嵌入式系統課程教學方式改革初探

張志勇　徐楊　劉淑雅

【摘 要】本文針對當前嵌入式教學與人才培養的一些問題，提出了以“網絡化”為窗口，以“專業項目模塊”為驅動，以“開放性實驗”為載體的創新實踐教學活動，從完善課程網站、改革教學內容及手段和建設開放實驗室等方面進行探討，以期尋求合適的教學方式。實踐證明，該教學模式的探索提高了學生的實際動手能力和創造力，提高了教學質量。

【關鍵詞】嵌入式系統課程 教學方式 改革 開放實驗室 專業項目

嵌入式系統作為當今IT應用領域最有發展前途的技術之一，現已被廣泛應用于工業控制系統、信息家電、通信設備、醫療儀器等眾多領域[1]。其廣泛應用及其良好的發展潛力促進了社會對該方面人才的需求。由于該領域入門門檻較高，既與計算機專業課程有關，也與電子、通信、自動化等諸多學科的課程有關，需要C 語言程序基礎課、數/模電子技術課、嵌入式Linux 操作系統及嵌入式應用程序等課程的支撐，需要結合PCB 電路設計，在具體應用時還牽涉相關的應用背景知識[2-3]。而教學實驗基本上都是基礎性的驗證實驗學習，沒有與實際的工程應用結合起來。學生在做完實驗之后，動手能力依然欠缺，仍不具備獨立開發的能力，僅依靠目前的教學模式，不利于較好地掌握嵌入式技術；加之軟硬件技術知識更新很快，掌握新技術的人需要適時更新[4-5]。因此，如何開展嵌入式系統的教與學，以及通過什么樣的教學方式進行知識的學習和提升，探索一種新的嵌入式教學模式的改革勢在必行。為此，本文采用 “網絡化”“項目化”“開放實驗室”教學模式，對嵌入式系統的課程進行重新設計。具體而言，是以“網絡化”為窗口，以“專業項目模塊”為驅動，以“開放性實驗”為載體，采用任務驅動的方法，通過老師和學生的共同參與來進行教學活動。在此基礎上，依據對專業項目模塊的學習和使用，以期探索一條嵌入式系統課程教學改革的新路。

一、完善課程網站

課題組在探索嵌入式技術教學與實驗的基礎上，提出了“多融合，重素質，到前沿”的專業教學目標。所謂“多融合”就是綜合多個名校的嵌入式課程網站，選取有典型教學案例的課程實例并相應鏈接，引導學生在線學習。為此，我們對網絡教學環節進行了大膽的探索，實現所有教案和較好的多媒體效果課件的電子化與網絡化，包括網上作業的發布與提交、網上小測驗、網上輔導與答疑、師生適時對話等，通過創新網絡教學體系的構建、在網上公布創新性實驗、結合工程實踐、嵌入式設計競賽、大學生科技活動和學生興趣小組等一系列實踐教學的創新，探索出培養大學生專業基礎知識扎實、綜合素質好、動手能力強、具有創新意識和能力的新途徑，并取得了良好的效果，受到了學生的好評。

二、專業項目驅動

經過課題組努力，共完成了五個作品：（1）俄羅斯方塊設計；（2）基于無線控制的貪吃蛇游戲；（3）基于ARM的音樂演奏器設計；（4）藍牙控制小車；（5）基于藍牙控制的ARM板。這些項目的開展均針對計算機專業特點，具有較強的趣味性和知識性。例如，利用藍牙簡化了移動通信終端設備之間通信的有效性，該項目根據基于Linux操作系統和ARM板，設計了基于藍牙的ARM板控制系統，包含打開電機模塊、調節電機模塊、關閉電機模塊、播放視頻模塊、監控播放錄像模塊等，不僅把讀取的內容反饋在開發板上，而且可連接到手機上，或者連接到快速發展的因特網上，激發了學生學習嵌入式技術的積極性和創造力。俄羅斯方塊運用在開發板上的LED顯示和鍵盤驅動程序的結構，用數組模擬LED中的8×8點陣來實現。當方塊顯示的部分是1，不顯示的部分是0；先將方塊的形狀按照當前的坐標（cx，cy）存放在數組中；然后將當前的方塊從數組中刪除，待改變了坐標值后重新將方塊放入數組中；并在主方法中添加兩個線程，分別讓方塊每隔一段時間向下移動一格；另一個線程接收鍵盤輸入的字符，按照字符的值變換方塊的坐標或形狀；最后將數組中的值按照列轉換成一個16進制的數，把這8個數分別送給LED顯示；最后在宿主機上面將編寫C程序編譯成開發板上的執行程序，調試運行達到方塊效果。該作品的完成有助于防止創傷后應激障礙的發生，能有效消除大腦儲存視覺記憶功能產生的干擾，這樣極大地增強了學生學習的趣味性。

三、建設開放實驗室

為了提高計算機專業學生學習嵌入式技術的興趣，依托學校的實驗室建設經費，我院籌建了嵌入式系統實驗室，以“自由、促進、創新”為理念，為對嵌入式技術感興趣的學生提供了一個溝通交流、學習提高的良好環境。開放實驗以嵌入式技術為研究主體，嵌入式技術開放實驗題目具有應用性、先進性和趣味性，通過嵌入式技術開放實驗途徑，為學生提供學習、實踐、交流、承擔項目、就業對接等機會。從這幾年的教學實踐看，學生對嵌入式系統這種教學與實踐相結合的課程非常感興趣，尤其在綜合實驗中表現出很高的熱情和積極性，所投入的精力和時間已遠遠超出課程的要求，教學效果非常明顯，實現了課程的實驗教學做到實驗時間、實驗內容和實驗器材對學生的真正開放，使學生能夠實現理論與實踐相結合、驗證型實驗與設計型實驗相結合、課內與課外相結合。不足之處是在開放實驗室下的課程輔導、監管、考核方式都需要新的探索。

四、跟蹤國際前沿，改革教學手段和方法

近幾年來，本課程的建設一直注意跟蹤國際先進水平，始終堅持對國際著名大學同類課程的比較分析研究，結合我校生源的實際情況，針對不同類別、不同層次的學生，認真研究討論，及時修訂調整培養方案，保證全面反映嵌入式系統領域的最新研究成果和發展趨勢，使本課程內容始終保持其先進性和適應性。同時，為貫徹本課程的基本理念，建立以應用為主線，重系統設計、重典型系統的案例分析，重工程能力實踐鍛煉的教學方法，擺脫傳統教學中重課堂授課輕實驗實踐、重技術學習輕總體設計而造成的學生系統設計能力弱、動手能力差的問題，在教學方式上進行了一系列改革，將“耳聞（授課聽課）+目睹（課堂演示）+手動（學生做實驗）”有機結合起來，突出重點，以點帶面，為學生打下良好的實踐基礎。課堂講授是課程教學的關鍵環節。為此，課程組在以下五個方面下功夫：（1）保證重點內容的精煉，講解透徹，并能覆蓋嵌入式系統各個主要組成部分；（2）每年舉辦專題講座，介紹最新出現的思想和技術，并結合科研實際進行案例教學；（3）積極引導學生開展自主性研究式和討論式學習，通過上網搜索、專題討論、撰寫報告的方式提升和擴大課堂教學效果，針對不同培養對象，因材施教，進行不同的教學安排；（4）通過采用將電子教案發給學生，實施動畫和多媒體課件教學，增強學生學習興趣，提高學生的自主學習能力；（5）通過網絡課程建設，以在線答疑、思考提示、模擬考試等互動方式進行啟發式教學。

五、結語

總之，嵌入式系統教學方式的轉變永遠都在路上，本文基于上述幾個方面進行了初步論述。在具體實施過程中，需要因材施教，適應不同水平和能力學生的個性要求，給予學生選擇、創造、表現、提高的機會，激發學生的主觀能動性，調動學生參與實踐活動的積極性，培養學生的工程素養和解決問題的能力。在以后的教學中，可進一步增加更多應用領域的實踐。在具體開展過程中，我們要在參考成功案例的基礎上結合專業實際情況不斷思考，完善嵌入式教學方法，激發出學生所具有的強大潛力和主動學習、創新學習、批判性學習的意識，培養學生的團隊合作精神和創新實踐能力。

【參考文獻】

[1]楊剛，白楒鋒，石光明，等.新形勢下以項目為中心的嵌入式教學與人才培養新模式探索[J].實驗室研究與探索，2008，27（07）：8-10，17.

[2]丁玲.嵌入式應用程序開發教學改革探討[J].信息通信，2014（02）：285-286.

[3]吳磊.嵌入式教學與實驗的研究[J].實驗室研究與探索，2011，30（11）：102-104.

[4]孫敬武，范秀平，馬雅超.“嵌入式教學模式”在軟件專業教學中的研究與應用[J].河北師范大學學報（教育科學版），2009，11（02）：110-112.

[5]龔芙蓉.國外高校信息素質教育之“嵌入式教學模式”的思考與啟示[J].圖書館論壇，2010，30（03）：147-149，178.