計算機專業嵌入式系統課程教學改革探討

摘要：嵌入式系統是計算機專業的核心課程，本文從教學內容、方法和評估體系三方面進行課程教學改革的探討，并對兩批學生使用不同教學方法進行比較，結果表明，本文教學方法有助于學生對知識點的理解，提高了教學效果。

關鍵詞：嵌入式系統；計算機專業；教學改革；教學效果

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）36-0026-02

近年來，嵌入式系統相關電子產品和產業需求都面臨快速的增長，而目前的大中專院校，尤其本科階段以上的高等院校，嵌入式系統工程人才培養相對落后。在這種情況下，許多高校為自動化、電子信息、計算機等專業設置了嵌入式系統等課程，甚至有的高校開設了針對嵌入式方向的計算機本科專業。

從嵌入式系統的課程內容上看，本課程特點是概念多、例子多、內容涉及面較廣。同時本課程實踐性較強且對計算機編程知識要求都較高。由于受本專業的課程設置、師資隊伍、實驗室軟硬件等條件的限制，很多學生對課程掌握得不夠好，導致對本課程的學習有較大難度。因此，很有必要通過詳細調研，掌握學生的學習基礎，針對本課程的特點，進行課程教學方法和教學手段的完善和改進。

一、教學內容的改革

1.突出軟件的基礎上保證軟硬件學習相結合。由于嵌入式系統課程的教學知識點比較多，涉及的軟硬件資源也比較多。而本課程一般都是安排一個學期內，課時數相當有限，很多老師往往會把各章節的內容做一些刪減，這樣容易在一定程度上造成課程知識的中斷或者跳躍，使學生學習過程中增加難度。因此，很有必要在考慮教學實際情況的基礎上，對本課程的教學知識點進行優化。具體情況如下：硬件上，針對嵌入式微處理器芯片的典型應用，重點學習嵌入式微處理器的體系結構和外圍硬件電路資源；軟件上，以嵌入式匯編語言和高級語言為基礎，在掌握一定嵌入式硬件知識的基礎上，學習嵌入式啟動引導程序、操作系統、驅動和應用軟件的開發。

2.理論與實踐學習相結合。在傳統嵌入式系統教學過程中，一般安排每周2至3課時的理論課和1至2課時的實驗課。在實際的教學過程中發現，這種方法的教學效果并不好，因為理論和實驗課的安排不連貫，學生在課堂上學到的知識無法得到及時的鞏固、理解和加深，經常會發現理論教學時，學生經過認真學習后對知識點掌握得還不錯，但經過一天或者幾天時間后到實驗課上，總有不少學生因忘記了相關知識而導致對實驗無法完成的情況。

3.分層次的多種類型實驗課。由于本課程實踐性較強，因此實驗課顯得異常重要。這里針對課程內容將嵌入式系統實驗分為驗證型、綜合型和設計型三個層次。在驗證型實驗中，要求熟悉嵌入式系統開發軟硬件開發環境、開發流程與方法。驗證型實驗之后，學生可進行綜合型實驗。通過綜合型實驗，學生可達到由淺入深、由簡單到綜合、由驗證到系統綜合開發的嵌入式學習過程。最后是設計型實驗，設計型實驗重在讓學生系統掌握嵌入式系統的設計方法，盡快具有嵌入式系統設計開發的實踐能力及獨立分析、解決問題的能力。

二、教學手段靈活多樣

1.引導式教學。引導學生積極思考，會讓學生在接收到有用的信息或好的內容時快速記憶結果，也有利于啟發學生腦中一閃而過的靈感。將課堂的知識轉化為學生自己的知識，才達到知識點教與學的目的。成功的教學，能夠引發學生的想象力和好奇心，能夠引導學生從課外學習相關的知識和內容，并且對所學的課程知識進行補充和擴展。

2.類比教學。由于嵌入式系統課程中經常會出現一些比較抽象的知識點，此時采用類比教學可使得學生對這些知識點有一個比較形象的認識和體會，很容易就將這些知識點掌握。比如為了使學生能夠理解嵌入式系統組成部分時，就可采用類比教學法。這些知識點對于剛開始學習嵌入式系統的同學往往都是難點，但很多同學在學習計算機的基礎課程時已經學習了通用計算機的相關知識點，因此可采用類比教學法把嵌入式實時操作系統與通用的計算機進行類比，以加快學生對嵌入式系統的理解。

3.擬人化教學法。由于本課程涉及到不少抽象的概念，相當一部分同學在學習的時候會感到無法理解和掌握，影響學習進度甚至失去學習興趣，因此我們采用擬人法進行教學。

與一般案例教學法不同的是，這里的教學案例并不是嵌入式系統的應用程序和軟硬件產品等，而是實際生活中容易簡單的一些實例，如人際關系、管理方法等。這也是擬人化教學法的由來。

三、改善評估體系

由于嵌入式系統課程實踐性較強，因此考核方式采用平時考核與期末測試相結合，其中平時成績包含作業、實驗及課堂學習等，占總評的40%，期末測試為理論考試，占總評的60%。理論知識的考核主要是期末的考試環節，目的是督促學生學習的自覺性。在實踐部分考核中，除考慮學生做實驗和課程設計時的表現外，還要求學生按課題要求設計出程序并調試通過，撰寫設計報告并進行答辯。答辯時學生不僅要在幾分鐘時間之內簡要闡述所完成的工作，還要回答教師的提問。這種考核方式可在減輕學生期末考試壓力的同時引導學生學習的積極性和主動性。

四、教學效果

為驗證本次教學改革的教學效果，這里以本校2009級計算機專業大三兩個班級學生為樣本進行實驗。兩個班級都為41名學生，共82名學生。對兩個班級分別采用兩種不同的教學方法開展教學實驗，一個班級采用傳統原理講解方式教學，一個班級采用擬人化教學。講解結束后，當場在課堂上通過簡單的測驗方式，驗證學生對內容的一次學習掌握情況。

本次教學內容選取“微處理器對外部設備的訪問方式”這一知識點。針對微處理器對外部設備的訪問方式有四種，分別是：輪詢方式、中斷方式、DMA方式和通道方式。通過兩種教學方法的教學后，兩個班級學生對該知識點的一次掌握情況，如表1所示。

表1列出了采用兩種教學方法后，學生對知識點的一次掌握情況，包括不同掌握程度的人數和占該班級總人數的比例。其中掌握程度定義為在四種訪問方式中正確掌握的訪問方式數。從表1的實驗結果可看出，傳統試驗方法有半數以上學生能正確區分其中的三種以上方法，但仍有約一半學生只能正確區分其中二種以下的方法，相當于基本沒有掌握該知識點。而新方法中，超過80%的學生能正確區分其中的三種以上方法，超過30%的學生能完全正確區分所有四種方法，也就是完全掌握了該知識點，超過傳統方法結果近一倍。實驗結果表明，本文的教學方法在一定程度上提高了學生的學習效果，保證了其對知識點的掌握。

五、總結

嵌入式系統作為知識更新速度極快、教學內容越來越多的一門課程，需要教師在不斷的教學實踐和教學探索過程中，不斷發現適合本校學生的教學方法和教學模式。本文從優化教學內容，改革教學方法和手段及改善評估體系三方面進行探討對本課程的教學改革。并在擬人式教學方法上，選取課程中的一個典型知識點，選取一定數量具有大致相同基礎的學生，采用不同教學方法教學，比較其教學效果。實驗結果表明，本文的教學方法能使學生更好地掌握相關知識點，顯著提高了教學效果。本次實驗僅針對一個知識點在兩個班級之間進行，實驗結果有一定局限性。之后將會在更多的班級和更多的知識點上設計更多的案例，考察不同教學方法的教學效果。使得學生更好地更快地學好本課程，為學習后續課程和培養相關專業技能打下良好基礎。

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