與競(jìng)賽相結(jié)合的嵌入式課程教學(xué)改革研究

羅曉玲　王子強(qiáng)　向陽霞　張晶晶

摘要：提出了以全國大學(xué)生智能車競(jìng)賽為載體促進(jìn)嵌入式教學(xué)改革的方法，分別從課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行具體的分析，使學(xué)生能將所學(xué)知識(shí)與智能車各個(gè)模塊相關(guān)聯(lián)，并最終運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去。將嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程內(nèi)容與智能車競(jìng)賽相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的課程改革，能有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力、學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式 智能車競(jìng)賽 教學(xué)改革

1引言

嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用是一門專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。在傳統(tǒng)的教學(xué)當(dāng)中，教師一般按照教材的知識(shí)點(diǎn)順序講述，教授基礎(chǔ)知識(shí)為主要方面，并未與實(shí)踐緊密結(jié)合，使得學(xué)生學(xué)完后根本不懂得自己所學(xué)的知識(shí)有何用處。課程中設(shè)有實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，均是以8051系列實(shí)驗(yàn)箱為基礎(chǔ)，做一些基本的實(shí)驗(yàn)。由教師講述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生照指導(dǎo)書上的統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)步驟完成相同的實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生就會(huì)只注重如何去連線，怎么去編寫程序，而不重視實(shí)驗(yàn)原理，不明白為何這樣去連線，對(duì)程序編寫也是一知半懂。若遇到自行設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，學(xué)生就不知該從何下手了。這樣，課程的教授沒有真正起到應(yīng)用于實(shí)踐中，沒能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

全國大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能車大賽是為培養(yǎng)大學(xué)生嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力和創(chuàng)新意識(shí)的一種探索性工程實(shí)踐活動(dòng)。將飛思卡爾智能車競(jìng)賽與嵌入式教學(xué)相結(jié)合，形成一種新的教學(xué)模式，可為嵌入式教學(xué)注入新的活力。對(duì)進(jìn)一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)有著重要的意義。

2課堂教學(xué)內(nèi)容改革

2.1理論教學(xué)

要讓學(xué)生認(rèn)真、積極的去學(xué)習(xí)一門課，首先要讓學(xué)生先對(duì)這門課產(chǎn)生興趣。如果學(xué)生對(duì)這門課有什么用沒有感性的認(rèn)識(shí)，就很難產(chǎn)生興趣，教學(xué)效果自然就不好。將智能車競(jìng)賽與理論授課相結(jié)合，能很大程度提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

下面分別從理論授課各大部分講述如何與智能車競(jìng)賽相結(jié)合：

（1）概述。在理論教學(xué)之前，可以先讓學(xué)生在整體上對(duì)嵌入式課程學(xué)習(xí)的作用有一個(gè)整體、感性的認(rèn)識(shí)。使用完整的智能車作為演示，講明單片機(jī)在其中的重要作用。逐個(gè)講解智能車的各個(gè)部分與本門課程所學(xué)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生對(duì)于本門課程有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

（2）嵌入式處理器。處理器芯片部分的講解不再遵循一般上課時(shí)對(duì)于單片機(jī)課程的做法，而是遵循先整體-后部分的原則，先介紹引腳、結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器大小及映射，而后講解智能車上需要用到的知識(shí)，也不是枯燥地去灌輸各模塊內(nèi)寄存器的用法，而是將原理與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來介紹。

（3）存儲(chǔ)器。以智能車存儲(chǔ)器擴(kuò)展，用于存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)路徑信息為例，講解擴(kuò)展原理。最后再用所學(xué)原理解決智能車存儲(chǔ)器擴(kuò)展該實(shí)際問題。

（4）中斷。以智能車避障，使用超聲波傳感器產(chǎn)生中斷為實(shí)例來講解中斷部分內(nèi)容。

（5）接口。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在智能車中的運(yùn)用非常的多，可以以定時(shí)記錄編碼器反饋的脈沖數(shù)以獲智能車當(dāng)前時(shí)速為例來講解該知識(shí)點(diǎn)。A/D與D/A轉(zhuǎn)換的應(yīng)用在智能車中最為廣泛，可以以電磁傳感器獲取信號(hào)來判斷智能車位置信息為例來講解A/D轉(zhuǎn)換原理，以電機(jī)速度控制為例來講解D/A轉(zhuǎn)換原理。

總之，將智能車制作的整個(gè)過程慣穿于理論教學(xué)中，使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)前后形成一個(gè)整體，有利于學(xué)生對(duì)于各知識(shí)點(diǎn)的理解，并且對(duì)知識(shí)體系形成整體的認(rèn)識(shí)。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前的嵌入式教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)均使用的是C51實(shí)驗(yàn)箱，包含了配套的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際的教學(xué)過程當(dāng)中，在做基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生也不太理解實(shí)驗(yàn)原理，只是照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上一步一步去做。對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解的幫助有限。這也在很大程度上影響了教學(xué)的效果。實(shí)驗(yàn)課中有些雖然能夠起到一定的實(shí)踐和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的作用，但是缺少與工程實(shí)際問題相結(jié)合的內(nèi)容，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)研究興趣，不利于學(xué)生綜合能力的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

將實(shí)驗(yàn)箱中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與智能車制作相結(jié)合，使用理論授課中所講解的智能車制作的實(shí)例，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中，可使得理論與實(shí)踐結(jié)合的更加緊密。

例如，A/D、D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生體驗(yàn)如何將電磁傳感器獲得的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在程序中分析處理，再將程序中的數(shù)字信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3引入競(jìng)賽實(shí)踐教學(xué)

為了進(jìn)一步地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)思維能力和綜合分析能力，將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中，無疑是最有效的方式。可以將大賽的技術(shù)成果融入到教學(xué)系統(tǒng)中。針對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，可將整個(gè)車模系統(tǒng)分成幾個(gè)部份。每一個(gè)部分作為一個(gè)綜合的實(shí)驗(yàn)題目，由幾個(gè)學(xué)生共同參與。這樣沒有參加比賽的學(xué)生也能夠吸收和共享比賽的精化。這將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在教學(xué)過程當(dāng)中，教師的主要工作為布置任務(wù)、積極引導(dǎo)、組織講評(píng)及總結(jié)，其余絕大部分的時(shí)間都是學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作下實(shí)施整個(gè)項(xiàng)目，自行創(chuàng)新，找出問題、解決問題。這樣既鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新能力，又培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。學(xué)生的主體地位得到了很好的發(fā)揮。

4結(jié)束語

實(shí)踐證明，將競(jìng)賽類成果經(jīng)過優(yōu)化應(yīng)用于廣泛的教學(xué)中，可以用最低的成本、最優(yōu)化的資源使學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，從工程實(shí)踐角度去分析問題、解決問題，培養(yǎng)本科生獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)。培養(yǎng)其日后從事科學(xué)、技術(shù)的研究能力，激發(fā)他們?cè)诠ぷ鲘徫簧系膭?chuàng)新與探索潛能，有利于高等教育和軍隊(duì)院校實(shí)踐類教學(xué)的改革，可以為社會(huì)培養(yǎng)出會(huì)動(dòng)腦更能動(dòng)手的高素質(zhì)人才。

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