基于虛實結合的嵌入式系統課程教學改革初探

朱一峰++楊絮++于林韜++樸燕

摘 要：隨著近年來大眾創新創業的發展，特別是2015年《國務院辦公廳關于發展眾創空間推進大眾創新創業的指導意見》再次指出鼓勵大學生創業，孵化培育一大批創新型小微企業，致使高校創新創業競賽也層出不窮。以單片機為基礎的嵌入式系統是完成許多創新創業大賽的基本技能，學生們迫切需求掌握單片機一類的技術。筆者結合所在學校嵌入式系統課程教學改革，對這類課程提出了基于虛實結合的教改方案，鼓勵學生動手實踐，并且應用創新，取得了一定效果。

關鍵詞：虛實結合 嵌入式系統 單片機 應用創新

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（b）-0078-02

隨著近年來大眾創新創業的發展，高校創新創業競賽也層出不窮。以單片機為首的嵌入式系統課程是完成許多創新創業大賽的基本技能，學生們迫切需求掌握單片機一類的技術，不少學生大一剛進校就尋求該方面的技能學習，擁有了一定基礎后，參加各類比賽，為自己的創新創業計劃添加砝碼。

而這類課程出于整體教學計劃的安排及前驅后續課程的銜接考慮，一般學校都安排在第5學期，而此時已有不少學生參加了各類比賽，對單片機技術多少有了一定的了解和掌握，甚至有個別同學十分精通。這部分人在第5學期選修該課程無疑是浪費時間，而不選的話又沒有這科在就業中份量較重的成績。

綜上考慮，在有限的課時內，讓學生了解更多的知識，使課堂上的內容融入現實生產生活中，使有嵌入式基礎的學生更能發揮其能力，無基礎的學生也能快速地學到單片機技術的基本技能，筆者學校嵌入式系統課程進行了課程改革，突破傳統的教學模式，探索新的教學方法，切實提高學生的獨立動手和解決問題的能力。

1 教改方案

1.1 以案例引導的課堂講解

單片機原理及應用是一門只有在探索、實踐中才能學到東西的課程。在課堂上一味地灌輸，不僅無法達到培養學生能力的目的，還會使學生提不起興趣。

把具體的時尚創意產品拿到課堂上講解，讓學生對實際的單片機應用系統有一個感性認識，同時讓學生經歷單片機產品設計開發的過程，掌握單片機設計開發過程中用到的各種軟件及其工具，這對培養學生的設計能力、與實際聯系的能力是大有益處的，使學生真正地應用所學的知識去設計一個應用系統。

采用實體產品演示，另一目的是給學生引入市場價格觀念。單片機在電子行業應用極其廣泛，該課程又屬于應用設計類課程，與實際緊密結合，所以一定要有市場和成本觀念。在講授有關設計方面內容時，應注重使學生樹立起經濟效益、性能價格比的觀念，這對于工科的學生是十分重要的。不能只講授設計而沒有經濟效益觀點，要把幾種設計方案加以比較， 注重工程上的可行性、性能價格比。

1.2 以虛實結合的半實物仿真教學平臺

以筆者學校國家級“電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學中心”建設為契機，結合通信工程專業實驗室資源，建立一個全方位的網絡化單片機學習環境，包括一個擁有30套單片機最小開發系統板的硬件實驗室，實驗室計算機和學生電腦都配備Proteus仿真軟件，同時建立一個學習網站和一個答疑提問QQ/微信群。

課程初期，學生可以通過Proteus仿真軟件進行純計算機仿真，滿足一些基本概念和軟件操作的練習；課程中期，學生可以在實驗室完成基礎的硬件實驗，認識基本硬件的組成和功能；課程后期，學生在實驗室獨立完成綜合設計實驗，培養單片機綜合應用能力。而在整個過程中，學生可以通過校內電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學中心、學習網站、QQ群/微信群隨時地學習課程內容，與老師、學生進行信息交流，提供及時的幫助，讓學生學有參考、問有答案、練有指導的全程陪護學習。

1.3 以學生獨立自主的課后大型綜合設計實驗

單片機課程有一個顯著特點，就是以興趣為引導的立即求知性。當學生看到案例演示時，只要激發起興趣，那么他馬上就想學習，馬上會自己動手去做，更想知道下一次課還能學到什么。而原本課程的安排一周一次，一次2學時，花4個月去學習，這無疑大大削弱了學生的積極性。

該課程整合授課時間，每周兩次課4學時，8周時間講完，緊湊的課時安排，讓學生迅速地學完該課程，并立即開展應用。而后8周時間，由學生利用課余時間，經過獨立思考和動手，完成一個貼近實際的項目，真正地做到學以致用。

大型綜合設計項目以創新設計能力為主要培養目標，綜合考察全面應用單片機各個知識點的能力，將原來分散的小型演示驗證實驗集成為一個大型的系統設計項目。首先，實驗室準備大量的備選項目（2～3人1組，題目不重），并制訂項目設計任務書，給出設計目標、總體設計思路、軟硬件資源以及最后要達到的效果等。同時鼓勵學生自創項目（需老師認可所應用到的知識點是否全面）。

學生分組選擇項目后，組織學生討論，使學生充分發揮想象力，引導學生思考并提出項目解決方案，描繪出設計藍圖；然后開始查找資料、論證方案、設計電路、焊接硬件、編寫程序、最后調試，整個過程以學生為主，教師指導點撥為輔，注重培養學生的自學能力、單片機軟硬件設計能力和團隊協作能力。

1.4 因材施教，分層次地進行教學

該課程安排在第三學年第5學期，有不少學生已在大一大二時參加了一些培訓或自學完了單片機，并參加了各類比賽。針對這樣的學生，開展分層次教學法，引導有能力的學生不僅僅局限于51單片機技術，對AVR、K60、STM32、ARM等高端單片機進行學習，同時，在完成大型綜合設計實驗項目的時候，認可不同類型的單片機出現，使學生真正地活學活用，不拘泥于教材與課堂的約束。

1.5 建立考核新模式

打破原有筆試考核方式，注重考核學生的實踐能力和創新意識，以改變學生的學習方法和思維方式。考核主要突出對知識的理解能力、綜合應用能力以及解決問題的實踐能力的考察，促進學生認真學習，以達到教學的主要目的。

考核的能力主要有：（1）專業知識應用能力，包括電路分析、電子技術、檢測技術、計算機高級語言、計算機輔助設計、電路設計與制作。（2）實際應用能力，包括硬件焊接能力、各類技術文檔撰寫能力、PPT匯報與口頭表達能力、團隊協作能力。

另外，不同的項目，制作難度肯定存在差異，這就需要兼顧公平性，在出題階段，就要考慮調整設計方案來減小不同題目間差異；在口試時，主要考察學生基礎知識的掌握程度，避免演示操作看起來很好，一問卻什么也不會的情況，同樣，口試也要設定可量化的問題，以示公平。

2 結語

通過課后項目的方式，學生能將單片機的各個知識點融合到一個大型綜合設計實驗項目中，這樣既鞏固了相關知識點，同時提高了單片機的實踐操作能力，為后續專業綜合實驗、畢業設計等環節奠定了一定的基礎。更重要的是，讓學生經歷了單片機產品設計開發的全過程，知道了一個產品從無到有的設計與制作過程，開拓了學生在創業方面的眼界，培養學生的創新設計能力和強化現代工程意識，有助于大學生對創新創業的正確認識。

以學科競賽為激勵和培養目標，激發有基礎的學生自主探索更高層次的單片機應用，參加更高級別的競賽，更多地給學生展示自己的機會，這樣不僅能激發學生的學習熱情，還鍛煉了能力，增強了自信心。幾年來，該校學生在電子設計大賽、挑戰杯創業大賽等各類學科競賽中，屢獲佳績，收到了很好的效果，為走入社會工作打下很好的基礎，提高了就業競爭力。

參考文獻

[1] 張玉伽.虛擬實驗平臺在嵌入式系統教學改革中的應用[J].科學中國人，2016（3）：341.

[2] 王秀梅，楊紅霞，米增強，等.加強課內外統合 建立大學生實踐能力培養體系[J].中國高等教育，2013（11）：40-41.

[3] 李慧，王麗婕.論大學生自主學習能力培養途徑[J].教育教學論壇，2015（2）：196-197.