基于TOLI的嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)研究

王福林+胡晗+龐丹君

摘要：嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用是一門綜合性、實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，有于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。然而在實驗過程中，學(xué)生打開實驗項目工程文件并運(yùn)行，結(jié)果就出來了，這種方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不用說創(chuàng)新能力的培養(yǎng)了。本文提出了一種TOLI的實踐教學(xué)模式，通過TOLI實踐教學(xué)模式，學(xué)生理論知識的掌握程度和實驗實踐能力都得到了明顯的提升，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新欲望，使主動學(xué)習(xí)成為學(xué)生獲取知識的主要渠道。實踐表明，TOLI實踐教學(xué)模式有利于提高嵌入式課程的教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)；TOLI；嵌入式

1引言

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，企業(yè)對嵌入式技術(shù)人才的需求也越來越大。這就為嵌入式系統(tǒng)課程體系的建設(shè)，尤其是嵌入式實踐教學(xué)的改革與研究提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用是一門實踐性相當(dāng)強(qiáng)的課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識之后，如何能從實踐的角度更好地掌握實用的開發(fā)方法和技能，是我們完善嵌入式實踐教學(xué)體系中重點關(guān)注的問題。

2 嵌入式課程教學(xué)的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)高校大多數(shù)電氣類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程一般將實驗的重點放在嵌入式軟件的開發(fā)上，但是由教學(xué)實驗箱生產(chǎn)廠家直接提供的一些驗證性的基本接口實驗，學(xué)生很難系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實用技術(shù)。作為電氣類專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)，如何通過實踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革，培養(yǎng)符合社會需求的創(chuàng)新型人才是目前迫切需要進(jìn)行的研究工作。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的課程特點，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐開發(fā)能力為目標(biāo)，本文提出 TOLI實踐教學(xué)模式，TOLI實踐教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，對提高嵌入式課程的整體教學(xué)水平和質(zhì)量起到了很好的作用。

3 TOLI實踐教學(xué)模式

TOLI實踐教學(xué)模式代表移植（Transplant）、優(yōu)化（Optimization）、庫研究（Library research ）、創(chuàng)新（Innovation）。下面分別介紹一下：

（1）移植（Transplant）。各個實驗教學(xué)平臺生產(chǎn)廠家為了增加銷量，大都會為實驗平臺配備一本實驗指導(dǎo)書，指導(dǎo)書中對各個實驗項目的實驗步驟、實驗原理、實驗代碼都有詳細(xì)的描述，并且還會把各個實驗項目做成工程文件。在實驗過程中，學(xué)生只需要打開對應(yīng)的實驗項目工程文件，一運(yùn)行結(jié)果就出來了，對學(xué)生的實際鍛煉價值不大。因此，第一步就是訓(xùn)練學(xué)生的移植，做法很簡單，給現(xiàn)有實驗教學(xué)平臺提供一個工程文件模版和原理圖，提供的實驗代碼是別的實驗教學(xué)平臺的工程文件，要求學(xué)生移植成功并得到正確的實驗結(jié)果。在移植過程中同學(xué)們會了解相關(guān)的知識如GPIO的輸入輸出模式、中斷和外設(shè)使能等的配置，學(xué)生學(xué)會修改相應(yīng)的配置等

（2）優(yōu)化（Optimization）。移植完成并得到正確的實驗效果后就要求學(xué)生對程序進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化包括算法優(yōu)化、代碼優(yōu)化和移植優(yōu)化等。對于非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，對程序進(jìn)行算法優(yōu)化是不現(xiàn)實的，我們只要求學(xué)生進(jìn)行代碼優(yōu)化和移植優(yōu)化，代碼優(yōu)化主要是涉及到具體的編碼技巧。一般而言，代碼優(yōu)化主要是針對循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析處理并進(jìn)行優(yōu)化如：能把運(yùn)算放在循環(huán)外的盡量提出去放在外部等。移植優(yōu)化指的是優(yōu)化程序讓程序更容易移植，如把具體的GPIO腳通過宏定義放到頭文件，移植的時候只要修改相應(yīng)的頭文件既可等

（3）庫研究（Library research ）。ST的STM32系列芯片，ST為開發(fā)者提供了非常方便的開發(fā)庫。我們只要去調(diào)用即可。常用的有標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫（STD庫）和HAL庫等。對于學(xué)生來說，研究寄存器編程是很有必要的，因為寄存器編程是基礎(chǔ)。研究寄存器編程最好的方法就是研究固件函數(shù)庫，固件函數(shù)庫為了兼容各種芯片所以有很多根據(jù)具體芯片跳轉(zhuǎn)的宏語句等，所以要求學(xué)生研究固件函數(shù)庫的時候一定要把具體函數(shù)里核心的語句理解清楚，這樣就可以寫出高效率的代碼了。

（4）創(chuàng)新（Innovation）。要求學(xué)生按自己的想法修改例程實現(xiàn)不同的實驗效果。修改例程會經(jīng)常碰到問題，要求學(xué)生不能馬上就到處求助，應(yīng)該自己多思考、多查資料然后解決問題，這樣才是創(chuàng)新。

4 TOLI模式下的實踐教學(xué)改革

前面已經(jīng)介紹了TOLI實踐教學(xué)模式，要進(jìn)行TOLI實踐教學(xué)必須對實踐教學(xué)進(jìn)行改革，因此，應(yīng)該對實驗項目加以改進(jìn)，具體改進(jìn)的地方包括：

（1）更改實驗指導(dǎo)書的實驗要求。給現(xiàn)有實驗教學(xué)平臺提供一個工程文件模版，提供的實驗代碼是別的實驗教學(xué)平臺的工程文件和現(xiàn)有實驗教學(xué)平臺提供的原理圖，更改實驗要求，要求學(xué)生移植成功并得到正確的實驗效果，要求學(xué)生自行思考，自行完成軟件設(shè)計，并在調(diào)試過程中積累開發(fā)經(jīng)驗，提高動手能力。

（2）減少驗證性實驗，增加創(chuàng)新性實驗。在實驗項目的選擇上，應(yīng)該提倡創(chuàng)新能力，如果以驗證性內(nèi)容為主，只把教師在課堂上講的理論知識和范例在實驗教學(xué)平臺上驗證，使得學(xué)生總是跟著教師的思維走，無法發(fā)揮學(xué)生的想象力和主觀能動性。

（3）基于現(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺擴(kuò)展外部功能模塊?，F(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺往往只具備最基本的通用功能模塊，在學(xué)生具備了一定的代碼編寫能力之后，可以適當(dāng)擴(kuò)展一些功能模塊，如 GPRS 模塊、RFID 模塊、SD卡模塊等，這樣既鍛煉了學(xué)生動手能力，并能更好地與實際應(yīng)用接軌。高等學(xué)校嵌入式課程的改革旨在培養(yǎng)與市場需求接軌的，具備扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的工程設(shè)計經(jīng)驗的嵌入式專業(yè)人才。因此，應(yīng)該特別注重嵌入式人才的實際動手能力和解決問題能力的培養(yǎng)，使學(xué)生理論功底扎實，動手能力強(qiáng)勁，以滿足社會的需求。

5結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用是一門綜合性、實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，本文針對嵌入式系統(tǒng)的實踐教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行了改革探索， 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)的特點提出了一種TOLI實踐教學(xué)模式，通過TOLI實踐教學(xué)模式，使學(xué)生在掌握理論知識的同時，提高工程實踐的學(xué)習(xí)能力和研發(fā)技能，同時激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新欲望，不斷拓寬學(xué)生的視野，使主動學(xué)習(xí)成為學(xué)生獲取知識的主要渠道。經(jīng)過不斷實踐，取得了明顯的效果。實踐表明，此實踐教學(xué)模式有利于提高課程的教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的創(chuàng)新能力，這使得我校的人才培養(yǎng)質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]周立功.ARM 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]李萍.嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)定位和課程體系設(shè)置[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010（3）.120.

[3]李寧.項目化嵌入式教學(xué)方法研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，10（ 2） ： 5 - 8.

[4]孫偉.基于卓越工程師計劃的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)改革[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2014（2）.

[5]吉雪蕓.基于嵌入式開發(fā)課程體系的高職教育應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究[J].教育與職業(yè)，2010（32）.endprint