基于雙線復合教學模式的“嵌入式實時操作系統”應用能力模塊的研究

謝小云　鄧達平　許艷

摘 要 基于崗位知識及能力需求，將模塊化理念引入到“嵌入式實時操作系統”教學中，把理論教學和實踐教學雙條線復合于創新性課程設計之中，從而整合各教學環節，形成了“雙線復合模塊化教學模式”。該模式可有效地解決教學內容之間相互孤立，實驗與理論相脫節等問題，從而提高學生的崗位適應能力和工程實踐能力。

關鍵詞 嵌入式實時操作系統 模塊化 教學模式 雙線復合

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.11.056

0 引言

在嵌入式系統中，嵌入式實時操作系統（Real Time Oprating System，RTOS）是其軟件的核心，也是嵌入式系統教學的重點內容之一。要求學生在掌握RTOS基本原理的基礎上，重點提高RTOS的應用能力。然而，在實際教學中，有很多高校將重點放在構建完整的知識體系上，課堂上灌輸理論知識，實驗則主要是驗證理論，有的還存在理論與實驗內容相脫節的現象，實驗課時偏少也是較為普遍的問題，因此，無法達到提高學生RTOS應用能力的目的。要解決這些問題，應當從培養學生工程應用能力，滿足行業對人才的需求出發，深化教學內容改革，實施以能力培養為目標的模塊化教學模式。

目前，針對模塊化教學模式的研究，已有很多的研究成果。如文獻[2]介紹了合肥學院基于崗位群的專業要求，結合教學約束，將專業能力分解為能力要求和支撐知識點，然后反推建立能力模塊。文獻[3]介紹了南京郵電大學采用因材施教、個性化培養的原則，實施個性化和模塊化的人才培養方案、教學模式和學習方式等。在嵌入式系統教學方面，雖然研究如何提升學生嵌入式系統實踐能力的成果較多，其中較為典型的如文獻[4]針對嵌入式系統課程，提出了能力遞進式項目教學法以及邊教邊練教學模式，取得了較好的效果。文獻[1]將嵌入式系統的課程分為三個層面，要求學生構建完整的知識體系，掌握基本技術和技能。然而，以整體的理念整合各教學環節，實行嵌入式系統模塊化教學的研究成果較少，專門針對RTOS應用能力模塊的研究就更少了。

本文從分析RTOS研發能力要求出發，結合教學目標和行業對人才的需求，圍繞提高學生RTOS應用能力，提出了一個將教學、實驗、設計、競賽等有機整合的，實現理論教學和實踐教學雙線復合的教學模式，解決了多個教學環節彼此孤立，教學內容不成體系，無法形成人才培養合力的問題。

1 嵌入式實時操作系統開發能力分析

1.1 能力要求

RTOS被廣泛地應用到嵌入式產品之中，借助它可以為應用程序提供穩定的平臺、高效的運行環境，從而縮短開發時間，提高系統的穩定性，方便產品功能的擴展。因此，掌握RTOS的相關開發技術，是從事嵌入式系統開發的人員必須具備的能力，表1分析了其所需的能力要求，即在掌握RTOS基本知識和技術的基礎上，突出基于RTOS的項目開發實踐能力的培養。

1.2 主要教學內容分析

在實際應用中，常見的嵌入式實時操作系統有VxWorks、eCos、€%eCLinux、€%eC/OS-II等。由于€%eC/OS-II源碼開放、注釋詳細、原理復雜度不高，因此國內很多高校都選取其作為教學范例，且它在工業控制、智能測控、物聯網應用等領域應用廣泛，學生掌握好它的相關開發，可以適應畢業后崗位需求。

結合表1給出的RTOS開發能力要求，可將€%eC/OS-II的教學內容分為原理、代碼和應用。其中“原理”是指€%eC/OS-II所涉及的計算機操作系統的基本原理和算法，它是教學的基礎；“代碼”是指€%eC/OS-II原理和算法的具體代碼實現，它是教學的重點；第三塊的“應用”，則主要是使用€%eC/OS-II系統提供的API函數，進行應用程序的開發，這是教學的關鍵。教學內容的三個方面是相互關聯、彼此聯系的。只有掌握好原理，才能更好地理解的代碼，在進行應用開發時，才能完成€%eC/OS-II系統的移植，以及準確應用API函數，構建多任務的應用軟件。

2 雙線復合模塊化教學模式

在實際的教學過程中，如果采用傳統的教學模式，€%eC/OS-II的原理、代碼和應用三方面的內容，往往無法形成有機聯系，無法達到提高學生應用能力的目標。因此，綜合考慮教學過程和教學目標，本文提出了圖1給出的將理論教學和實踐教學相結合的“雙線復合教學模式”。

圖1 雙線復合模塊化教學模式

從圖1可以看出，課程教學可分為理論教學和實踐教學兩條線，其中理論教學包括講解€%eC/OS-II的原理與代碼，結合案例介紹€%eC/OS-II應用軟件開發方法，對學生的實踐作品進行答辯與評價等；實踐教學則包括課程實驗和鞏固性作業、綜合作業和實踐作品設計等。實踐教學以理論教學為基礎，是對理論知識的實際應用和深化。實踐教學的作業和實驗均應遵循從簡單到復雜，從基礎到綜合的提升過程，包括鞏固性作業和綜合性作業、基礎驗證性實驗和綜合設計性實驗等。

課程設計需要綜合應用學生所學的課程知識和基礎實驗，是實現理論教學和實踐教學的雙線復合的復合點，也是對教學效果的綜合評價點。理論教學和實踐教學應以完成課程設計的項目作為最終目標，圍繞這一目標引導學生逐步深入學習，完成理論教學和實踐教學的各個環節，實現知識和能力的積累與提升。這就需要改變把課程設計看做獨立的一門課的做法，而將€%eC/OS-II的理論教學、實踐教學、課程設計等有機整合到一個模塊之中，也就是通過雙線復合的模式，形成一個“嵌入式實時操作系統”應用能力模塊。

通過這一“雙線復合”的模式，可以提高學生工程實踐能力，獲得質量較高的設計作品，可將其吸納為教學案例和項目案例，充實到后續的教學之中，也可以在進一步深化完善之后，作為學科競賽的作品參賽，通過比賽驗證和評價這些成果。這樣就形成了一個逐步深化、逐步綜合的培養過程，遵循了循序漸進的原則，使得學生始終帶著問題和項目投入到學習之中，從而激發出更大的求知欲，達到學以致用，在應用知識中提升能力的目的。

3 雙線復合教學模式的實施效果分析

本文所提出的“雙線復合教學模式”，已應用到江西理工大學應用科學學院嵌入式系統實驗班的RTOS的教學之中，取得了良好的效果。由于將理論教學、課外作業、綜合作業、課程實驗、課程設計、學科競賽等進行了整合，學生既掌握了RTOS的原理、基本技能，又完成了項目的分析、設計、開發和測試，所獲得的作品還參加了學科競賽并獲得了獎勵。

自該班實施了“雙線復合教學模式”以來，學生完成了一大批的設計作品，這些作品先后多次參加了全國信息技術應用水平大賽、全國大學生物聯網設計競賽等賽事，獲得了國家級二等獎3項、三等獎2項、省級一等獎3項、省級二等獎2項的好成績。此外，還獲得多項實用新型專利和軟件著作權。這些成果進一步證明了“雙線復合教學模式”在提高學生的工程實踐能力方面有較好的效果。

4 結論

從實施“雙線復合教學模式”的效果來看，該模式對于學生掌握嵌入式實時操作系統的應用能力，起到了很好的促進作用。該模式從企業對人才能力需求出發，對嵌入式實時操作系統課程進行了知識和能力分解，將理論教學和課內外實踐教學兩條線復合在一起，形成了一個能力模塊，對于學生適應崗位需求，掌握工程實踐能力具有一定的作用。

參考文獻

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[2] 袁暋，許強，王曉峰等.基于應用型人才培養的模塊化教學改革研究——借鑒德國FH成功經驗[J].合肥學院學報（自然科學版），2011.21（4）： 56-60，65.

[3] 陳鶴鳴，方萍，李俊等.基于大學生個性化發展的創新型人才培養模式改革[J].工業和信息化教育，2013（5）：3-6，49.

[4] 張其亮，王愛春，陳永生.能力遞進式項目教學法在嵌入式系統課程中的實踐[J].實驗室研究與探索，2014.33（8）：185-188.