高职嵌入式专业开展体验式教学方法的研究

杨立志

摘 要：嵌入式专业同其它专业相比，具有鲜明的特点。一是综合性强。嵌入式系统是软件和硬件设计的完美结合，涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，对学生的综合能力培养有着较高要求。二是实践性强，必须通过大量的实验和实践环节来提升学生嵌入式系统的专业知识和实际设计能力，学习时只有强化实践、紧密结合产品开发过程所需要掌握的技术，才能培养出具有创新精神的高素质应用型人才，该文结合在高职嵌入式专业采用机器人设计作为教学项目取得的实际效果，对如何开展“体验式教学”方法进行了探讨和分析。

关键词：嵌入式专业 机器人 体验式教学

中图分类号：G624 文献标识码：A 文章编号：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

随着嵌入式技术的不断发展，各类嵌入式产品逐步进入人们的生产生活，伴随着应用和需求的快速增长。社会对各类嵌入式人才尤其是应用型人才的需求也不断增大，据统计我国每年嵌入式人才的缺口达到13万之多[1]。当前，很多高校和培训机构都竞相开设嵌入式专业相关课程，高职院校作为应用型嵌入式人才培养的重要机构，开展相关人才的教育培养工作对满足社会嵌入式人才的需求具有重要的意义。

1 以机器人为平台的教学过程的重要特点

嵌入式专业知识内容涉及到声学、光学、机械、电子、电气、计算机科学等诸多学科领域，属于交叉密集型学科，知识点不仅分散、多样，而且抽象、模糊，这给学生学习和理解带来了很大障碍，许多学生因为学习过程中无法理解诸如寄存器配置、中断机制、传输协议等这些基础的嵌入式专业的“游戏规则”导致中途丧失学习兴趣，有的学生干脆弃而不学。

机器人是嵌入式技术的最高集成，不论是机器人控制软件、系统软件的设计还是硬件电路设计甚至各种配套机构的安装、调试，都能够充分体现嵌入式技术的实际应用效果和学习这些知识、技能的必要性、实用性。

借助机器人作为教学平台，有以下3个方面的重要作用。

（1）能够把嵌入式专业知识整合成为一个有机的整体，通过合理有效的教学设计，有顺序有侧重的把知识和技能贯穿到教学过程中去。

（2）机器人本身潜在的应用前景以及开发过程的可操作性、挑战性能够吸引学生的眼球，激发学生的学习热情。学生自己动手设计、开发机器人的过程，就是他们学习知识应用知识的过程，嵌入式专业知识是什么，能用来做什么，如何应用完全由学生在开发和设计机器人的过程中自己来体验、感悟、分享。

（3）便于形成相对独立的学习小组，以团队学习的形式开展教学，这有利于促进学生相互之间沟通交流、互帮互助，发挥群体效应，从而提高学习效率和团队协作精神。

2 围绕机器人教学平台的教学设计

教学方案的设计始终围绕让学生在知识的接受和应用过程中具有充分的体验感、沉浸感，这一总体目标而展开。为了达成这一目标，选择小区安防监控机器人的设计作为嵌入式相关课程的总体教学任务，该机器人的应用需求来源于一家智能监控公司，经适当简化后分解为如图1所示的3个模块。

图1中所示的整体结构图中，环境监测单元及驱动控制单元分别由两片8 051系列单片机完成。综合运算单元由6 410系列arm开发板为核心部件，监控单元由博创up-cup210开发板构成。环境监测单元主要负责检测机器人行走过程中路径、障碍、方位等信息，在该设计中称为S-51，外接超声波测距、电子罗盘等传感器，获取到的环境信息经8 051串口送入综合运算单元。驱动控制单元主要依据综合运算单元送来的决策数据完成对机器人行走电机，摄像头旋转舵机，充电起落架等动力单元的控制和调节，在该设计中称为C-51。

根据以上总体功能模块，设计了16个教学单元，67个教学任务，涵盖了嵌入式专业电子线路分析，ARM系统开发，linux环境下C语言设计，linux图形界面设计（Qt语言），微机接口技术等学科知识。部分教学单元模块如表1、表2所示。

在教学开展过程中，为保证教学效果，实行项目小组制。将班级中学习成绩和学习能力前列的几位同学定为项目组长，将其余同学按个人能力均匀的分布在各小组中。并从项目组长中选择一位总负责人，项目组长负责组内成员的任务布置与验收，课外的辅导工作，组内成员的考评和打分，总负责人负责协调安排各组长的工作，布置分配任课老师提前布置的任务准备工作，与任课老师交流反馈，促进所有同学的共同学习进步。

3 结语

通过在11级、12级、13级学生中采用“体验式”方式开展教学，实践表明大部分的同学对模块化授课方式普遍较感兴趣，尤其对实践环节兴趣度较高，参与比较活跃。很大一部分同学的动手能力得到提升，对理论知识也有了更深地理解。

结合体验式教学思路，学院专门成立了机器人研发工作室，吸收部分表现突出，学习能力较强的同学作为工作室的主体成员，给他们提供良好的实验条件和创作空间，同时也允许这部分同学招收其它对机器人开发兴趣浓厚的同学作为助手，联合进行开发和创作。

通过实施“体验式”教学方法，并以大学生机器人大赛为抓手，以机器人工作室为依托。

在嵌入式专业教学工作中取得了一定的实际效果：

自主研发的机器人教学平台，2014年获得了无锡市政府举办的大学生创新创业特等奖，同年获得了全国优秀奖。

2014年6月，参加‘第十届博创-恩智浦杯全国大学生嵌入式物联网设计大赛”华东地区选拔赛，获得华东地区一等奖，并在7月份获得全国特等奖。

参考文献

[1] 徐国庆.职业教育项目课程的几个关键问题[J].职教探索研究，2007（4）：9-11，24.

[2] 潘永惠，陈伟军，包芳.基于项目教学的软件技术课程建设探索[J].计算机科学，2008，35（4）：340-342.

[3] 刘文芝，刘昭斌，郑洪静.基于能力本位的高职嵌入式系统专业建设[J].职业技术教育，2010（8）：8-10.

[4] 顾瑶韵.美国高校学生评教的实践与理论研究述评[J].高教发展与评估，2008，24（6）：13-18.

[5] 陈平，袁冬樵.高职院校嵌入式实验实训环境分析与建设[J].电脑知识与技术，2011（12）：2878-2879.