新工科背景下“嵌入式原理與應用”課程教學方法改革與實踐＊

鄭來芳，呂玉良

（太原工業(yè)學院電子工程系，山西 太原 030008）

1 研究背景

“嵌入式原理與應用”是工科院校電子信息工程、測控技術與儀器、物聯(lián)網工程等相關專業(yè)的基礎課程，并且體現(xiàn)了相關專業(yè)“軟硬件結合、強電與弱電結合”的理念。通過對“嵌入式原理與應用”的學習，學生可以熟練掌握嵌入式芯片的性能參數(shù)、運行模式及應用領域。近年來，很多本科院校明確了“嵌入式原理與應用”的重要性，對該課程進行了多次實踐和改革，實現(xiàn)了教學手段與方法的有效創(chuàng)新[1-2]。在新工科背景下，研究“嵌入式原理與應用”課程的理論與實踐教學方法的改革，為該課程創(chuàng)新與實際應用提供理論依據(jù)。

2 “嵌入式原理與應用”課程教學現(xiàn)狀

“嵌入式原理與應用”課程是一門集電子信息、通信、計算機等多學科交叉的應用性與實踐性很強的專業(yè)課程。通過這門課程學習，可以提高學生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)，使學生具備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，實現(xiàn)學生將理論與實際相結合，達到學以致用的效果[3]。

通過“嵌入式原理與應用”課程，學生可以學習基于ARM的嵌入式系統(tǒng)的設計、實現(xiàn)和調試，使學生能夠適應新的工程背景下本科院校和大型企業(yè)的需求。本課程理論內容豐富，實現(xiàn)了與多門課程的有效整合和交叉?！扒度胧皆砼c應用”課程交叉融合情況如圖1所示。

從圖1可以看出，“嵌入式原理與應用”課程具有很強的應用性與實踐性。目前，本課程的實際教學工程化、產業(yè)化程度較低，教學內容沒有將實踐、實驗與教學內容有效結合，學生通過學習本課程不能獲得很高的解決工程應用問題的能力。“嵌入式原理與應用”課程教學現(xiàn)狀如下。

圖1 “嵌入式原理與應用”課程交叉融合情況

第一，理論內容與實踐銜接不到位。嵌入式課程教學內容存在重理論輕實踐的現(xiàn)象。對課程中的構建嵌入式Linux系統(tǒng)部分的教學，只是重點介紹Linux系統(tǒng)的構建流程、Linux內核的編譯等內容；對于課程中的嵌入式技術教學，沒有充分考慮具有較高實際應用需求的嵌入式系統(tǒng)控制問題，僅重視嵌入式編程指令介紹。傳統(tǒng)的課程教學，注重教材內容知識，通常講解過于抽象，理論教學內容只考慮理論，并沒有把理論內容與實踐內容相結合，沒有充分介紹實驗內容，無法實現(xiàn)教學內容理論與教學內容實踐的融合。目前，嵌入式實驗應用通常選擇實驗箱實驗裝置，學生的實踐內容較少，無法實現(xiàn)ARM芯片的實際應用，學生在學習過程中無法提高動手實踐能力，嵌入式課程理論知識過于抽象，導致學生無法通透地理解。

第二，教學模式陳舊。目前，雖然采用PPT、多媒體等教學方法進行教學，逐步替代了傳統(tǒng)的板書教學方式。但嵌入式原理課程實踐應用性比較強，涉及的知識面比較廣。傳統(tǒng)的教學模式已不能體現(xiàn)新工科背景下所要求的全方位、多角度的教學特點。傳統(tǒng)教學模式以教師“滿堂灌、填鴨式”教學為主，課程內的理論知識過于抽象化，系統(tǒng)的應用僅僅體現(xiàn)在概念中，缺少最新的工程實踐應用視頻數(shù)據(jù)庫和相關應用領域的案例數(shù)據(jù)庫，課程內容多為枯燥乏味，這也是學生學習興趣比較低的重要原因之一。嵌入式原理課程中包含實驗與實踐應用案例比較少，而且也存在教師工程實踐教學能力偏低，導致實踐教學不能體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)實際應用效果。

第三，校企融合度較差。目前，高校與企業(yè)之間的聯(lián)系很少，學生的實踐性不受重視。校企融合程度低，課程層次低，不能滿足“嵌入式原理與應用”課程的工程應用和實際需要。

3 新工科背景下理論教學方法改革與實踐

3.1 優(yōu)化教學手段

在理論教學中，可以將學生分成不同的小組，試圖將理論內容與實踐完美結合，通過設置問題導向，探索學生的學習和思維能力，從而提高學生的學習積極性與興趣。

課程中ARM嵌入式處理器教學過程中包括處理器相關內容，可將ARM處理器實物代入課程中，通過多媒體、視頻等教學手段實現(xiàn)這部分內容的講解；課程中嵌入式教學部分中，將嵌入式理論知識通過系統(tǒng)的實際應用來舉例說明，從而講授嵌入式應用背景與原理；課程中程序開發(fā)與硬件調試部分，采用硬件編程調試、嵌入式仿真平臺等來呈現(xiàn)。

在講解課程中嵌入的內容時，學生不能僅通過PPT將其擴展到如何獲取指令以及如何將數(shù)據(jù)轉化為指令。它可以以動畫的形式表現(xiàn)出來，縮短學生理解CPU解釋和指令的時間。讓學生在網絡上搜索電子元器件，通過課堂講解的方式，提升學生的實踐水平，拓展學生的視野，提高教學效率。

3.2 改革考核方式

在傳統(tǒng)的課程教學中，期末考試成績與平時成績的比例為7∶3，理論課占期末成績的比例很高，因此會導致學生特別重視理論內容的學習，而忽視了非常重要實踐能力的培養(yǎng)。在新工科背景下，在教學過程中應增加實踐教學的比例，尋找理論與實踐相結合的教學方式，將理論知識學習與實踐能力培養(yǎng)充分結合。

改革后的考核辦法應以實踐能力為重點導向，對每個實踐單元按理論考核∶實踐操作∶創(chuàng)新能力∶實踐報告=3∶5∶1∶1的比例進行考核。將課程內容中的理論單元知識作為課程最終理論考核部分；將建立基于ARM的嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺、利用Proteus軟件仿真系統(tǒng)硬件電路圖、模擬嵌入式控制系統(tǒng)等作為考核部分；從學生實驗和課程設計報告格式是否規(guī)范、報告是否有深度等方面考查學生實踐報告部分。考核成績?yōu)閮?yōu)秀的學生，可推薦該學生參與大學生電子設計大賽、物聯(lián)網大賽等，提高學生綜合實踐和創(chuàng)新能力，使學生從課程中獲得豐富的理論知識和實踐水平。

3.3 構建校企合作平臺

在新工科背景下，校企合作是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑，是提高學生實踐水平的重要途徑。構建校企合作平臺教學方法已成為新工科在創(chuàng)新發(fā)展背景下的重要組成部分，學校通過企業(yè)為學生提供就業(yè)和實習崗位，企業(yè)可以通過學校提供大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實訓基地，達到學校和企業(yè)共贏的局面。

在新工科背景下，高校十分重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。學校和企業(yè)合作橫向科研課題，學校方負責提供人才資源，企業(yè)方負責提供資金支持。該方式可以將學生的創(chuàng)新技術和科研成果通過在企業(yè)的生產經營中體現(xiàn)，進而促進企業(yè)的生產發(fā)展。校企業(yè)合作平臺如圖2所示。

圖2 校企業(yè)合作平臺

4 結論

在新工科背景下，“嵌入式原理與應用”課程的改革與實踐，對于培養(yǎng)應用型人才，促進工程教育的發(fā)展具有重要意義；應以學生為主體，通過教學模式的改革和創(chuàng)新等方面，實現(xiàn)更高的教學效果；應注重校企合作模式，加強校企業(yè)合作平臺建設，充分考慮高校培養(yǎng)人才的需要，實現(xiàn)新工程實踐教學的高效改革。本課程的理論教學方法改革與實踐也可以應用到其他課程的改革與建設中，具有很高的借鑒作用。