楊立志

摘 要：嵌入式專業(yè)同其它專業(yè)相比，具有鮮明的特點(diǎn)。一是綜合性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件設(shè)計(jì)的完美結(jié)合，涉及電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)知識(shí)，對(duì)學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有著較高要求。二是實(shí)踐性強(qiáng)，必須通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)來提升學(xué)生嵌入式系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)時(shí)只有強(qiáng)化實(shí)踐、緊密結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)過程所需要掌握的技術(shù)，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，該文結(jié)合在高職嵌入式專業(yè)采用機(jī)器人設(shè)計(jì)作為教學(xué)項(xiàng)目取得的實(shí)際效果，對(duì)如何開展“體驗(yàn)式教學(xué)”方法進(jìn)行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式專業(yè) 機(jī)器人 體驗(yàn)式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0209-02

Abstract：Compared with other majors，embedded system has distinct characteristics.First is comprehensive.Embedded system is the perfect combination of software and hardware design，involving the electronic，computer，automatic control，and many other professional knowledge，the comprehensive ability of the students to cultivate a higher requirement.Two is practical， we must through a lot of experiments and practice to enhance students professional knowledge and practical design ability，learning only to strengthen practice，closely combined with the product development process need to master the technology，to cultivate innovative talents with high quality，this paper combines embedded specialty in Higher Vocational Education with robot design as the actual effect of teaching project， how to carry out the “experiential teaching” method is discussed and analyzed.

Key Words：Embedded specialty；Robot；Experiential teaching

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，各類嵌入式產(chǎn)品逐步進(jìn)入人們的生產(chǎn)生活，伴隨著應(yīng)用和需求的快速增長。社會(huì)對(duì)各類嵌入式人才尤其是應(yīng)用型人才的需求也不斷增大，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年嵌入式人才的缺口達(dá)到13萬之多[1]。當(dāng)前，很多高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)都競(jìng)相開設(shè)嵌入式專業(yè)相關(guān)課程，高職院校作為應(yīng)用型嵌入式人才培養(yǎng)的重要機(jī)構(gòu)，開展相關(guān)人才的教育培養(yǎng)工作對(duì)滿足社會(huì)嵌入式人才的需求具有重要的意義。

1 以機(jī)器人為平臺(tái)的教學(xué)過程的重要特點(diǎn)

嵌入式專業(yè)知識(shí)內(nèi)容涉及到聲學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、電子、電氣、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，屬于交叉密集型學(xué)科，知識(shí)點(diǎn)不僅分散、多樣，而且抽象、模糊，這給學(xué)生學(xué)習(xí)和理解帶來了很大障礙，許多學(xué)生因?yàn)閷W(xué)習(xí)過程中無法理解諸如寄存器配置、中斷機(jī)制、傳輸協(xié)議等這些基礎(chǔ)的嵌入式專業(yè)的“游戲規(guī)則”導(dǎo)致中途喪失學(xué)習(xí)興趣，有的學(xué)生干脆棄而不學(xué)。

機(jī)器人是嵌入式技術(shù)的最高集成，不論是機(jī)器人控制軟件、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還是硬件電路設(shè)計(jì)甚至各種配套機(jī)構(gòu)的安裝、調(diào)試，都能夠充分體現(xiàn)嵌入式技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果和學(xué)習(xí)這些知識(shí)、技能的必要性、實(shí)用性。

借助機(jī)器人作為教學(xué)平臺(tái)，有以下3個(gè)方面的重要作用。

（1）能夠把嵌入式專業(yè)知識(shí)整合成為一個(gè)有機(jī)的整體，通過合理有效的教學(xué)設(shè)計(jì)，有順序有側(cè)重的把知識(shí)和技能貫穿到教學(xué)過程中去。

（2）機(jī)器人本身潛在的應(yīng)用前景以及開發(fā)過程的可操作性、挑戰(zhàn)性能夠吸引學(xué)生的眼球，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、開發(fā)機(jī)器人的過程，就是他們學(xué)習(xí)知識(shí)應(yīng)用知識(shí)的過程，嵌入式專業(yè)知識(shí)是什么，能用來做什么，如何應(yīng)用完全由學(xué)生在開發(fā)和設(shè)計(jì)機(jī)器人的過程中自己來體驗(yàn)、感悟、分享。

（3）便于形成相對(duì)獨(dú)立的學(xué)習(xí)小組，以團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的形式開展教學(xué)，這有利于促進(jìn)學(xué)生相互之間溝通交流、互幫互助，發(fā)揮群體效應(yīng)，從而提高學(xué)習(xí)效率和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2 圍繞機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)方案的設(shè)計(jì)始終圍繞讓學(xué)生在知識(shí)的接受和應(yīng)用過程中具有充分的體驗(yàn)感、沉浸感，這一總體目標(biāo)而展開。為了達(dá)成這一目標(biāo)，選擇小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人的設(shè)計(jì)作為嵌入式相關(guān)課程的總體教學(xué)任務(wù)，該機(jī)器人的應(yīng)用需求來源于一家智能監(jiān)控公司，經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化后分解為如圖1所示的3個(gè)模塊。

圖1中所示的整體結(jié)構(gòu)圖中，環(huán)境監(jiān)測(cè)單元及驅(qū)動(dòng)控制單元分別由兩片8 051系列單片機(jī)完成。綜合運(yùn)算單元由6 410系列arm開發(fā)板為核心部件，監(jiān)控單元由博創(chuàng)up-cup210開發(fā)板構(gòu)成。環(huán)境監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)器人行走過程中路徑、障礙、方位等信息，在該設(shè)計(jì)中稱為S-51，外接超聲波測(cè)距、電子羅盤等傳感器，獲取到的環(huán)境信息經(jīng)8 051串口送入綜合運(yùn)算單元。驅(qū)動(dòng)控制單元主要依據(jù)綜合運(yùn)算單元送來的決策數(shù)據(jù)完成對(duì)機(jī)器人行走電機(jī)，攝像頭旋轉(zhuǎn)舵機(jī)，充電起落架等動(dòng)力單元的控制和調(diào)節(jié)，在該設(shè)計(jì)中稱為C-51。

根據(jù)以上總體功能模塊，設(shè)計(jì)了16個(gè)教學(xué)單元，67個(gè)教學(xué)任務(wù)，涵蓋了嵌入式專業(yè)電子線路分析，ARM系統(tǒng)開發(fā)，linux環(huán)境下C語言設(shè)計(jì)，linux圖形界面設(shè)計(jì)（Qt語言），微機(jī)接口技術(shù)等學(xué)科知識(shí)。部分教學(xué)單元模塊如表1、表2所示。

在教學(xué)開展過程中，為保證教學(xué)效果，實(shí)行項(xiàng)目小組制。將班級(jí)中學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)能力前列的幾位同學(xué)定為項(xiàng)目組長，將其余同學(xué)按個(gè)人能力均勻的分布在各小組中。并從項(xiàng)目組長中選擇一位總負(fù)責(zé)人，項(xiàng)目組長負(fù)責(zé)組內(nèi)成員的任務(wù)布置與驗(yàn)收，課外的輔導(dǎo)工作，組內(nèi)成員的考評(píng)和打分，總負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)安排各組長的工作，布置分配任課老師提前布置的任務(wù)準(zhǔn)備工作，與任課老師交流反饋，促進(jìn)所有同學(xué)的共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。

3 結(jié)語

通過在11級(jí)、12級(jí)、13級(jí)學(xué)生中采用“體驗(yàn)式”方式開展教學(xué)，實(shí)踐表明大部分的同學(xué)對(duì)模塊化授課方式普遍較感興趣，尤其對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)興趣度較高，參與比較活躍。很大一部分同學(xué)的動(dòng)手能力得到提升，對(duì)理論知識(shí)也有了更深地理解。

結(jié)合體驗(yàn)式教學(xué)思路，學(xué)院專門成立了機(jī)器人研發(fā)工作室，吸收部分表現(xiàn)突出，學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)作為工作室的主體成員，給他們提供良好的實(shí)驗(yàn)條件和創(chuàng)作空間，同時(shí)也允許這部分同學(xué)招收其它對(duì)機(jī)器人開發(fā)興趣濃厚的同學(xué)作為助手，聯(lián)合進(jìn)行開發(fā)和創(chuàng)作。

通過實(shí)施“體驗(yàn)式”教學(xué)方法，并以大學(xué)生機(jī)器人大賽為抓手，以機(jī)器人工作室為依托。

在嵌入式專業(yè)教學(xué)工作中取得了一定的實(shí)際效果：

自主研發(fā)的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，2014年獲得了無錫市政府舉辦的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)特等獎(jiǎng)，同年獲得了全國優(yōu)秀獎(jiǎng)。

2014年6月，參加‘第十屆博創(chuàng)-恩智浦杯全國大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽”華東地區(qū)選拔賽，獲得華東地區(qū)一等獎(jiǎng)，并在7月份獲得全國特等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐國慶.職業(yè)教育項(xiàng)目課程的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].職教探索研究，2007（4）：9-11，24.

[2] 潘永惠，陳偉軍，包芳.基于項(xiàng)目教學(xué)的軟件技術(shù)課程建設(shè)探索[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2008，35（4）：340-342.

[3] 劉文芝，劉昭斌，鄭洪靜.基于能力本位的高職嵌入式系統(tǒng)專業(yè)建設(shè)[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010（8）：8-10.

[4] 顧瑤韻.美國高校學(xué)生評(píng)教的實(shí)踐與理論研究述評(píng)[J].高教發(fā)展與評(píng)估，2008，24（6）：13-18.

[5] 陳平，袁冬樵.高職院校嵌入式實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境分析與建設(shè)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（12）：2878-2879.