嵌入式系统课程教学方式改革初探

张志勇　徐杨　刘淑雅

【摘 要】本文针对当前嵌入式教学与人才培养的一些问题，提出了以“网络化”为窗口，以“专业项目模块”为驱动，以“开放性实验”为载体的创新实践教学活动，从完善课程网站、改革教学内容及手段和建设开放实验室等方面进行探讨，以期寻求合适的教学方式。实践证明，该教学模式的探索提高了学生的实际动手能力和创造力，提高了教学质量。

【关键词】嵌入式系统课程 教学方式 改革 开放实验室 专业项目

嵌入式系统作为当今IT应用领域最有发展前途的技术之一，现已被广泛应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器等众多领域[1]。其广泛应用及其良好的发展潜力促进了社会对该方面人才的需求。由于该领域入门门槛较高，既与计算机专业课程有关，也与电子、通信、自动化等诸多学科的课程有关，需要C 语言程序基础课、数/模电子技术课、嵌入式Linux 操作系统及嵌入式应用程序等课程的支撑，需要结合PCB 电路设计，在具体应用时还牵涉相关的应用背景知识[2-3]。而教学实验基本上都是基础性的验证实验学习，没有与实际的工程应用结合起来。学生在做完实验之后，动手能力依然欠缺，仍不具备独立开发的能力，仅依靠目前的教学模式，不利于较好地掌握嵌入式技术；加之软硬件技术知识更新很快，掌握新技术的人需要适时更新[4-5]。因此，如何开展嵌入式系统的教与学，以及通过什么样的教学方式进行知识的学习和提升，探索一种新的嵌入式教学模式的改革势在必行。为此，本文采用 “网络化”“项目化”“开放实验室”教学模式，对嵌入式系统的课程进行重新设计。具体而言，是以“网络化”为窗口，以“专业项目模块”为驱动，以“开放性实验”为载体，采用任务驱动的方法，通过老师和学生的共同参与来进行教学活动。在此基础上，依据对专业项目模块的学习和使用，以期探索一条嵌入式系统课程教学改革的新路。

一、完善课程网站

课题组在探索嵌入式技术教学与实验的基础上，提出了“多融合，重素质，到前沿”的专业教学目标。所谓“多融合”就是综合多个名校的嵌入式课程网站，选取有典型教学案例的课程实例并相应链接，引导学生在线学习。为此，我们对网络教学环节进行了大胆的探索，实现所有教案和较好的多媒体效果课件的电子化与网络化，包括网上作业的发布与提交、网上小测验、网上辅导与答疑、师生适时对话等，通过创新网络教学体系的构建、在网上公布创新性实验、结合工程实践、嵌入式设计竞赛、大学生科技活动和学生兴趣小组等一系列实践教学的创新，探索出培养大学生专业基础知识扎实、综合素质好、动手能力强、具有创新意识和能力的新途径，并取得了良好的效果，受到了学生的好评。

二、专业项目驱动

经过课题组努力，共完成了五个作品：（1）俄罗斯方块设计；（2）基于无线控制的贪吃蛇游戏；（3）基于ARM的音乐演奏器设计；（4）蓝牙控制小车；（5）基于蓝牙控制的ARM板。这些项目的开展均针对计算机专业特点，具有较强的趣味性和知识性。例如，利用蓝牙简化了移动通信终端设备之间通信的有效性，该项目根据基于Linux操作系统和ARM板，设计了基于蓝牙的ARM板控制系统，包含打开电机模块、调节电机模块、关闭电机模块、播放视频模块、监控播放录像模块等，不仅把读取的内容反馈在开发板上，而且可连接到手机上，或者连接到快速发展的因特网上，激发了学生学习嵌入式技术的积极性和创造力。俄罗斯方块运用在开发板上的LED显示和键盘驱动程序的结构，用数组模拟LED中的8×8点阵来实现。当方块显示的部分是1，不显示的部分是0；先将方块的形状按照当前的坐标（cx，cy）存放在数组中；然后将当前的方块从数组中删除，待改变了坐标值后重新将方块放入数组中；并在主方法中添加两个线程，分别让方块每隔一段时间向下移动一格；另一个线程接收键盘输入的字符，按照字符的值变换方块的坐标或形状；最后将数组中的值按照列转换成一个16进制的数，把这8个数分别送给LED显示；最后在宿主机上面将编写C程序编译成开发板上的执行程序，调试运行达到方块效果。该作品的完成有助于防止创伤后应激障碍的发生，能有效消除大脑储存视觉记忆功能产生的干扰，这样极大地增强了学生学习的趣味性。

三、建设开放实验室

为了提高计算机专业学生学习嵌入式技术的兴趣，依托学校的实验室建设经费，我院筹建了嵌入式系统实验室，以“自由、促进、创新”为理念，为对嵌入式技术感兴趣的学生提供了一个沟通交流、学习提高的良好环境。开放实验以嵌入式技术为研究主体，嵌入式技术开放实验题目具有应用性、先进性和趣味性，通过嵌入式技术开放实验途径，为学生提供学习、实践、交流、承担项目、就业对接等机会。从这几年的教学实践看，学生对嵌入式系统这种教学与实践相结合的课程非常感兴趣，尤其在综合实验中表现出很高的热情和积极性，所投入的精力和时间已远远超出课程的要求，教学效果非常明显，实现了课程的实验教学做到实验时间、实验内容和实验器材对学生的真正开放，使学生能够实现理论与实践相结合、验证型实验与设计型实验相结合、课内与课外相结合。不足之处是在开放实验室下的课程辅导、监管、考核方式都需要新的探索。

四、跟踪国际前沿，改革教学手段和方法

近几年来，本课程的建设一直注意跟踪国际先进水平，始终坚持对国际著名大学同类课程的比较分析研究，结合我校生源的实际情况，针对不同类别、不同层次的学生，认真研究讨论，及时修订调整培养方案，保证全面反映嵌入式系统领域的最新研究成果和发展趋势，使本课程内容始终保持其先进性和适应性。同时，为贯彻本课程的基本理念，建立以应用为主线，重系统设计、重典型系统的案例分析，重工程能力实践锻炼的教学方法，摆脱传统教学中重课堂授课轻实验实践、重技术学习轻总体设计而造成的学生系统设计能力弱、动手能力差的问题，在教学方式上进行了一系列改革，将“耳闻（授课听课）+目睹（课堂演示）+手动（学生做实验）”有机结合起来，突出重点，以点带面，为学生打下良好的实践基础。课堂讲授是课程教学的关键环节。为此，课程组在以下五个方面下功夫：（1）保证重点内容的精炼，讲解透彻，并能覆盖嵌入式系统各个主要组成部分；（2）每年举办专题讲座，介绍最新出现的思想和技术，并结合科研实际进行案例教学；（3）积极引导学生开展自主性研究式和讨论式学习，通过上网搜索、专题讨论、撰写报告的方式提升和扩大课堂教学效果，针对不同培养对象，因材施教，进行不同的教学安排；（4）通过采用将电子教案发给学生，实施动画和多媒体课件教学，增强学生学习兴趣，提高学生的自主学习能力；（5）通过网络课程建设，以在线答疑、思考提示、模拟考试等互动方式进行启发式教学。

五、结语

总之，嵌入式系统教学方式的转变永远都在路上，本文基于上述几个方面进行了初步论述。在具体实施过程中，需要因材施教，适应不同水平和能力学生的个性要求，给予学生选择、创造、表现、提高的机会，激发学生的主观能动性，调动学生参与实践活动的积极性，培养学生的工程素养和解决问题的能力。在以后的教学中，可进一步增加更多应用领域的实践。在具体开展过程中，我们要在参考成功案例的基础上结合专业实际情况不断思考，完善嵌入式教学方法，激发出学生所具有的强大潜力和主动学习、创新学习、批判性学习的意识，培养学生的团队合作精神和创新实践能力。

【参考文献】

[1]杨刚，白楒锋，石光明，等.新形势下以项目为中心的嵌入式教学与人才培养新模式探索[J].实验室研究与探索，2008，27（07）：8-10，17.

[2]丁玲.嵌入式应用程序开发教学改革探讨[J].信息通信，2014（02）：285-286.

[3]吴磊.嵌入式教学与实验的研究[J].实验室研究与探索，2011，30（11）：102-104.

[4]孙敬武，范秀平，马雅超.“嵌入式教学模式”在软件专业教学中的研究与应用[J].河北师范大学学报（教育科学版），2009，11（02）：110-112.

[5]龚芙蓉.国外高校信息素质教育之“嵌入式教学模式”的思考与启示[J].图书馆论坛，2010，30（03）：147-149，178.