朱銘琳

摘要：嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代得到了廣泛應(yīng)用，使得嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)顯得越來越重要。為了進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，分析了嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，針對目前教學(xué)中存在的問題，在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了一系列探索和研究，提出了相應(yīng)的改革措施。實(shí)踐證明，這些改革有效提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，有助于培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)方法；教學(xué)改革；實(shí)踐

中圖分類號：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-63-03

0.引言

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)，是軟件和硬件的綜合體。近年來，嵌入式產(chǎn)品市場獲得了蓬勃發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲入到工業(yè)生產(chǎn)、軍事國防、日常生活各個方面，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，社會對嵌入式相關(guān)技術(shù)人才有迫切需求，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。

從2011年開始，運(yùn)城學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系面向本科生開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”專業(yè)選修課程。課題組多次獲得多個省級、院級教改項目的支持，對嵌入式系統(tǒng)系列課程進(jìn)行了一系列具體深入的教學(xué)改革，獲得了一些有益經(jīng)驗(yàn)。

1.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程特點(diǎn)

1.1內(nèi)容廣泛

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)作為一門綜合交叉性技術(shù)，涉及計算機(jī)、電子技術(shù)、通信等多門學(xué)科。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)內(nèi)容較多，硬件包括ARM處理器體系結(jié)構(gòu)、硬件電路、接口技術(shù)、硬件開發(fā)平臺；軟件包括指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、c編程、嵌入式操作系統(tǒng)及開發(fā)。在課程體系的組織上，要求學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)、支持ARM處理器的硬件開發(fā)平臺的組成及使用方法；掌握嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)與調(diào)試過程；能夠構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行嵌入式Linux系統(tǒng)的編譯、移植；使學(xué)生具備獨(dú)立開發(fā)一個較為完整的嵌入式系統(tǒng)的初步能力。

1.2實(shí)踐性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)面向控制應(yīng)用領(lǐng)域，課程實(shí)踐性很強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在課程中處于非常重要的地位，通過實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手能力；使學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計流程，進(jìn)而全面掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試方法。

2.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)改革思路

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革突出軟件的基礎(chǔ)上保證軟硬件學(xué)習(xí)相結(jié)合

由于嵌7、式系統(tǒng)課程的教學(xué)知識點(diǎn)比較多，涉及的軟硬件資源也比較多。在教材的選擇上，盡量選擇理論知識體系系統(tǒng)、連續(xù)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容直觀新穎，能夠密切聯(lián)系實(shí)際的教材。我系采用的教材是周立功主編的《Arm嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》和華清遠(yuǎn)見教育集團(tuán)編寫的《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計》。結(jié)合當(dāng)前嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為適應(yīng)市場對嵌入式人才的需求，選擇將ARM硬件平臺、嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為教學(xué)內(nèi)容的兩大方面，以Realview MDK為主要開發(fā)環(huán)境進(jìn)行講解。教師在教學(xué)過程中，將嵌入式科研項目中的一些簡單實(shí)用的知識融入教學(xué)中，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富。

2.2計算機(jī)專業(yè)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程是一門系統(tǒng)性強(qiáng)、軟硬件結(jié)合的綜合性課程，分為硬件開發(fā)方向和軟件開發(fā)方向。兩方向均要求學(xué)生具備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)的基本能力。而我們計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生軟件編程是特長，因此更偏向于嵌入式軟件開發(fā)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Linux操作系統(tǒng)等相關(guān)知識，側(cè)重于編程應(yīng)用。

2.3聯(lián)合采用多種教學(xué)方式，提高課堂教學(xué)效果

（1）課堂上采用講授法與討論法相結(jié)合的方式

在教學(xué)中，充分發(fā)揮教與學(xué)的積極性。教師提出問題，通過啟發(fā)引導(dǎo)，由學(xué)生分組討論、對問題的理解、看法，尋找解決問題的方法與途徑。這種開放式、探索式教學(xué)方法不僅調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以鍛煉學(xué)生思維，提高分析解決問題的能力。不僅有利于啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神。

（2）項目驅(qū)動式教學(xué)方法

運(yùn)城學(xué)院是應(yīng)用型本科院校，教學(xué)中充分考慮了以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。講授重點(diǎn)章節(jié)內(nèi)容時，以項目為驅(qū)動，學(xué)生在逐步完成項目的同時，掌握相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，項目驅(qū)動法使教學(xué)與實(shí)際緊密結(jié)合，有益于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。各任課教師積極鼓勵、指導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)方向的大學(xué)生創(chuàng)新項目及各類競賽培訓(xùn)活動，對教學(xué)改革起到了很好的推進(jìn)作用。

（3）應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，搭建自i學(xué)習(xí)平臺

當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲入到日常工作、生活的各個方面，充分利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境組織教學(xué)，可以更加方便靈活地進(jìn)行有針對性的教學(xué)活動。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比較，網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)具有自主性、交互性、針對性特點(diǎn)。建立課程網(wǎng)站、構(gòu)建師生交流平臺，將答疑、質(zhì)疑、討論等經(jīng)典的教學(xué)環(huán)節(jié)融入網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生利于網(wǎng)絡(luò)平臺向老師提問、質(zhì)疑，教師可以科學(xué)方便地對學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑解惑。同時還可以建立討論區(qū)，方便師生進(jìn)行專業(yè)問題探討。充分利用網(wǎng)上教學(xué)資源，將教與學(xué)的過程延伸到課堂外，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且使課堂教學(xué)得到了深化、擴(kuò)展。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，加強(qiáng)學(xué)生動手能力，全面掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計、調(diào)試技術(shù)。

3.1嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐課教學(xué)環(huán)節(jié)

目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)踐課教學(xué)環(huán)節(jié)包括：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科研立項等幾部分。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課授課內(nèi)容緊密結(jié)合，是基礎(chǔ)知識的最基本應(yīng)用，是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分。綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的深化，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計。嵌入式課程設(shè)計是對所學(xué)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用，通過該實(shí)踐環(huán)節(jié)使學(xué)生全面掌握嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計方法。大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是學(xué)生由自發(fā)成立的團(tuán)隊在教師指導(dǎo)下利用課余時間進(jìn)行的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生積累了項目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了自身創(chuàng)新能力，為進(jìn)一步進(jìn)行嵌入式項目研發(fā)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)?？蒲辛㈨検墙Y(jié)合嵌入式系統(tǒng)前沿科技應(yīng)用而設(shè)立的適合實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用項目，能夠開闊學(xué)生的視野，拓展學(xué)生的思維，對教學(xué)起到了很好的輔助作用。

3.2實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容安排

實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容由一個簡單的端口控制LED顯示的例程開始，完成新建工程、編寫程序、下載程序調(diào)試、觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)過程。通過這個簡單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生初步掌握uVision3 IDE for ARM開發(fā)環(huán)境及ARM軟件模擬器的使用方法、以及程序下載的一般步驟。以后逐步增加實(shí)驗(yàn)難度，目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項目包括中斷實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)過程中，注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動手實(shí)驗(yàn)的興趣。積極鼓勵學(xué)生采用多種不同的軟件算法完成同一個實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的編程能力，開闊學(xué)生思路。

3.3充分重視設(shè)計性實(shí)驗(yàn)

對實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計進(jìn)行改革，從以往的“驗(yàn)證性為主”逐步變?yōu)椤膀?yàn)證性為輔，自己動手創(chuàng)新為主”的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計模式。

例如“矩陣LED字符顯示控制”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)要求理解點(diǎn)陣原理，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的程序。這些往往學(xué)生都可以順利完成。這種驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ經(jīng)]有更好地發(fā)揮出學(xué)生的創(chuàng)造性?？蓪⒋藢?shí)驗(yàn)定位成設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在LED屏上顯示多種漢字、字符、圖形、并配有動態(tài)顯示效果。實(shí)驗(yàn)以小組為單位進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)完成后各小組展示自己的實(shí)驗(yàn)成果，最后由實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評分。這就要求學(xué)生在讀懂源程序的基礎(chǔ)上，自己修改源程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，順利完成了英文字符、漢字的單個顯示、并且設(shè)計出了豐富多彩的圖案，如卡通動物、人物表情、花草樹木等，并且實(shí)現(xiàn)了漢字、圖形動態(tài)顯示（左右滾動、上下滾動、閃爍），實(shí)驗(yàn)效果良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過分組展示的競爭激勵機(jī)制，調(diào)動了學(xué)生的積極性，充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.結(jié)束語

幾年來的嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐證明，通過上述一系列課程教學(xué)改革，有效地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性，提高了學(xué)生分析解決問題和獨(dú)立思考的能力，取得了良好的教學(xué)效果。實(shí)踐教學(xué)為學(xué)生進(jìn)行嵌入式項目的開發(fā)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生進(jìn)一步從事嵌入式相關(guān)工作打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，社會對嵌入式人才提出了越來越高的要求，嵌入式開發(fā)課程必然會面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，嵌入式開發(fā)課程改革任重道遠(yuǎn)。