面向?qū)W生工程能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革實(shí)踐

孫 青，李輝勇

（北京航空航天大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100191）

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門多學(xué)科交叉的綜合性課程，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等諸多專業(yè)知識(shí)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)逐漸成為電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的重點(diǎn)建設(shè)課程。工程教育認(rèn)證的背景[1]，要求學(xué)生具備針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案的能力，并且要求創(chuàng)新意識(shí)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中有所體現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的突出特點(diǎn)恰恰是將硬件與軟件緊密捆綁在一起，是訓(xùn)練軟硬件綜合能力的一個(gè)極好的載體，因而在相關(guān)領(lǐng)域?qū)W生的工程能力培養(yǎng)中越來(lái)越凸顯出其重要的作用和地位。

目前，國(guó)內(nèi)許多高校為培養(yǎng)學(xué)生軟硬件綜合設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，相繼開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程[2]，但大多以選修課的形式開(kāi)設(shè)，課時(shí)也相對(duì)較少。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的綜合性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)面十分廣泛，既有硬件設(shè)計(jì)，又有軟件代碼的編寫，并且具有實(shí)踐重于理論的特點(diǎn)，因此學(xué)生需要進(jìn)行大量的、分層次、目標(biāo)性強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)練習(xí)[3-4]。

1 高校嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)課程建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 實(shí)訓(xùn)目標(biāo)定位方面

當(dāng)前大部分高校的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)類課程主要分為理論課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分[5]。在學(xué)時(shí)安排上往往理論課時(shí)多，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少。在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生的實(shí)踐能力難以得到鍛煉。理論課堂教學(xué)普遍利用多媒體設(shè)備，通過(guò)幻燈片講解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、處理器結(jié)構(gòu)、時(shí)鐘樹(shù)、存儲(chǔ)地址映射、GPIO、中斷、定時(shí)器等知識(shí)點(diǎn)[6]。相比之下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中所完成的內(nèi)容較為單一，多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，一般采用的模式是教師仔細(xì)講解硬件的連接方法，學(xué)生進(jìn)行接線驗(yàn)證，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這一模式下，學(xué)生設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)完整嵌入式系統(tǒng)的能力得不到有效提高[7]。

在教與學(xué)的過(guò)程中，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式使得學(xué)生的實(shí)踐能力不足，往往需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)期的培訓(xùn)才能夠從事嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)工作，與這門課程“重在實(shí)踐”的特點(diǎn)不相符合。學(xué)生沒(méi)有親身經(jīng)歷過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、親手編譯內(nèi)核以及動(dòng)手調(diào)試的完整實(shí)踐過(guò)程，很難在建立起嵌入式一些基本概念和硬件經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)始拓展性研究。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理方面

由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，過(guò)分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，學(xué)生的大部分時(shí)間花在進(jìn)行儀器使用調(diào)整、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)的記錄處理以及得出符合理論的結(jié)果等方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行的思考、分析、研究少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳[8]。一般學(xué)校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課時(shí)為16 學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)前學(xué)生準(zhǔn)備不足，學(xué)生對(duì)老師的依賴性較強(qiáng)，帶來(lái)的結(jié)果是實(shí)驗(yàn)課教師花費(fèi)了較多的時(shí)間講述嵌入式實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作方法，由于學(xué)時(shí)緊缺，學(xué)生也只能按部就班地按照教師要求進(jìn)行操作，沒(méi)有自由發(fā)揮空間，從而導(dǎo)致對(duì)實(shí)踐過(guò)程缺乏興趣和積極性。

1.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)方面

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)更新迅速，而嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)箱、仿真工具等實(shí)驗(yàn)耗材往往價(jià)格昂貴，相關(guān)課程所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)往往是間隔幾年依靠經(jīng)費(fèi)成批購(gòu)買，這就導(dǎo)致可能由于經(jīng)費(fèi)劃撥和執(zhí)行周期的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備無(wú)法及時(shí)更新?lián)Q代。已有的嵌入式硬件平臺(tái)功能不能與嵌入式技術(shù)的發(fā)展相匹配。另一方面，許多現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)又提供不了靈活的接口途徑，從而不能很好地為嵌入式實(shí)踐能力培養(yǎng)提供良好可擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)條件。

2 課程教學(xué)改革實(shí)踐

以北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院為例，面向一、二年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)了現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與工具課程，面向高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)了實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)課程。兩門課程均為選修課。前者側(cè)重于基本的電子電路設(shè)計(jì)方法的理論介紹，并推薦了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路繪制部分的基本工具，課程內(nèi)容豐富，知識(shí)性強(qiáng)，但受課時(shí)和授課場(chǎng)地的限制，學(xué)生并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際操作，缺少實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；后者學(xué)時(shí)較多，同時(shí)配備理論課與實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)，理論教學(xué)內(nèi)容包括嵌入式硬件基礎(chǔ)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建模、專用接口和硬件加速器等基礎(chǔ)內(nèi)容，以及分布嵌入式系統(tǒng)、高可靠性嵌入式系統(tǒng)等擴(kuò)展內(nèi)容，理論知識(shí)點(diǎn)覆蓋非常豐富。實(shí)驗(yàn)部分則包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩部分，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生面向某綜合應(yīng)用（指定或者自主提出）而進(jìn)行設(shè)計(jì)、編碼和調(diào)試并給出一個(gè)較為復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)完整的解決方案。另外，學(xué)院面向研究生開(kāi)設(shè)了嵌入式軟件系統(tǒng)課程，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋C 和ARM 匯編程序混合設(shè)計(jì)、嵌入式Linux 串口通信程序設(shè)計(jì)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、嵌入式GPIO 及中斷、觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、嵌入式Web 服務(wù)器設(shè)計(jì)等內(nèi)容，主體側(cè)重于嵌入式軟件系統(tǒng)。

2.1 課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定

與其他的嵌入式相關(guān)課程從理論到實(shí)踐的授課思路不同，本課程面向本科生開(kāi)設(shè)，旨在提升學(xué)生的嵌入式綜合實(shí)踐能力。課程層次位于學(xué)院已開(kāi)設(shè)的兩門本科嵌入式課程中間，起到承上啟下的作用。目標(biāo)是依據(jù)典型電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次，從元器件級(jí)設(shè)計(jì)入手，自行設(shè)計(jì)一個(gè)最小化的嵌入式系統(tǒng)。學(xué)生可按照電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法（如圖1 所示），快速構(gòu)建一個(gè)嵌入式核心板，熟悉一些常用的微處理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口并學(xué)習(xí)硬件設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步掌握嵌入式操作系統(tǒng)，定制內(nèi)核，編譯下載調(diào)試，用簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序進(jìn)行軟硬件整機(jī)調(diào)試，掌握軟硬件調(diào)試的常用方法與工具。

圖1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程

2.2 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)置靈活的、分難度梯度的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生參與嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的積極性，幫助學(xué)生靈活地把已學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到嵌入式系統(tǒng)中，提高學(xué)生嵌入式系統(tǒng)軟硬件知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分，改革過(guò)去單純地使用現(xiàn)成的、成熟的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，將EDA 工具的使用和案例錄制為MOOC，供學(xué)生課前預(yù)習(xí)使用；要求學(xué)生能夠運(yùn)用Protel、Altium Designer 等EDA 工具自行進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，以工業(yè)界經(jīng)典的ARM 架構(gòu)為原型[9]，經(jīng)過(guò)電路圖繪制、PCB 設(shè)計(jì)、制板加工、元件焊接，完成核心板設(shè)計(jì)與制作（如圖2 所示）。學(xué)生可根據(jù)自己的情況進(jìn)行硬件系統(tǒng)元件選型和剪裁。為了保持實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成的硬件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)硬件調(diào)試后，可以直接為后續(xù)其他相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)所用。

圖2 課程推薦的主控板及外圍電路設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將電路設(shè)計(jì)分為電源電路、復(fù)位和I2C 電路、時(shí)鐘電路、JTAG 接口電路、UART 接口電路、按鍵與顯示電路等模塊，要求分步進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和原理圖的繪制；提供給學(xué)生各模塊的經(jīng)典電路設(shè)計(jì)案例，特別要求學(xué)生學(xué)習(xí)閱讀和查找芯片手冊(cè)，理解元器件選型時(shí)參考參數(shù)和電路設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，能夠依據(jù)具體的需求目標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適度剪裁。以某小組學(xué)生的復(fù)位電路設(shè)計(jì)為例，學(xué)生選用了一款帶有手動(dòng)復(fù)位輸入引腳的電源監(jiān)控芯片MAX811，并計(jì)劃使用JTAG 仿真器進(jìn)行調(diào)試。首先指導(dǎo)學(xué)生閱讀芯片手冊(cè)，著重為其提煉講解所選用的芯片與Samsumg S3C2410X 的接線方法以及電路復(fù)位工作的原理，幫助學(xué)生理解ARM 芯片的高速、低功耗和低工作電壓的工作特性，該工作特征導(dǎo)致其噪聲容限低，對(duì)電源紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控的可靠性等諸多方面有很高的要求，因此為保證了系統(tǒng)的可靠性，可繪制如圖3 所示的電路原理圖。將RST 連接到CPU 芯片的復(fù)位引腳nRESET，當(dāng)復(fù)位按鍵按下時(shí)，復(fù)位芯片引腳輸出有效信號(hào)，使芯片能夠復(fù)位；同時(shí)，將調(diào)試接口JTAG 與復(fù)位芯片連接，用來(lái)供開(kāi)發(fā)人員了解CPU 的工作狀態(tài)，為學(xué)生講解JTAG 調(diào)試CPU 的工作機(jī)制，學(xué)生很快能將相關(guān)信號(hào)線（VCC、TDI、TMS、TCK、nTRST、GND）進(jìn)行正確的連接。

圖3 復(fù)位電路的原理圖繪制

每3～5 名學(xué)生組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每名學(xué)生負(fù)責(zé)繪制自主選擇的模塊，同一小組由骨干成員進(jìn)行匯總。對(duì)于學(xué)生繪制好的原理圖，首先進(jìn)行組內(nèi)互查，然后由實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)其進(jìn)行原理圖的檢查、糾錯(cuò)。檢查通過(guò)的小組方可進(jìn)入到PCB 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在PCB 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，學(xué)生首先觀看MOOC視頻，學(xué)習(xí)元件布局、自動(dòng)及手動(dòng)布線的要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行PCB 設(shè)計(jì)實(shí)踐。完成的PCB 設(shè)計(jì)交給實(shí)驗(yàn)教師及企業(yè)資深硬件工程師，分別對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查和反饋，學(xué)生依據(jù)反饋的結(jié)果進(jìn)一步修改完成作品。檢查通過(guò)的作品交由廠商進(jìn)行制板和核心元器件（主要包括CPUSDRAM 等難度較大的器件）焊接。通過(guò)以上的思路指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“指定核心模塊+自選外圍接口”的硬件電路設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生完成“原理圖設(shè)計(jì)→原理圖分析→網(wǎng)表導(dǎo)出→PCB 元件封裝制作→網(wǎng)表導(dǎo)入→PCB 設(shè)計(jì)→設(shè)計(jì)校驗(yàn)送至線路板制造廠商生產(chǎn)→PCB 元器件組裝焊接→BOOTLOAD 燒寫→啟動(dòng)Linux 內(nèi)核下載→Linux 文件系統(tǒng)下載→啟動(dòng)Linux 測(cè)試整機(jī)→中斷驅(qū)動(dòng)程序的編譯及測(cè)試”的完整流程。

由于電路板生產(chǎn)和焊接具有一定的周期，在此期間的教學(xué)活動(dòng)安排以理論講授為主，講解軟硬件聯(lián)調(diào)的基本工具和方法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)工具的使用；同時(shí)，在嵌入式OS 上設(shè)計(jì)或準(zhǔn)備好一些入門的驅(qū)動(dòng)和測(cè)試程序，以便將嵌入式OS 和測(cè)試程序代碼寫入嵌入式開(kāi)發(fā)板，進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)和測(cè)試。

在軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分，針對(duì)學(xué)生在原理圖設(shè)計(jì)階段選擇的設(shè)備，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)案例供學(xué)生選擇，引導(dǎo)學(xué)生熟悉多任務(wù)/多進(jìn)程管理的簡(jiǎn)單嵌入式操作系統(tǒng)（OS）的應(yīng)用，包括LED、數(shù)碼管顯示、觸摸屏等。例如，部分學(xué)生選擇利用開(kāi)發(fā)板進(jìn)行數(shù)碼管循環(huán)顯示，首先了解數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理，學(xué)會(huì)ARM920T 通用I/O 口的使用，在實(shí)例中接入8 個(gè)共陽(yáng)八段數(shù)碼管，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管中的某一段點(diǎn)亮的控制（在8 位8 段數(shù)碼管上依次顯示0，1，2……8），選用74HC595 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換的功能。通過(guò)給學(xué)生講解清楚相關(guān)芯片的協(xié)同工作原理，學(xué)生能夠較快地上手開(kāi)發(fā)程序主程序完成指定的功能：

2.3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式與措施的優(yōu)化

嵌入式技術(shù)的核心是軟件和硬件相結(jié)合，對(duì)本科生開(kāi)設(shè)這門課程遇到許多實(shí)際困難，主要體現(xiàn)在學(xué)生通過(guò)一、二年級(jí)的專業(yè)課學(xué)習(xí)雖然已初步具備計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面的硬件基礎(chǔ)知識(shí)，但是突然接觸到直接面向應(yīng)用的完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，難免缺乏信心。課程引導(dǎo)學(xué)生以嵌入處理器為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)規(guī)模較小、難度較低的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，并且允許學(xué)生進(jìn)行自主的系統(tǒng)裁剪；通過(guò)分層次的教學(xué)目標(biāo)正確地引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)某個(gè)具體應(yīng)用。

在教學(xué)中還注重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能力。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)點(diǎn)龐雜，理論教學(xué)不可能面面俱到且難以保證深度，因此，課程借鑒本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的教師指導(dǎo)和答疑、學(xué)生為主的思路，向?qū)W生推薦具有代表性的難易適中的題目；同時(shí)，也允許由學(xué)生自己查找資料，并和教師一起商議確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邊界，完成系統(tǒng)的個(gè)性化設(shè)計(jì)、元器件選型、嵌入式操作系統(tǒng)定制內(nèi)核、編譯下載調(diào)試、驅(qū)動(dòng)程序編寫、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等，最后要求實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體嵌入式應(yīng)用的解決方案。從形式上看，具有畢業(yè)設(shè)計(jì)的模式，但相比于畢業(yè)設(shè)計(jì)而言，只側(cè)重于一門課程的應(yīng)用，且時(shí)間周期短，課題規(guī)模小，要求學(xué)生完成嵌入式的最小系統(tǒng)，外圍電路的復(fù)雜程度可以由學(xué)生自主選擇。學(xué)生可以依據(jù)自己的基礎(chǔ)和小組成員的實(shí)際動(dòng)手能力選擇：①完成基本的核心硬件模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括CPU、FLASH、SDRAM、串 口、USB-Host、電源電路、GPIO、ARMJTAG；②完成更完整的模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括CPU、FLASH、SDRAM、串口、網(wǎng)口、USB-Host、電源電路、GPIO、ARMJTAG、LED 模塊；③完成比較復(fù)雜的模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括CPU、FLASH、SDRAM、串口、網(wǎng)口、USB-Host、電源電路、GPIO、ARMJTAG、數(shù)碼管顯示模塊或LCD。無(wú)論選擇哪種實(shí)訓(xùn)目標(biāo)，制作完成的ARM 核心開(kāi)發(fā)板都具有高度的擴(kuò)展性，可供小組成員后續(xù)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)使用，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)改革效果

3.1 探索了一套以系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)為核心的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法

課程從實(shí)際制板入手，指導(dǎo)學(xué)生全面了解嵌入式系統(tǒng)軟硬件綜合設(shè)計(jì)過(guò)程。以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主線，用難度適中的、與工業(yè)界成熟產(chǎn)品接軌的綜合項(xiàng)目貫穿課程；帶領(lǐng)學(xué)生熟悉開(kāi)發(fā)環(huán)境，掌握嵌入式處理器技術(shù)及各類接口設(shè)計(jì)，熟悉嵌入式操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)；完成電路原理圖設(shè)計(jì)與PCB 板設(shè)計(jì)、整機(jī)焊接與調(diào)試、BootLoader 設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)測(cè)試程序設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的進(jìn)展情況，合理安排理論教學(xué)的內(nèi)容和進(jìn)度，從設(shè)計(jì)實(shí)踐入手，全程配合理論內(nèi)容的設(shè)計(jì)，將軟硬件綜合設(shè)計(jì)方法和流程、電子電路設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行良好的銜接，使學(xué)生在實(shí)踐操作中得到有效的指導(dǎo)。

3.2 實(shí)現(xiàn)了不同基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生的差異化教學(xué)

用“理論授課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了差異化教學(xué)。雖然經(jīng)過(guò)本科階段前兩年計(jì)算機(jī)軟硬件課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的總體知識(shí)儲(chǔ)備逐年提升，但是個(gè)體差異并未真正縮小。選擇學(xué)習(xí)這門課程的學(xué)生普遍是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件感興趣的，但是部分學(xué)生對(duì)于電子電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)際仍然比較欠缺。在初次接觸實(shí)操設(shè)計(jì)完整的嵌入式系統(tǒng)并將其轉(zhuǎn)化為電路原理圖、印刷電路板圖時(shí)會(huì)遇到各種不同的問(wèn)題，這些問(wèn)題在課堂講授的過(guò)程雖然能夠解決，但是需要花費(fèi)大量的時(shí)間，每位學(xué)生的進(jìn)度和掌握情況不一，而設(shè)計(jì)完成的成品生產(chǎn)周期通常又有固定的時(shí)間要求。因此，課程推行分組、分層次教學(xué)，將電路圖設(shè)計(jì)工具、調(diào)試指導(dǎo)等環(huán)節(jié)MOOC 化，供不同基礎(chǔ)的學(xué)生在課前預(yù)習(xí)、課中參考、課后復(fù)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和興趣大大提高。

3.3 實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)效果的科學(xué)考核

為提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效果，課程在考核環(huán)節(jié)更加注重平時(shí)的成績(jī)和實(shí)際能力相結(jié)合。作為一門典型的以實(shí)驗(yàn)為主的課程，在考核方式上進(jìn)行了更加合理的統(tǒng)籌規(guī)劃。教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講授時(shí)，一方面充分利用了微小視頻等方式總結(jié)各類工具的操作方法，幫助學(xué)生快速上手實(shí)操，從而概要地、形象直觀且高效地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的講解，為學(xué)生實(shí)際動(dòng)手贏得時(shí)間，使得學(xué)生能夠提升在有限學(xué)時(shí)內(nèi)的項(xiàng)目達(dá)成度；另一方面在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目講解時(shí)，通過(guò)互動(dòng)抽查學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及有關(guān)資料、元器件說(shuō)明書等的完成情況，將其狀況計(jì)入實(shí)驗(yàn)成績(jī)，從而促進(jìn)學(xué)生形成了良好的預(yù)習(xí)習(xí)慣，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理；在軟硬件調(diào)試環(huán)節(jié)，并不以最終成品作為唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，而是通過(guò)考核引導(dǎo)學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成調(diào)試結(jié)果的分析討論，逐步提高了他們的獨(dú)立思維及對(duì)錯(cuò)誤的定位和判斷能力，取得和改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)效果，達(dá)到了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。