基于高職學生特點的《嵌入式操作系統》課程教學改革

吳新生

摘 要：《嵌入式操作系統》課程理論性強，存在原教學內容老化、教師教學效率不高、學生學習主動性差等問題。為了解決這些問題，根據高職學生的特點，結合原有的教學經驗，以培養學生的職業能力為目標，重新確定課程教學目標、優化教學內容和創新教學模式，以提升該課程的教學效率和質量。經過實踐，證明了該課程教學改革的成功。

關鍵詞：學生特點；職業能力；教學改革；實踐

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）02-00-03

0 引 言

嵌入式系統技術已經廣泛應用到智能農業、智能家電、汽車電子、網絡設備、醫療儀器和航天航空等領域[1]。據有關資料預計，中國嵌入式系統市場預計將直接創造上萬億元的效益，它已成為信息產業新的增長點，是最具潛力且最有發展前途的信息領域之一[2]。為了適應社會的需求，我校計算機應用技術于2006年開發了嵌入式系統專業方向。《嵌入式操作系統》是該專業方向的一門核心專業課，這門課程如何確定課程目標？如何選擇和確定教學內容？如何進行有效教學？學生如何通過這名課程的學習來獲得相應的職業能力？這些問題一直是我們思考并極力解決的問題。經過對該專業方向招生學生的深入分析，針對本課程的特點，我們重新確定了課程目標，優化了教學內容，嘗試了一些新的教學模式，并在六年的教學實踐中不斷的修正，最終取得了不錯的教學效果。

1 高職學生的特點分析

本專業實際錄取分數較低，錄取學生的基礎差，學習起點低，學習主動性不夠。同時，與本科生相比，易產生自卑心理，加之，社會上對高職教育還存在一定的偏見，這會加重他們的自卑感。但這些學生興趣廣泛，善于動手，對實踐性知識比較感興趣[3，4]。同時，與本科生一樣，由于成長環境的影響，導致他們集體觀念淡薄，在吃苦精神上、獨立生活能力、自主性、判斷力、適應力等方面顯得較為薄弱。

2 基于學生特點的教學改革

2.1 以培養職業能力為導向，確定課程目標

《嵌入式操作系統》課程是嵌入式技術方向的一門專業課，是本專業方向的核心課程。該課程的定位是：以PXA270 ARM 硬件平臺為基礎，以嵌入式操作系統為對象，使學生掌握基于嵌入式操作系統的應用系統設計方法和從事嵌入式產品開發的基本能力，畢業后能從事嵌入式應用產品的設計、開發、管理、服務和營銷等崗位工作。

培養目標強調培養學生的實際動手能力。為了提高學生的實踐動手能力，把最基本的概念和原理等理論教學融于具體嵌入式項目的開發過程中，把培養重點轉移到學生實踐能力的培養上。學生的核心能力就是應用開發技能，具體地講就是學生畢業后有能力在面對以嵌入式ARM為核心的整體解決方案時，可以根據方案的要求，對系統進行定制和修改，進行編程實現各個模塊的具體功能，并調試成功、集成運行。

2.2 以突出職業能力為本位，優化課程內容

課程教學的首要問題就是解決如何選擇并確定具體的教學內容。在2006年本專業方向首次開設了的《嵌入式操作系統》課程，選用了開源的μc/OS-II操作系統為教學平臺。該系統是一個相對簡單、開源、實時性強的嵌入式操作系統，主要應用于工業控制領域中。但在走訪企業和后續的市場調研過程中，我們發現嵌入式Linux操作系統被許多中小相關企業使用。而這些企業是我們畢業生就業的主要市場。通過專業和企業老師的論證，考慮到嵌入式Linux市場成熟，源碼開放，在許多的領域已經成為市場的使用主流。因此，我們在2008年將該課程教學內容轉為嵌入式Linux操作系統的教學。在嵌入式Linux操作系統的教學過程中，結合市場企業的實際需求和學生的學習實際能力，主要講授了以下內容：

第一部分復習和深化使用Linux操作系統：文件與目錄操作、網絡操作、Linux系統啟動過程分析、系統服務。

第二部分復習和深化Linux 下的 C 編程基礎：使用vi編輯器編輯源程序、使用gcc編譯器編譯源程序、使用gdb調試器調試程序、自動化編譯（makefile文件和make工具）、建立交叉編譯環境等。

第三部分嵌入式Linux的構建：Bootloader的編譯、修改和使用；Linux的定制與編譯；根文件系統制作。

第四部分嵌入式Linux系統的程序開發： 簡單的驅動程序開發和嵌入式應用開發（C語言和QT程序）。

第五部分課程實訓2周，采用集中實訓階段，完成一個具體嵌入式系統的應用移植或開發一個具體的嵌入式產品應用，最終完成該課程的整個教學目標。

2.3 以強化職業能力為主線，創新教學模式

在了解了教學對象的特點和確立了本課程教學基本目標后，在走訪企業和調研其他院校的基礎上，經過反復論證，在更新教學內容和教學方法等方面提出了一些適合本課程教學的新模式。通過六年來的應用實踐，并不斷地調整深化，模式已經非常成熟。在課堂教學中，廣泛推廣“教、學、做”相結合的項目驅動教學法，引導學生在實踐動手中學習新知識。在本課程的教學模式中，很好地體現了這一教學思想。

課堂教學共84學時， 課程實訓2周共28學時，合計112學時。在課堂教學84學時中，其中用于理論教學的課時為42 學時，主要講解嵌入式Linux操作系統；用于實踐教學的課時為42學時，再加上2周課程實訓的28個學時，整個實踐性環節的學時總量達到70個學時，足以讓學生在實踐過程中熟練掌握嵌入式Linux操作系統開發技術和方法。

培養目標決定一切圍繞工作崗位進行， 在教學方式上， 要求我們貼近企業， 貼近實際，又能在學校環境下方便實施教學，為此我們主要采取以下幾種教學方法。

2.3.1 倒推式教學法

在該課程的第一次上課時，就讓學生認識一個典型的嵌入式產品。以這個實際的嵌入式產品為目標，將產品的各個部分進行分解，倒推出這個產品的開發過程，從而實現 “產品” 到 “部件” 的倒推。然后，把各個“部件”歸屬到課程不同章節的內容，放到相關的教學單元去講解完成；再把“部件”分解成“零件”，實現“部件”到“零件”的倒推，把每個“零件”歸屬到每一次上課內容，放到每一次理論上課去講解完成。在每一個教學單元中， 以“部件”為核心，設計出實際開發中要解決的課題。在每一次上課內容，以“零件”為核心，分解成一個個小任務，在具體的學習過程中解決。通過“部件”的分解和組裝，提升學生的學習自信心和學習主動性，在動手中掌握基于嵌入式操作系統的應用開發能力。在最后2周的課程實訓中，讓學生完成一個產品的正推過程，通過將產品的各個“部件”組裝來掌握整個嵌入式產品的開發過程，從而在整體上建立嵌入式產品的開發規律和方法，使學生一畢業走出校門，就可以直接在企業從事嵌入式產品的開發，達到從學校到企業的零距離過渡的目的。

2.3.2 實訓任務的微觀化

在進行每一次理論上課中，均采取項目驅動和問題牽引的教學方法。對該課程每一次上課的微觀設計進行了處理，抽取出一個個小任務，老師講課的目的就是解決這些小任務，講完后再由學生自己實驗去解決這些小任務。通過這些小任務的解決，提升了學生的自信心，增強了學習興趣，提高了學生的主動性，學生自然容易掌握了嵌入式操作系統的相關知識，培養學生的學習能力、分析問題和解決問題的能力。

2.3.3 三段式實踐能力漸進培養

該課程實踐教學通過講課的小任務實驗、實驗課實訓和課程實訓三個不同階段，每個階段提出不同的教學目標，逐漸提高對學生的能力要求，學生在實踐中熟練掌握整個教學內容，具備可以獨立完成基于嵌入式操作系統的應用開發項目的能力。本課程的實踐教學的三個教學階段為：

講課的小任務實驗：每次理論課把一個“零件”分解成一個個小任務，在講解完一個小任務后，要學生按照講過的要求完成一個小任務，學生不會由于內容太多太復雜而放棄。同時，又通過自己去動手實踐去完成一個小任務，一點點積累，完全掌握了一個“零件”開發過程，在實踐中不知不覺地掌握相關的核心理論知識，快速地使用開發工具、解決開發過程的常見問題，提升程序的調試技巧和能力。

實驗課實訓：按照實驗報告的要求，根據嵌入式產品的“部件”分解的內容，完成“零件”到“部件”組裝。針對相關單元的核心知識點進行實驗，以完成對該單元知識的掌握，主要以完成整個“部件”的組裝，進而加深學生的理解和復習。這也是學生提升自己能力的關鍵環節。

課程實訓：按照項目實訓單的要求，完成“部件”到一個“產品”的組裝。由于課程實訓的時間集中，學生一直待在實訓室，能完成一個較為復雜的實訓項目。這一階段的教學目標主要全力培養學生的獨立開發能力，要求學生完成一個典型的嵌入式產品雛形，該產品雖然在在功能上或產品化方面雖有待完善，但是開發過程是一個嵌入式產品完整的基本開發過程。通過課程實訓最終使學生熟悉嵌入式系統開發的各個環節，并最終完成一個典型產品的開發。這個實訓過程使學生更為直接地掌握嵌入式系統的原理、開發工具和調試技巧，學習效果也更加直接和明顯。

3 課程教學改革取得的效果

在2008 級學生中開始教授嵌入式Linux操作系統以來，已完成6屆學生的教學，每屆學生在該核心課程的學習上，學習積極性表現越來越高，教學效果也越來越好，每屆的學生教學評價打分上均為優秀，這些也在一定程度上反應了教學取得了較好的教學效果。

指導的學生在2012年度廣東省教育廳組織的“物聯網”大賽中，在廣東省本專科所有院校參加的情況下，本專業共有三組學生參加了競賽并獲獎，取得了兩個一等獎（最高獎）和一個三等獎，是所有參賽院校中成績最好的院校之一。

在幾屆已畢業的畢業生中，有許多學生從事嵌入式產品開發的相關工作，經過學校的畢業生調查中，該專業相比其他同類專業的畢業生來說，工作待遇更好。

4 結 語

幾年的實踐探索，摸索出的教學方法應用于該課程，雖然取得了非常好的效果，但是還有許多方面仍需努力完善，如如何編寫一本適合高職學生的課程教材？這將是我們下一步要重點進行的工作。我們相信：該課程的教學一定會隨著嵌入式技術的發展而發展，并將具有自己鮮明的發展特點。因此，我們將繼續去探索并嘗試新的教學方法，爭取在教學改革上取得更大的成果。

參考文獻

[1] 王海波， 湯東陽，趙德明.嵌入式技術發展綜述[J]. 數字技術與應用， 2014（6）： 117-118.

[2] 時巖. 嵌入式技術發展狀況綜述[J]. 電子技術， 2012（5）：4-5.

[3] 張書琴. 基于高職學生特點的數學教學策略研究[J]. 科技信息，2012（14）：202-203.

[4] 周國慶. 針對高職學生特點的《工程測量》課程教學方法總結[J]. 教育， 2012（2）： 153-154.