嵌入式系統實驗教學模式研究

彭靜

【摘要】嵌入式技術是新世紀的高新技術，具有很強的實踐性、綜合性和應用性。通過對實驗教學課程的特點進行分析，探討了現階段嵌入式系統課程實驗教學的現狀，并針對實驗教學的特點改進實驗教學方法，旨在更好的提高學生的動手能力和設計創新能力。

【關鍵詞】嵌入式;實驗教學;模式研究

隨著電子技術和信息技術的快速發展及嵌入式硬件技術與軟件技術的不斷成熟，嵌入式系統的應用越來越廣泛，對嵌入式產品開發人才的需求增大。因此，許多高校都開設了嵌入式系統開發方面的系列課程。由于嵌入式系統課程涉及的知識面寬、實踐性強，對實驗教學的要求較高，包括實驗教師、硬件配置、實驗項目的設置等[1]。因此，作為對新技術研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術帶來的挑戰，盡快開設嵌入式系統的相關理論與實驗課程，并逐漸形成較規范的教學體系已成為一個重要的研究課題。

1 ?嵌入式系統實驗教學方法出現的問題

嵌入式系統課程有一定的難度，在實驗環節上同其他成熟課程相比還有較大差距，現在的實驗教學方法主要存在以下幾點問題：

1.1 ?硬件知識和應用能力較差

由于軟件工程專業的學生本身對硬件課程學習不夠深入，因此學生無論是對嵌入式的理論還是還是實驗都缺乏足夠的了解，所投入的時間和精力遠遠比不上在軟件方面的學習，結果造成軟件工程專業學生的硬件知識和應用能力普遍較差。

1.2 ?實驗課程和理論相脫節[1]

實驗課程和理論課程不匹配，常常是實驗課程和理論課程各自為戰，成為兩個互不相干的課程，如經常是理論課程還未學習的內容，而實驗課程已經進行[2]，或者是理論課程正在學習利用嵌入式完成對鍵盤的識別等相關知識，而實驗卻是學習利用嵌入式完成對LCD的控制。此情況不利于學生對知識的接收和對知識系統掌握以及實際應用。

1.3 ?過分依賴現有的實驗平臺

隨著實驗平臺的完善和豐富，很多本身需要由學生獨立完成的部分，都由實驗平臺的某些模塊所替代，因此在實驗過程中很多步驟無需學生親自動手，只要按照實驗說明的步驟操作即可，而其中的某些原理學生在實驗中根本不用理會，雖然降低了實驗難度，但使學生對整個實驗過程缺乏整體的理解，嚴重影響了學生的創造能力。

1.4 ?缺乏自主創新實驗

在嵌入式實驗體系中，多數實驗都是按照實驗手冊提供的已有實驗，并按照一定的順序完成的一系列實驗，很少是利用實驗仿真開發系統平臺開發的具有自己特色的實驗，整個實驗體系過于僵化和形式化[3]。嵌入式仿真系統不僅是一個實驗系統，也是一個仿真開發系統，應當充分利用現有的軟硬件資源和師資開發具有自己特色和方向的嵌入式系統實驗。

2 ?嵌入式系統實驗教學方法的改進

針對以上問題，為了提高實驗教學的效果，有以下幾點新建議：

2.1 ?引導基礎較好、自學能力較強的學生組成興趣小組激發、提高其他學生的求知興趣

興趣小組一般由2-3名專業教師和若干名學生組成，以學校成立的計算機創新基地為平臺，開展嵌入式方面的技術探討。對于課程學得好的學生，按照全國大學生電子設計大賽的要求，進行項目開發訓練，也可參與到教師平時的科研中，增加手動機會，并在科研中進一步培養學生的科研興趣，形成良性循環。對于取得的研究成果，可以引導學生撰寫論文，并能在學生中起到表率作用。當完成某個項目后，學生會有很強的成就感，學習的主動性也大大增強，從而帶動其他學生加入到興趣小組。

2.2 ?規劃好實驗步驟，規范化實驗課程程序，完善相關管理制度

將實驗步驟以實驗指導書的形式體現;實驗時由老師講解，并演示操作步驟;學生開始實驗操作時教師要明確實驗項目的目標和要求，在實驗過程中適時提供指導;實驗結束后要求學生按標準格式書寫實驗報告，教師及時批改和總結。

2.3 ?根據所學的理論課程，將實驗項目合理組合搭配

由于嵌入式系統涉及到多門專業基礎課，實驗課時又有限，在理論教學中，將硬件電路設計和軟件設計的要求，特點及處理器的端口選擇、芯片的選擇等除了在課上講授之外，還要作為多個大作業布置給學生，學生可以自主選擇大作業的不同內容，利用理論課為實驗課做好充足的課前準備，力爭提煉出設計、綜合和創新層次。確保硬件電路正確，合理選擇元器件。只有真正理解電路的原理，才會在實驗課上，線路連結正確，焊接無誤，才會在硬件電路出問題時，快速查處原因，及時采取正確措施，才會使實驗課上知其然知其所以然，而不是盲目的跟著實驗步驟做實驗，從而真正提高學生掌握設計、制備、焊接和調試的系統流程[4]。

2.4 ?采用分層次實驗項目設計的方法

在嵌入式系統課程實驗項目的設置過程中，根據學生對所需知識的掌握程度、運用水平以及動手能力循序漸進地組織安排實驗內容，而且前后實驗內容要有一定的關聯性。另外，由于學生的基礎狀況有差異，可將實驗教學體系設計為幾個層次，并且每個層次安排一定得必修實驗和選修實驗：

1）簡單驗證型（基礎型）實驗

這部分實驗，是每個學生必須完成的，旨在使學生了解開發環境和開發流程，掌握實驗開發工具的使用方法，熟悉軟件編程環境，根據實驗指導書的內容進行實驗的調試，讀懂實驗源程序和程序運行過程，使學生能夠進行修改、組合和補充的應用編程。

2）提高型實驗

這部分實驗安排從操作系統的移植到應用程序的設計和編程，循序漸進地讓學生了解基于嵌入式操作系統的開發的全過程。

3）綜合應用設計型實驗

這部分實驗是提供給基礎較好、自學能力強的學生深入學習的，他們希望能夠對嵌入式系統理論有更深入的掌握，并有更多的實踐機會進行綜合課題的設計。這種綜合型課題設計，作為學生的畢業設計課題進行，內容涉及多門課程的知識。這部分學生不僅要進行軟件的設計和編制，還要進一步進行軟硬件的聯合調試，建立起不同課程之間的知識的有機聯系，掌握不同設備的聯合使用與操作，培養綜合運用各學科知識的能力，將嵌入式實驗體系引入具有一定應用價值和具有自己特色的實驗課題，擴大學生的知識面，加深學生對嵌入式知識領域的更深層次的認識。

3 ?結束語

本文通過對實驗教學方法改進，提高學生對實驗的積極主動性以及創新能力。同時考慮到學生的層次不同，讓學生由淺入深，從而掌握嵌入式系統的基本知識和設計方法。總之，實驗教學方案要緊跟嵌入式技術前沿的快速發展，及時更新嵌入式系統實驗內容，靈活自主地選擇和設計方案，培養出技術創新能力強的嵌入式軟件工程人才。

參考文獻：

[1]孫冬玲，石凡，于軍.探究性學習實驗環境的建設與探究[J].科技信息，2013（18）：439

[2]冼進，賈德良，畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J].實驗室研究與探索，2011，30（8）：282-284，288.

[3]謝東.嵌入式系統實驗課程教學改革及實驗裝置開發[J].計算機教育，2010（10）：30-33.研究與探索，2009，28（4）：175-177，181.

[4]徐志江，王麗婷，孟利民.通信專業嵌入式系統實驗教學設計[J].計算機教育，2011（17）：108-109，112.

基金項目：重慶師范大學高等教育教學改革研究項目“嵌入式軟件工程綜合創新實驗培養模式研究”;重慶師范大學高等教育教學改革研究項目“基于CDIO、面向課程群的軟件工程專業綜合案例庫建設與教學方法研究”。