嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究

彭靜

【摘要】嵌入式技術(shù)是新世紀(jì)的高新技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性和應(yīng)用性。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的特點(diǎn)進(jìn)行分析，探討了現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，旨在更好的提高學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】嵌入式;實(shí)驗(yàn)教學(xué);模式研究

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展及嵌入式硬件技術(shù)與軟件技術(shù)的不斷成熟，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)嵌入式產(chǎn)品開發(fā)人才的需求增大。因此，許多高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面的系列課程。由于嵌入式系統(tǒng)課程涉及的知識(shí)面寬、實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求較高，包括實(shí)驗(yàn)教師、硬件配置、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置等[1]。因此，作為對(duì)新技術(shù)研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，盡快開設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)課程，并逐漸形成較規(guī)范的教學(xué)體系已成為一個(gè)重要的研究課題。

1 ?嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法出現(xiàn)的問題

嵌入式系統(tǒng)課程有一定的難度，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上同其他成熟課程相比還有較大差距，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法主要存在以下幾點(diǎn)問題：

1.1 ?硬件知識(shí)和應(yīng)用能力較差

由于軟件工程專業(yè)的學(xué)生本身對(duì)硬件課程學(xué)習(xí)不夠深入，因此學(xué)生無論是對(duì)嵌入式的理論還是還是實(shí)驗(yàn)都缺乏足夠的了解，所投入的時(shí)間和精力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上在軟件方面的學(xué)習(xí)，結(jié)果造成軟件工程專業(yè)學(xué)生的硬件知識(shí)和應(yīng)用能力普遍較差。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)課程和理論相脫節(jié)[1]

實(shí)驗(yàn)課程和理論課程不匹配，常常是實(shí)驗(yàn)課程和理論課程各自為戰(zhàn)，成為兩個(gè)互不相干的課程，如經(jīng)常是理論課程還未學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)進(jìn)行[2]，或者是理論課程正在學(xué)習(xí)利用嵌入式完成對(duì)鍵盤的識(shí)別等相關(guān)知識(shí)，而實(shí)驗(yàn)卻是學(xué)習(xí)利用嵌入式完成對(duì)LCD的控制。此情況不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的接收和對(duì)知識(shí)系統(tǒng)掌握以及實(shí)際應(yīng)用。

1.3 ?過分依賴現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

隨著實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的完善和豐富，很多本身需要由學(xué)生獨(dú)立完成的部分，都由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的某些模塊所替代，因此在實(shí)驗(yàn)過程中很多步驟無需學(xué)生親自動(dòng)手，只要按照實(shí)驗(yàn)說明的步驟操作即可，而其中的某些原理學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中根本不用理會(huì)，雖然降低了實(shí)驗(yàn)難度，但使學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程缺乏整體的理解，嚴(yán)重影響了學(xué)生的創(chuàng)造能力。

1.4 ?缺乏自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在嵌入式實(shí)驗(yàn)體系中，多數(shù)實(shí)驗(yàn)都是按照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)提供的已有實(shí)驗(yàn)，并按照一定的順序完成的一系列實(shí)驗(yàn)，很少是利用實(shí)驗(yàn)仿真開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)的具有自己特色的實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系過于僵化和形式化[3]。嵌入式仿真系統(tǒng)不僅是一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，也是一個(gè)仿真開發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源和師資開發(fā)具有自己特色和方向的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

2 ?嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)

針對(duì)以上問題，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，有以下幾點(diǎn)新建議：

2.1 ?引導(dǎo)基礎(chǔ)較好、自學(xué)能力較強(qiáng)的學(xué)生組成興趣小組激發(fā)、提高其他學(xué)生的求知興趣

興趣小組一般由2-3名專業(yè)教師和若干名學(xué)生組成，以學(xué)校成立的計(jì)算機(jī)創(chuàng)新基地為平臺(tái)，開展嵌入式方面的技術(shù)探討。對(duì)于課程學(xué)得好的學(xué)生，按照全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的要求，進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)訓(xùn)練，也可參與到教師平時(shí)的科研中，增加手動(dòng)機(jī)會(huì)，并在科研中進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，形成良性循環(huán)。對(duì)于取得的研究成果，可以引導(dǎo)學(xué)生撰寫論文，并能在學(xué)生中起到表率作用。當(dāng)完成某個(gè)項(xiàng)目后，學(xué)生會(huì)有很強(qiáng)的成就感，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也大大增強(qiáng)，從而帶動(dòng)其他學(xué)生加入到興趣小組。

2.2 ?規(guī)劃好實(shí)驗(yàn)步驟，規(guī)范化實(shí)驗(yàn)課程程序，完善相關(guān)管理制度

將實(shí)驗(yàn)步驟以實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的形式體現(xiàn);實(shí)驗(yàn)時(shí)由老師講解，并演示操作步驟;學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)操作時(shí)教師要明確實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目標(biāo)和要求，在實(shí)驗(yàn)過程中適時(shí)提供指導(dǎo);實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生按標(biāo)準(zhǔn)格式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師及時(shí)批改和總結(jié)。

2.3 ?根據(jù)所學(xué)的理論課程，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目合理組合搭配

由于嵌入式系統(tǒng)涉及到多門專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)課時(shí)又有限，在理論教學(xué)中，將硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的要求，特點(diǎn)及處理器的端口選擇、芯片的選擇等除了在課上講授之外，還要作為多個(gè)大作業(yè)布置給學(xué)生，學(xué)生可以自主選擇大作業(yè)的不同內(nèi)容，利用理論課為實(shí)驗(yàn)課做好充足的課前準(zhǔn)備，力爭(zhēng)提煉出設(shè)計(jì)、綜合和創(chuàng)新層次。確保硬件電路正確，合理選擇元器件。只有真正理解電路的原理，才會(huì)在實(shí)驗(yàn)課上，線路連結(jié)正確，焊接無誤，才會(huì)在硬件電路出問題時(shí)，快速查處原因，及時(shí)采取正確措施，才會(huì)使實(shí)驗(yàn)課上知其然知其所以然，而不是盲目的跟著實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)，從而真正提高學(xué)生掌握設(shè)計(jì)、制備、焊接和調(diào)試的系統(tǒng)流程[4]。

2.4 ?采用分層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方法

在嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置過程中，根據(jù)學(xué)生對(duì)所需知識(shí)的掌握程度、運(yùn)用水平以及動(dòng)手能力循序漸進(jìn)地組織安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且前后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要有一定的關(guān)聯(lián)性。另外，由于學(xué)生的基礎(chǔ)狀況有差異，可將實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)為幾個(gè)層次，并且每個(gè)層次安排一定得必修實(shí)驗(yàn)和選修實(shí)驗(yàn)：

1）簡(jiǎn)單驗(yàn)證型（基礎(chǔ)型）實(shí)驗(yàn)

這部分實(shí)驗(yàn)，是每個(gè)學(xué)生必須完成的，旨在使學(xué)生了解開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程，掌握實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具的使用方法，熟悉軟件編程環(huán)境，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的調(diào)試，讀懂實(shí)驗(yàn)源程序和程序運(yùn)行過程，使學(xué)生能夠進(jìn)行修改、組合和補(bǔ)充的應(yīng)用編程。

2）提高型實(shí)驗(yàn)

這部分實(shí)驗(yàn)安排從操作系統(tǒng)的移植到應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和編程，循序漸進(jìn)地讓學(xué)生了解基于嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)的全過程。

3）綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

這部分實(shí)驗(yàn)是提供給基礎(chǔ)較好、自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生深入學(xué)習(xí)的，他們希望能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)理論有更深入的掌握，并有更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)進(jìn)行綜合課題的設(shè)計(jì)。這種綜合型課題設(shè)計(jì)，作為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行，內(nèi)容涉及多門課程的知識(shí)。這部分學(xué)生不僅要進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)和編制，還要進(jìn)一步進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，建立起不同課程之間的知識(shí)的有機(jī)聯(lián)系，掌握不同設(shè)備的聯(lián)合使用與操作，培養(yǎng)綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)的能力，將嵌入式實(shí)驗(yàn)體系引入具有一定應(yīng)用價(jià)值和具有自己特色的實(shí)驗(yàn)課題，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，加深學(xué)生對(duì)嵌入式知識(shí)領(lǐng)域的更深層次的認(rèn)識(shí)。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極主動(dòng)性以及創(chuàng)新能力。同時(shí)考慮到學(xué)生的層次不同，讓學(xué)生由淺入深，從而掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)方法?？傊?，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案要緊跟嵌入式技術(shù)前沿的快速發(fā)展，及時(shí)更新嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，靈活自主地選擇和設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)出技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的嵌入式軟件工程人才。

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基金項(xiàng)目：重慶師范大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“嵌入式軟件工程綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)模式研究”;重慶師范大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于CDIO、面向課程群的軟件工程專業(yè)綜合案例庫(kù)建設(shè)與教學(xué)方法研究”。