基于嵌入式系统教学体系的改革

韩春贤，韩艳君，王　阔

(天津冶金职业技术学院，天津　300400)

基于嵌入式系统教学体系的改革

韩春贤，韩艳君，王阔

(天津冶金职业技术学院，天津300400)

摘要：《嵌入式系统开发与应用》这门课程应用范围广、涉及的基础课程较多,面向多种应用,实践性很强。嵌入式技术是软件、硬件相结合，多个专业相融合，面向应用的学科,是一门综合性很强的专业技术课程，学生普遍认为这门课程很难，在学习过程中遇到了各种各样的困难。因此，嵌入式系统的教学改革值得探究。

本文通过对嵌入式系统教学现状的分析，阐述了嵌入式系统教学的特点和不足。有针对性地从课程过程改革、教材建设、教学方法、考核方式等方面入手，提出了嵌入式系统教学改革措施，有效地解决了嵌入式教学的不足之处。

关键词：嵌入式系统；教学方法；教材改革；过程考核

一、 引言

随着我国高新技术和信息技术产业的高速发展,尤其是以嵌入式技术为代表的新兴产业纳入国家科技发展的战略,高等院校电子信息技术类专业的学生面临着新的机遇和挑战。学生要在今天这种竞争激烈的社会环境中求得生存和发展,大学阶段的专业课程将为他们提供一个良好的入门基础。这就要求其专业课程要紧跟技术发展步伐。因此，本系开设了嵌入式系统开发与应用课程，这门课程应用专业广、涉及的课程多,面向应用,实践性强，涉及多个专业的学科，如计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、自动化控制等。因此需要的前期基础课程较多,如模拟电子、数字电子、电路、C语言、数据结构、嵌入式操作系统、单片机技术等课程。

二、 目前嵌入式教学存在的普遍问题

(一)以理论教学为主，缺乏实践性教学

大多数高校的嵌入式系统教学多以理论教学为主，实验教学课时安排较少，一学期只在实验室做几次验证性实验。学生不能接触更多的硬件设备，比如：仿真器，开发板，必要的电子元器件等，学生不能真正理解嵌入式系统的概念，嵌入式产品的整个开发过程，理论知识较深并且较抽象，学生理解困难，学生的想象和实际有很大差距，学习效果不是太好。有些高校实验设备少，有的以教师演示方式进行，学生观看；还有的四五个学生操作一台实验设备，在课堂有限时间内，只有一部分学生在操作，还有一部分学生没有实践机会，影响了学生的动手能力的训练与提高，影响了学生主动性的充分发挥和综合技能的培养。

(二)高职嵌入式教材稀缺

嵌入式技术紧跟社会技术发展潮流，和行业背景紧密结合，导致嵌入式系统技术更新较快，因此这方面的书籍不是很多，教材尤其是适用于高职学生的教材更是稀少，不像单片机有大家基本都认可的教材，而且现有的教材普遍存在着理论性强、可操作性差的缺点，很难找到针对高职教育特点的系列教材。

(三)嵌入式深多广，高职学生薄弱

嵌入式理论知识较深，涉及的知识面很广，而高职学生基础知识薄弱，没有养成良好的学习方法和学习习惯，遇到困难容易退缩，学习不踏实，只喜欢动手操作，不重视理论知识，听课注意力不集中。而且高职学生只有三年学习时间，除去顶岗实习，就有两年多的时间在学习，学习时间较短，因此高职学生要掌握嵌入式技术在学习过程中势必遇到各种阻碍。尤其是在开始学的时候，往往是一头雾水，无从下手，很容易就选择放弃。

(四)学生层次差距较大

在教学过程中，学生出现较严重的两极分化现象，给统一教学带来困难。出现简单问题优秀学生没有挑战性，缺乏学习的动力；复杂问题落后学生跟不上的情况。

针对以上几种情况，本文结合天津冶金职业技术学院电子信息工程系学生的特点和人才培养方案，对嵌入式系统开发与应用课程的授课内容、实践、教材和教学方法进行改革，探讨如何有效地开展嵌入式教学，如何有效地培养嵌入式人才。

二、 教学改革措施

为了让学生更好地掌握嵌入式技术，激发学生的学习兴趣和积极性，更好地做到学以致用，结合本学院学生的特点和人才培养方案，从以下几方面进行改革。

(一)改进课程设计方案

根据上届的教学经验，把某些不合理的教学进度安排进行调整，突出重点难点，把课程重点和难点的地方增加课时，并且加大实践课时。同时减小非重点和非难点的课时数，使其更加合理，重点突出，加强实践。

(二)教学过程改革

教学过程改革主要包括以下几个方面：

第一，在第一次课程中，一定要细心地讲解本专业和本课程的学习目标和就业方向，列举大量的工作岗位实例，让学生看本系网站实训室条件和优秀毕业生的光辉示例，激起他们的学习激情和内在动力，使学生在一开始就对本课程有一个明确的定位，并产生浓厚的兴趣。

第二，根据学生的实际情况在课堂上灵活地调整教学内容，突出重点，在学生易出错的地方，反复强调，加深学生的印象。对于难理解的地方，使用模拟动画形象化或打比方的形式来降低知识的理解难度。

图2　法国土伦美术学院学年考核现场

第三，把学生引到实训室来上课，在实验箱上完成教学任务，加大学生实际操作的时间，少讲多练，讲练结合，体现教学做一体的优势，努力培养学生的实际操作能力和自主学习能力。

第四，在汇编指令部分加入实践操作环节，让学生在ADS开发环境下编写指令，并进行调试，观察寄存器和存储器的内容，其一可以加深对指令的理解，其二可以熟练掌握ADS软件的应用。使指令学习不再枯燥，提高趣味性和理解度。

(三)教学方法改革

1.用实物将同学引导入门，良好的开端是成功的一半

嵌入式控制系统课程内容涉及自动化、计算机和电子工程等专业知识,课程内容信息量大,与工程实践结合密切。因此，在教学设计上既不能忽视概念和原理的介绍，又要注重任务中的分析和设计方法。在讲授时充分利用现代化教学手段将抽象的概念和技术形象化，并用实例或打比方的方式强化学生对知识的理解。通过嵌入式实物的展示使学生快速了解嵌入式技术应用的广泛性和普遍性,使其充分认识到嵌入式控制系统无处不在和它的魅力，学生就会对它充满兴趣和渴望，兴趣是学习的良好动力，良好的开端是成功的一半。

2.多种教学手段相互补充,培养创新性思维能力

在教学过程中采用多种教学手段，如：课件，视频，网络，动画。使教学变得生动有趣，并且要根据学生的实际情况，采用因材施教的方法，充分体现以人为本的教学理念。在课堂讲授过程中，着重传授嵌入式控制系统的基本概念和基本的开发方法,以学生学习为主，教师引导为辅的方式教学；并且通过教师提问和分组讨论的形式，开展研究性学习,培养学生独立思考和解决问题的能力，培养学生创新性的思维能力。进而通过学生参加实践，培养学生的知识运用能力、实际动手操作能力。

3. 学生基础不同，采用分层次教学

由于高职院校的生源情况复杂，有文科生、中专生，理科生等，基础差距较大，给统一教学带来了很大困难，如何让学生都能有所收获，这是一个教学的重点但又易忽视的问题，针对此种情况，首先对学生进行分层，分为好、中、差三层，采用分层次教学，如在布置课堂任务时，要根据学生的实际情况分配任务。比如：对差生分配较基本的任务：入门程序直观、易懂、容易操作，能使学生很快掌握软件的编辑、编译、链接、调试等过程。对于中等和中等偏上的学生安排一些修改程序改动较小的任务。比如：修改芯片的GPIO接口，修改定时器工作方式、修改中断触发方式等，使学生掌握嵌入式的基本接口应用。对于有潜力的学生，分配一些创新性实验项目，如LED 显示、数码管显示、直流电机和键盘等与工作关联紧密的内容，学生应用本次课的新知识独立编程实现。这种教学体系是面向全体学生，以学生发展为本，每个学生最终都能有所收获。

4. 以学生为主体，以项目为导向

学生是课程教学的主体，教师是辅助性的，学生在教师的引导下，会兴趣盎然积极主动地投入到教学过程中去。对课程的评价应该以学生学的好不好为主要依据。建立基于工作过程系统化的课程设计，以项目任务为课程内容的载体，用项目和任务训练学生的能力。能力只能靠自己动手、动脑练出来，学生在做中学，边做边练，边做边学。针对每次课程，教师设计出尽可能多的能力训练的任务，设计教学做一体化的能力训练过程和系统知识的学习过程，整个过程以学生为主体、教师为主导、以职业工作过程为导向、以学生能力的提高为目标。

5.信息化网络化教学

通过在教学网站建设嵌入式课程，教学资源包括录制视频、课件、学习论坛、习题库等，改变以教师传递、灌输知识为主的传统课堂教学模式，创造出崭新的学习与教学模式。通过网络获取资料和信息，可以有效地帮助学生实现课前预习、课后复习、解决课上难题的问题。从而锻炼了学生自学的能力，对于学生养成探究式学习、自主式学习习惯也起到了一定的作用。

三、 教材建设

实用的嵌入式系统课程教材首先应该让学生容易看懂、能快速上手实践，符合循序渐进、由浅入深的学习原则；以模块应用为主线，将知识点融合到应用中，体现理论与实践紧密相结合；教材实例难度较小，适合学生的接受能力，并能激发学生的好奇，激发创新的欲望和发挥其潜能。

根据此要求，结合本学院高职学生的特点自编一本校内教材《嵌入式系统开发与应用》，体现了由浅入深，任务驱动式，以应用为主线等特点。并且已经改版三次，并结合实训室的实验器材自编实验指导书，以供学生操作使用。可以很好地解决高等院校规划教材实用性、操作性差的缺点，通过这样的组合，使得嵌入式系统课程的教材既有基础的理论知识，又有软件开发的实践内容，在实验项目案例内容的设计上，也有实用性、趣味性比较强的内容，如LCD 显示、数码管显示、报警器、直流电机和步进电机的控制等。这些对于学生来说，是既熟悉又较简单的入门实验，使学生在学习的时候能够直观地既能看得见又能摸得着，降低理解难度系数的同时，又能激发学生的学习兴趣。

四、 成立兴趣小组，组织系内竞赛

对那些有浓厚兴趣的学生，充分利用嵌入式技术实训室，引导学生建立课外兴趣小组，并为他们提供实训室的实验设备，使得学生有了业余学习的场地和平台，学生的能力得到进一步培养、锻炼。为激发其积极性和动力，结合教学进度，在系内组织若干次嵌入式技术模块的技能竞赛，让学生在学习过程中始终保持一种竞争意识和学习的动力。同时也为参加天津市和国家技能竞赛活动选拔优秀人才。

五、教书育人，提高学生综合素质

将教书育人贯穿于教学过程中的各个环节。在下厂调研过程中，与企业人事部门交谈，使我越来越意识到作为一名高职教师，他的职责不仅仅是答疑解惑、传授知识，更重要的是注重学生能力和素质的培养。特别注意观察和了解差生的思想动态，格外关注那些作业质量差、出勤不好的学生，经常利用课余时间，与他们促膝谈心，了解他们的心理状态和生活、学习上遇到的困难，尽可能为他们排忧解难，成为他们的良师益友。密切师生关系，拉近教师和学生之间的距离，能使课堂的教学质量有所改善，让他们喜欢上学习，建立自信心，从而提高学生的整体素质。

六、考核方式改革

为了保证高职教育持续健康地发展，我们在教学过程中需要不断地进行改革创新，考试考核方式的改革就是其中的重要环节。

针对嵌入式技术这门课程的特点，进行过程考核改革。通过加强过程中考核，培养学生形成良好的学习习惯，不断激发学生的学习动力。

(一)过程考核分3个阶段进行考核

ARM7体系架构的考核；

LPC2290芯片的GPIO应用考核；

对LPC2290芯片的综合知识和技能的考核。

(二)严格考试纪律，公平公正

一是由于学生人数较多，全班学生分为2组，一组先考，另一组学生后考。

二是出两份试题，两组学生考试题目不同，避免出现学生传题现象，提高公正度和可信度。

(三)考核内容

一是基础理论知识考核不能少。作为高职学生的培养目标，必须具有一定的理论基础，才能适应电子技术的发展。要注重拓展基础知识的外延，创造学生应用基础知识的情境。

二是考核学生综合应用的能力。在学完一部分专业知识后，把它们组合在一起进行考核，在这种模式下，考试内容涉及多门专业课程的知识和技能，要求学生在短时间内对多门课程的内容作出反应，有利于培养学生对多门知识的和技能灵活转换与应用的能力。

三是培养学生团队意识、协作精神和自主学习能力。在学完大部分课程后，由两个到三个人组成小组形式，进行综合题目的测试。

(四)阶段性总结

每次考试完毕都对其进行总结，包括对进步学生的鼓励、奖励和对落后学生的补救、帮助；以及对考试内容及考试结果进行认真分析，不断完善考核方案，根据考试成绩分析学生对本课程的掌握程度，存在的原因，及时找到解决的办法，并将其及时反馈到后续的教学环节中，真正发挥过程考核的及时反馈和激励作用。

七、总结

“活到老，学到老。”这是不变的真理。要以学生为本，任务驱动教学法，因材施教，我们面对的是一届一换的不同层次的学生，因此嵌入式课程的改革要永远站在学生角度考虑问题，学生应该学到什么，适合什么样的学习方法，真正做到以学为主，以教为辅，教学为学生而设计，为学习而改革。

参考文献：

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[2]张淑艳等.嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国科教创新导刊，2012,(11).

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[4]汪晓斌，孙明平.高职《嵌入式技术应用》课程教学改革与实践[J].长江大学学报，2010,(03).

[5]王小英，陈英革.嵌入式系统教学探讨[J].常熟理工学院学报，2007,(12).

[6]陈春林，朱张青.基于CDIO 教育理念的工程学科教育改革与实践[J].教育与现代化，2010，(01).

[7]王志超，王宜怀.从嵌入式系统教学谈学生创新能力的培养[J].计算机教育，2010，(03).

Reform Based on Embedded System Teaching System

HAN Chun-xian, HAN Yan-jun, WANG Kuo

(TianjinMetallurgicalVocation-TechnologyInstitute,Tianjin300400)

Abstract:Embedded System Development and Application has a wide scope of application, involves many basic courses, and faces many applications, with a strong practice. The embedded technology is a discipline facing applications with combination of software and hardware as well as integration of many disciplines, and it is a specialized skill course with strong integration. The students generally hold that this course is hard to learn and they have encountered many difficulties in the process of learning. Therefore, it is important to research the teaching reform of embedded system.

Through the analysis on current situation of embedded system teaching, this paper sets forth the characteristics and deficiencies of embedded system teaching. Starting with curriculum process reform, textbook construction, teaching method, and evaluation method, this paper presents the embedded system teaching reform measures, to effectively solve the deficiencies of embedded system teaching.

Key words:embedded system; teaching method; textbook reform; and procedure assessment

收稿日期：2015-12-08

作者简介：韩春贤(1979-)，女，河北省保定市，天津冶金职业技术学院电子信息工程系，硕士，讲师，长期从事单片机和嵌入式技术，智能控制等方面教学和研究工作；韩艳君(1980-)，女，河北省保定市，河北省蠡县气象局，本科，助理工程师，长期从事计算机技术，嵌入式系统，数据分析等方面研究；王阔(1981-)，男，河北省石家庄，河北省蠡县气象局，本科，助理工程师，长期从事计算机技术，嵌入式系统，数据分析等方面研究。

中图分类号：G712

文献标识码：A

文章编号：1673-582X(2016)05-0115-05