嵌入式系统课程教学存在的问题及对策

2012-12-12胡海芝郭慧玲

周口师范学院学报 2012年2期

胡海芝,郭慧玲

(周口师范学院计算机科学与技术学院,河南周口466001)

随着人们对智能化、网络化、数字化的电子产品需求的增长及计算机技术的广泛应用,嵌入式系统逐渐走入人们的日常生活,嵌入式系统的市场需求快速增长。然而,目前我国嵌入式系统方面的人才比较缺乏。为了适应社会和行业的需求,高校开设嵌入式系统课程成为趋势。

嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[1]。嵌入式系统具有综合性、实践性、学科发展快等特点,作为综合性很强的课程,嵌入式系统的教学还处在不断探索和磨合的阶段[2]。如何培养满足社会需求的高水平嵌入式系统人才成为高校关注的焦点。本文首先分析目前在嵌入式系统课程的教学实践过程中发现的问题和不足,然后针对相关问题进行探讨,提出相应解决方法以供讨论和研究。

1 现状分析

嵌入式系统课程对高校来说是一门新课程,没有统一的教学大纲和教材,各高校根据本校的师资力量在实践中不断摸索,在理论及实验教学方面存在着不足,主要存在以下几个问题。

1.1 门槛高

嵌入式系统是一门综合性很强的课程。它集成了微处理器、存储器、外围电路等硬件结构以及应用软件、操作系统、开发工具链等软件系统[3],这要求学生应具备相关的专业基础知识。目前计算机专业课程设置主要培养学生的计算机软件理论与应用层面的技能,学生的计算机操作及软件方面的能力较强。相对而言,底层的硬件、操作系统、驱动程序等方面比较薄弱。对于计算机专业的学生来说,嵌入式系统是一门门槛比较高的综合课程。

1.2 教学资源缺乏

1 )师资力量有限。嵌入式系统是一项发展迅速的计算机技术,要求教师的知识体系应该随之更新。除了完成日常的教学任务之外,教师需投入一定的精力及时更新及补充相关专业知识。而对一般院校来说,具有相关专业知识的嵌入式系统任课教师数量有限,具有相关专业知识的非嵌入式系统任课教师担任嵌入式系统课程也有一定难度。

2 )缺乏课程教学大纲和统一的教材。嵌入式系统主要分为硬件、操作系统和应用程序。可是选择什么样的硬件平台,让学生学习掌握哪种嵌入式操作系统及主要涉及到哪方面的应用开发,各高校教师、学生的知识结构不尽相同。针对本课程没有统一的教学大纲和教材,嵌入式系统教学没有成熟的教学经验可以学习与借鉴。就目前而言,对综合性很强的嵌入式系统教学,各高校一直处在摸索阶段。

3 )实验器材匮乏。嵌入式系统是一门实践性很强的课程,实践是教学的重要环节。通过理论知识的学习,学生虽然能够掌握一定的专业知识,但如果不通过实验巩固理论知识和提高动手能力,就很难适应社会需要。可是,有很多高校缺少相关的实验设施,导致学生失去学习兴趣,教学效果不理想。同时,嵌入式系统的发展很迅速,对于实验器材如果没有根据学科的发展及时调整,相对而言太陈旧,同样达不到教学效果。

1.3 缺乏合适的实验内容

在本课程的实验环节中,大多数是针对教师上课所讲内容的验证,或者根据实验教材进行演示。这样学生并不能通过实验更好地掌握知识,也没有通过实验达到让学生锻炼思考问题及解决问题的能力,这样实验的作用没有体现出来。

1.4 教学模式单一

对于嵌入式系统教学没有太多经验可循,在教学模式上存在以下几个问题:

1 )很多高校没有考虑到自身的师资队伍、学生的知识结构等因素直接照搬其他学校的教学模式,所设计的教学内容不符合本校的实际情况;

2 )很多教师直接按其他课程的教学方法搬过来用;

3 )为了完成教学计划而一味的填鸭式教学,甚至有些只有理论讲解,对实践不够重视,这样会导致学生对嵌入式系统有“看不见,摸不着”的感觉。

以上几种原因都是没有充分地考虑到嵌入式系统课程的特点,采用教学模式单一,从而导致学生失去学习的兴趣和信心。

2 应对措施

笔者结合实际的教学经验和平时的工作总结及对兄弟院校的调研,针对以上几个问题提出以下对策以供探讨。对嵌入式系统教学一般过程如图1所示。

图1 嵌入式教学过程

2.1 合理制订教学计划

制订嵌入式系统课程教学计划时应考虑以下几点因素:

首先应根据学生的知识结构设置教学计划,如果只为完成教学任务忽略学生的知识背景,选择的教学内容太高学生无法接受,从而影响学生对本课程的学习积极性与兴趣。本校学生有较好的C++及Windows编程基础,笔者在教学中选择Windows CE进行教学,微软对桌面Windows和Windows CE采用几乎一样的编程接口,这样可使Windows下的应用开发人员快速、平滑地过渡到Windows CE平台下[4],对于相应平台上的应用程序开发比较容易上手。

其次选择教学内容,要综合考虑市场需求及学校现有资源。嵌入式系统是一项发展较快的计算机技术,教学内容不能一直保持不变,需根据其发展适当调整教学内容。

最后在教学过程中,针对教学中出现的问题及学生掌握情况的反馈信息对教学内容及教学进度进行适当调整,努力提高教学效果,使学生掌握专业知识并能学以致用。

2.2 教学方法应灵活多样

马斯洛认为“自我实现是人类的最高理想”, “兴趣是学习最好的老师”[5]。对于大多数学生来说,嵌入式系统对他们来说是个未知的世界,如果课程开始直接讲述理论性的东西,容易让学生产生畏惧情绪,失去学习兴趣。课程开始时采用以学生的一天生活所接触的产品(手机、MP3等)为引入的方式,使学生对本课程产生兴趣,并使学生感受到嵌入式系统的重要性。

另一方面,在教学过程中应理论联系实际,将课本知识点与最新技术的发展及应用相结合,以巩固知识及拓展学生的知识面。以激发学生的学习兴趣为开始,引导学生进行自主学习与思考。针对所授班级可以组成兴趣小组,一部分专业知识强的、动手能力好的学生带动其他学生的学习兴趣,同时锻炼了学生的团队协作和思考问题的能力。

2.3 实例分析贯穿于教学过程

在嵌入式系统教学过程中,若仅从理论上进行讲授,内容抽象不易理解和掌握,在教学过程中有必要选择相应实例。对实例根据讲授的知识点进行分解,以应用为驱动力,采用案例教学法,把实例贯穿整个教学过程。采用这种方法一方面使抽象的内容具体化,另一方面可以启发学生根据已学的内容解决实际问题。在授课过程中笔者根据本校学生的情况以监控系统为例,整体上按照设计流程针对知识点进行分解后讲解,分解情况如表1所示。

表1 案例分析

2.4 注重学生动手能力的培养

在嵌入式系统教学过程中强调学生的动手和解决问题的能力。学生对于知识点的掌握是基础,而目的是要学会使用。对于课堂上所讲的例子,首先是验证、理解知识点的阶段,要求通过实践来培养学生的动手能力。在实验过程中可以充分利用模拟器及硬件相结合的方法来进行实验。

对于实验不能仅停留在验证阶段。为了能达到很好的教学效果,锻炼学生的思考问题和解决问题的能力,在课程进行到一半的时候,给学生布置任务,让他们在验证的基础上,自己设计产品。将上课所学知识点与实验内容紧密结合,解决实际问题。

对于本课程实验计划设置如表2所示。

表2 实验安排

2.5 扩充教学资源

作为一门发展很快的学科,为避免教学内容与市场脱节,教师应不断地更新自身的知识结构以适应市场需求,可采用假期培训、线上交流及自行查阅资料的方法。由于课时有限,要想很好地掌握嵌入式系统,仅靠课堂教学是不够的,鼓励学生利用课外时间进行学习。比如在讲Windows CE时采用对比法介绍android、嵌入式Linux等操作系统的应用。教师可以提供一些资料或者网址让学生在课外补充知识。

对于实验器材不足的情况,高校可以采取校企合作的方式。这样不仅解决了实验器材的问题,而且还可以让学生接触社会,提高解决实际问题的能力。

2.6 采用综合的课程考核方法

嵌入式系统采用综合的考核方法,不让一张试卷评判学生的掌握程度。考核采取平时实践加最终实训的方法。本校采取以下考核方法:在平时的教学及实验过程中,强调学生的各个知识点的掌握及对知识点的应用。通过各个实验及学生的实验报告给学生相应等级;在课程结束之后,学生根据自己所学内容做一个具体的项目,这样既整合了所学的知识点又锻炼了学生解决问题的能力。与此同时根据学生项目实训的结果适当地对教学计划进行调整。实践证明这种考核方式效果较好。