關(guān)于嵌入式系統(tǒng)課程的教學改革探索

1、關(guān)于嵌入式系統(tǒng)課程的教學改革探索、尸、 亠前言隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展， 嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)、 航天 軍事、信息家電等領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。 雖然幾乎所有的高等院 校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程， 然而由于嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性極強 的課程，涉及到數(shù)電、模電、計算機和通信、微機原理等多學科的知 識; ; 尤其是嵌入式系統(tǒng)實踐性很強，而且發(fā)展迅速，新的技術(shù)不斷涌 現(xiàn)，因此傳統(tǒng)的嵌入式教學體系、授課方式、實驗方法已經(jīng)不能滿足 信息時代的培養(yǎng)嵌入式人才的需求。 因此，本文針對傳統(tǒng)的嵌入式系 統(tǒng)教學實驗中存在著的弊端， 提出了一系列的改革和創(chuàng)新辦法， 旨在 培養(yǎng)出適應(yīng)時代發(fā)展和市場需求的嵌入式工程

2、師。1 1 傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學中存在的弊端 傳統(tǒng)的嵌入式教學中普遍存在著以下問題： (1)(1) 教材陳舊，內(nèi)容過時， 不能適應(yīng)市場發(fā)展的需求， 而且教材普遍以生硬的講概念說原理為主。 (2)(2) 傳統(tǒng)的授課方式以老師灌輸為主，學生只能被動地接受知識，從 而感到枯燥，無法激發(fā)學習的興趣 ; ; 而且教學和實驗環(huán)節(jié)脫節(jié)。 (3)(3) 傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容以驗證性內(nèi)容為主， 缺乏設(shè)計性實驗， 不能培養(yǎng)學生 的創(chuàng)新能力。另一方面，實驗內(nèi)容陳舊，和實際生活嚴重脫節(jié)。 (4)(4) 傳統(tǒng)的考核方式只重視筆試成績， 不能反映嵌入式系統(tǒng)這種實踐性強 的課程的特點，無法體現(xiàn)學生的實際動手能力和創(chuàng)新能力。2 2

3、嵌入式系統(tǒng)教學改革的探索為了提高嵌入式系統(tǒng)教學的效果，培養(yǎng)出符合時代發(fā)展需求的嵌入 式人才，本文針對傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學模式下存在的問題， 進行了 深入的調(diào)查研究和實踐活動，提出了一系列的教學改革的方案。2.12.1 教學內(nèi)容選擇針對性和合理性 嵌入式是技術(shù)與應(yīng)用結(jié)合的領(lǐng)域， 也是交叉學科領(lǐng)域涉及微電子、集成電路和計算機組成原理等，覆蓋范圍廣，發(fā)展速度快。其特點決 定了嵌入式系統(tǒng)的教學內(nèi)容也需要做到與時俱進，雖然我們無法向?qū)W 生傳授所有新的處理器，總線協(xié)議、嵌入式技術(shù)，不是我們應(yīng)當在教 學內(nèi)容上，保持必要的開放性，向?qū)W生闡述嵌入式德理念，讓他們具 備嵌入式的大腦，授之以漁 ! !在教材的選擇上

4、，盡量選擇系統(tǒng)性連續(xù)的、實驗內(nèi)容新穎，和實際 緊密結(jié)合的教材。即便如此，在實際教學中，也應(yīng)當取消或者調(diào)整教 材中內(nèi)容陳舊， 思想過時的部分， 老師應(yīng)該有能力做到把教學內(nèi)容和 行業(yè)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展趨勢保持一致， 甚至把自己平常在嵌入式科研項目 上的一些知識有機地融入到教學內(nèi)容中， 盡量保持保持教學內(nèi)容的鮮 活生命力和可持續(xù)發(fā)展性。基于當前的嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和市場的需求，我們在教學內(nèi)容上，選擇把 ARMARM 硬件平臺+ +嵌入式 LinuxLinux 操作系統(tǒng)作為主要的教學內(nèi) 容。目前市場上占主導地位的嵌入式系統(tǒng) 90%90%依然是基于 ARMARM 處理器 的硬件平臺。因此，向?qū)W生傳授基于 A

5、RMARM 的嵌入式理論知識，不僅 可以幫助學生保持市場就業(yè)的競爭能力，對于學習其它的嵌入式系統(tǒng) 也是觸類旁通的，不如正在蓬勃發(fā)展的基于 INTELINTEL 處理器的嵌入式 系統(tǒng)。而在操作系統(tǒng)方面，我們選擇了以嵌入式 LinuxLinux 操作系統(tǒng)為 主，但為了讓學生充分理解嵌入式系統(tǒng)的開放性，對于 WinWin CECE 商業(yè) 操作系統(tǒng)，我們也作了基本的講解，這不僅能讓學生通過對比，理解 不同的嵌式如操作系統(tǒng)的流程和特點， 發(fā)掘他們之間的共性， 也給學 生提供了更加廣泛的就業(yè)空間。另外，老師可以根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的知識體系，結(jié)合相關(guān)的的實 驗內(nèi)容，把一部分的實驗內(nèi)容作為教學內(nèi)容， 在課堂上

6、利用嵌入式的 實驗設(shè)備演示相關(guān)的教學內(nèi)容，以激起學生的學習興趣。2.22.2 授課方式的改進 傳統(tǒng)的嵌入式教學只是注重于理論知識的單向傳播，且理論課的教 學和學習主要限制在課堂， 而實驗課則被限制在實驗室并按照設(shè)定的 實驗程序依樣畫葫蘆。 學生完全是被動的學習和接收。 這種禁錮在課 本和實驗指導書中的封閉式的教學， 極大地限制了學生的創(chuàng)新能力的 培養(yǎng)。我們將改變這種傳統(tǒng)的結(jié)論灌輸?shù)牡慕虒W模式，在講解嵌入式的基 本理論知識的時候， 我們將強調(diào)嵌入式系統(tǒng)和通用計算機系統(tǒng)的基本 理論中相同點和不同點， 結(jié)合學生已經(jīng)學習過的單片機系統(tǒng)， 微機原 理等基本理論，以類比，對照的方法進行解析。甚至啟發(fā)式地引

7、導學 生把已有的通用計算機系統(tǒng)知識和理論進行轉(zhuǎn)換、 進而映射到嵌入式 平臺中來，從而可以更加深刻地體會和理解嵌入式系統(tǒng)中的一些重點 理論和特點。比如，在講解 ARMARM 指令的時候，我們采用啟發(fā)式教學，在學生已經(jīng)學習的 80868086 匯編語言的基礎(chǔ)之上，通過啟發(fā)、對比和完 善，把 ARMARM 指令和匯編語言的相同點和不同點分析出來。接著通過 一些典型試驗訓練，讓學生通過閱讀和分析程序，領(lǐng)會其精髓。這樣 既可以節(jié)約課堂授課時間， 也可以讓學生更加深刻的理解到嵌入式平 臺和通用平臺 80868086 的區(qū)別所在，從而加深對嵌入式系統(tǒng)特點的理解。 這種啟發(fā)對比式的授課方式更能讓學生理解嵌入式

8、技術(shù)的發(fā)展過程 和形成背景，這樣比讓學生單純的死記硬背一些結(jié)論性的概念更有實 際意義。其次，我們將推行以實驗為主的教學方法，打破傳統(tǒng)的課堂教學理 論與實驗課完全獨立的授課方式， 將理論知識的學習貫穿到試驗中， 以實驗來促進理論知識的吸收。也就是以實例、實驗為主線，實行講 授與實驗一體化的教學方法。首先，在課堂上利用嵌入式仿真器、實 驗箱等實驗設(shè)備演示實驗項目， 先讓學生看到實驗的過程及其結(jié)果， 變抽象為具體，變枯燥為有趣，激起學生的學習興趣。其次，適當?shù)?將課堂搬到實驗室，充分利用實驗室的資源，結(jié)合試驗，講授理論知 識。再次，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的知識體系，設(shè)計出與各項內(nèi)容相適 應(yīng)的實驗內(nèi)容，

9、一方面在授課的時候， 以實驗內(nèi)容為教學內(nèi)容編成講 義，以講義為主，教材為輔 ; ; 另一方面，在實驗中，以實驗的方式鞏 固教學內(nèi)容。最后，鼓勵學生自己動手做實驗，自己去分析實驗中涉 及的硬件、編程方法及實驗?zāi)康摹?讓學生從試驗的被動接受者變?yōu)閷?驗的主動構(gòu)建者和創(chuàng)新者， 讓學生體會到科學試驗的樂趣和魔力， 激 發(fā)他們學習的興趣。2.32.3 改進實驗內(nèi)容和方法嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程。在嵌入式系統(tǒng)教學中，實驗 是學生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵。 通過實驗， 不僅可以幫助學 生鞏固理論知識、 增加學生對嵌入式系統(tǒng)的感性認識， 提高學生的學 習興趣 ; ;而且可以幫助學生理解嵌入式系統(tǒng)的

10、開發(fā)和設(shè)計流程， 全面 掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)、 硬件基本體系和結(jié)構(gòu)、 系統(tǒng)運行模式嵌 入式軟件開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試與驗證方法等， 使學生具有一定的嵌入式系 統(tǒng)開發(fā)知識和能力。首先，我們要改變的傳統(tǒng)的實驗課的授課方式，打破先上理論課， 再上試驗課的傳統(tǒng)模式， 將理論課和實驗課結(jié)合起來， 邊教學邊實驗， 理論教學和實驗練習充分結(jié)合。其次，改進傳統(tǒng)的的實驗內(nèi)容設(shè)計， 一方面結(jié)合教材內(nèi)容，設(shè)計出一些基礎(chǔ)實驗，幫助鞏固理論知識 ; ; 更 重要的是選擇生活中能見到的嵌入式的應(yīng)用實例， 設(shè)計出系統(tǒng)實驗內(nèi) 容，容易激發(fā)學生的學習興趣和動手實踐的愿望 ! ! 再次進一步拓展實 驗內(nèi)容，注入一些新穎的， 與現(xiàn)代企

11、業(yè)嵌入式應(yīng)用技術(shù)緊密聯(lián)系的實 驗課題，引導學生盡可能多地接觸國內(nèi)外工業(yè)界的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開 發(fā)實例，一方面來彌補課內(nèi)實驗教學在內(nèi)容上的不足， 同時還能拓展 學生的視野，提高就業(yè)能力。最后，鼓勵學生自己設(shè)計實驗內(nèi)容，自 主查閱整理資料， 確定實驗主題和試驗?zāi)康模?討論解題思路與設(shè)計原 理，自主完成程序流程圖、開發(fā)程序、上機調(diào)試等。這種自主式的實 驗訓練不僅鍛煉了學生的科研、 創(chuàng)新和實際解決問題的能力， 而且也 幫助老師豐富了教學資源， 也促進了老師的提高， 真正體現(xiàn)了教學相 長的新型教學理念。當然，在進行實驗教學時，還是應(yīng)當遵循循序漸進的方式，由易及 難，由淺入深。 讓學生基于對嵌入式理論的理解

12、，從而系統(tǒng)地理解嵌 入式系統(tǒng)的設(shè)計過程、掌握開發(fā)工具和驗證方法。另外，這種實驗改 革的創(chuàng)新，決不是一味的讓學生獨自承擔創(chuàng)新的任務(wù)， 老師的作用不 僅僅是負責實驗內(nèi)容的改革和創(chuàng)新。在實際的實驗教學中我們發(fā)現(xiàn)， 如果老師能和學習一起參與到具體的實驗中， 一起實現(xiàn)實驗中的硬 件設(shè)計。比如液晶顯示控制實驗，當學生看到老師通過連線、編程， 可以實現(xiàn) LCDLCD 顯示漢字字符、彩色位圖等的實驗結(jié)果后， 自己一定 很想試試。這樣就大大激發(fā)了學生的實驗積極性。另外，學校在條件 允許的情況下， 應(yīng)當提高更好的嵌入式實驗條件， 老師應(yīng)當為學生創(chuàng) 造寬松的實驗環(huán)境。 比如盡可能的開放實驗室， 改變傳統(tǒng)的只能在實

13、驗課做實驗的模式， 讓學生充分利用實驗室提供的實驗器材、 設(shè)備和 環(huán)境等資源來完成實驗。不僅讓學生享受到實驗成功本身的成就感， 而且能讓學生感受到自由創(chuàng)新的自豪感。所有的實驗，都是為了提高學生的知識水平和實踐能力，培養(yǎng)他們 自主創(chuàng)新的能力。于是，我們鼓勵學生積極參加各種嵌入式競賽，去 證明自己的能力。老師則給他們必要的賽前集中培訓，這種培訓，不 僅僅是簡單的編程能力的培訓， 更是對嵌入式系統(tǒng)知識的升華， 對于 培養(yǎng)學生積極思考、 努力探索、 和解決實際問題的應(yīng)變能力都有極大 的意義。最近幾年我校的學生參加了不少的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計大賽， 比 如：大學生電子設(shè)計大賽、 飛思卡爾智能車大賽、博創(chuàng)杯嵌入

14、式大賽 等，都取得了不錯的成績。 這對培養(yǎng)學生的應(yīng)用能力和積極參與競爭的意識有著重要的意義 2.42.4 改進的課程考核辦法 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程的考核由筆試成績和平時實驗成績組成，而 實驗成績僅僅通過實驗報告來考核。 這種考核方式對于嵌入式系統(tǒng)這 種實踐性很強的課程， 缺乏必要的區(qū)分度， 一方面會使學生陷入死記 硬背理論知識的老胡同里， 另一方面也很容易讓學生出現(xiàn)重實驗報告， 輕實際操作的弊病， 不能真正考核學生的實際能力。因此我們不僅需 要改進傳統(tǒng)的閉卷考試方式的方法，而且也要減少簡單的理論成績和 實驗成績加成帶來的弊端。 基于對學生實踐能力的培養(yǎng)， 因此在考核 的評定辦法上我們應(yīng)當格外強調(diào)實驗中的表現(xiàn)。 改革的考核辦法如下： (1)(1) 平時成績以參考實驗中的表現(xiàn)為主，書面的實驗報告為輔，這就 要求老師要觀察學生在試驗中的表現(xiàn)， 而不是僅僅通過課后的實驗報 告的數(shù)據(jù)和結(jié)果來打分。 (2)(2) 期末評定時，不僅要減少理論課筆試成 績的比例，而且在理論筆試中，盡量避免死記硬背的題型測試，并重 點考察學生對知識的理解程度和