劉玉蘭　孫毅

（哈爾濱石油學(xué)院 信息工程與計(jì)算機(jī)技術(shù)系，黑龍江　哈爾濱　150027）

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的案例式教學(xué)在嵌入式課程上的研究與實(shí)踐

劉玉蘭孫毅

（哈爾濱石油學(xué)院 信息工程與計(jì)算機(jī)技術(shù)系，黑龍江哈爾濱150027）

案例式教學(xué)法在嵌入式課程上的應(yīng)用具有一定的效果，本課題又增加了項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生學(xué)到案例后，就能使其成為項(xiàng)目。增加了學(xué)生對(duì)嵌入式課程的興趣，提高了學(xué)生項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；案例法；嵌入式

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用技術(shù)為中心，涉及了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)。逐步在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等方面得到廣泛的應(yīng)用，也引起了各大院校的重視，紛紛開(kāi)設(shè)嵌入式相關(guān)課程。而各大院校的嵌入式課程由于課時(shí)限制，往往剛剛開(kāi)始入門(mén)，就面臨課程結(jié)束的尷尬局面。嵌入式課程也是一門(mén)綜合性極強(qiáng)的課程。但從各院校嵌入式課程教學(xué)計(jì)劃可以看出，嵌入式試驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法千差萬(wàn)別，并且多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，離工作實(shí)際需要較遠(yuǎn)。如何在有限的院校授課時(shí)間內(nèi)更好的教好這門(mén)課就變得很重要了，目前各種有關(guān)嵌入式課程授課的教學(xué)改革也應(yīng)運(yùn)而生。本課題就是基于這種情況下提出的。

1　目前嵌入式教學(xué)中存在的問(wèn)題

嵌入式課程是一門(mén)實(shí)踐性要求極強(qiáng)的課程。目前，同類(lèi)院校的嵌入式課程教學(xué)中主要存在的是注重理論知識(shí)的講授，但對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力沒(méi)有給予足夠的重視。也造成了以下兩方面的教學(xué)問(wèn)題。

1.1以理論課為主，實(shí)驗(yàn)課極少，甚至不開(kāi)。這樣的教學(xué)方式下，造成的是學(xué)生在有限的理論課時(shí)下，學(xué)到的僅僅是紙上談兵，甚至有的學(xué)生在課程結(jié)束后仍然一片茫然，不知道到底什么是嵌入式，到底自己學(xué)了些什么，可以從事什么樣的嵌入式方面的工作。

1.2隨著大家對(duì)嵌入式課程實(shí)踐課程的重視，同類(lèi)院校中嵌入式課程的各種教學(xué)改革也隨之出現(xiàn)。大部分的嵌入式課程都逐步的增加了實(shí)踐課時(shí)，但多以實(shí)驗(yàn)為主，而且多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)具有相對(duì)的獨(dú)立性，缺少綜合性實(shí)驗(yàn)。雖然增加了實(shí)踐課時(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間，但學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目的還是缺少深入的了解。

1.3我校的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)、電子信息工程專(zhuān)業(yè)、通信工程專(zhuān)業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)均設(shè)置了嵌入式課程，但習(xí)慣上仍然以理論課教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)小，往往是課堂上理解了基本理論，一旦實(shí)踐，卻僅僅局限于單個(gè)局部的實(shí)驗(yàn)，面臨畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，不知道該做些什么。

基于以上問(wèn)題，如何合理的設(shè)置科學(xué)合理的嵌入式課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建更接近與工程項(xiàng)目的教學(xué)體系，將理論課和實(shí)踐課及工程項(xiàng)目無(wú)縫對(duì)接融合起來(lái)，就是本文研究的目的。

2　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

案例式教學(xué)法是以一種案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，教師根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的需要，通過(guò)設(shè)置具體教學(xué)案例，指導(dǎo)學(xué)生一起分析、討論、實(shí)踐等，讓學(xué)生在具體的問(wèn)題場(chǎng)景中主動(dòng)思考、積極探索，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，提高教與學(xué)的效果。

國(guó)外嵌入式人才在本科層面的培養(yǎng)主要是通過(guò)具體的項(xiàng)目的實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且取得了很好的效果。而在我國(guó)則更關(guān)注基礎(chǔ)理論教育，我院同樣具有這樣的特點(diǎn)。我院的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)，電子、通信、物聯(lián)網(wǎng)工程均設(shè)置了嵌入式方向課程，在教學(xué)上，主要有課堂理論教學(xué)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)這兩種方式。

隨著社會(huì)對(duì)嵌入式人才需求的提高，也暴漏出我們培養(yǎng)出的嵌入式課程與實(shí)踐脫節(jié)的弊端。嵌入式人才培養(yǎng)的迫切以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的嵌入式課程教學(xué)方法已不能滿(mǎn)足用人單位的需求。國(guó)內(nèi)很多同類(lèi)院校也隨之進(jìn)行了嵌入式教學(xué)改革。

3　項(xiàng)目實(shí)施

嵌入式課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式案例教學(xué)方法的主要研究?jī)?nèi)容是建立以項(xiàng)目為引導(dǎo)、以需求學(xué)理論、以實(shí)踐為主導(dǎo)的嵌入式教學(xué)方法及其相關(guān)的保障制度。我院是一所應(yīng)用型本科院校，辦學(xué)理念就是更注重實(shí)踐應(yīng)用，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)實(shí)踐行業(yè)的適應(yīng)能力。

改革中的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化嵌入式課程教學(xué)方法首先仍然將嵌入式基礎(chǔ)課比如嵌入式系統(tǒng)原理仍然作為一門(mén)課程來(lái)進(jìn)行課堂教學(xué)，但在課堂教學(xué)中就將項(xiàng)目案例穿插其中，同時(shí)實(shí)驗(yàn)課結(jié)合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目選擇具有代表性的案例模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，。有針對(duì)性的將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目案例結(jié)合起來(lái)，在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中則通過(guò)對(duì)已完成的案例進(jìn)行有效結(jié)合，整合成一個(gè)難度適中的項(xiàng)目。整個(gè)嵌入式課程的教學(xué)貫穿了項(xiàng)目的分解、項(xiàng)目案例的模塊化以及最終項(xiàng)目的整合，從而提升學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目的整體與局部的掌握。

3.1項(xiàng)目實(shí)施思想

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)那樣每個(gè)單元是完全獨(dú)立的，而項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式案例教學(xué)方法則首先需要考慮整個(gè)項(xiàng)目，甚至需要教師根據(jù)所學(xué)知識(shí)確定有個(gè)盡可能多增加學(xué)生應(yīng)用的項(xiàng)目，并確定合適的案例。教師不僅是以教的身份來(lái)講授重點(diǎn)、難點(diǎn)，還需要以指導(dǎo)者的身份啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，再對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步指導(dǎo)與完善。

整個(gè)課題的主旨是以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)小組協(xié)同合作學(xué)習(xí)和提前預(yù)習(xí)，進(jìn)一步研究。注重培養(yǎng)學(xué)生在嵌入式方面專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力的掌握、團(tuán)隊(duì)合作精神、對(duì)項(xiàng)目工程的分析及設(shè)計(jì)能力。全面培養(yǎng)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)技術(shù)、個(gè)人素質(zhì)、人際交往等各方面的能力。以此使學(xué)生本科畢業(yè)后就具有實(shí)踐操作、系統(tǒng)維護(hù)的基本能力，增加從畢業(yè)到工作的無(wú)縫對(duì)接。

3.2工程項(xiàng)目和案例的確定

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式案例教學(xué)方法首先需要考慮整個(gè)項(xiàng)目，甚至需要教師根據(jù)所學(xué)知識(shí)確定有個(gè)盡可能多增加學(xué)生應(yīng)用的項(xiàng)目，并確定合適的案例。在這個(gè)課題中，教師不僅是以教的身份來(lái)講授重點(diǎn)、難點(diǎn)，還需要以指導(dǎo)者的身份啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，再對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步指導(dǎo)與完善。項(xiàng)目盡量貼進(jìn)生活，貼進(jìn)社會(huì)需要，從而提高學(xué)生的積極性，比如本課題研究中，采用了電子稱(chēng)、智能家居和智能超限車(chē)三個(gè)項(xiàng)目作為實(shí)踐項(xiàng)目，分為幾次實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)來(lái)完成。

其次是將項(xiàng)目的各個(gè)部分整理成單個(gè)的案例，盡量使分解后的案例具有可修改性，通用性，不局限一個(gè)項(xiàng)目。比如電子稱(chēng)項(xiàng)目被分解成了LED模塊、壓力傳感器模塊、CPU主控模塊、顯示模塊等。智能超限車(chē)也被分解為L(zhǎng)ED模塊、壓力傳感器模塊、CPU主控模塊、顯示模塊、電機(jī)模塊、溫度傳感器模塊和UART模塊等。

3.3課程配置

3.3.1基礎(chǔ)理論先行

嵌入式專(zhuān)業(yè)課程需要一定的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課支持，在大一開(kāi)始授課之前就和教授基礎(chǔ)課教師進(jìn)行溝通，提前把嵌入式課程相關(guān)的基礎(chǔ)課重點(diǎn)章節(jié)進(jìn)行標(biāo)注，以便專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課任課教師科研為嵌入式課程的講授提供必需的部分基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。從而減少嵌入式課程講授中無(wú)謂的補(bǔ)充其他基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，從而浪費(fèi)有限的授課時(shí)間。

3.3.2理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)

嵌入式的理論課教學(xué)時(shí)不容忽視的，在理論課程開(kāi)展之前，將該課程的應(yīng)用場(chǎng)所、畢業(yè)后的工作方向?qū)W(xué)生進(jìn)行宣講，提出相應(yīng)的項(xiàng)目及該項(xiàng)目需要嵌入式課程哪一部分內(nèi)容，相關(guān)模塊需要如何組合。提供學(xué)生對(duì)嵌入式課程的興趣，使學(xué)生能夠了解項(xiàng)目需要的嵌入式方面知識(shí)，從而能分解一個(gè)工程項(xiàng)目到具體案例模塊。

嵌入式課程的理論課教學(xué)不脫離實(shí)驗(yàn)，與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行互補(bǔ)式互動(dòng)。課堂講授即以小項(xiàng)目式教學(xué)進(jìn)行。比如GPIO端口的控制，根據(jù)工程項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)出必要的小模塊。例如GPIO的LED模塊和按鍵模塊，則修改成通過(guò)光電開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)的的直流電機(jī)控制的自動(dòng)門(mén)、通過(guò)課堂演示，讓學(xué)生真實(shí)體會(huì)GPIO的操作在實(shí)際中的應(yīng)用；UART模塊則結(jié)合串口數(shù)據(jù)傳輸與上位機(jī)顯示進(jìn)行等，這些模塊通過(guò)理論課堂演示、實(shí)驗(yàn)課堂驗(yàn)證、修改來(lái)進(jìn)一步熟練各個(gè)模塊的編程與設(shè)計(jì)。

3.3.3實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)檢驗(yàn)成果

理論課與實(shí)驗(yàn)課畢竟有限，還不能形成整體項(xiàng)目。因此在嵌入式課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，緊接著進(jìn)行至少兩個(gè)星期的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。利用之前實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)的模塊，原樣使用，或者適當(dāng)修改，整合成一個(gè)具體的項(xiàng)目。比如2015年度秋季學(xué)期我們進(jìn)行了嵌入式的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，就是做了一個(gè)智能超限車(chē)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。包含了之前用過(guò)的LED模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、溫度傳感器模塊、UART模塊以及新增了一個(gè)壓力傳感器模塊。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目的研究和實(shí)施，形成了以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的案例式嵌入式教學(xué)方法。培養(yǎng)了信息工程與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系的學(xué)生在嵌入式課程方面的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力、項(xiàng)目工程的分析及設(shè)計(jì)能力，同時(shí)增加了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及個(gè)人對(duì)嵌入式課程的關(guān)注與自我提升。在此課題的促進(jìn)下，有數(shù)個(gè)學(xué)生通過(guò)這種學(xué)習(xí)方式，自己衍生出了項(xiàng)目比如智能停車(chē)管理控制系統(tǒng)等。研究的成果成體系具有普遍應(yīng)用性，可應(yīng)用于相近專(zhuān)業(yè)。

［1］王耀琦，王小鵬，王履程.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究.時(shí)代教育，2013，19.

［2］楊立林.應(yīng)用型地方本科嵌入式系統(tǒng)教學(xué)探索.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2011，6.

［3］王益涵，史志才，夏永祥.面向計(jì)算機(jī)本科專(zhuān)業(yè)的嵌入式方向教學(xué)體系的研究.福建電腦，2015，4.

劉玉蘭，女，講師，研究方向：嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)工程。

孫毅，女，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

TP368.1-4；G642.4

A

1003-5168（2015）-12-0292-2