趙國安　郁　斌

【摘要】首先分析了近年來國內嵌入式教學中的現(xiàn)狀和存在的問題。為解決這些問題，在實踐中為課程作了許多前期工作，并在此基礎上確立了強調學生互助學習、創(chuàng)新學習的思路，采取學生團隊學習模式和課題學習模式的方法，激發(fā)了學生學習的興趣，取得了優(yōu)異的教學成果。

【關鍵詞】 團隊學習；課題開發(fā)；嵌入式教學

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2009）06—0136—03

引言

嵌入式系統(tǒng)是當前發(fā)展最快、應用最廣、最有發(fā)展前景的信息技術主要應用領域之一，嵌入式系統(tǒng)知識體系向上

承接電子、電路、計算機軟件、微機原理等多項基礎知識領域，廣泛涉及到信息科學的軟硬件各方面，向下發(fā)展至 滲透到社會生活各個領域的令人眼花繚亂的應用 。近年來各高校普遍增加開設 嵌入式方面的課程，甚至有的學校直接開始以嵌入式系統(tǒng)為專業(yè)培養(yǎng)學生。與此同時，有關嵌入式教學的研討和探索隨著課程的開展一直在進行。

早期的嵌入式系統(tǒng)教學往往停留在以講概念和講原理為主的水平上，導致學生學完后“會背書，不會做” ，嚴重影響教學質量。針對這一現(xiàn)象，許多高校相關領域的教師也做了不少實踐探索和嘗試。以同濟大學為代表的高校在嵌入式課程中率先引入由卡內基梅隆大學（CMU）提出的“Learning by doing”這一適用于工程教學的行之有效的先進教學理念，對嵌入式教學進行了部分改革。許多高校也將課程進行了強化實際動手能力和實踐能力的改

進，教學效果取得了一定程度的提高。

一 存在的問題和現(xiàn)狀

目前國內現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)教學仍然存在不少問題。

第一，盡管從原有的單純的課堂講解理論知識到現(xiàn)階段理論課與實驗課并重，嵌入式系統(tǒng)教學中的學生動手實踐問題已經得到了很大的改善，但是因為現(xiàn)有的多數(shù)嵌入式系統(tǒng)教學課程只能脫胎于原有的計算機課程體系，沿襲了傳統(tǒng)教學中重課堂教學、輕操作實踐， 重原理、輕應用的課程安排習慣。多數(shù)學校的課程為建議改為 ：以理論課為主，配套一定課時的實驗課，但是一般理論課時與實驗課時的比例為2：1，甚至為3：1，罕有達到1：1或以上的。而作為輔助的實驗課程的設定，主要是配備計算機以及由專門廠商生產的嵌入式系統(tǒng)實驗箱，具體實驗課程多數(shù)為嵌入式系統(tǒng)實驗箱配套的實驗，一般包含基礎實驗、基本接口實驗、人機接口實驗、通信與音頻接口實驗、嵌入式Linux和WinCE基礎實驗。實際實驗課程以選用基礎實驗部分為多，選用復雜和高級的實驗較少。實驗內容則多為依照實驗參考書的要求重復實現(xiàn)，少見具有創(chuàng)新性的內容和多樣化的要求。課程考試或考察也以理論考試為主，實驗課表現(xiàn)為輔。這在一定程度上造成了教師和學生雙方面的對實踐技能的弱化和忽視。

第二，也有部分院校已經能夠以嵌入式系統(tǒng)實驗單獨設課，則在此課程體系內實驗課時比例較大，理論課時減少。在更加強化實踐能力的課程體系中，在此基礎上開設了時間為1——3周的課程設計，一般包含若干個基礎實驗內容的綜合性設計，這一課程安排已經強調了實踐能力和動手能力的培養(yǎng)和鍛煉，淡化了純理論教學。但是在實踐中，學生層次的參差不齊、教師精力和水平的限制、課題來源的狹隘性、學生單人實踐的有限性這些問題都在很大程度上制約著學生實踐創(chuàng)新的效果，往往沒有最大程度上體現(xiàn)出嵌入式學習和課程設計的優(yōu)勢，普遍存在著課設 課題固定，缺乏團隊合作、缺乏創(chuàng)新等現(xiàn)象。

二 嵌入式系統(tǒng)及其教學的特點

分析嵌入式系統(tǒng)課程的內容和應用背景，不難發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)具有不同于其他課程的特點，使得這門課應該是最具有實踐性、創(chuàng)新性、應用性的課程，應該是對學生綜合能力進行鍛煉和培養(yǎng)的絕佳載體。

嵌入式系統(tǒng)課程體系包含以下幾個特點：

1.課程綜合性強，既有大量的理論知識，實踐中又極度強調應用性；

2.知識涉及面廣、 內容龐雜，無論理論和實踐都覆蓋了軟硬件多項領域；

3.課程難易程度和教學重點有多種選擇，可作為重點內容講解的包含實際開發(fā)、系統(tǒng)理論、體系結構、軟件編程等多個方面；

4.新興領域多，內容較前沿，嵌入式系統(tǒng)的原理雖然今年沒有根本的改變，但是研究和應用往往牽涉到社會生活的新興領域和科技研究的最新成果。

基于嵌入式系統(tǒng)自身的特點，我們認為嵌入式系統(tǒng)課程一般作為本科生的深入課程，而不應納入基礎課體系。雖然嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個特點就是上手并不復雜，不需要太多的知識儲備即可開始簡單開發(fā)。但是深入了解嵌入式系統(tǒng)以后，會發(fā)現(xiàn)其對計算機各領域基礎知識的綜合應用顯得尤為突出，表現(xiàn)為基礎知識和能力扎實的學生會在嵌入式系統(tǒng)的學習和開發(fā)中取得越來越大的“加速度” 。為了培養(yǎng)出區(qū)別于速成嵌入式開發(fā)人員的較高層次的

嵌入式工程師，將嵌入式課程作為專業(yè)深入類的課程尤為重要。

三 我中心的實踐改革

我中心經過幾年的探索和改革，已將該課程打造為具有一定工程性質的創(chuàng)新性課程，雖然課程性質仍然為選修，但是已經發(fā)展為一個能夠培養(yǎng)學生團隊合作、創(chuàng)新科研并實實在在有作品、出人才的高端課程。在我們的實踐中，許多做法改變了傳統(tǒng)課程體系的慣例，但是 也發(fā)揮了不錯的教育效果，為高等院校教育改革提供了獨特的思路。

1 建立課程和學生的前期聯(lián)系

國內各高校基本已經實現(xiàn)學分制，必修、選修雙線修學分的思路是基本一致的。但是選修課，尤其是專業(yè)選修課的通病是學生選前不了解課程情況、選后又缺乏有效的調換機制。這 直接造成在本該是學生根據興趣自由選擇的更具有創(chuàng)造性的選修課程中 ，學生的失望多、興趣低、重視程度低。嵌入式系統(tǒng)課程作為一種一定要依靠學生主動學習的課程，學生是否有熱情是最核心的問題，我們雖然不能從學校教務層面解決這一問題，但是我們通過學生社團、學生興趣小組等學生組織在 有興趣的學生和本課程之間建立了 良好的聯(lián)系。課程教師在這些組織中間長期擔任指導教師等任務，通過講座、研討、指導等活動向學生介紹本課程，同時本課程的選修也接受各學生組織在學生自愿的前提下推薦報名。這樣保證了選修該課程的學生對課程有了解、有準備，對工程實踐真正有興趣，有激情，解決了最核心的學生學習熱情的問題。

2 采取以學生為主的教育方式

嵌入式系統(tǒng)這一領域具有其自身的特點，其核心內容覆蓋了計算機專業(yè)的若干基礎領域，也包含專門的獨有知識，要融會貫通需具備一定的專業(yè)水平，但同時它又是一門應用性很強的課程，在環(huán)境搭建完成的情況下，上手并不復雜，具備基本的計算機知識就可以簡單應用。這就決定了這門課程學生上手易、深入難的現(xiàn)狀，往往造成學生淺嘗則止，流于表面。

我們必須承認學生的精力也是有限的，將所有的東西全部塞給學生是不現(xiàn)實的，也是不符合工程實踐教育的思路的。所以，我們選擇了一種團隊化、合作化、自主化的教育模式。其核心內容就是將學生組織起來，以團隊的形式共同學習，在掌握了基礎知識的前提下共同開發(fā)，在開發(fā)過程中深入學習，教師在這一過程中更多的起到指導、幫助的作用。

本課程的初始，即根據學生熟悉程度、學習基礎、個人興趣和能力將學生分為若干團隊，課程全程 學生實驗、開發(fā)等都以團隊整體進行，團隊根據每個人的特點自設總負責、子項目負責，完成人員配備和進度安排等工作。教師對嵌入式系統(tǒng)整體概念和開發(fā)流程的剖析和講解必須到位、準確，力求給全體學生建立完整的嵌入式系統(tǒng)體系框架和開發(fā)思路。隨后教師將協(xié)助各團隊分析自身情況，建立初期學習思路。在基礎學習中，采取實驗操作引導原理體會的方式，引導學生先上機、后翻書，邊上機、邊翻書，在實踐中學習。具體實驗內容采取小組成員分工實踐、定時總結匯報、提問互動交流的模式，使得全體學生對每方面的實驗都有所了解，同時每個人又有自己較熟悉的領域，匯報過程中還鍛煉了學生總結、表達、分析問題、討論問題的能力。

在掌握了基本操作能力之后，教師指導學生團隊開展基于嵌入式系統(tǒng)的創(chuàng)新活動，為了改變教師教、學生學、簡單重復實驗的缺陷，本課程采取了自主選題、學生科研開發(fā)的模式，教師全程指導、輔助，促使學生在研發(fā)中主動地學習和解決實際問題。選題包含教師科研課題、學生自選課題、企業(yè)課題等等，一般為具有一定實際應用背景的項目課題，由教師指導學生團隊分析課題難度、成員分工、進度安排等，超出團隊能力范圍的項目可分解為合適的子模塊來完成。

在這種課題開發(fā)式的教學模式中，教師主要起到一個指導參考的作用，包含：前期幫助整個團隊對自選課題進行詳細分析、功能拆解、成員任務分配、開發(fā)規(guī)范性講解；中期組織全體團隊和各個團隊內部的定期匯報討論、具有課題針對性的課程知識專門授課、 后期 課題成果的個人總結和團隊總結以及相互之間的交流。教師的核心作用是幫助學生團隊在實際項目中學會如何進行一個真正的嵌入式項目的開發(fā)，以及在一個團隊中如何與其他人合作交流這一很難在課堂講解中解決的問題。

這種方式的優(yōu)點主要有兩個：一是充分發(fā)揮學生的學習積極性和相互教育的作用，使得一個團隊內的學生每個人可以在自己感興趣和負責的領域內比較深入的學習和研究，同時通過相互交流和探討使每個人都能較全面的了解嵌入式系統(tǒng)內其他領域的概念和重點，建立完整的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)概念；二是真正做到了工程化教學，以實際工程化項目為學習載體，學生全程進行至少一次較大的項目開發(fā)，完全掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力。

四 課程實施的效果

自該方式試行以來，教學效果非常明顯，學生成果突出。

其一，學生團隊互助成長作用明顯。學生團隊中的領導人成長很快，往往能由一個編程能力較強或基礎知識扎實的學生“高手” 迅速成長為一個團隊的負責人，學會從整體把握項目，全面考慮軟件、硬件、開發(fā)規(guī)范、功能等全面內容。而團隊中成員學生積極性極高，進步很大，完全擺脫了應付考試的學習方式，實踐動手能力也得到較大的提高。

其二，課題豐富多樣，學生課題來源的自由決定了課題的多樣性和靈活性，使得課題更能激發(fā)學生興趣、更加富有實際色彩。有的團隊自己聯(lián)系其他教師以教師的項目 為課題；有的團隊以省、全國乃至國際性的競賽選題為課題，在完成課程的基礎上參加競賽；有的團隊以服務日常生活為目標，開發(fā)出多種多樣的自由課題。各類課題開發(fā)源代碼和資料的匯總整理，更 形成了一個豐富的開放型學習資料庫。而這一學習資料庫對學生在學習方面的幫助和啟發(fā)，是任何課堂和教室的教學都無法取代的。

其三，學生能力和學習成果得到極大的提高。學生獲得了創(chuàng)新的空間之后，爆發(fā)出極大的創(chuàng)造性。團隊共同學習和開發(fā)的模式本身就已經決定了課題的規(guī)模和復雜程度都已經大大超越了單人實驗和單人完成的課程設計。而一個優(yōu)秀的團隊能完成的作品更是超出教師甚至學生自己的想象。幾年間，參與本課程的本科生的優(yōu)秀課題成果包含：1)十余項橫向課題，總經費達到十余萬；2)微軟“imagine cup 2007” 全球學生創(chuàng)新大賽中國區(qū)第五名；3)“英特爾杯” 全國大學生電子設計競賽嵌入式系統(tǒng)邀請賽全國三等獎四項；4)?！皩W生創(chuàng)新課題” 立項資助若干項，校各類競賽獲獎若干項。

五 結束語

嵌入式系統(tǒng)本身內容及應用領域極其豐富，而對應的教學思路和方法多種多樣，不同的教學目標選擇的重點不盡相同。我們選擇了強調激發(fā)學生自主性和積極性的思路，在教學實踐上采取了比較特殊的方法，著力培養(yǎng)學生團隊學習、自主學習、互助學習、創(chuàng)新開發(fā)、課題實踐的能力。這種開發(fā)模式極大的激發(fā)了學生的興趣和創(chuàng)造力，取得了相當好的成果。

但是在實踐中，我們也發(fā)現(xiàn)這一方法對教師和學生兩者的要求都比較高，作為教師需要對學生完全不同的各方面的問題作出解答或相應的作出學習引導，課程前后花費的時間精力也遠大于課程改革前。作為學生，雖然學生自身的條件和興趣千差萬別，但是經過前期的了解和推薦程序，后期的團隊氛圍培養(yǎng)，整體上學生都體現(xiàn)出較高的積極性和創(chuàng)造力。

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Reform Embedded Course by Students Team study and Project Development Model

ZHAO Guo-an1YU Bin2

（Center of Electrotechnics and Electronics Experiment Teaching，Nanjing Uuniversity of Aeronautics and Astronautics，Nanjing， Jiangsu，210016，China）

Abstract: At first, this paper analyze the actuality and problems of embedded system teaching in China lately. To make up the problems, lots of jobs have been done before the course. Based on all these pro-jobs, the idea which make students study creatively by help each other and the methods that lead students study in a group with doing a real project interest the students on study. There is good teaching effect in our real course teaching.

Keywords: Study in a Group; Project Development; Embedded Teaching