制造業(yè)轉(zhuǎn)型、升級(jí)、發(fā)展的重要綱領(lǐng)，中國要想走出制造業(yè)困境，最需要加強(qiáng)的就是人才培養(yǎng)和提高人才的自主創(chuàng)新能力。因此，在高校教學(xué)中提出實(shí)踐教學(xué)理念，既能提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，又能與社會(huì)需求相結(jié)合，避免教學(xué)與社會(huì)實(shí)際相脫離，這樣才更能發(fā)揮出高?！爱a(chǎn)學(xué)研”的特色。嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)內(nèi)容廣泛的課程，包括單片機(jī)、ARM、FPGA、DSP、IC設(shè)計(jì)、微處理器等方面，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成/微機(jī)原理、操作系統(tǒng)、數(shù)字電路、C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、軟件工程測(cè)試管理等知識(shí)。嵌入式系統(tǒng)集硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件于一體，具有實(shí)時(shí)性、尺寸小、功耗低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，所以是一個(gè)軟硬件結(jié)合、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力的課程，是培養(yǎng)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生成為程序員和工程師的必備技能。

二、課程狀態(tài)分析

1.課程教學(xué)目標(biāo)。杭州電子科技大學(xué)生儀學(xué)院儀器專業(yè)培養(yǎng)方向包括模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝備等，要求學(xué)生具備扎實(shí)的電子、計(jì)算機(jī)、光學(xué)、機(jī)械知識(shí)基礎(chǔ)上，具備跨學(xué)科研究開發(fā)能力，能在各領(lǐng)域擁有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用型人才。本課程改革的主要目的為：（1）培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)開發(fā)條件進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟硬件實(shí)驗(yàn)，熟悉開發(fā)環(huán)境，了解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程，而這就需要教師做好學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。（2）在第一層次基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，熟悉平臺(tái)多樣化功能，提高學(xué)生的開發(fā)能力。（3）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有平臺(tái)進(jìn)行自主化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和研發(fā)力。（4）學(xué)生在充分掌握理論知識(shí)的同時(shí)，教師也要對(duì)其應(yīng)用能力和思維創(chuàng)新能力進(jìn)行一定的培養(yǎng)，這有助于啟發(fā)教師對(duì)課程改革進(jìn)行一定的探索。（5）促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行一定的解讀，促進(jìn)教師學(xué)術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

2.課程條件分析。（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面：學(xué)院實(shí)驗(yàn)條件，從ARM7到Cortex以及配套學(xué)習(xí)教材，最新的Cortex A8平臺(tái)，配合相關(guān)使用手冊(cè)和開發(fā)文檔。（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面：從在linux系統(tǒng)環(huán)境中編程、調(diào)試、完成對(duì)LED燈的控制，到充分使用實(shí)驗(yàn)箱大部分功能，包括物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)系統(tǒng)、多功能音樂播放器等。（3）考核方式方面：主要考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的態(tài)度和能力、實(shí)驗(yàn)效果的創(chuàng)新性等，而不僅僅是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和其理論考試成績。學(xué)生在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和教師指導(dǎo)下完成項(xiàng)目中的功能內(nèi)容，也可以讓學(xué)生分組完成小項(xiàng)目，通過項(xiàng)目合作既能讓學(xué)生相互合作、溝通學(xué)習(xí)，教師也能有針對(duì)性地教授學(xué)生一些課外感興趣的知識(shí)；通過電子課程設(shè)計(jì)及競(jìng)賽也可以鍛煉學(xué)生的科研能力，為后續(xù)參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)等全國性比賽培養(yǎng)人才，同時(shí)也能提升學(xué)院的整體實(shí)力，但是這需要保證充分的課題時(shí)間，學(xué)生也可以全身心地投入其中。

3.教學(xué)現(xiàn)狀。生儀學(xué)院為本校的新學(xué)院，各專業(yè)人數(shù)不似大學(xué)院人數(shù)多，所以非常適合小班化和有針對(duì)性的教學(xué)，能實(shí)現(xiàn)因材施教的理念，同時(shí)教學(xué)資源也可以合理分配，師生之間的交流更多。但是生儀學(xué)院現(xiàn)有課程在教學(xué)過程中側(cè)重于理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)和接觸的知識(shí)不足以滿足社會(huì)的實(shí)際需求，對(duì)日后學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作作用較小，所以教學(xué)改革要求在基礎(chǔ)研究和科研能力之外，多增加實(shí)踐教學(xué)部分，可以從本專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，逐漸改革培養(yǎng)模式，發(fā)揮學(xué)院和學(xué)校人才培養(yǎng)上的特點(diǎn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。教學(xué)改革在一定程度上需要以學(xué)生的就業(yè)為導(dǎo)向，符合社會(huì)和學(xué)生的實(shí)際需求，否則將失去創(chuàng)新的潛力和學(xué)習(xí)深度，偏離正確的學(xué)習(xí)和研究道路。實(shí)踐教學(xué)除了能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力外，還能促進(jìn)師生間交流討論，教師可以有更多的時(shí)間給學(xué)生答疑解惑，深入了解每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)和其學(xué)習(xí)進(jìn)度。同時(shí)，高等學(xué)校教學(xué)也需要培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和技能，將橫向項(xiàng)目有針對(duì)性地引入課堂，可以給學(xué)生創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)來鍛煉自己，提高其在實(shí)習(xí)和求職過程中的競(jìng)爭(zhēng)力。另外，也能幫助學(xué)生樹立良好的專業(yè)定位規(guī)劃，使教學(xué)能依托企業(yè)的優(yōu)勢(shì)和便利，學(xué)生可以更快地融入到社會(huì)環(huán)境中去，做好未來的工作準(zhǔn)備。

三、課程改革具體方法設(shè)計(jì)

1.改革課程教學(xué)內(nèi)容。本校的硬件設(shè)備主要為Cortex A8嵌入式平臺(tái)，軟件設(shè)備為虛擬機(jī)下ubuntu開發(fā)環(huán)境，交叉編譯工具鏈等，教學(xué)內(nèi)容包括搭建Linux系統(tǒng)安裝和開發(fā)環(huán)境，shell命令及窗口系統(tǒng)使用，簡(jiǎn)單程序編譯、鏈接、調(diào)試，編譯工程文件，編寫Makefile文件，客戶服務(wù)器通信，板載LED燈控制等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

2.具體課程工作計(jì)劃。第一階段：嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)主要為實(shí)驗(yàn)室FS210嵌入式平臺(tái)和開發(fā)手冊(cè)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，適當(dāng)增加目前應(yīng)用廣泛且易于上手的硬件設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)容，增加學(xué)生對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)和開發(fā)內(nèi)容的了解，找到學(xué)生感興趣的環(huán)節(jié)以便其后期可以進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，同時(shí)教師可以縮減陳舊知識(shí)的比例，減少行業(yè)應(yīng)用比較少的知識(shí)比重。第二階段：在了解課程內(nèi)容之后，教師可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，同時(shí)強(qiáng)調(diào)組內(nèi)的分工討論和合作。學(xué)生能在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上，通過組間合作、互相交流等來共同解決問題。此外，通過預(yù)先選定小組項(xiàng)目作業(yè)，學(xué)生能邊學(xué)習(xí)邊完成項(xiàng)目作業(yè)，若時(shí)間太過倉促的話，學(xué)生則不能按時(shí)完成項(xiàng)目作業(yè)。第三階段：各學(xué)習(xí)小組在組長在帶領(lǐng)下進(jìn)行鉆研，協(xié)調(diào)組員自主學(xué)習(xí)任務(wù)，在脫離教師監(jiān)督的環(huán)境下，學(xué)生能具有更加自由、輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境。第四階段：每周課程教學(xué)中，教師要與各小組交流學(xué)習(xí)成果，啟發(fā)小組的學(xué)習(xí)思路和想法，并討論學(xué)習(xí)研究中的難點(diǎn)，分享小組間優(yōu)秀的學(xué)習(xí)成果。教師在課程教學(xué)過程中可以每周抽出15分鐘的時(shí)間，由各小組做理論知識(shí)報(bào)告，其余小組討論交流，教師旁聽并作點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)。案例教學(xué)貫穿其中，通過小組案例分析使學(xué)生在短期內(nèi)獲取更多內(nèi)容，更好地理解整個(gè)嵌入式系統(tǒng)。第五階段：評(píng)選優(yōu)秀小組，并進(jìn)行程序展示和解說，促使其余學(xué)生從中可以學(xué)習(xí)到優(yōu)秀小組的優(yōu)點(diǎn)和精神，促進(jìn)其進(jìn)步。實(shí)施實(shí)踐教學(xué)后，教師的教學(xué)質(zhì)量通?？梢赃_(dá)到預(yù)期效果：學(xué)生既掌握了教師所教授的知識(shí)，也擴(kuò)展了眼界和寬度，自主鉆研的學(xué)習(xí)態(tài)度、能力等也得到了一定的鍛煉，同時(shí)其實(shí)踐動(dòng)手能力也大大增強(qiáng)了。

3.考核方式改革。驗(yàn)收各小組項(xiàng)目作業(yè)，并評(píng)分等級(jí)。（1）優(yōu)秀為實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)，系統(tǒng)性能和交互性良好；（2）良好為實(shí)現(xiàn)功能，系統(tǒng)性能一般；（3）合格為實(shí)現(xiàn)功能?？记?、提問、討論可以作為學(xué)生平時(shí)成績的主要依據(jù)，而項(xiàng)目可以作為學(xué)生知識(shí)掌握的重要依據(jù)?？己藢W(xué)生的學(xué)習(xí)情況，可以對(duì)比以往的教學(xué)成果，并進(jìn)行課后調(diào)查，收到了學(xué)生對(duì)教學(xué)改革的好評(píng)和改進(jìn)意見。

四、結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步，教學(xué)條件的提高，師資力量的增強(qiáng)，社會(huì)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的要求也越來越高，而現(xiàn)有高等學(xué)校教學(xué)條件完全滿足實(shí)踐教學(xué)的要求，同時(shí)高校教學(xué)具有實(shí)踐教學(xué)的需求。實(shí)踐教學(xué)要因材施教，依據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)與興趣進(jìn)行一定的引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生持開放性態(tài)度。課程結(jié)果表明，筆者所設(shè)計(jì)的課程改革方案，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力及教師對(duì)課程教學(xué)能有更多的思考和改變，有助于從總體上提高課堂的授課質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭春龍，邵紅艷.以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高校實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施[J].中國高教研究，2007，（4）：85-86.

[2]孫文彬.開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（2）：148-151.

Exploration and Research on the Practice Teaching Pattern of "Embedded System" Course

XU Ping，XUE Ling-yun，SHANG Ping

（College of Life Information Science & Instrument Engineering，Hangzhou Dianzi University，

Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract："Embedded System" is an important professional course for the students of measurement control technology and instrument specialty in Hangzhou Dianzi University. It plays an important role for students in expanding their study after the theoretical course and following professional courses，graduate design and future employment. At present，the teaching pattern of the course is mainly based on the classroom teaching，and the practical ability is an important factor to evaluate the study effect of students. Therefore，in this paper，the teaching pattern of practice teaching is designed to stimulate students' autonomous learning motivation and autonomous exploration enthusiasm，improve the ability of practice and innovation. Curriculum reform effect shows that the design of the teaching method is well received by the students，students interested in content in class，theoretical knowledge can be further strengthened，reform in education have further significance of feedback and guidance at the same time.

Key words：practice teaching；autonomous learning；innovation ability