高職嵌入式專業開展體驗式教學方法的研究

楊立志

摘 要：嵌入式專業同其它專業相比，具有鮮明的特點。一是綜合性強。嵌入式系統是軟件和硬件設計的完美結合，涉及電子、計算機、自動控制等諸多專業知識，對學生的綜合能力培養有著較高要求。二是實踐性強，必須通過大量的實驗和實踐環節來提升學生嵌入式系統的專業知識和實際設計能力，學習時只有強化實踐、緊密結合產品開發過程所需要掌握的技術，才能培養出具有創新精神的高素質應用型人才，該文結合在高職嵌入式專業采用機器人設計作為教學項目取得的實際效果，對如何開展“體驗式教學”方法進行了探討和分析。

關鍵詞：嵌入式專業 機器人 體驗式教學

中圖分類號：G624 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0209-02

Abstract：Compared with other majors，embedded system has distinct characteristics.First is comprehensive.Embedded system is the perfect combination of software and hardware design，involving the electronic，computer，automatic control，and many other professional knowledge，the comprehensive ability of the students to cultivate a higher requirement.Two is practical， we must through a lot of experiments and practice to enhance students professional knowledge and practical design ability，learning only to strengthen practice，closely combined with the product development process need to master the technology，to cultivate innovative talents with high quality，this paper combines embedded specialty in Higher Vocational Education with robot design as the actual effect of teaching project， how to carry out the “experiential teaching” method is discussed and analyzed.

Key Words：Embedded specialty；Robot；Experiential teaching

隨著嵌入式技術的不斷發展，各類嵌入式產品逐步進入人們的生產生活，伴隨著應用和需求的快速增長。社會對各類嵌入式人才尤其是應用型人才的需求也不斷增大，據統計我國每年嵌入式人才的缺口達到13萬之多[1]。當前，很多高校和培訓機構都競相開設嵌入式專業相關課程，高職院校作為應用型嵌入式人才培養的重要機構，開展相關人才的教育培養工作對滿足社會嵌入式人才的需求具有重要的意義。

1 以機器人為平臺的教學過程的重要特點

嵌入式專業知識內容涉及到聲學、光學、機械、電子、電氣、計算機科學等諸多學科領域，屬于交叉密集型學科，知識點不僅分散、多樣，而且抽象、模糊，這給學生學習和理解帶來了很大障礙，許多學生因為學習過程中無法理解諸如寄存器配置、中斷機制、傳輸協議等這些基礎的嵌入式專業的“游戲規則”導致中途喪失學習興趣，有的學生干脆棄而不學。

機器人是嵌入式技術的最高集成，不論是機器人控制軟件、系統軟件的設計還是硬件電路設計甚至各種配套機構的安裝、調試，都能夠充分體現嵌入式技術的實際應用效果和學習這些知識、技能的必要性、實用性。

借助機器人作為教學平臺，有以下3個方面的重要作用。

（1）能夠把嵌入式專業知識整合成為一個有機的整體，通過合理有效的教學設計，有順序有側重的把知識和技能貫穿到教學過程中去。

（2）機器人本身潛在的應用前景以及開發過程的可操作性、挑戰性能夠吸引學生的眼球，激發學生的學習熱情。學生自己動手設計、開發機器人的過程，就是他們學習知識應用知識的過程，嵌入式專業知識是什么，能用來做什么，如何應用完全由學生在開發和設計機器人的過程中自己來體驗、感悟、分享。

（3）便于形成相對獨立的學習小組，以團隊學習的形式開展教學，這有利于促進學生相互之間溝通交流、互幫互助，發揮群體效應，從而提高學習效率和團隊協作精神。

2 圍繞機器人教學平臺的教學設計

教學方案的設計始終圍繞讓學生在知識的接受和應用過程中具有充分的體驗感、沉浸感，這一總體目標而展開。為了達成這一目標，選擇小區安防監控機器人的設計作為嵌入式相關課程的總體教學任務，該機器人的應用需求來源于一家智能監控公司，經適當簡化后分解為如圖1所示的3個模塊。

圖1中所示的整體結構圖中，環境監測單元及驅動控制單元分別由兩片8 051系列單片機完成。綜合運算單元由6 410系列arm開發板為核心部件，監控單元由博創up-cup210開發板構成。環境監測單元主要負責檢測機器人行走過程中路徑、障礙、方位等信息，在該設計中稱為S-51，外接超聲波測距、電子羅盤等傳感器，獲取到的環境信息經8 051串口送入綜合運算單元。驅動控制單元主要依據綜合運算單元送來的決策數據完成對機器人行走電機，攝像頭旋轉舵機，充電起落架等動力單元的控制和調節，在該設計中稱為C-51。

根據以上總體功能模塊，設計了16個教學單元，67個教學任務，涵蓋了嵌入式專業電子線路分析，ARM系統開發，linux環境下C語言設計，linux圖形界面設計（Qt語言），微機接口技術等學科知識。部分教學單元模塊如表1、表2所示。

在教學開展過程中，為保證教學效果，實行項目小組制。將班級中學習成績和學習能力前列的幾位同學定為項目組長，將其余同學按個人能力均勻的分布在各小組中。并從項目組長中選擇一位總負責人，項目組長負責組內成員的任務布置與驗收，課外的輔導工作，組內成員的考評和打分，總負責人負責協調安排各組長的工作，布置分配任課老師提前布置的任務準備工作，與任課老師交流反饋，促進所有同學的共同學習進步。

3 結語

通過在11級、12級、13級學生中采用“體驗式”方式開展教學，實踐表明大部分的同學對模塊化授課方式普遍較感興趣，尤其對實踐環節興趣度較高，參與比較活躍。很大一部分同學的動手能力得到提升，對理論知識也有了更深地理解。

結合體驗式教學思路，學院專門成立了機器人研發工作室，吸收部分表現突出，學習能力較強的同學作為工作室的主體成員，給他們提供良好的實驗條件和創作空間，同時也允許這部分同學招收其它對機器人開發興趣濃厚的同學作為助手，聯合進行開發和創作。

通過實施“體驗式”教學方法，并以大學生機器人大賽為抓手，以機器人工作室為依托。

在嵌入式專業教學工作中取得了一定的實際效果：

自主研發的機器人教學平臺，2014年獲得了無錫市政府舉辦的大學生創新創業特等獎，同年獲得了全國優秀獎。

2014年6月，參加‘第十屆博創-恩智浦杯全國大學生嵌入式物聯網設計大賽”華東地區選拔賽，獲得華東地區一等獎，并在7月份獲得全國特等獎。

參考文獻

[1] 徐國慶.職業教育項目課程的幾個關鍵問題[J].職教探索研究，2007（4）：9-11，24.

[2] 潘永惠，陳偉軍，包芳.基于項目教學的軟件技術課程建設探索[J].計算機科學，2008，35（4）：340-342.

[3] 劉文芝，劉昭斌，鄭洪靜.基于能力本位的高職嵌入式系統專業建設[J].職業技術教育，2010（8）：8-10.

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[5] 陳平，袁冬樵.高職院校嵌入式實驗實訓環境分析與建設[J].電腦知識與技術，2011（12）：2878-2879.