基于項(xiàng)目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃良峰

摘要：當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的高新技術(shù)之—就是嵌入式技術(shù)。針對高校的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程中存在的一系列問題，急需對基于項(xiàng)目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。選擇合適的嵌入式項(xiàng)目，分解成為多個(gè)模塊，明確各模塊的功能，然后進(jìn)行整合，從而形成一個(gè)完整的項(xiàng)目。近年來，隨著調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，基于項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方式，對于提升嵌入式方向?qū)W生的學(xué)習(xí)積極性有良好的幫助作用。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目驅(qū)動 嵌入式 系統(tǒng)教學(xué) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

嵌入式是一門以應(yīng)用為目的的實(shí)踐性課程，而嵌入式技術(shù)是目前來說，發(fā)展較快，并且是應(yīng)用范圍較廣的高新技術(shù)之一。而在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，往往是采用傳統(tǒng)的專業(yè)課程的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)性與完整性，將教學(xué)重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng)知識的應(yīng)用和原理上，其教學(xué)模式相對來說，具有一定的難度，不適合高職學(xué)生，更加的適合本科院校學(xué)生教學(xué)。目前，許多的院校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)課程，著重培養(yǎng)嵌入式技術(shù)的相關(guān)人才，而嵌入式系統(tǒng)是建立在許多門專業(yè)基礎(chǔ)課程上的，并且是面向特定應(yīng)用的，具有非常很強(qiáng)的實(shí)踐性，對于教師來說，教學(xué)難度非常高。對嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而提高嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)效果存在必然性和緊迫性。

一、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)目前存在的問題

（一）嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容問題

當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)還沒有明確的定義嵌入式系統(tǒng)采用的處理器和編程語言。所以，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中教師就極為重要，有的教師講解八位的處理器，有的教師選擇講解三十二位的處理器，沒有制定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。有些教師對于嵌入式系統(tǒng)的硬件非常的了解，因此，在教課過程中只重視嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu);而有的教師非常的熟悉嵌入式軟件，在教課過程中，著重講解嵌入式系統(tǒng)的軟件編程。這些問題對于學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)造成了很大的影響。

（二）實(shí)驗(yàn)的平臺問題

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是非常重要的，因此，對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求也是非常的高。當(dāng)前，部分的院校開設(shè)的嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程，平臺沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化。部分院校與芯片廠商進(jìn)行合作，實(shí)驗(yàn)室使用指定廠商的實(shí)驗(yàn)平臺。這些原因都使嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)無法得到最好的教學(xué)效果。

（三）課程的安排問題

嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)除了要讓學(xué)生對于嵌入式技術(shù)的相關(guān)理論和知識深刻的掌握以外，更要讓學(xué)生在實(shí)際的項(xiàng)目中學(xué)會運(yùn)用所學(xué)到的知識來解決問題。所以，嵌入式系統(tǒng)的課程中實(shí)驗(yàn)課程的安排需要一半及以上課時(shí)，而總課時(shí)則至少需要七十二課時(shí)，但是部分的院校達(dá)不到這項(xiàng)要求，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不好。

（四）考核方式的問題

嵌入式系統(tǒng)課程的考核還是使用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行考核，這只對于學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)的知識點(diǎn)掌握情況進(jìn)行了考核，對于應(yīng)用能力卻缺乏針對性的考核。嵌入式系統(tǒng)課程除了需要對于學(xué)生的知識點(diǎn)掌握與理解進(jìn)行考核，更需要對嵌入式技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行考核。

二、基于項(xiàng)目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)

對于嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中存在的問題，下面提出軟硬結(jié)合以及項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）軟硬結(jié)合、與模塊化的思想開發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

本著循序漸進(jìn)的教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)平臺以模塊化的設(shè)計(jì)思想，配置基本、提高、創(chuàng)新三個(gè)方面的模塊，每個(gè)方面又分成不同的功能單元。實(shí)驗(yàn)平臺的硬件基本單元是由流水燈、處理器芯片、啟動位選擇、電源電路和復(fù)位電路以及晶振電路所組成的，而提高模塊則包括超聲波測距單元電路、智能小車控制單元電路以及wifi數(shù)據(jù)傳輸單元電路等等。各個(gè)單元設(shè)計(jì)的硬件原理圖與電路布局之間互不聯(lián)系，不產(chǎn)生影響。如下圖一所示。

在對硬件部分完成開發(fā)以后，根據(jù)模塊化的電路，對實(shí)驗(yàn)平臺軟件的測試代碼進(jìn)行編寫。軟件程序的設(shè)計(jì)也設(shè)置基本、以及提高和創(chuàng)新三大模塊相關(guān)程序。其中基本的模塊程序包括按鍵單元程序、流水燈單元程序;提高模塊程序則主要包括LCD屏現(xiàn)實(shí)單元程序、串口數(shù)據(jù)傳輸單元程序等;創(chuàng)新模塊程序主要包括wifi數(shù)據(jù)傳輸單元程序、超聲波測距單元程序等等。

（二）基于項(xiàng)目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建分層次的教學(xué)結(jié)構(gòu)

按照項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方式，在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)平臺作為使用對象進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。將嵌入式系統(tǒng)教學(xué)分成三個(gè)部分：

1.驗(yàn)證階段。教師在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)理論課上，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與組成結(jié)構(gòu)以及嵌入式的處理器芯片的選擇方式和注意事項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)課上，根據(jù)理論課上講解的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)平臺上通過實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行驗(yàn)證以達(dá)到掌握嵌入式系統(tǒng)理論相關(guān)知識，使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)一些基本的應(yīng)用能力。

2.設(shè)計(jì)階段。當(dāng)學(xué)生完全掌握嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)思想以后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的項(xiàng)目實(shí)施。而在這個(gè)時(shí)期：（l）學(xué)生應(yīng)對設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及需要達(dá)到的指標(biāo)等進(jìn)行分析，（2）以實(shí)驗(yàn)平臺的基本單元部分作為設(shè)計(jì)對象，引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)和電路版圖的設(shè)計(jì);（3）對于電路板和功能單元的測試代碼也引導(dǎo)學(xué)生自己動手。根據(jù)教師在這個(gè)過程中的引導(dǎo)，學(xué)生按照嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的開發(fā)流程，對自身的需求進(jìn)行分析—— 設(shè)計(jì)功能模塊涉及硬件與硬件選型以及后續(xù)的pcb板的制作和最后的對項(xiàng)目軟硬件進(jìn)行調(diào)試。讓學(xué)生在自己動手的過程中完成一個(gè)簡單的項(xiàng)目，可以對嵌入式系統(tǒng)知識有更好的掌握。

3.最終的應(yīng)用階段?？梢赃x擇學(xué)生比較感興趣的一個(gè)智能小車的控制模塊作為最后的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)開發(fā)項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)wifi數(shù)據(jù)傳輸單元、智能小車控制單元以及超聲波測距單元自己動手制作PCB圖和原理圖和軟硬件功能調(diào)試。

三、總結(jié)

作為一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)課程，需要對于教學(xué)內(nèi)容不斷的進(jìn)行完善。而項(xiàng)目驅(qū)動法是通過選取項(xiàng)目來創(chuàng)建教學(xué)情景，進(jìn)而開展實(shí)驗(yàn)研究，以達(dá)到完成項(xiàng)目提升學(xué)生知識的掌握能力。學(xué)生將會對于嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)產(chǎn)生極大地學(xué)習(xí)興趣。通過使用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式，對于嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)而言也達(dá)到了更好的教學(xué)效果。

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