高職院校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究

李 俊

（1.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310000；2.江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000）

要求從業(yè)者掌握相關(guān)軟硬件知識。社會對于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人才的需求非常大，目前很多高校多個專業(yè)都開展了嵌入式系統(tǒng)這門課程。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)作為一門綜合交叉性技術(shù),涉及計算機、電子、通信等多門學(xué)科，并且與具體行業(yè)背景相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容較多，硬件上涉及ARM處理器體系機構(gòu)、接口技術(shù)；軟件涉及匯編編程、C編程以及嵌入式操作系統(tǒng)的講解，具有綜合性強、實踐性強的特點。因此，要想更好的發(fā)揮這門課的教學(xué)，需要我們在教法上不斷突破創(chuàng)新。

1 課堂理論教學(xué)

1.1 比較式教學(xué)法

嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容包含軟硬件兩部分。硬件是以ARM處理器為講解對象，這一部分內(nèi)容理論知識偏多、難懂，涉及底層的ARM體系結(jié)構(gòu)。如處理器模式、尋址方式、寄存器組織等；軟件方面涉及匯編語言和C程序設(shè)計。其中匯編編程部分相對比較枯燥，也是學(xué)生容易產(chǎn)生抵觸情緒的地方。這部分內(nèi)容實際上與以往學(xué)過的“微機原理及應(yīng)用”和“51單片機”課程有著一定聯(lián)系的，這三門課程都是基于不同計算機處理器的教學(xué)，應(yīng)該可以歸為一個課程體系。在這一塊內(nèi)容的教學(xué)上引導(dǎo)學(xué)生把這三者加以比較，比如三種處理器的堆棧類型、寄存器結(jié)構(gòu)、匯編程序，尤其是51單片機同ARM處理器一樣同屬于嵌入式處理器，在比較中學(xué)習(xí)會吸引學(xué)生注意力，更加印象深刻。而且引導(dǎo)學(xué)生站在一定的高度上整體的理解嵌入式系統(tǒng)各種不同類型的處理器，視野更開闊的看待問題，不要僅僅著眼于某一款芯片，更能夠舉一反三，觸類旁通，達到教學(xué)目的。

1.2 嵌入式操作系統(tǒng)UCOS-II的教學(xué)

嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)容講授的是UCOS-II。操作系統(tǒng)是相對復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，需要學(xué)生具備一定的軟件基礎(chǔ)，而電子專業(yè)學(xué)生學(xué)過的軟件課程有限,一般只修過C語言程序設(shè)計,沒有學(xué)過“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“算法分析”、“操作系統(tǒng)”等軟件課程，這些都為他們學(xué)習(xí)、理解嵌入式操作系統(tǒng)增加了難度。如何讓這些學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)能相對輕松的學(xué)習(xí)嵌入式操作系統(tǒng)UCOS-II這部分內(nèi)容，是需要解決的問題。在講解UCOS-II前可以先把UCOS源代碼涉及的位圖、鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出來強調(diào)，有利于為后續(xù)內(nèi)容任務(wù)就緒表、任務(wù)控制塊鏈表等做好鋪墊。電子課件PPT的制作、講解中盡量使用輕松易懂的風(fēng)格教授學(xué)生，避免一般教材中“一本正經(jīng)”的講述風(fēng)格，有利于降低這部分內(nèi)容的枯燥性，提高軟件功底不深的非計算機專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 課堂實驗教學(xué)

2.1 實驗教學(xué)的改進

嵌入式系統(tǒng)課程要求培養(yǎng)學(xué)生的實際動手設(shè)計、開發(fā)能力。在教學(xué)過程中目前主要是依靠課內(nèi)實驗的訓(xùn)練。目前的實驗教學(xué)是采用學(xué)校購置的ARM實驗箱，配套有相應(yīng)的實驗指導(dǎo)書，實驗教學(xué)內(nèi)容也就是根據(jù)該實驗指導(dǎo)書安排相應(yīng)實驗項目。結(jié)合實際教學(xué)效果來看，本人認為通過這樣的實驗課程，學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力不能得到足夠的有針對性的訓(xùn)練。首先，嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的整體，既要有一定的軟件編程能力，也要求有硬件電路設(shè)計、聯(lián)合調(diào)試能力。目前選用的實驗箱設(shè)備硬件上功能單元齊全，但最大的缺點是硬件電路已經(jīng)設(shè)計好 并已經(jīng)固定，學(xué)生無法自己動手設(shè)計、連接硬件單元。實驗箱硬件功能模塊很全，對于初學(xué)者未必是好事，除少部分參加過電子大賽有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，很多學(xué)生對于硬件電路的搭建沒有直觀的感受，對于電路原理圖不能去理解甚至不會關(guān)心。

學(xué)生無法親自動手參與到硬件電路的設(shè)計、焊接及調(diào)試，硬件設(shè)計能力的訓(xùn)練得不到體現(xiàn)。

實驗教學(xué)內(nèi)容也是按照實驗箱配套指導(dǎo)書按步驟進行軟件實驗，所以學(xué)生在系統(tǒng)接口擴展和電路設(shè)計方面能力較弱。另外由于箱體體積大，受到實驗室的時間和位置的限制，學(xué)生的課外參與性大打折扣。本人認為可以換一種實驗思路，通過購買小巧的開發(fā)板，涉及到硬件電路的實驗由學(xué)生親自動手設(shè)計、焊接元件，使學(xué)生有直觀的感受，電路設(shè)計能力也能達到訓(xùn)練。開發(fā)板可以學(xué)院組織學(xué)生自費統(tǒng)一購買，也可以學(xué)院考慮資助一部分，課程學(xué)完學(xué)生歸個人所有。以后可以自己做開發(fā)用，畢業(yè)設(shè)計時學(xué)生也能基于開發(fā)板做設(shè)計，可以說一次投資以后都受用。而且開發(fā)板體積小巧、攜帶方便，下課學(xué)生可以帶回宿舍使用，不局限在實驗室。這樣既解決了實驗學(xué)時不足的問題，又能使學(xué)生做復(fù)雜性的實驗項目，使課外實驗更實用、靈活、有效。

2.2 強化實驗操作考核

每次實驗課堂上根據(jù)學(xué)生的完成情況，每組學(xué)生完成實驗時，通過對他們分別提出針對本次實驗的相關(guān)問題。學(xué)生有沒有親自動手做實驗，積極思考，結(jié)果一目了然，根據(jù)回答情況酌情打分，記錄在平時實驗成績上，最后匯總整個課程成績。通過這種方式給學(xué)生以適當壓力，部分學(xué)生懶于動手，只等著其他同學(xué)作出實驗結(jié)果坐享其成的現(xiàn)象得到解決，學(xué)生會認真對待實驗項目，真正地投入到動手實驗過程，從而提高實際動手能力。

3 項目化教學(xué)

各章教學(xué)內(nèi)容講解完后，學(xué)生掌握的還只是分散的、孤立的個知識點，嵌入式技術(shù)最終要應(yīng)用到一個具體的系統(tǒng)中。在教學(xué)的最后要引入一個具體的嵌入式系統(tǒng)實例，“庖丁解牛”地將系統(tǒng)分解，將其中的技術(shù)分解落實到相關(guān)的章節(jié)中，讓學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，認識到學(xué)習(xí)這些知識的意義所在，不僅要掌握“學(xué)了什么”，更要知道“學(xué)了有什么用”，當要設(shè)計一個系統(tǒng)時如何下手，會將所學(xué)知識整合。

4 第二課堂活動的開展

課程的教學(xué)不應(yīng)該緊緊局限在有限的課堂空間，積極開展有效的第二課堂也是鞏固學(xué)生所學(xué)的重要并且有效的手段。

4.1 課后科研訓(xùn)練

在課堂外，引導(dǎo)能力突出的學(xué)生參與教師的相關(guān)研究課題，申報大學(xué)生創(chuàng)新項目，積極參加各類電子設(shè)計大賽,如“飛思卡爾”杯全國智能汽車大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽等。在這些活動中，學(xué)生的動手能力、團隊協(xié)作能力、新知識獲取能力能夠得到切實的鍛煉，可以成為課堂教學(xué)的有效補充，而這些也是一名嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員必須具備的能力。從已有的學(xué)生參賽結(jié)果情況看，本專業(yè)學(xué)生在各類電子設(shè)計大賽中積極參與，也取得了不錯的成績。

4.2 畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計選題可以給出嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的題目讓學(xué)生選擇，讓更多的學(xué)生有動手設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的機會，既鍛煉了學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的實際能力，也是對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)效果的檢驗。

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)處于不斷的發(fā)展更新中，高校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)也應(yīng)與時俱進，不論是教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方法都需要任課教師在教學(xué)活動中不斷總結(jié)、摸索，找到適合本校本專業(yè)學(xué)生的方法，這樣才能培養(yǎng)出適合社會需要的嵌入式設(shè)計人才。

［1］謝小云.以工程項目為中心的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式探討[J].江西理工大學(xué)學(xué)報，2010(4)：58-61.

［2］權(quán)寧一.嵌入式系統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011(3):14

［3］李寧.項目化嵌入式教學(xué)方法研究[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)，2010(2)：5-7.