鄭來芳，呂玉良

（太原工業(yè)學(xué)院電子工程系，山西 太原 030008）

1 研究背景

“嵌入式原理與應(yīng)用”是工科院校電子信息工程、測控技術(shù)與儀器、物聯(lián)網(wǎng)工程等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，并且體現(xiàn)了相關(guān)專業(yè)“軟硬件結(jié)合、強(qiáng)電與弱電結(jié)合”的理念。通過對“嵌入式原理與應(yīng)用”的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以熟練掌握嵌入式芯片的性能參數(shù)、運(yùn)行模式及應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，很多本科院校明確了“嵌入式原理與應(yīng)用”的重要性，對該課程進(jìn)行了多次實(shí)踐和改革，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段與方法的有效創(chuàng)新[1-2]。在新工科背景下，研究“嵌入式原理與應(yīng)用”課程的理論與實(shí)踐教學(xué)方法的改革，為該課程創(chuàng)新與實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 “嵌入式原理與應(yīng)用”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“嵌入式原理與應(yīng)用”課程是一門集電子信息、通信、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的應(yīng)用性與實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程。通過這門課程學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)，使學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用的效果[3]。

通過“嵌入式原理與應(yīng)用”課程，學(xué)生可以學(xué)習(xí)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，使學(xué)生能夠適應(yīng)新的工程背景下本科院校和大型企業(yè)的需求。本課程理論內(nèi)容豐富，實(shí)現(xiàn)了與多門課程的有效整合和交叉?！扒度胧皆砼c應(yīng)用”課程交叉融合情況如圖1所示。

從圖1可以看出，“嵌入式原理與應(yīng)用”課程具有很強(qiáng)的應(yīng)用性與實(shí)踐性。目前，本課程的實(shí)際教學(xué)工程化、產(chǎn)業(yè)化程度較低，教學(xué)內(nèi)容沒有將實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合，學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程不能獲得很高的解決工程應(yīng)用問題的能力?！扒度胧皆砼c應(yīng)用”課程教學(xué)現(xiàn)狀如下。

圖1 “嵌入式原理與應(yīng)用”課程交叉融合情況

第一，理論內(nèi)容與實(shí)踐銜接不到位。嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容存在重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象。對課程中的構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)部分的教學(xué)，只是重點(diǎn)介紹Linux系統(tǒng)的構(gòu)建流程、Linux內(nèi)核的編譯等內(nèi)容；對于課程中的嵌入式技術(shù)教學(xué)，沒有充分考慮具有較高實(shí)際應(yīng)用需求的嵌入式系統(tǒng)控制問題，僅重視嵌入式編程指令介紹。傳統(tǒng)的課程教學(xué)，注重教材內(nèi)容知識，通常講解過于抽象，理論教學(xué)內(nèi)容只考慮理論，并沒有把理論內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合，沒有充分介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無法實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容理論與教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐的融合。目前，嵌入式實(shí)驗(yàn)應(yīng)用通常選擇實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生的實(shí)踐內(nèi)容較少，無法實(shí)現(xiàn)ARM芯片的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法提高動(dòng)手實(shí)踐能力，嵌入式課程理論知識過于抽象，導(dǎo)致學(xué)生無法通透地理解。

第二，教學(xué)模式陳舊。目前，雖然采用PPT、多媒體等教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，逐步替代了傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式。但嵌入式原理課程實(shí)踐應(yīng)用性比較強(qiáng)，涉及的知識面比較廣。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能體現(xiàn)新工科背景下所要求的全方位、多角度的教學(xué)特點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師“滿堂灌、填鴨式”教學(xué)為主，課程內(nèi)的理論知識過于抽象化，系統(tǒng)的應(yīng)用僅僅體現(xiàn)在概念中，缺少最新的工程實(shí)踐應(yīng)用視頻數(shù)據(jù)庫和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的案例數(shù)據(jù)庫，課程內(nèi)容多為枯燥乏味，這也是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣比較低的重要原因之一。嵌入式原理課程中包含實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用案例比較少，而且也存在教師工程實(shí)踐教學(xué)能力偏低，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)不能體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果。

第三，校企融合度較差。目前，高校與企業(yè)之間的聯(lián)系很少，學(xué)生的實(shí)踐性不受重視。校企融合程度低，課程層次低，不能滿足“嵌入式原理與應(yīng)用”課程的工程應(yīng)用和實(shí)際需要。

3 新工科背景下理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐

3.1 優(yōu)化教學(xué)手段

在理論教學(xué)中，可以將學(xué)生分成不同的小組，試圖將理論內(nèi)容與實(shí)踐完美結(jié)合，通過設(shè)置問題導(dǎo)向，探索學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維能力，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣。

課程中ARM嵌入式處理器教學(xué)過程中包括處理器相關(guān)內(nèi)容，可將ARM處理器實(shí)物代入課程中，通過多媒體、視頻等教學(xué)手段實(shí)現(xiàn)這部分內(nèi)容的講解；課程中嵌入式教學(xué)部分中，將嵌入式理論知識通過系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用來舉例說明，從而講授嵌入式應(yīng)用背景與原理；課程中程序開發(fā)與硬件調(diào)試部分，采用硬件編程調(diào)試、嵌入式仿真平臺等來呈現(xiàn)。

在講解課程中嵌入的內(nèi)容時(shí)，學(xué)生不能僅通過PPT將其擴(kuò)展到如何獲取指令以及如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為指令。它可以以動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來，縮短學(xué)生理解CPU解釋和指令的時(shí)間。讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上搜索電子元器件，通過課堂講解的方式，提升學(xué)生的實(shí)踐水平，拓展學(xué)生的視野，提高教學(xué)效率。

3.2 改革考核方式

在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，期末考試成績與平時(shí)成績的比例為7∶3，理論課占期末成績的比例很高，因此會(huì)導(dǎo)致學(xué)生特別重視理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而忽視了非常重要實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在新工科背景下，在教學(xué)過程中應(yīng)增加實(shí)踐教學(xué)的比例，尋找理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，將理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)充分結(jié)合。

改革后的考核辦法應(yīng)以實(shí)踐能力為重點(diǎn)導(dǎo)向，對每個(gè)實(shí)踐單元按理論考核∶實(shí)踐操作∶創(chuàng)新能力∶實(shí)踐報(bào)告=3∶5∶1∶1的比例進(jìn)行考核。將課程內(nèi)容中的理論單元知識作為課程最終理論考核部分；將建立基于ARM的嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺、利用Proteus軟件仿真系統(tǒng)硬件電路圖、模擬嵌入式控制系統(tǒng)等作為考核部分；從學(xué)生實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式是否規(guī)范、報(bào)告是否有深度等方面考查學(xué)生實(shí)踐報(bào)告部分?？己顺煽?yōu)閮?yōu)秀的學(xué)生，可推薦該學(xué)生參與大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽等，提高學(xué)生綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生從課程中獲得豐富的理論知識和實(shí)踐水平。

3.3 構(gòu)建校企合作平臺

在新工科背景下，校企合作是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑，是提高學(xué)生實(shí)踐水平的重要途徑。構(gòu)建校企合作平臺教學(xué)方法已成為新工科在創(chuàng)新發(fā)展背景下的重要組成部分，學(xué)校通過企業(yè)為學(xué)生提供就業(yè)和實(shí)習(xí)崗位，企業(yè)可以通過學(xué)校提供大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實(shí)訓(xùn)基地，達(dá)到學(xué)校和企業(yè)共贏的局面。

在新工科背景下，高校十分重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。學(xué)校和企業(yè)合作橫向科研課題，學(xué)校方負(fù)責(zé)提供人才資源，企業(yè)方負(fù)責(zé)提供資金支持。該方式可以將學(xué)生的創(chuàng)新技術(shù)和科研成果通過在企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營中體現(xiàn)，進(jìn)而促進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。校企業(yè)合作平臺如圖2所示。

圖2 校企業(yè)合作平臺

4 結(jié)論

在新工科背景下，“嵌入式原理與應(yīng)用”課程的改革與實(shí)踐，對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，促進(jìn)工程教育的發(fā)展具有重要意義；應(yīng)以學(xué)生為主體，通過教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新等方面，實(shí)現(xiàn)更高的教學(xué)效果；應(yīng)注重校企合作模式，加強(qiáng)校企業(yè)合作平臺建設(shè)，充分考慮高校培養(yǎng)人才的需要，實(shí)現(xiàn)新工程實(shí)踐教學(xué)的高效改革。本課程的理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐也可以應(yīng)用到其他課程的改革與建設(shè)中，具有很高的借鑒作用。