摘要:本文探討“ARM嵌入式系統(tǒng)”課程教材普遍存在的問(wèn)題，在借鑒現(xiàn)有教材的同時(shí)，我校將自身的工程和學(xué)習(xí)實(shí)踐引入教學(xué)過(guò)程中，以“實(shí)用、有趣、建立學(xué)生自信”為指導(dǎo)思想，探索嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法。在理論教學(xué)中，從工程實(shí)踐中積累大量素材，設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容力求接近工程實(shí)踐，又帶有一定的趣味性和啟發(fā)性;在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以活潑的實(shí)驗(yàn)來(lái)促進(jìn)理論教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)課程;教學(xué)方法;教學(xué)手段

1教學(xué)現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在我國(guó)以嵌入式系統(tǒng)為代表的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的最新成果不斷被應(yīng)用在航空航天、工業(yè)控制、儀器儀表、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)，嵌入式領(lǐng)域中的人才需求日益旺盛，人才缺口在逐漸擴(kuò)大。高等學(xué)校人才培養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上嵌入式系統(tǒng)方向新形勢(shì)的要求，而嵌入式系統(tǒng)作為新興課程，面臨著如下困難:嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)多，涉及內(nèi)容廣泛，新知識(shí)更新快;教學(xué)中容易產(chǎn)生過(guò)分偏軟或偏硬的現(xiàn)象，理論和實(shí)踐結(jié)合少;嵌入式系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格貴，且容易毀壞，多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足……這些原因的直接后果是使得高校都面臨著嵌入式系統(tǒng)課程孤立、課程不全、實(shí)踐能力弱、創(chuàng)新意識(shí)薄弱、與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)等問(wèn)題[1-3]。

ARM課程作為嵌入式方向的一個(gè)重要基礎(chǔ)課程，是學(xué)生跨入專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)的橋梁，然而ARM課程可供選擇的教材不多，現(xiàn)有教材中最明顯的特征是內(nèi)容生硬，學(xué)生很難把抽象的知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合并具體應(yīng)用，而多數(shù)教材剛面世不久，很難形成經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證的教程。參考文獻(xiàn)[3]是目前ARM嵌入式課程應(yīng)用最為成功的教材之一，其配套課件、實(shí)驗(yàn)

資源都非常全面，可惜的是其教學(xué)內(nèi)容是以芯片描述方法來(lái)表述，很少啟發(fā)內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容，適合工程人員，卻不適合剛接受該門(mén)課程的學(xué)生。如何正確處理現(xiàn)有教學(xué)資料，并研究出一套符合廣大學(xué)生的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容是該專(zhuān)業(yè)方向建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容。本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)際工作，談?wù)勛髡邔?duì)本課程教學(xué)方法的一些理解。

2教學(xué)方法研究

正確處理現(xiàn)有教學(xué)資料，在借鑒現(xiàn)有教材的同時(shí)應(yīng)不斷融入更符合教學(xué)規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容。我校將自身的工程和學(xué)習(xí)實(shí)踐引入教學(xué)過(guò)程中，以“實(shí)用、有趣、建立學(xué)生自信”為指導(dǎo)思想，探索嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法。

在理論教學(xué)中，適當(dāng)借鑒調(diào)整現(xiàn)有教材，同時(shí)大量引入活潑生動(dòng)的教學(xué)實(shí)例和相關(guān)的工程應(yīng)用，即從工程實(shí)踐中總結(jié)大量素材，教學(xué)內(nèi)容力求接近工程實(shí)踐，又帶有一定的趣味性和啟發(fā)性，讓學(xué)生知道如何將學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用到工程實(shí)踐中。同時(shí)與實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系不大且難于理解的內(nèi)容，適當(dāng)取舍、甚至略棄，減少學(xué)生學(xué)習(xí)課程時(shí)的挫折感。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以活潑的實(shí)驗(yàn)來(lái)促進(jìn)理論教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

(1) 對(duì)教材內(nèi)容作適當(dāng)編排和修正，使之更適合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律。

教學(xué)任務(wù)的目的是讓學(xué)生在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握教學(xué)大綱所要求的學(xué)習(xí)內(nèi)容。從教學(xué)總體上看對(duì)教學(xué)內(nèi)容及授課章節(jié)適當(dāng)編排和修正，對(duì)教學(xué)效果能起到一定的促進(jìn)作用。

表1是原教材第5章的課程安排，1～5節(jié)的內(nèi)容都是在介紹ARM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)容抽象，支持實(shí)驗(yàn)較少，學(xué)生往往學(xué)完這幾章后，因?yàn)椴荒芸吹街苯拥男Ч⒁饬﹂_(kāi)始下降，對(duì)學(xué)習(xí)后續(xù)課程失去信心。表2是修正后的內(nèi)容安排，我們將一些容易掌握并能夠引發(fā)學(xué)生注意力、容易看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的章節(jié)安排在前面，以一種先易后難、先外后內(nèi)的方式編排教學(xué)內(nèi)容，收到了非常好的教學(xué)效果，但并不影響教學(xué)大綱所規(guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

(2) 通過(guò)設(shè)計(jì)有趣的案例來(lái)吸引學(xué)生。

大學(xué)生活潑好動(dòng)，想象力豐富，只要是符合年青人特點(diǎn)的想法他們都會(huì)接受，并愿意付諸實(shí)際行動(dòng)，比如教他們用簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)一段活潑的音樂(lè)，他們就變得興趣盎然，比如我們提供一段樂(lè)譜，當(dāng)他們用自己編寫(xiě)的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)這些音樂(lè)的播放的時(shí)候，他們大部分都變得專(zhuān)注起來(lái)。這些例子的代碼簡(jiǎn)短且容易實(shí)現(xiàn)，下面是用蜂鳴器播放《兩只老虎》的實(shí)現(xiàn)代碼:

const intmusic_book[]={8，9，10，8，8，9，10，8，10，11，12，10，11，12， 12，13，12，11，10，8， 12，13，12，11，10，8，8，5，8， 8，5，8};

void ini_player()

{

PINSEL0 = 0x00008000;// 設(shè)置PWM6連接到P0.7管腳

PWMPR = 0x00;// 不分頻，計(jì)數(shù)頻率為Fpclk

PWMMCR = 0x02;// 設(shè)置PWMMR0匹配時(shí)復(fù)位PWMTC

PWMMR0 =Fpclk/NOTE[1]// 設(shè)置PWM周期

PWMMR2 =(Fpclk/NOTE[1])*0.8;// 設(shè)置PWM占空比

PWMLER = 0x05; // PWMMR0、PWMMR2鎖存

PWMPCR = (1<<10); // 允許PWM2輸出，單邊PWM

PWMTCR = 0x09;// 啟動(dòng)定時(shí)器，PWM使能

}

intmain(void)

{

int i=0;

ini_player();

while(1 {

PWMTC=0;

PWMMR0 =Fpclk/NOTE[ music_book[i]];

// 設(shè)置PWM周期

PWMMR2 =(Fpclk/NOTE[ music_book[i] ])*0.8;

// 占空比為%20

PWMLER = 0x05;// PWMMR0、PWMMR2鎖存

delay(40);

i++;

i=i%35;

}

return(0);

}

(3) 注重與其他課程的聯(lián)系，增進(jìn)學(xué)生課程間銜接能力。

在教學(xué)實(shí)踐中，適當(dāng)綜合學(xué)生以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，不僅能夠幫學(xué)生理解現(xiàn)在的知識(shí)和復(fù)習(xí)以前的知識(shí)，更能提升學(xué)生的擴(kuò)展能力。

例如在講授GPIO的功能時(shí)，可以設(shè)計(jì)如圖1用GPIO控制74138實(shí)現(xiàn)LED顯示的電路，并要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)如下內(nèi)容。

請(qǐng)根據(jù)圖1中提供的電路，設(shè)計(jì)一套由LPC2290控制實(shí)現(xiàn)跑馬燈效果的方案，要求如下:

① 跑馬燈速度可調(diào)功能;

② 通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)跑馬燈開(kāi)關(guān)控制功能。

圖174138控制接口電路

計(jì)算機(jī)系學(xué)生在程序、軟件編寫(xiě)能力應(yīng)該有相對(duì)高的要求，學(xué)生只滿足于上課內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，盡可能多掌握一些與本門(mén)課程相關(guān)的開(kāi)發(fā)工具，特別是鼓勵(lì)學(xué)生利用PC機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)作品，例如讓學(xué)生在PC機(jī)上設(shè)計(jì)一個(gè)能夠編輯顯示圖片、同時(shí)將圖片傳輸?shù)紸RM平臺(tái)顯示的系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2顯示圖片

(4) 改善課堂教學(xué)手段，通過(guò)輔助教學(xué)軟件、課堂游戲來(lái)幫助學(xué)生理解晦澀難懂的內(nèi)容。

學(xué)生對(duì)新知識(shí)點(diǎn)或晦澀難懂的內(nèi)容的理解會(huì)存在一定的困難，如何把抽象難理解的事物變成有趣容易理解的事物需要運(yùn)用多種輔助教學(xué)手段。

在理論教學(xué)初期，我們?cè)O(shè)計(jì)了很多模擬數(shù)字電路功能的“軟件芯片”，通過(guò)在多媒體教室PC機(jī)演示“芯片”功能，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和課程入門(mén)。

另外，從游戲中學(xué)習(xí)知識(shí)是調(diào)動(dòng)群體思考積極性的一種非常有效的方式，學(xué)生們可以在游戲中討論，分享游戲中的成敗得失，從而獲得對(duì)知識(shí)的透徹理解，例如:在講授向量中斷控制器時(shí)，設(shè)計(jì)“看看你能不能當(dāng)CPU?”的課堂游戲，經(jīng)過(guò)多場(chǎng)游戲的訓(xùn)練，學(xué)生可以對(duì)中斷的概念、中斷的響應(yīng)方法有了很清晰的認(rèn)識(shí)。

(5) 注重聯(lián)系實(shí)際，突出實(shí)踐意義，通過(guò)展開(kāi)引導(dǎo)來(lái)啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新。

ARM課程教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，應(yīng)正確處理兩者關(guān)系，達(dá)到理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)教學(xué)相長(zhǎng)的目的。同時(shí)教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)給學(xué)生留有足夠的想象空間，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。通過(guò)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，為他們今后在信息技術(shù)天地中馳騁奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，設(shè)計(jì)從PC機(jī)傳輸一張顯示圖片到ARM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)顯示這樣的工程，學(xué)生往往并沒(méi)有意識(shí)到這樣小小的一個(gè)工程能有什么現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)聯(lián)系到放置在路口、火車(chē)站的LED大屏幕顯示器的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)了這樣的工程的意義，而綜合性的實(shí)驗(yàn)作品往往都有其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(6) 以實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，以科研項(xiàng)目為載體，將科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)案例。

在教學(xué)活動(dòng)中，結(jié)合每位教師的科研項(xiàng)目，將科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)案例，并吸收動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生到科研活動(dòng)中來(lái)，在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。以實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，以科研項(xiàng)目為載體，借鑒國(guó)外課程建設(shè)的特點(diǎn)，最終形成具有自身特色、課程條理清楚、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)工程人才培養(yǎng)體系。

3結(jié)語(yǔ)

我院計(jì)算機(jī)系在2006屆開(kāi)始將計(jì)算機(jī)科學(xué)方向定位于嵌入式系統(tǒng)方向，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐和嘗試，實(shí)驗(yàn)設(shè)備日趨完善，課程設(shè)置日趨科學(xué)，在教學(xué)上獲得了可喜的成績(jī)，這幾年來(lái)我院嵌入式方向?qū)W子屢屢在博創(chuàng)杯全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽、周立功杯中國(guó)大學(xué)生嵌入式競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生信息安全競(jìng)賽等等國(guó)賽、省賽中獲得佳績(jī)，這和我們?cè)诮虒W(xué)思路和教學(xué)手段的創(chuàng)新有著密不可分的聯(lián)系。

ARM課程建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱難的任務(wù)，新知識(shí)更新速度明顯快于傳統(tǒng)學(xué)科，教學(xué)上可借鑒的經(jīng)驗(yàn)少。需要學(xué)院、教師的多方努力，在實(shí)際工作中敢于實(shí)踐，不斷改革教學(xué)方法，調(diào)整課程設(shè)置，實(shí)時(shí)吸收新思想，才能不斷完善優(yōu)秀的教學(xué)方法和手段，為企業(yè)培養(yǎng)出動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力強(qiáng)的研發(fā)人才。[4]

參考文獻(xiàn):

[1] 馬義德，湯書(shū)森，張北斗，等. 嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J]. 高等理科教育，2004(8):23-25.

[2] 仲偉波，包亞萍，付躍文，等. 關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006(12):25.

[3] 周立功，王祖麟，陳明計(jì)，等. ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M]. 3版. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[4] 俸皓. 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系改革的探討[J]. 科技信息:科學(xué)教研，2007(12):30.

Reform of the Digital Logic Circuit Teaching and Construction of Experiment Platform

DENG Chun-jian， LI Wen-sheng， YANG Liang， LIU Wei

(Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan 528402， China )

Abstract: This paper discusses the common problems existing in the ARM embedded system course materials. Refering to current materials， we introduce our engineering practices into the teaching process. Besides， we hope to establish the student self-confidence throughout the practical， interesting teaching methods， and so explore embedded system teaching methods. In the theoretical teaching， a large number of materials which summarized from the engineering practice are not only close to the engineering practice， but also with a certain amount of interesting and stimulating. In the experimental part， the lively experimental contents achieved two objectives， promoting the theory of teaching and mobilizing the student initiative.

Key words: ARM embedded system course; teaching method; teaching process

(編輯:白杰)