基于Arduino軟硬件平臺的嵌入式教學研究

[摘要]嵌入式有別于其他計算機類課程，該課程不僅涉及硬件平臺的開發，還對軟件應用有一定的要求，可見嵌入式教學的教學內容相對繁雜、抽象性較強，為了克服該教學過程的不足，提升教學質量，以Arduino開源開發平臺為例，探討了提升嵌入式教學的相關策略，從優化整合教學內容、教學方法的有效應用以及實例化教學三個方面進行相關內容的探討，為提升嵌入式教學有效性提供參考。

[關鍵詞]Arduino；嵌入式教學；策略

[中圖分類號]G712 [文獻標志碼]A [文章編號]2096-0603（2017）27-0141-01

一、嵌入式教學現狀分析

（一）嵌入式課程教學難度較大

嵌入式教學具有較強的實踐性和操作性，其教學難度較大，一方面是由于其課程內容的復雜，需要學生具備相應的前置基礎，例如，操作系統、微機原理、匯編語言以及相應的編程基礎等課程作為前導課程。另一方面，嵌入式教學是一門實踐性要求較高的課程，僅僅通過教師課堂上的簡單簡述教學任務是難以完成的，還需要學生進行大量的課后實驗，再加之由于嵌入式教學既涉及底層的驅動編程，也涵蓋應用層的開發，整個知識結構和層次是相對抽象的，因此，嵌入式教學難度較之傳統的其他教學內容更大。

（二）學生計算機基礎薄弱

各大院校在大一、大二階段往往是進行基礎學科教學，而專業性學科往往與嵌入式教學同步進行，學生學習的基礎存在缺失，學生缺乏對計算機知識體系的全局性把握，嵌入式教學的前導課程的學習效果也往往不盡如人意，再加之其學習難度較大、學習的抽象性較強，學生極容易在簡單接觸之后失去興趣，導致教學原動力缺乏，無法完成正常的教學任務。

二、基于Arduino硬件平臺的嵌入式教學策略探討

Arduino是一款開源嵌入式平臺，該平臺包括了完整的硬件設備以及軟件支撐，其中硬件設備包括各種類型的Arduino開發板，而軟件支撐主要是指Arduino IDE。Arduino具有以下幾個特點：（1）其平臺的開源性，Arduino整個平臺的硬件電路圖（原理圖）、軟件核心庫等都是開源的，開發人員可以根據自身的意愿進行高度的定制開發，對于初學者而言具有十分優越的平臺優勢。（2）Arduino IDE支持主流操作系統、具有良好的跨平臺性，開發人員可以實現一次開發多次運行。（3）該平臺易于上手，其開發所利用的wiring（基于avr-gcc封裝），對學習人員的編程基礎要求較低，易于上手。（4）Arduino發展極其迅速，其易于學習的優點使其快速流行，全球范圍內擁有廣泛的用戶群體，為技術的拓新、交流提供了便利。鑒于Arduino的優勢，結合大學嵌入式教學現狀，建議采取以下的教學策略。

（一）教學內容的優化處理

從上文的論述可以看出嵌入教學涉及的教學內容相對豐富，需要大量的前置課程，教師采取傳統的講授式的教學，從嵌入式指令結構、匯編指令集等人手，學生往往會感覺到無所適從，因此，教師應優化教學內容，從嵌入式教學應用人手，先解決學生對平臺的應用問題，使學生能清晰地了解嵌入式平臺的功能、意義和知識結構，再在此基礎上進行相應知識內容的補充和完善處理，使學生能從結構性、全局性對嵌入式教學有一個宏觀性的認識，緩解知識結構缺失的困境，做到從整體到部分的學習任務細化處理，例如，可以先利用系統庫函數進行應用層的編程，屏蔽直接對底層硬件的操作，在有了一定基礎之上再進行驅動程序開發、指令集調用等更加深入的學習。

（二）創新教學方法

正所謂授之以魚不如授之以漁，對于學習方法的教授同樣十分關鍵，在此Arduino平臺優勢就得以顯現，因此，該平臺具有開源優勢，其所需要的各種資源可以在互聯網上方便的獲取到，教師通過簡單地指導就可以極其快速上手，這對學生有效地利用該開源平臺具有十分重要的意義。另外，根據嵌入式教學的特點，實踐性往往必不可少，因此，建議從實例化教學人手，提升學生的動手能力，以一些簡單而有益的教學案例為代表，將教學內容融入其中，學生以案例代替枯燥的理論學習，將抽象的教學內容轉變為實實在在的教學案例，這對提升學生的直觀認識、激發學生的學習興趣有較大的幫助。另外，在學生掌握了一定的學習方法之后，還可以大膽地嘗試小組式教學，按照開發流程讓學生自由配對，通過團隊協作的形式提升教學效率和學習質量。

（三）調整實踐教學比例

嵌入式教學與其他學科最大的區別在于實踐動手能力的提升，建議在實際的教學應用過程中從實驗環節以及課后自主練習兩個方面予以提升，通過反復的實踐練習，將理論教學內容爛熟于心。另外，為提升實驗教學的有效性，建議減少驗證性的實驗比例，通過創新性實驗進行實驗內容的展開，充分調動學生學習的積極性，尊重學生實驗主體，不斷提升實驗有效性。為了克服學生課后練習成本問題，學校可根據自身的實際情況進行實驗教室的開放，可通過有償或者無償的方式提供實驗器材，以解決實驗成本問題。

綜上所述，嵌入式教學應緊扣學科特點，利用Arduino等開源平臺所提供的便利性，從教學內容、教學方法以及實踐教學比例等方面進行綜合性的提升。