廖逢釵

(三明學院 信息工程學院，福建 三明365004)

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已經有20余年的歷史.它融合了計算機軟件技術、硬件技術、通信技術、半導體微電子技術和自動控制技術等.三明學院的計算機科學與技術專業(yè)(嵌入式方向)開設了嵌入式系統(tǒng)基礎課程，目的是通過該課程的學習，有效提高學生相關軟件開發(fā)和應用嵌入式微處理器解決實際工程問題的能力.本文在多年教學的基礎上，分析了該課程在教學過程中存在的主要問題，并針對這些問題，嘗試了幾個方面的教學改革.

1 教學現狀與存在的問題

目前，三明學院嵌入式系統(tǒng)基礎課程教學主要存在以下問題.

(1)學生的學習興趣和積極性不高.首先，嵌入式系統(tǒng)基礎涉及的知識基礎較多，包括高級語言程序設計、數據結構、接口技術、計算機組成原理等多種不同門類的計算機專業(yè)知識，還要學習各種開發(fā)工具.另外，嵌入式系統(tǒng)根據應用場合的不同，外圍電路和控制原理差異較大，需要學生綜合運用相關先修課程的知識來解決實際問題.因此，學生總體上感覺學習難度較大，產生畏難情緒.其次，很多學生在認識方面還存在著重軟輕硬的傾向.認為硬件課程只是學習計算機的內部工作原理，在計算機應用中無關緊要，認識不到硬件技術在嵌入式系統(tǒng)應用方面的重要性.上述原因使學生感覺課程學習枯燥乏味，課程知識難以掌握，時間久了，學生學習嵌入式系統(tǒng)基礎的積極性和興趣會受到嚴重打擊.

(2)實踐教學以驗證式實驗為主，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng).以往的嵌入式系統(tǒng)實踐教學很大程度上不是由應用來驅動的，而是跟著實驗箱廠家提供的實驗項目來規(guī)劃實踐教學內容，大多安排做些驗證性實驗，學生面對實際系統(tǒng)時的創(chuàng)新能力與二次開發(fā)能力較低.

(3)新技術和新器件應用能力不高.在課外興趣小組活動、課程設計和畢業(yè)設計中，有些功能模塊若能采用新技術、新器件，可以使設計簡單化，但學生這方面的能力較差.

(4)教學方法手段單一.理論教學就是黑板加幻燈片，課件簡單不適用.

(5)考試方式多以理論記憶為主，不能考查學生實際應用知識和動手實踐的能力.這種考核不利于學生發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，嚴重影響學生學習嵌入式系統(tǒng)基礎的積極性.

2 對策與改革措施

針對上述存在的問題，在課程教學過程中采取以下對策與改革措施.

2.1 努力培養(yǎng)學生的學習興趣

興趣是學習的動力，它不僅使學生渴望獲得知識，而且使學生在學習過程中伴隨著愉快的心情，有利于產生進一步學習的需要[1].我們從以下幾方面著手提高學生的學習興趣.

(1)上好開學第一堂課.首先，專門給同學們介紹開設本課程的重要性和必要性以及對將來就業(yè)的影響等，使學生從思想上重視該課程的學習；其次，介紹一些有趣的應用實例，使學生產生躍躍欲試的沖動.如介紹類似手機的基本結構與原理等內容，這些會立刻吸引學生們的興趣；然后，把往屆學生的優(yōu)秀畢業(yè)設計作品進行視頻展示，讓同學們對嵌入式系統(tǒng)的硬件設計與軟件編程的學習成果有一個真切感受和認識，增強學好本課程的愿望和信心.只要有了興趣，知識的學習就是順理成章的事了.

(2)邀請在嵌入式方面有突出研究成果的學者來學校舉辦嵌入式系統(tǒng)技術講座.使學生能接觸到最新的知識和實用技術，了解社會對嵌入式系統(tǒng)人才的具體需求.通過對新技術和新知識的了解，開闊學生的視野，激發(fā)學生學習嵌入式系統(tǒng)課程的興趣.

(3)在教學過程中，要保證學生聽得懂、跟得上、學得進.為此，在授課中，一定要對學生說清楚哪些是重點、哪些是難點，每一部分內容的要求是熟練掌握、一般掌握還是了解就行，避免學生在一些難以理解而又不是重點內容的問題上糾纏過多，影響學習興趣.對重點內容絕不能讓學生含糊不清.

例如，在講解時鐘管理程序時，用以下語句把CK_TIM設置為30MHz

MRCC_CKTIMConfig(MRCC_HCLK_Div2);

教學中我們發(fā)現，在學生剛開始接觸嵌入式系統(tǒng)的編程階段，教師如果只是簡單用一兩句話描述其功能，許多學生不容易理解，這就造成學生在自己編程時，很難編出正確的程序，久而久之，這類疑難問題越積越多，最終影響學生的學習興趣.為了讓學生能夠看得懂、學得進，教師講解時必須教學生掌握讀懂這類程序的方法，然后再進行模仿編程.

針對上述例子，講解關鍵就是要看懂函數MRCC_CKTIMConfig的編程原理，明確時鐘控制寄存器各位的定義，弄清楚符號常量MRCC_HCLK_Div2設置依據.可作如下講解：

通過查相關代碼文件，可以知道MRCC_HCLK_Div2的值是0x00000001，函數MRCC_CKTIMConfig執(zhí)行過程是：時鐘控制寄存器CLKCTL的原來的值先后與0xFFFFFFFC、0x00000001進行與運算和或運算，然后送回CLKCTL寄存器，亦即把時鐘控制寄存器的最低兩位置成01，其他位為不變.CLKCTL寄存器的最低兩位的功能是：在HCLK和CK_TIM之間選擇預分頻系數，01對應的分頻系數是2.所以CK_TIM=HCLK/2，HCLK為60MHz時，CK_TIM設為30MHz.

通過以上教學分析，學生不僅看懂了程序，還掌握了分析程序的方法.在嵌入式系統(tǒng)中，與以上編程原理類似的程序段很多，詳細講解一兩個例子后，逐漸由學生自己分析，做到舉一反三.

(4)創(chuàng)造各種實踐機會，加強動手能力訓練，使學生學有所用，能看到應用成果.學生感覺所學課程知識離自己很近，對課程的興趣也會越來越濃.為此，教師應根據課程的特點，在正常的實驗課外安排各種實踐環(huán)節(jié).如安排一些學生利用嵌入式技術設計，各種電機的測速與調速控制，并給他們提供所需的硬件材料.

(5)成立興趣小組，以點帶面.如成立課外機器人興趣小組，以嵌入式技術為研究主體，定期開展活動，通過各種途徑為學生提供學習、實踐、交流等機會，形成較好的學習氛圍，同時也影響和感染其他學生.

2.2 改革實驗教學

實踐教學是學生加深對知識理解、培養(yǎng)實踐能力的關鍵環(huán)節(jié).本課程實驗教學采取課內課外實踐活動有機結合的辦法.課內實踐指每個學生必須完成的本課程開設的實驗課，課外實踐包括大學生創(chuàng)新課題、課外科技興趣小組活動等.課內實踐是專業(yè)能力培養(yǎng)的基礎，而課外實踐是學生把專業(yè)知識應用于具體的應用場合，更能體現學生創(chuàng)新能力和實踐動手能力的水平.課外實踐是在創(chuàng)新實驗室完成，為了方便學生做實驗，這些實驗室由指定的學生自主管理.

2.3 充分利用專業(yè)技術資料培養(yǎng)學生自主學習的能力

針對新技術新器件應用能力不高的問題，我們要求學生“三個看懂”，即看懂有關原文手冊、電路原理圖、別人編好的程序.

看手冊的目的是為了看懂原理圖和程序.要看懂一個嵌入式系統(tǒng)的原理圖和程序，可能要查閱大量的芯片技術資料.嵌入式系統(tǒng)的很多新概念、新技術等，都可以在網絡上找到，鼓勵學生遇到問題，到圖書館或上網查找資料，不斷提高自主學習的能力.同時，要有意識地引導學生去查閱一些未用過的芯片資料，并應用于系統(tǒng)設計.

學生在學習嵌入式系統(tǒng)基礎的過程中，多看他人編寫的好的代碼十分重要.而在看代碼時，選擇一個合適的軟件來幫助閱讀程序則可以有效提高閱讀效率.

例如，SourceInsight是一個功能非常強大的軟件開發(fā)工具，它提供變量、函數搜索，使用不同的顏色、字體區(qū)別類型名、函數名、全局變量、局部變量、宏、注釋、關鍵字，等等，選擇這一軟件來幫助閱讀程序，程序就一目了然，能大大地提高學生的學習效率.

2.4 引入先進的教學方法與手段

2.4.1 充分利用多媒體教學

多媒體技術具有許多傳統(tǒng)教學方法無可比擬的優(yōu)越性，它信息量大、將復雜問題簡單化、可以表現抽象的不可見的概念和知識、變抽象為形象[2].例如在講解ARM尋址方式的時候，可用動畫清晰、直觀地向學生呈現各種尋址方式的尋址過程，彌補了以前單純粉筆教學的不足.

把多媒體技術應用于嵌入式系統(tǒng)基礎教學要注意以下問題：

(1)避免多媒體課件精彩有余，實用不足，好看不中用，甚至課件制作時畫蛇添足.

(2)教學內容不宜太多太雜.在課件制作過程中，老師不要將自己能夠找到的資料內容一股腦地塞到課件中.教學過程中要直達主題，旁枝末節(jié)的問題不要過多糾纏.在課件制作上，要有層次感，不能太亂.

(3)教師上課過程中，不能把注意力全部集中在多媒體課件操作上，忽視了師生互動.在實際教學時，教師可以先提出問題，讓學生帶著問題去看、去聽，然后結合幻燈片內容進行思考、討論.在學生討論的過程中，教師及時進行點撥、引導、鼓勵.這樣視聽、思考、反饋、評價貫穿于課堂教學始終，使學生的主體作用和教師的主導作用都得到充分發(fā)揮.

2.4.2 分層教學

在嵌入式系統(tǒng)基礎教學中采用分層次[3]教學是必要、可行的.分層次教學有利于因材施教.這種教學模式能夠避免專業(yè)基礎差異大的學生在同一個課堂內學習時，出現“吃不飽”和“消化不良”的情況.對基礎差的學生，按照教學計劃，按部就班地進行教學，使他們較快地掌握嵌入式系統(tǒng)最基本的知識、常用工具和必備的技能.對基礎好的學生，通過成立興趣小組，引導他們參與教師科研項目.

對實驗教學而言，可將嵌入式技術基礎實驗分為基礎實驗、設計性實驗、創(chuàng)新性實驗三個層次.其中，基礎實驗主要完成驗證性實驗，為嵌入式系統(tǒng)課程教學服務；設計性實驗主要用于完成嵌入式應用實驗；而創(chuàng)新性實驗主要由學生自主設立實驗內容，例如設計一個電子系統(tǒng).用小設計、小制作、小創(chuàng)新的方式，提高學生對該門課程的感性認識和應用能力，充分發(fā)揮學生的主觀能動性.

通過分層次教學，使基礎不同的學生各有所獲，達到因材施教、個性化培養(yǎng)的目標，因而取得較好的教學效果.

2.4.3 項目驅動教學法

項目驅動教學法[4]已應用于許多課程的教學，并獲得良好的教學效果.使用該教學方法，設計一個難易程度適中、實際可以操作的項目是關鍵.例如：要求學生用基于ARM核的微控制器STR750設計一個數字溫度計.可以把該項目分解為以下一些任務：

(1)電源、復位、時鐘管理單元.要求熟練配置不同的時鐘.

(2)對通用輸入輸出(GPIO)端口編程，控制LED燈、數碼管.

(3)用中斷控制器實現對GPIO的控制.

(4)對模數轉換器(ADC)進行編程，實現數據采集.

(5)設計數字電壓表.

(6)設計數字溫度計.

這些任務，從簡單到復雜，將理論教學與項目教學融為一體.例如第二個任務，讓學生用不同的程序實現LED按不同規(guī)律發(fā)光，從而熟悉大部分指令和三種程序結構(順序程序、分支程序和循環(huán)程序).這些項目實施過程中，學生在教師的引導下，先動手操作，再動腦編程.學生對嵌入式系統(tǒng)基礎的結構、編程技巧等有了感性認識，表現出極大的熱情，知識點記得牢，編程語句在運用中不知不覺運用自如.

2.5 考核方式改革

本課程的考試采取理論考核與實踐考核相結合的辦法，總成績計算方法如下：

總成績=平時成績×15%+實驗×15%+期末考×70%.

每項考核辦法如下：

(1)期末考試，從試卷庫中抽取考試試題，其中一題是上機實驗編程(30分).

(2)平時成績評定包括作業(yè)和出勤兩個方面.給每次作業(yè)評定等級(分A、B、C、D四個等級)，按各次作業(yè)的等級折算成百分制成績后作為平時作業(yè)的成績.

(3)實驗的評分依據有兩個部分：課內實驗檢查和實驗報告.課內檢查主要看學生是否完成本次實驗內容、實驗是否成功，并要求做簡單的答辯.實驗報告也類似作業(yè)評定四個等級.以上兩個部分的成績各占50%構成實驗成績.

3 結束語

為了使學生掌握嵌入式系統(tǒng)基礎的基本原理和編程技術，從培養(yǎng)學生的學習興趣、提高自主學習能力，改革實驗教學、考核方式，引進先進的教學方法與手段等方面著手，進行教學改革的嘗試.教學實踐表明，上述教學改革有效激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生把理論知識應用于實踐的能力，改善了課程的教學效果，促進了教學質量的提高.

參考文獻:

[1]冷劍.計算機基礎教學方法問題淺析[J].科教文匯,2009,36:88.

[2]杜波,王瑾.《單片機應用技術》課程體系改革的研究與思考[J].才智,2009(6):121-122.

[3]劉德山,劉小丹.應用型人才培養(yǎng)中的分層次教學[J].計算機教育,2012(1):14-17.

[4]李雪峰.教學工廠理念在單片機項目教學中的應用[J].電子世界,2013(1):159-161.