嵌入式課程在本科教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)與對策分析

劉春靜

[摘? ? ? ? ? ?要]? 針對嵌入式課程在本科教育中面臨的一系列挑戰(zhàn)，如作為開課對象的大三學(xué)生主觀學(xué)習(xí)動力不足、部分學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)能力薄弱、常規(guī)教學(xué)學(xué)時有限等，分析了導(dǎo)致這些挑戰(zhàn)的根本原因，從根本上提出了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的多項對策，以達到提升嵌入式課程本科教學(xué)品質(zhì)的目的。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 嵌入式;教學(xué)品質(zhì);授課對策

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）24-0026-02

嵌入式作為大學(xué)本科教育一門重要的應(yīng)用課程，是通信與電子類專業(yè)的必修課程，主要面向大學(xué)三年級的學(xué)生開設(shè)。與單片機、數(shù)字信號處理器、FPGA（Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）等同類型的應(yīng)用課程相比，這門課程不僅強調(diào)嵌入式的原理，還特別注重如何構(gòu)建一個完整的、滿足設(shè)計指標的嵌入式電子“系統(tǒng)”，其重點與難點都放在了系統(tǒng)設(shè)計上。根據(jù)IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣與電子工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是用于控制或監(jiān)測大規(guī)模機器、裝置等復(fù)雜系統(tǒng)的電子自動化設(shè)備，單片機只是嵌入式系統(tǒng)的一種簡單形式。由于嵌入式系統(tǒng)控制對象的復(fù)雜化，使其本身的I/O（輸入/輸出）接口、功能很多，涉及的寄存器與封裝函數(shù)庫很多，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到吃力甚至困惑。本文旨在通過分析當前嵌入式課程教學(xué)中面臨的實際問題與挑戰(zhàn)，探討提升嵌入式教學(xué)品質(zhì)的有效對策，并指出提升教學(xué)質(zhì)量的前提條件。

一、嵌入式課程面臨的挑戰(zhàn)

（一）考研壓力使部分學(xué)生的主觀能動性不足

一般來說，嵌入式課程是大三學(xué)生面臨的學(xué)時最長、實驗最多的一門專業(yè)課，但對于準備考取研究生的學(xué)生來說，這門應(yīng)用性與實踐性極強的課程幾乎與考研專業(yè)課無關(guān)，因此，在主觀上的重視程度不足，不愿意在課程之外花費更多的時間進行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，甚至對于教師布置的作業(yè)也僅僅停留在敷衍應(yīng)付的層面。

這種主觀上的不重視直接導(dǎo)致課程教學(xué)效果大打折扣，課堂上教師與學(xué)生的互動性差、課下學(xué)生之間的抄襲嚴重，讓學(xué)生在思想上回歸嵌入式學(xué)習(xí)的課堂，應(yīng)該是當前“新工科”建設(shè)亟須解決的首要問題。

（二）部分學(xué)生對單片機先修課程的認識不足，基礎(chǔ)薄弱

在學(xué)習(xí)嵌入式課程之前，51單片機課程是本課程的前導(dǎo)先修課，主要介紹單片機的硬件結(jié)構(gòu)形式、匯編指令及C語言編程、最小化電路與應(yīng)用電路設(shè)計等，但51單片機的外部引腳較少，如典型的80C51只有40個引腳，且大部分引腳都是通用I/O接口，對外的主要通信接口只有一個全雙工通用異步收發(fā)器。而常用于教學(xué)的嵌入式芯片引腳都在100個以上，這些引腳中的大部分都具有多功能復(fù)用能力，涉及的接口包括CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線、RS232/485、USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）接口、以太網(wǎng)接口、集成ADC（Analog-to-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）/DAC（Digital-to-Analog Conver-ter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器）等。因此，嵌入式芯片的復(fù)雜程度遠遠高于51單片機。

學(xué)好嵌入式課程的基礎(chǔ)不僅與單片機密切相關(guān)，還與數(shù)字電路、模擬電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等課程密切相關(guān)，很多專業(yè)知識都是多門課程的交叉融合。

（三）部分學(xué)生的專業(yè)英語水平不足，在閱讀理解英文版的嵌入式技術(shù)手冊資料上存在困難

由于嵌入式芯片較為復(fù)雜，目前使用的大多數(shù)芯片都是國外產(chǎn)品，因此芯片的原始技術(shù)資料都是用英文撰寫的，雖然能夠在網(wǎng)絡(luò)上查找到不少常用芯片的中文翻譯版技術(shù)資料，但有的翻譯質(zhì)量不高，可能導(dǎo)致理解上的誤差，進而影響設(shè)計的正確性。

鑒于中西文化的差別，英文原版的技術(shù)資料在表達描述的方式上與中文資料存在一些差異，有時候很難準確捕捉某些語句的真實含義，在這種情況下，只有通過博客、論壇、技術(shù)群等方式，結(jié)合實際的實驗驗證測試，反復(fù)摸索分析，才能夠得出正確的結(jié)論。

在英文資料的閱讀過程中，還會涉及很多專業(yè)術(shù)語與定義，而且大多數(shù)都是課堂上沒有講授的內(nèi)容，針對這些內(nèi)容，應(yīng)盡量深入理解與之相關(guān)的參數(shù)指標，不可輕易遺漏。尤其值得注意的是，準確理解技術(shù)參數(shù)，對于產(chǎn)品設(shè)計之前的芯片選型非常重要，只有選型正確，才有可能滿足客戶提出的應(yīng)用需求。

（四）嵌入式系統(tǒng)是硬件與軟件的綜合體，技術(shù)資料繁多，對學(xué)生的快速閱讀與分析能力要求較高

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計不僅包括硬件原理圖的繪制與制版調(diào)試，還包括底層驅(qū)動與應(yīng)用程序的編寫。一般情況下，幾乎所有的芯片技術(shù)手冊都會給出供用戶參考的硬件原理圖設(shè)計，因此，硬件設(shè)計相對簡單。

與硬件設(shè)計相比，嵌入式軟件的設(shè)計工作量是與日俱增的，除了與芯片本身的復(fù)雜度有關(guān)，也與實際需求的智能化程度密切相關(guān)。底層驅(qū)動程序是附著于硬件電路的靈魂，是直接針對寄存器的操作，在設(shè)計底層驅(qū)動程序之前必須明確與硬件接口相關(guān)的所有寄存器單元，并仔細閱讀每一個比特的操作定義。應(yīng)用程序是以底層驅(qū)動函數(shù)庫為設(shè)計基礎(chǔ)的，面向?qū)嶋H的應(yīng)用需求，通過底層驅(qū)動程序的組合達成用戶的設(shè)想方案。