嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生能力提升探索

葉瑋琳，包能勝，張興偉

摘要：在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，如何提升學(xué)生能力，需要從各個角度分析嵌入式系統(tǒng)課程中知識框架。為了全面了解學(xué)生并提升學(xué)生能力，筆者從理論與實踐、硬件與軟件兩個互補對立層面對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程進行了探索研究。結(jié)合課堂理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實驗實踐等多種方式了解學(xué)生能力，并有針對性地對學(xué)生能力進行提升。改革結(jié)果表明，較大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)改革；能力提升

中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0221-02

嵌入式系統(tǒng)是高等學(xué)校電子信息、計算機、自動化等本科高年級學(xué)生的一門專業(yè)技能課程，是以應(yīng)用為核心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、涉及微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、微機原理等多門學(xué)科的綜合學(xué)科。從各個角度分析嵌入式系統(tǒng)課程中知識框架，與學(xué)生興趣相結(jié)合，真正做到學(xué)以致用，提升學(xué)生能力，是目前所有工科類課程面臨的一個重要問題。為此，筆者針對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程，開展名為“嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生能力提升探索”的教學(xué)改革嘗試，并初步收到積極效果。該教學(xué)改革理念也可為微機原理、可編程邏輯器件、DSP技術(shù)原理等類似課程提供參考。

一、課程特點及主要存在問題

嵌入式系統(tǒng)是高年級課程，有很強的工程實踐性和知識綜合應(yīng)用性，要求學(xué)生聯(lián)系先修課程，結(jié)合新知識，靈活融匯分析并解決實際工程問題的能力。教學(xué)中，需要任課老師既重視理論知識的傳授，又要培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。筆者結(jié)合工作中對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的體會，對該課程特點及主要存在問題總結(jié)如下：

1.聯(lián)系廣，理解難。要較好地把握嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容，必須對先修課程有很好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，能較好地將從低年級以來的專業(yè)課聯(lián)系起來，才能深入理解本門課程內(nèi)容。比如要很好地理解嵌入式系統(tǒng)觸摸屏的原理及編寫相應(yīng)程序，必須理解觸摸屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖中涉及多個MOS管組成的模擬電路，需要學(xué)生很好理解NMOS、PMOS不同的通斷過程及對電路的影響。如果學(xué)生不熟悉MOS管的通斷原理，而單純靠記憶來使用觸摸屏，則很難做到活學(xué)活用。

由于學(xué)生水平及能力各不相同，為了使大部分學(xué)生能較好地學(xué)懂所講授內(nèi)容，則需要老師在講新知識之前花時間復(fù)習(xí)修課程的相關(guān)內(nèi)容概念。然而這種做法勢必導(dǎo)致第二個問題：占用本來有限的課時。

2.學(xué)時少，內(nèi)容多。近年來，由于推廣素質(zhì)教育，各門課程理論教學(xué)時間不斷縮減。以筆者所講授的嵌入式系統(tǒng)課程為例，理論課時僅僅為22學(xué)時，該學(xué)時遠遠少于專業(yè)必修課，且隨著嵌入式技術(shù)日新月異，該門課程除了課本內(nèi)容外，還需要補充其他與現(xiàn)代技術(shù)接軌的新內(nèi)容。因此，如何精選每節(jié)課授課內(nèi)容，在有限的課堂時間內(nèi)使學(xué)生掌握到盡量多的內(nèi)容，且不感到枯燥無味，是嵌入式系統(tǒng)等工科類課程普遍存在的問題之一。

3.實驗舊，擴展難。由于課時安排原因，本門課程僅配套3個實驗，且實驗與理論課程不對應(yīng)，所使用的實驗箱年代較久，不能與現(xiàn)代新技術(shù)接軌，且無法在原有基礎(chǔ)上進行擴展，只能進行某些簡單的功能性驗證的實驗。如何通過實驗輔助理論教學(xué)，提升學(xué)生能力水平，也是課程教學(xué)中需要解決的問題之一。

二、教學(xué)過程學(xué)生能力提升探索

針對上述存在問題，必須在教學(xué)過程中克服客觀困難，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性，從而實現(xiàn)學(xué)生能力提升的效果。為此，圍繞嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的兩大難點，筆者開展了學(xué)生能力提升的探索改革。

1.學(xué)生理論知識與實踐能力的提升探索。理論指導(dǎo)實踐，實踐驗證理論，因此對于工科學(xué)生來說，不能一味注重實踐，也不能只懂得紙上談兵的理論，需要理論和實踐能力相輔相成，才能得到能力提升。然而，筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生個體差異，能力傾向不同，有些學(xué)生注重實踐鍛煉，然而理論知識并未提升，有些同學(xué)只注重理論知識，工程實踐能力不足。且大部分學(xué)生理論與實踐知識的反饋提升能力不夠。

以筆者講授嵌入式系統(tǒng)液晶屏內(nèi)容為例，對于使用液晶觸摸屏，設(shè)計的理論知識包括：液晶屏的分類——TFT屏和STN屏；顯示顏色——單色和彩色；灰度等級——單色、4級、16級；彩色等級——STN屏為256色和4096色，TFT屏非調(diào)色板為64K色和16M色，TFT屏調(diào)色板為256色等等。如果學(xué)生不懂得上述理論知識，在實際操作中，則不能很好地編寫合適程序調(diào)試出預(yù)期效果。然而，僅僅懂得上述理論內(nèi)容也不夠，還需要考慮其他實際工程問題，比如：TFT屏的電路連接方式與STN屏是否一致？STN屏的驅(qū)動電流需要多大才合適，且不至于導(dǎo)致液晶屏過亮或過熱？采用何種驅(qū)動器性價比更高？等等。上述問題并不只是理論，而是跟實際工程實踐相關(guān)。

鑒于此，針對如何提升學(xué)生的理論知識與實踐能力的問題，首先，筆者在課堂上對于基礎(chǔ)理論知識，如液晶屏的分類、灰度及彩色等級等內(nèi)容均予以清楚闡述；另外，通過課程設(shè)計、創(chuàng)新實驗項目、實驗課程等環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的動手能力；最后，針對實驗中出現(xiàn)的問題及失敗現(xiàn)象，鼓勵學(xué)生從理論上找到原因后再反復(fù)實踐驗證，達到理論與實踐相輔相成且共同提高的目的。

2.學(xué)生硬件與軟件知識的提升探索。對于電子及自動化等專業(yè)學(xué)生來說，嵌入式系統(tǒng)課程不僅要掌握軟件編程，而且要掌握硬件電路設(shè)計能力，軟硬件知識結(jié)合，才能較好地完成工程項目。

然而，由于先修課程學(xué)生水平及傾向不同，面對同一個系統(tǒng)問題，有些同學(xué)在電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等課程上掌握較好且較有興趣，會比較傾向使用硬件方法來解決問題，而有些同學(xué)對于C語言程序編程、數(shù)字電路等課程把握較好，會傾向于通過軟件編程方法來處理問題。

對于簡單系統(tǒng)，上述兩種方法均是可取的。但是對于功能復(fù)雜的系統(tǒng)，不可能僅采用單一硬件或者軟件解決問題，需要考慮各方面因素，軟硬件結(jié)合起來應(yīng)用。因此，要求學(xué)生不僅掌握硬件電路設(shè)計能力，對于軟件編程能力的具備同樣也是必須的。endprint

在提升學(xué)生硬件和軟件綜合設(shè)計能力問題上，筆者首先在課堂上給出案例，啟發(fā)學(xué)生提出各種不同軟硬件設(shè)計方案；進一步，布置工程案例作為課后作業(yè)，要求學(xué)生設(shè)計或列舉出多種設(shè)計方案，綜合比較可行方案；最后，布置一個貫穿本門課程的課程設(shè)計，該設(shè)計需要涉及硬件電路及軟件編程，通過該課程設(shè)計的完成，最終達到提升學(xué)生硬件電路設(shè)計與軟件編程能力的目的。

三、教學(xué)成效

筆者將上述教學(xué)改革內(nèi)容用于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程中，收到了較好的效果。通過問卷調(diào)查和課后反饋訪談，學(xué)生普遍反映能將先修電子知識與嵌入式系統(tǒng)聯(lián)系起來，且在此過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力均得到了提升。通過課堂案例引入及分析，提升了學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)的工程應(yīng)用能力和設(shè)計能力。筆者相信，所開展的教學(xué)改革探索在一定程度上提升了學(xué)生對嵌入式產(chǎn)品進行軟硬件綜合設(shè)計的能力，增強了學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)最新動態(tài)追蹤的興趣、對相關(guān)領(lǐng)域深入學(xué)習(xí)的信心。

四、結(jié)束語

在深入了解嵌入式系統(tǒng)課程特點、現(xiàn)狀和不足的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合自己的實際教學(xué)切身體會，對嵌入式系統(tǒng)開展了教學(xué)改革探索。著重從理論與實踐、硬件與軟件上對學(xué)生能力進行提升。實踐表明，該類措施較大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及其主觀能動性，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金（No.61307124），汕頭大學(xué)科研啟動基金（No.NTF12022），汕頭大學(xué)青年科研基金（No.YR12005），汕頭市科技計劃項目（No.2013-14），2013年度汕頭大學(xué)先進本科教育教學(xué)改革專項基金資助。

作者簡介：葉瑋琳（1984-），女，廣東省潮州市人，博士，講師，研究方向：電路系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、紅外光電檢測。endprint