嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革探索

嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革探索打開文本圖片集摘要：文章從嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種滿足不同層次學(xué)生要求的教學(xué)方案，把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)都分為基礎(chǔ)性和綜合性兩個(gè)層次，并提出了進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革的策略。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);教學(xué)改革;策略一、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀與問題嵌入式系統(tǒng)一般被理解為“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁減，功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用系統(tǒng)”[1],是典型的軟硬件綜合體。嵌入式技術(shù)被稱為后PC時(shí)代的核心技術(shù)，是信息電子產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品開發(fā)、自動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程學(xué)院早在2022年就開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)”課程。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“嵌入式系統(tǒng)”更成為電子信息工程、自動(dòng)化、通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。但在以往的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。第一，剛開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程時(shí)，比較偏重“硬”的方面，幾乎是“單片機(jī)和微機(jī)原理”課程的重復(fù)，都是在講授硬件結(jié)構(gòu)和匯編語言。近幾年，改成以開發(fā)應(yīng)用程序?yàn)楹诵模珜W(xué)生前面的課程里只學(xué)習(xí)了“C程序設(shè)計(jì)”一門編程語言，學(xué)生的基礎(chǔ)比較薄弱，對(duì)程序開發(fā)的流程、規(guī)范，操作系統(tǒng)的基本概念，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幾乎沒有涉及，特別是遇到一些抽象的知識(shí)點(diǎn)，一些學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的興趣和信心都受到嚴(yán)重的打擊。第二，在教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣兩極分化的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，大部分C語言和匯編語言基礎(chǔ)比較差的學(xué)生幾乎沒興趣學(xué)習(xí)；小部分基礎(chǔ)比較好的學(xué)生，發(fā)現(xiàn)linux和嵌入式的世界很精彩、很自由，想法很多，不論是應(yīng)用開發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)，還是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)、智能控制都涉獵，造成時(shí)間和精力分散，各方面都只學(xué)習(xí)到一點(diǎn)皮毛。第三，“挑戰(zhàn)杯”、“電子設(shè)計(jì)大賽”、“博創(chuàng)杯全國大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽”、“智能汽車大賽”、“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”等國家級(jí)、省部級(jí)各項(xiàng)賽事的頻繁舉辦，對(duì)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)及能力提出了更高的要求。二、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革方案針對(duì)以上問題，提出對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)改革采取以下的措施與探索?；舅枷耄涸诒ＷC達(dá)到教學(xué)大綱要求的前提下，對(duì)不同學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生設(shè)計(jì)層次不同的教學(xué)方案和考核方案，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐化和差異化。（一）教學(xué)方案設(shè)計(jì)教學(xué)方案的設(shè)計(jì)分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，又各分為基礎(chǔ)性和綜合性兩個(gè)層次?；A(chǔ)性的內(nèi)容要求每個(gè)學(xué)生都必須掌握，綜合性的內(nèi)容主要是針對(duì)基礎(chǔ)比較好、學(xué)習(xí)興趣高的學(xué)生設(shè)置，不要求每個(gè)學(xué)生都掌握。.理論教學(xué)方案。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，把知識(shí)點(diǎn)分為基礎(chǔ)性和綜合性，最終體現(xiàn)在筆試試題注明基礎(chǔ)性題目或綜合性題目。為保證大部分學(xué)生能夠掌握課程的基礎(chǔ)知識(shí)，課堂上著重講授交叉開發(fā)環(huán)境的搭建、嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建、linuxAPI等基礎(chǔ)知識(shí)。綜合性的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合學(xué)生的專業(yè)課程講授課程里的經(jīng)典算法和原理如何用嵌入式系統(tǒng)和C語言實(shí)現(xiàn)，例如，信息工程專業(yè)結(jié)合“數(shù)字信息處理”，自動(dòng)化專業(yè)結(jié)合“自動(dòng)控制”，通信工程專業(yè)結(jié)合“通信原理”等。并在結(jié)合的過程中講授軟件工程相關(guān)的一些知識(shí)。.實(shí)踐教學(xué)方案。實(shí)踐教學(xué)分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外作品兩部分。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是所有學(xué)生都必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。課外作品分為基礎(chǔ)作品和綜合性作品，基礎(chǔ)作品是根據(jù)教學(xué)大綱要求，與基礎(chǔ)知識(shí)相配套，并且趣味性比較強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目（如讓學(xué)生編寫五子棋、貪吃蛇等小游戲），采取分組的形式，要求每個(gè)學(xué)生都必須完成。綜合性作品是提高性質(zhì)的，由學(xué)生根據(jù)自己的水平和專業(yè)確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，教師結(jié)合實(shí)際情況確認(rèn)作品題目，提供開發(fā)板和相關(guān)的外圍模塊讓學(xué)生在課余時(shí)間完成。（二）考核方案設(shè)計(jì)改革學(xué)生總評(píng)成績的計(jì)算方法。改變過去學(xué)生總評(píng)成績只由平時(shí)成績占30%，筆試成績占70%的計(jì)算方法。改革后的學(xué)生總評(píng)成績由平時(shí)成績、作品成績、筆試成績相結(jié)合的考核方式確定。筆試試題中基礎(chǔ)性題目占85%，綜合性題目占15%。改革前后總評(píng)成績比重計(jì)算方法如表1所示。1改革前后總評(píng)成績比重計(jì)算方法三、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革策略根據(jù)心理學(xué)相關(guān)研究表明，大二、大三學(xué)生在成就感低、行為不當(dāng)和總倦怠上高于大一學(xué)生，大四學(xué)生的成就感低好于大一、大二、大三學(xué)生，說明大二、大三學(xué)生的學(xué)習(xí)心理更消極［2］。嵌入式系統(tǒng)課程一般開設(shè)在大二下學(xué)期或大三的上學(xué)期，正好處于學(xué)習(xí)消極期，學(xué)生自覺性低。為保證教學(xué)方案能順利進(jìn)行，學(xué)生能夠有興趣、有耐心地堅(jiān)持學(xué)習(xí)下去，在教學(xué)實(shí)施的各環(huán)節(jié)中采取了一些積極、主動(dòng)的措施。（一）精選教材教材與參考書的選取是教學(xué)過程中第一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，教材與參考書是否適合學(xué)生的水平直接影響到以后的教學(xué)。目前，由高等院校、研究機(jī)構(gòu)編寫出版的教材和參考書大部分都注重理論知識(shí);倒是由一些培訓(xùn)機(jī)構(gòu)編寫的教材在講解基本的、必要的理論知識(shí)基礎(chǔ)上把重點(diǎn)放在開發(fā)環(huán)境的搭建、Linux基本API函數(shù)的應(yīng)用之上，使學(xué)生有具體的實(shí)踐對(duì)象。本課程選取華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心編寫、人民郵電出版社出版的《嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程》作為教材，該書從Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)、搭建嵌入式Linux環(huán)境、嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)三個(gè)方面可以幫助學(xué)生快速跨過嵌入式開發(fā)的門檻。參考書作為輔助，可以在課堂外開拓學(xué)生的眼界和輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，為保證學(xué)生能夠在課余時(shí)間閱讀推薦的參考書，本課程只推薦《鳥哥的Linux私房菜：基礎(chǔ)學(xué)習(xí)篇》作為參考書，并要求學(xué)生在閱讀完以后寫一篇3000字左右的小論文。（二）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“嵌入式系統(tǒng)”是一門實(shí)踐性比較高的課程，要求學(xué)生花較多的時(shí)間進(jìn)行課外實(shí)踐。但高校的實(shí)驗(yàn)室由于各方面的原因，只能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)為學(xué)生提供課程實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是驗(yàn)證性的，學(xué)生只要在實(shí)驗(yàn)箱上連接幾條連線，寫幾行代碼，運(yùn)行幾個(gè)命令就可以完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生的主動(dòng)性沒有得到調(diào)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)效果很差。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，使學(xué)生有更多自己動(dòng)手的時(shí)間。電子信息工程學(xué)院從學(xué)校別的學(xué)院報(bào)廢資產(chǎn)中找到40臺(tái)性能可以滿足嵌入式系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境運(yùn)行要求的PC，并購置了20套天嵌TQ2440開發(fā)板、20套友善之臂smart210開發(fā)板、40塊GPS和北斗星模塊、40塊zigbee模塊建立學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)室，并由學(xué)生管理，全天候開放，相關(guān)教師會(huì)不定期到實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生。（三）改變課程成績考核方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，除了興趣之外，還需要成績?cè)u(píng)定作為保障手段，保證學(xué)生能夠投入足夠的時(shí)間去學(xué)習(xí)和實(shí)踐，積極動(dòng)手。成績?cè)u(píng)定應(yīng)該嚴(yán)格、公平、公開。改革前，“嵌入式系統(tǒng)”課程的考核以平時(shí)成績加上期末考試成績作為課程的最終總評(píng)成績，這種評(píng)價(jià)方式造成學(xué)生平時(shí)上課懶散、作業(yè)抄襲、實(shí)驗(yàn)應(yīng)付、考前突擊復(fù)習(xí)等不良情況。導(dǎo)致總評(píng)成績不能反映學(xué)生真實(shí)水平，并且學(xué)生的動(dòng)手能力很差。改革后，主要是加強(qiáng)學(xué)生工作過程的監(jiān)控。（1）“嵌入式系統(tǒng)”的平時(shí)作業(yè)主要是環(huán)境的搭建，簡單應(yīng)用程序編寫，學(xué)生提交電子版。設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，Linux操作系統(tǒng)安裝時(shí)主機(jī)名是學(xué)生的姓名拼音加上座號(hào)，編寫應(yīng)用程序時(shí)變量名以姓名拼音作為前綴，并在完成的過程中保存3—5幅關(guān)鍵過程的截屏。從而，可以在很大程度上防止學(xué)生抄襲。（2）課程實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在上課之前提交預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)教師當(dāng)場檢查，隨機(jī)提問，正確無誤后實(shí)驗(yàn)教師簽名確認(rèn)，才算完成實(shí)驗(yàn)。（3）基礎(chǔ)作品要求學(xué)生按軟件工程過程，撰寫問題分析和需求分析文檔、概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔、實(shí)現(xiàn)活動(dòng)和確認(rèn)活動(dòng)文檔。通過這些文檔撰寫的訓(xùn)練有兩個(gè)好處：一是改變以往學(xué)生完成任務(wù)只有源代碼，其他文檔缺失的現(xiàn)象，規(guī)范應(yīng)用程序編寫的過程。二是迫使每個(gè)學(xué)生只能夠自已完成作品，無處復(fù)制。通過以上措施，半強(qiáng)迫地使學(xué)生入門，學(xué)生入門后會(huì)發(fā)現(xiàn)嵌入式跟他們的生活息息相關(guān)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的興趣得到激發(fā)。從而師生一起努力，使得教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生動(dòng)手能力有了比較大的提高。學(xué)生利用所學(xué)的嵌入式系統(tǒng)知識(shí)結(jié)合其他專業(yè)知識(shí)參加各級(jí)各類的競賽取得了好成績。2022年第一次參加第七屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽，獲得賽區(qū)三等獎(jiǎng);2022年參加第四屆廣東省大學(xué)生“智慧城市”專題電子設(shè)計(jì)競賽，獲得1項(xiàng)一等獎(jiǎng)，2項(xiàng)二等獎(jiǎng)，2項(xiàng)三等獎(jiǎng);2022年參加第五屆廣東省大學(xué)生“智能可穿