嵌入式系统设计课程教学的研究与实践

韩洁　徐琴

摘要：根据嵌入式系统课程的特点和目前该课程的教学现状，分析了教学过程中存在的问题，总结了嵌入式课程教学的经验，提出了理论课程教学和实验教学改革方法，对新的教学方式进行实践，并在实践环节进行新教学方法的尝试，以期培养学生的实际岗位需求能力。

关键词：嵌入式系统；课程教学；教学改革；实践环节；创新性

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0123-02

嵌入式系统课程是一门交叉学科，涉及的知识面宽广，系统开发流程中既有硬件设计又有软件代码的编写。嵌入式系统涉及的课程有模拟电子线路，数字电路，C语言等课程。学生在学习时需要具备较多的专业基础知识。同时嵌入式系统设计又是一门实践重于理论的课程，学生还需要大量地进行实践操作。所以学生在学习过程中极易碰到学习的壁垒，慢慢就会失去学习的热情，一致于会放弃该门课程的学习。

嵌入式课程的教学目的是为了培养学生具有独立自主的软硬件开发能力，但是目前大部分高校仍然采用传统的教学方式和教学方法，带来的后果是学生的动手实践能力依然不足以从事技术类的设计工作。

1 教与学的现状

1.1教学的现状

传统的嵌入式课程教学主要由理论课堂教学和实验教学两部分组成。课堂教学普遍采用多媒体设备，将教学内容制作成幻灯片，对着PPT讲解电路和程序、CPU内部结构、IO接口、硬件、软件，均采用演示的方法。在实验中教师认真讲解硬件的连接方式，学生按照教师讲解的编程流程进行验证。

1.2学生学习的现状

与重点院校相比，我校的办学目的是培养应用型人才。我校生源质量和重点大学是有较大的差距，如果采用传统方式进行教学，不根据课程自身与学生的特点，依然采用老师讲、学生做，无法培养学生的工程应用能力。

2 课程的教学改革和实践

2.1理论教学

在教学内容的选择上，需要简要讲解嵌入式系统的开发流程和交叉开发环境，各个层次需要掌握的技术，目的让学生有针对性学习，根据自身特点确立技术的方向。在具体实施中用少量简单例子说明各环节的相关知识和开发方法。

在教学的方法方面，对于ARM技术的教学以介绍为主，尽可能改进传统的满堂灌的教学方式，在教学中采用对比教学的方法，比如：和51核单片机对比，避免抽象乏味的教学方式。

在授课方式方面，整合课堂资源，让学生在课堂上能够理解嵌入式系统开发的基本理论与基本技能，根据课堂教学的实际情况，精心设计与课堂讲授相对应的实践内容。对于实践强的教学内容，把以前理论课堂讲解的内容放在实验室开展教学。例如：对于ARM指令和汇编编程的讲解要突出应用性，我们尝试在实验室完成这部分的教学，不再是按照传统进行逐条地讲解指令和语法，而是通过一个个例程讲解程序的结构，中间用到的指令让学生采用查阅方式进行 “Learning by Doing”。在实践中学生学习的积极性明显提高了。

2.2 新的教学方法的实践

改变传统的单一的教学方式，传统的教学是上课地点在教室里面，教学设备只有黑板和投影设备，极大限制了教师教学方法的发挥，教师只能按照PPT进行讲解，学生只能被动地接受，往往到了课程结束也不知道该如何搭建嵌入式的开发环境，即便上完配套的实验课程也仅仅是理论的验证，学生往往连基本的调试能力都不具备，更别说培养应用开发能力了。

新的授课方式：把传统的理论课堂和实验课堂结合起来授课，前面讲述基本ARM技术部分放在教室进行，汇编程序和芯片部分在实验室进行。例如：对于ARM汇编指令部分教学，根据ARM汇编虽用得少但又很重要的特点，在讲述汇编指令时改变传统的授课方法，以具体的工程实例进行教学，汇编指令学生以查找的方式进行实践，通过5个例程练习，学生可以以软件模拟的方式快速掌握ARM汇编代码的调试和阅读代码的能力。经过这样的训练学生可以阅读ARM开发板的启动代码。在讲述芯片的接口和相关控制器时，在实验室进行理论部分的教学教师就更好发挥灵活的教学方式了，这样的教学方式压缩了理论授课的课时，让学生成为课堂的主题，教师是辅助教学，学生的动手实践机会增加，学习的惰性减少，积极性获得提高。而且明显提高了教学的效率。

在教学中精讲理论部分，对于难于理解的理论要少讲，在实践中理解。扩大课程的知识面。

双师制的尝试： ARM+LINUX教学安排可以安排2个教师来进行教学，发挥教师的所长，擅长底层硬件的老师进行ARM部分的教学，擅长LINUX部分的教师进行操作系统部分教学。

2.3 实践环节的改革

1）实验课程的教学改革

针对嵌入式课程实践性强的特点和实验课时普遍偏少的现状，整合教学内容，压缩传统的汇编指令部分的课时，同时开放实验室和发放开发板，学生可以把便携的嵌入式开发板带回去，随时随地地进行嵌入式的学习。我们在教学中提高了实验课比例。把总学时的3/4安排为实验课，整合理论和实验课堂，把与实验直接相关的理论带到实验课上讲解。理论课占仅总学时的1/4左右，主要讲授ARM技术和芯片工作的基本原理。在实践中对学生开放实验室确实弥补了实验课时的不足，提高学生动手能力，学生通过把便携开发板带回学习也极大带动了同寝室学生的学习积极性。

在实验教学中我们发现学生过于依赖实验箱的问题，在以往试验中学生只需按照试验箱自带的实验指导书的步骤一步一步操作就可以轻松完成实验。针对这种情况，我们改进了教学设备，利用接口全开放的开发板，既可以满足常规的验证性的实验教学也可以进行设计性的实验。

2）集中实践环节的教学改革

由于面向电子信息类专业学生，学生就业的方向更加偏向底层，在硬件实践训练更加侧重，硬件设计中接口的扩展、电路的绘制和驱动程序的编写。以2周的课程设计为例，引入企业的项目管理机制，在集中实践环节，按照3人为一个项目组开展实践，整个工作流程尽可能接近实际产品研发流程。从方案选择，硬件的电路图绘制、焊接、硬件调试、代码的编写，其中每个环节要更接近产品研发的流程。学生的团队协作能力得到了提高。重点也培养三个能力：创新能力、动手能力和团队协作能力。

3 结论

综上所述，我校通信专业的嵌入式系统课程教学进行了2年的教学改革的实践，学生学习的积极性明显获得了提高，在蓝桥杯和电子设计大赛中多次获奖，在毕业设计中更多学生选择利用嵌入式技术来完成毕业设计课题。教师也在教学实践中需要优化教学内容和设计开发了实践性的课题，得到了提升。目前我院正在建立高性能的嵌入式实验室，通过更多的创新性的综合设计性项目来改善和提高我院的嵌入式课程教学。

参考文献：

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