基于虛實(shí)結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革初探

朱一峰++楊絮++于林韜++樸燕

摘 要：隨著近年來(lái)大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)展，特別是2015年《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于發(fā)展眾創(chuàng)空間推進(jìn)大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》再次指出鼓勵(lì)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)，孵化培育一大批創(chuàng)新型小微企業(yè)，致使高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽也層出不窮。以單片機(jī)為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)是完成許多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的基本技能，學(xué)生們迫切需求掌握單片機(jī)一類的技術(shù)。筆者結(jié)合所在學(xué)校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革，對(duì)這類課程提出了基于虛實(shí)結(jié)合的教改方案，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，并且應(yīng)用創(chuàng)新，取得了一定效果。

關(guān)鍵詞：虛實(shí)結(jié)合 嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī) 應(yīng)用創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（b）-0078-02

隨著近年來(lái)大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)展，高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽也層出不窮。以單片機(jī)為首的嵌入式系統(tǒng)課程是完成許多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的基本技能，學(xué)生們迫切需求掌握單片機(jī)一類的技術(shù)，不少學(xué)生大一剛進(jìn)校就尋求該方面的技能學(xué)習(xí)，擁有了一定基礎(chǔ)后，參加各類比賽，為自己的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃添加砝碼。

而這類課程出于整體教學(xué)計(jì)劃的安排及前驅(qū)后續(xù)課程的銜接考慮，一般學(xué)校都安排在第5學(xué)期，而此時(shí)已有不少學(xué)生參加了各類比賽，對(duì)單片機(jī)技術(shù)多少有了一定的了解和掌握，甚至有個(gè)別同學(xué)十分精通。這部分人在第5學(xué)期選修該課程無(wú)疑是浪費(fèi)時(shí)間，而不選的話又沒(méi)有這科在就業(yè)中份量較重的成績(jī)。

綜上考慮，在有限的課時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生了解更多的知識(shí)，使課堂上的內(nèi)容融入現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中，使有嵌入式基礎(chǔ)的學(xué)生更能發(fā)揮其能力，無(wú)基礎(chǔ)的學(xué)生也能快速地學(xué)到單片機(jī)技術(shù)的基本技能，筆者學(xué)校嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行了課程改革，突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探索新的教學(xué)方法，切實(shí)提高學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力。

1 教改方案

1.1 以案例引導(dǎo)的課堂講解

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門只有在探索、實(shí)踐中才能學(xué)到東西的課程。在課堂上一味地灌輸，不僅無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力的目的，還會(huì)使學(xué)生提不起興趣。

把具體的時(shí)尚創(chuàng)意產(chǎn)品拿到課堂上講解，讓學(xué)生對(duì)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)讓學(xué)生經(jīng)歷單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的過(guò)程，掌握單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中用到的各種軟件及其工具，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、與實(shí)際聯(lián)系的能力是大有益處的，使學(xué)生真正地應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。

采用實(shí)體產(chǎn)品演示，另一目的是給學(xué)生引入市場(chǎng)價(jià)格觀念。單片機(jī)在電子行業(yè)應(yīng)用極其廣泛，該課程又屬于應(yīng)用設(shè)計(jì)類課程，與實(shí)際緊密結(jié)合，所以一定要有市場(chǎng)和成本觀念。在講授有關(guān)設(shè)計(jì)方面內(nèi)容時(shí)，應(yīng)注重使學(xué)生樹立起經(jīng)濟(jì)效益、性能價(jià)格比的觀念，這對(duì)于工科的學(xué)生是十分重要的。不能只講授設(shè)計(jì)而沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益觀點(diǎn)，要把幾種設(shè)計(jì)方案加以比較， 注重工程上的可行性、性能價(jià)格比。

1.2 以虛實(shí)結(jié)合的半實(shí)物仿真教學(xué)平臺(tái)

以筆者學(xué)校國(guó)家級(jí)“電子信息與通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”建設(shè)為契機(jī)，結(jié)合通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室資源，建立一個(gè)全方位的網(wǎng)絡(luò)化單片機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境，包括一個(gè)擁有30套單片機(jī)最小開發(fā)系統(tǒng)板的硬件實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)和學(xué)生電腦都配備Proteus仿真軟件，同時(shí)建立一個(gè)學(xué)習(xí)網(wǎng)站和一個(gè)答疑提問(wèn)QQ/微信群。

課程初期，學(xué)生可以通過(guò)Proteus仿真軟件進(jìn)行純計(jì)算機(jī)仿真，滿足一些基本概念和軟件操作的練習(xí)；課程中期，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室完成基礎(chǔ)的硬件實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)基本硬件的組成和功能；課程后期，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)單片機(jī)綜合應(yīng)用能力。而在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)校內(nèi)電子信息與通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、學(xué)習(xí)網(wǎng)站、QQ群/微信群隨時(shí)地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，與老師、學(xué)生進(jìn)行信息交流，提供及時(shí)的幫助，讓學(xué)生學(xué)有參考、問(wèn)有答案、練有指導(dǎo)的全程陪護(hù)學(xué)習(xí)。

1.3 以學(xué)生獨(dú)立自主的課后大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

單片機(jī)課程有一個(gè)顯著特點(diǎn)，就是以興趣為引導(dǎo)的立即求知性。當(dāng)學(xué)生看到案例演示時(shí)，只要激發(fā)起興趣，那么他馬上就想學(xué)習(xí)，馬上會(huì)自己動(dòng)手去做，更想知道下一次課還能學(xué)到什么。而原本課程的安排一周一次，一次2學(xué)時(shí)，花4個(gè)月去學(xué)習(xí)，這無(wú)疑大大削弱了學(xué)生的積極性。

該課程整合授課時(shí)間，每周兩次課4學(xué)時(shí)，8周時(shí)間講完，緊湊的課時(shí)安排，讓學(xué)生迅速地學(xué)完該課程，并立即開展應(yīng)用。而后8周時(shí)間，由學(xué)生利用課余時(shí)間，經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考和動(dòng)手，完成一個(gè)貼近實(shí)際的項(xiàng)目，真正地做到學(xué)以致用。

大型綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目以創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主要培養(yǎng)目標(biāo)，綜合考察全面應(yīng)用單片機(jī)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的能力，將原來(lái)分散的小型演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)集成為一個(gè)大型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。首先，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備大量的備選項(xiàng)目（2～3人1組，題目不重），并制訂項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書，給出設(shè)計(jì)目標(biāo)、總體設(shè)計(jì)思路、軟硬件資源以及最后要達(dá)到的效果等。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自創(chuàng)項(xiàng)目（需老師認(rèn)可所應(yīng)用到的知識(shí)點(diǎn)是否全面）。

學(xué)生分組選擇項(xiàng)目后，組織學(xué)生討論，使學(xué)生充分發(fā)揮想象力，引導(dǎo)學(xué)生思考并提出項(xiàng)目解決方案，描繪出設(shè)計(jì)藍(lán)圖；然后開始查找資料、論證方案、設(shè)計(jì)電路、焊接硬件、編寫程序、最后調(diào)試，整個(gè)過(guò)程以學(xué)生為主，教師指導(dǎo)點(diǎn)撥為輔，注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

1.4 因材施教，分層次地進(jìn)行教學(xué)

該課程安排在第三學(xué)年第5學(xué)期，有不少學(xué)生已在大一大二時(shí)參加了一些培訓(xùn)或自學(xué)完了單片機(jī)，并參加了各類比賽。針對(duì)這樣的學(xué)生，開展分層次教學(xué)法，引導(dǎo)有能力的學(xué)生不僅僅局限于51單片機(jī)技術(shù)，對(duì)AVR、K60、STM32、ARM等高端單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)，在完成大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的時(shí)候，認(rèn)可不同類型的單片機(jī)出現(xiàn)，使學(xué)生真正地活學(xué)活用，不拘泥于教材與課堂的約束。

1.5 建立考核新模式

打破原有筆試考核方式，注重考核學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，以改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和思維方式。考核主要突出對(duì)知識(shí)的理解能力、綜合應(yīng)用能力以及解決問(wèn)題的實(shí)踐能力的考察，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，以達(dá)到教學(xué)的主要目的。

考核的能力主要有：（1）專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力，包括電路分析、電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)與制作。（2）實(shí)際應(yīng)用能力，包括硬件焊接能力、各類技術(shù)文檔撰寫能力、PPT匯報(bào)與口頭表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

另外，不同的項(xiàng)目，制作難度肯定存在差異，這就需要兼顧公平性，在出題階段，就要考慮調(diào)整設(shè)計(jì)方案來(lái)減小不同題目間差異；在口試時(shí)，主要考察學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，避免演示操作看起來(lái)很好，一問(wèn)卻什么也不會(huì)的情況，同樣，口試也要設(shè)定可量化的問(wèn)題，以示公平。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)課后項(xiàng)目的方式，學(xué)生能將單片機(jī)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)融合到一個(gè)大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，這樣既鞏固了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)提高了單片機(jī)的實(shí)踐操作能力，為后續(xù)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)奠定了一定的基礎(chǔ)。更重要的是，讓學(xué)生經(jīng)歷了單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的全過(guò)程，知道了一個(gè)產(chǎn)品從無(wú)到有的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，開拓了學(xué)生在創(chuàng)業(yè)方面的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和強(qiáng)化現(xiàn)代工程意識(shí)，有助于大學(xué)生對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的正確認(rèn)識(shí)。

以學(xué)科競(jìng)賽為激勵(lì)和培養(yǎng)目標(biāo)，激發(fā)有基礎(chǔ)的學(xué)生自主探索更高層次的單片機(jī)應(yīng)用，參加更高級(jí)別的競(jìng)賽，更多地給學(xué)生展示自己的機(jī)會(huì)，這樣不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還鍛煉了能力，增強(qiáng)了自信心。幾年來(lái)，該校學(xué)生在電子設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯創(chuàng)業(yè)大賽等各類學(xué)科競(jìng)賽中，屢獲佳績(jī)，收到了很好的效果，為走入社會(huì)工作打下很好的基礎(chǔ)，提高了就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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