陳德富， 何通能, 張洪偉

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院， 浙江 杭州 310023

2. 中國人民解放軍 94563 部隊 自動化站， 山東 威海 264411)

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學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)

陳德富1， 何通能1, 張洪偉2

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院， 浙江 杭州 310023

2. 中國人民解放軍 94563 部隊 自動化站， 山東 威海 264411)

摘要：本文對研究生嵌入式系統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行了研究并提出了學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的新型教學(xué)方案。該方案設(shè)計的課程內(nèi)容涵蓋各種主流的嵌入式平臺，學(xué)生依據(jù)自己的研究方向選擇最合適的平臺學(xué)習(xí)，多名教師聯(lián)合授課，各自負(fù)責(zé)一個或幾個嵌入式平臺的教學(xué)。文中給出了方案設(shè)計的示意圖并指出了方案實(shí)施中需要注意的三個主要問題。該方案的實(shí)施不僅能夠提高研究生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的效率，而且促進(jìn)了學(xué)術(shù)科研的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；學(xué)術(shù)興趣；多平臺

Keyword: embedded system; academic interest; multi-platform

0引言

隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正在成為各個行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用的重要平臺，也逐步成為研究生進(jìn)行科學(xué)研究的重要實(shí)驗(yàn)載體。在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，教師進(jìn)行集中式教學(xué)，學(xué)生接受的知識點(diǎn)和經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都相同。然而由于每位學(xué)生的學(xué)術(shù)方向及研究興趣不盡相同，該方法的教學(xué)成果并不明顯，甚至有時候會削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因而需要一種以學(xué)術(shù)興趣為驅(qū)動的教學(xué)方法。該方法的要點(diǎn)是：課程講授內(nèi)容涉及范圍較廣，實(shí)驗(yàn)平臺及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多樣，以促進(jìn)學(xué)生根據(jù)自己的興趣及研究方向來選擇嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)方向及相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過這樣的課程的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更快速、更深入地開展學(xué)術(shù)研究，取得自己的成果。

1傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的問題

鑒于嵌入式系統(tǒng)的重要性，我院為全體研究生開設(shè)了公選課“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”。在該課程的傳統(tǒng)教學(xué)中，選擇32位ARM處理器作為唯一的平臺[1，2]。教師講授ARM的相關(guān)知識并在對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺上完成各種通用的實(shí)驗(yàn)。該教學(xué)方法通過大面積授課及實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)效率，降低教師的課程負(fù)擔(dān)。但是還存在如下的缺點(diǎn)：

(1)教學(xué)目的性不強(qiáng)。課程授課的目標(biāo)是通過ARM處理器相關(guān)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握該處理器工作的基本原理，掌握常用的嵌入式處理器應(yīng)用開發(fā)的一般方法。但是根據(jù)教學(xué)結(jié)果來看，由于知識陳舊，教學(xué)目的性不強(qiáng)，存在部分學(xué)生直到課程結(jié)束時尚不明白為何要學(xué)習(xí)該處理器，為何要做課程安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

(2)學(xué)生的接受效率較低。由于學(xué)生對課程的教學(xué)目的不甚了解，不了解在后續(xù)的科研工作中如何應(yīng)用課程講授的知識，因而對課程的學(xué)習(xí)興趣不高，存在著為考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。同時由于該課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容量比較大，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，因而降低了課程的學(xué)習(xí)效率。

(3)和學(xué)科前沿知識融合度較低。課程以講授基于ARM嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)為主，對于當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及基于Android系統(tǒng)的高性能嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)知識都沒有涉及。其內(nèi)容和學(xué)科前沿知識融合度較低。

針對上述問題，結(jié)合筆者多年的嵌入式控制系統(tǒng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文提出基于學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法的探討。

2學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動教學(xué)的思路

目前，在高校教學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)有了一些對嵌入式系統(tǒng)傳統(tǒng)課程的探索性改革[3]。其中比較突出的有“競爭驅(qū)動”和“項目驅(qū)動”兩種手段[4，5]。這兩種手段分別以不同層級的大學(xué)生電子設(shè)計競爭、課外設(shè)計競爭以及參與教師的科研項目為載體，教學(xué)過程和內(nèi)容結(jié)合這些載體展開。這兩種方法能夠有效的提升學(xué)生特別是本、?？粕膶W(xué)習(xí)積極性，但是該方法并不能很好地適用于研究生教學(xué)。這是因?yàn)椋?/p>

(1)一般選定某一種平臺的嵌入式系統(tǒng)展開教學(xué)并針對部分學(xué)生展開競賽培訓(xùn)。由于教師個人精力限制，除了選定的平臺，其他類型的嵌入式系統(tǒng)一般不會涉及，而這個選定的平臺不一定適合研究生的研究方向。

(2)教師個人的科研項目與研究生的研究方向也不一定吻合。方向差距頗大的項目不僅不能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至可能會適得其反。

本文提出的以學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣為驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法其要點(diǎn)是：在授課內(nèi)容上，以闡述嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計的基本原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)通過講授各種嵌入式系統(tǒng)方案的基本組成、使用領(lǐng)域及各自優(yōu)缺點(diǎn)，使研究生了解和熟悉多種平臺，增加其選擇機(jī)會。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，按照學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣組成多個實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊，按照選擇的實(shí)驗(yàn)平臺(如，ARM組、DSP組、FPGA組、無線通信組和物聯(lián)網(wǎng)組等)學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)術(shù)研究興趣，選擇相應(yīng)的(一個或多個)實(shí)驗(yàn)平臺；每個實(shí)驗(yàn)平臺配備具有相應(yīng)知識背景的授課教師；教師對所負(fù)責(zé)的平臺理論授課、實(shí)驗(yàn)授課和考核負(fù)責(zé)。本文提出的研究生嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方案如圖1所示。

圖1　教學(xué)方案示意圖

3學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動教學(xué)中注意的問題

在上述研究內(nèi)容中，相對于傳統(tǒng)的單平臺嵌入式系統(tǒng)教學(xué)需要著重解決如下三個關(guān)鍵問題：

(1)教學(xué)方案的實(shí)施。由于學(xué)術(shù)驅(qū)動的教學(xué)中，理論教學(xué)著重闡述嵌入式系統(tǒng)的基本原理以及各個嵌入式平臺的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生選擇最適合自己需要的學(xué)習(xí)平臺。鑒于學(xué)生對各種處理器平臺使用重點(diǎn)不一樣，譬如有學(xué)生關(guān)注某處理器的運(yùn)算性能，有學(xué)生關(guān)注某處理器的串行總線控制器，有學(xué)生關(guān)注某處理器圖像編解碼等，因而我們對于多個具體的嵌入式平臺應(yīng)依照廣而淺的原則做全面講授，將各個嵌入式平臺更高層次的理解和應(yīng)用留給學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及自身的科研興趣進(jìn)行自學(xué)。

(2)資源的高效整合。在教學(xué)過程中，教師資源需要能夠充分滿足研究生各種不同的學(xué)術(shù)興趣。因此本教改項目的實(shí)踐需要多位教師的協(xié)同工作。換句話說，為了保證教學(xué)改革的順利開展，除了拓寬任課教師的知識面之外，還需要統(tǒng)籌安排不同科研方向的多位教師的教學(xué)資源。

(陳德富等文)本方案需要配套多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，需要相應(yīng)的下載器、調(diào)試器等教學(xué)設(shè)備。但是由于這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般分屬不同的實(shí)驗(yàn)室，因而需要統(tǒng)籌調(diào)度這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備才能保證教學(xué)實(shí)驗(yàn)有條不紊地開展。

(3)課程評價體系的建立。由于在課程教學(xué)中各位研究生采用的實(shí)驗(yàn)平臺不同，從而導(dǎo)致其學(xué)習(xí)內(nèi)容也不盡相同。因而傳統(tǒng)的以課程考試為主要手段的評價體系并不能適應(yīng)本方案。而教學(xué)成效的科學(xué)評價是完善項目內(nèi)容的一個基本支撐。因而如何客觀、科學(xué)的評價課程的教學(xué)成效也將是另一個關(guān)鍵問題。

4結(jié)語

本文提出一種基于學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的研究生嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方案。該方案依據(jù)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣，組織多位教師展開多平臺的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)。通過該方案的實(shí)施，能夠有效整合學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和現(xiàn)有的教學(xué)資源，提升嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)效率。進(jìn)一步的，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中帶著明確的科研問題，因而課程的學(xué)習(xí)又能促進(jìn)科研的進(jìn)展。

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效果方面都發(fā)揮了很好的作用。但與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，其運(yùn)作難度較大，尤其是組織多名教師聯(lián)合教學(xué)，對教案設(shè)計、教學(xué)資源整合和評價體系建立等環(huán)節(jié)要求較高。但是作為一種能增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式，值得進(jìn)行進(jìn)一步的嘗試和研究。

參考文獻(xiàn):

[1]江維，桑楠. 面向高等教育的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J]. 北京：計算機(jī)教育, 2011, (16): 33-35.

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

[3]徐敏, 林瑞金, 關(guān)健生. 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009, 31(3):14-15.

[4]殷建軍, 張明武, 萬軍洲. 競教結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革[J]. 北京: 計算機(jī)教育，2011, (6):1-4.

[5]冀常鵬, 馬飛, 徐維. 項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J]. 南京: 電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2011, 33(6): 26-27+45.

Researching of Embedded System Teaching for Graduates Based on Academic Interest

CHEN De-fu, HE Tong-neng， ZHANG Hong-wei

(CollegeofInformationEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,China)

Abstract:By analyzing the teaching methods, a kind of embedded system teaching method for graduates based on academic interest is proposed. This method requires several embedded platforms. Students select a proper platform based on their academic interests. Accordingly, several teachers must be allocated in this method as well, who response for their own platform. Principle of this method and three major problems may meet is also given in this paper. By applying this method, graduates are hoped to improve their academic researching.

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0686(2016)01-0093-03

中圖分類號：G642.0

收稿日期:2015-04-08;修回日期:2015-06- 02

第一作者：陳德富(1981-)，男，博士，講師，主要從事嵌入式系統(tǒng)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)與研究，E-mail：defuchen@zjut.edu.cn