“ARM嵌入式系統”課程教學方法研究

摘要:本文探討“ARM嵌入式系統”課程教材普遍存在的問題，在借鑒現有教材的同時，我校將自身的工程和學習實踐引入教學過程中，以“實用、有趣、建立學生自信”為指導思想，探索嵌入式系統教學方法。在理論教學中，從工程實踐中積累大量素材，設計的教學內容力求接近工程實踐，又帶有一定的趣味性和啟發性;在實驗環節，以活潑的實驗來促進理論教學，調動學生主動性。

關鍵詞:嵌入式系統課程;教學方法;教學手段

1教學現狀

近年來，隨著計算機科學技術的不斷發展，在我國以嵌入式系統為代表的計算機應用領域的最新成果不斷被應用在航空航天、工業控制、儀器儀表、消費電子等領域，直接導致了我國嵌入式系統的市場需求快速增長，嵌入式領域中的人才需求日益旺盛，人才缺口在逐漸擴大。高等學校人才培養遠遠跟不上嵌入式系統方向新形勢的要求，而嵌入式系統作為新興課程，面臨著如下困難:嵌入式系統基礎知識多，涉及內容廣泛，新知識更新快;教學中容易產生過分偏軟或偏硬的現象，理論和實踐結合少;嵌入式系統設備價格貴，且容易毀壞，多數高校的實驗教學經費不足……這些原因的直接后果是使得高校都面臨著嵌入式系統課程孤立、課程不全、實踐能力弱、創新意識薄弱、與實際應用脫節等問題[1-3]。

ARM課程作為嵌入式方向的一個重要基礎課程，是學生跨入專業課程學習的橋梁，然而ARM課程可供選擇的教材不多，現有教材中最明顯的特征是內容生硬，學生很難把抽象的知識和實踐結合并具體應用，而多數教材剛面世不久，很難形成經過長時間教學實踐驗證的教程。參考文獻[3]是目前ARM嵌入式課程應用最為成功的教材之一，其配套課件、實驗

資源都非常全面，可惜的是其教學內容是以芯片描述方法來表述，很少啟發內容和擴展內容，適合工程人員，卻不適合剛接受該門課程的學生。如何正確處理現有教學資料，并研究出一套符合廣大學生的教學方法和教學內容是該專業方向建設的一個重要內容。本文將結合教學實際工作，談談作者對本課程教學方法的一些理解。

2教學方法研究

正確處理現有教學資料，在借鑒現有教材的同時應不斷融入更符合教學規律的教學內容。我校將自身的工程和學習實踐引入教學過程中，以“實用、有趣、建立學生自信”為指導思想，探索嵌入式系統教學方法。

在理論教學中，適當借鑒調整現有教材，同時大量引入活潑生動的教學實例和相關的工程應用，即從工程實踐中總結大量素材，教學內容力求接近工程實踐，又帶有一定的趣味性和啟發性，讓學生知道如何將學到的知識點應用到工程實踐中。同時與實際工程應用聯系不大且難于理解的內容，適當取舍、甚至略棄，減少學生學習課程時的挫折感。在實驗環節，以活潑的實驗來促進理論教學，調動學生主動性。具體表現在如下幾個方面。

(1) 對教材內容作適當編排和修正，使之更適合學生學習規律。

教學任務的目的是讓學生在規定的學時內掌握教學大綱所要求的學習內容。從教學總體上看對教學內容及授課章節適當編排和修正，對教學效果能起到一定的促進作用。

表1是原教材第5章的課程安排，1～5節的內容都是在介紹ARM的內部結構，內容抽象，支持實驗較少，學生往往學完這幾章后，因為不能看到直接的效果，注意力開始下降，對學習后續課程失去信心。表2是修正后的內容安排，我們將一些容易掌握并能夠引發學生注意力、容易看到實驗現象的章節安排在前面，以一種先易后難、先外后內的方式編排教學內容，收到了非常好的教學效果，但并不影響教學大綱所規定的學習內容。

(2) 通過設計有趣的案例來吸引學生。

大學生活潑好動，想象力豐富，只要是符合年青人特點的想法他們都會接受，并愿意付諸實際行動，比如教他們用簡單的電路來實現一段活潑的音樂，他們就變得興趣盎然，比如我們提供一段樂譜，當他們用自己編寫的代碼來實現這些音樂的播放的時候，他們大部分都變得專注起來。這些例子的代碼簡短且容易實現，下面是用蜂鳴器播放《兩只老虎》的實現代碼:

const intmusic_book[]={8，9，10，8，8，9，10，8，10，11，12，10，11，12， 12，13，12，11，10，8， 12，13，12，11，10，8，8，5，8， 8，5，8};

void ini_player()

{

PINSEL0 = 0x00008000;// 設置PWM6連接到P0.7管腳

PWMPR = 0x00;// 不分頻，計數頻率為Fpclk

PWMMCR = 0x02;// 設置PWMMR0匹配時復位PWMTC

PWMMR0 =Fpclk/NOTE[1]// 設置PWM周期

PWMMR2 =(Fpclk/NOTE[1])*0.8;// 設置PWM占空比

PWMLER = 0x05; // PWMMR0、PWMMR2鎖存

PWMPCR = (1<<10); // 允許PWM2輸出，單邊PWM

PWMTCR = 0x09;// 啟動定時器，PWM使能

}

intmain(void)

{

int i=0;

ini_player();

while(1 {

PWMTC=0;

PWMMR0 =Fpclk/NOTE[ music_book[i]];

// 設置PWM周期

PWMMR2 =(Fpclk/NOTE[ music_book[i] ])*0.8;

// 占空比為%20

PWMLER = 0x05;// PWMMR0、PWMMR2鎖存

delay(40);

i++;

i=i%35;

}

return(0);

}

(3) 注重與其他課程的聯系，增進學生課程間銜接能力。

在教學實踐中，適當綜合學生以前所學過的知識，不僅能夠幫學生理解現在的知識和復習以前的知識，更能提升學生的擴展能力。

例如在講授GPIO的功能時，可以設計如圖1用GPIO控制74138實現LED顯示的電路，并要求學生實現如下內容。

請根據圖1中提供的電路，設計一套由LPC2290控制實現跑馬燈效果的方案，要求如下:

① 跑馬燈速度可調功能;

② 通過軟件實現對跑馬燈開關控制功能。

圖174138控制接口電路

計算機系學生在程序、軟件編寫能力應該有相對高的要求，學生只滿足于上課內容是遠遠不夠的，盡可能多掌握一些與本門課程相關的開發工具，特別是鼓勵學生利用PC機的軟件開發工具設計綜合實驗作品，例如讓學生在PC機上設計一個能夠編輯顯示圖片、同時將圖片傳輸到ARM平臺顯示的系統，如圖2所示。

圖2顯示圖片

(4) 改善課堂教學手段，通過輔助教學軟件、課堂游戲來幫助學生理解晦澀難懂的內容。

學生對新知識點或晦澀難懂的內容的理解會存在一定的困難，如何把抽象難理解的事物變成有趣容易理解的事物需要運用多種輔助教學手段。

在理論教學初期，我們設計了很多模擬數字電路功能的“軟件芯片”，通過在多媒體教室PC機演示“芯片”功能，幫助學生對知識點的理解和課程入門。

另外，從游戲中學習知識是調動群體思考積極性的一種非常有效的方式，學生們可以在游戲中討論，分享游戲中的成敗得失，從而獲得對知識的透徹理解，例如:在講授向量中斷控制器時，設計“看看你能不能當CPU?”的課堂游戲，經過多場游戲的訓練，學生可以對中斷的概念、中斷的響應方法有了很清晰的認識。

(5) 注重聯系實際，突出實踐意義，通過展開引導來啟發學生創新。

ARM課程教學環節包括理論教學和實踐教學，應正確處理兩者關系，達到理論教學和實踐教學教學相長的目的。同時教學活動中應當強調給學生留有足夠的想象空間，引導學生培養邏輯思維能力和創新應用能力。通過嵌入式系統課程的教學，使學生掌握系統分析和系統設計的基本方法，為他們今后在信息技術天地中馳騁奠定堅實的基礎。

例如，設計從PC機傳輸一張顯示圖片到ARM實驗平臺顯示這樣的工程，學生往往并沒有意識到這樣小小的一個工程能有什么現實意義。當聯系到放置在路口、火車站的LED大屏幕顯示器的時候，他們發現了這樣的工程的意義，而綜合性的實驗作品往往都有其實際應用價值。

(6) 以實驗室為平臺，以科研項目為載體，將科研成果轉化成教學案例。

在教學活動中，結合每位教師的科研項目，將科研成果轉化成教學案例，并吸收動手能力強的學生到科研活動中來，在實踐中鍛煉學生的工程實踐能力。以實驗室為平臺，以科研項目為載體，借鑒國外課程建設的特點，最終形成具有自身特色、課程條理清楚、工程實踐能力強的嵌入式系統工程人才培養體系。

3結語

我院計算機系在2006屆開始將計算機科學方向定位于嵌入式系統方向，經過幾年的教學實踐和嘗試，實驗設備日趨完善，課程設置日趨科學，在教學上獲得了可喜的成績，這幾年來我院嵌入式方向學子屢屢在博創杯全國大學生嵌入式設計大賽、周立功杯中國大學生嵌入式競賽、全國大學生信息安全競賽等等國賽、省賽中獲得佳績，這和我們在教學思路和教學手段的創新有著密不可分的聯系。

ARM課程建設是一項長期、艱難的任務，新知識更新速度明顯快于傳統學科，教學上可借鑒的經驗少。需要學院、教師的多方努力，在實際工作中敢于實踐，不斷改革教學方法，調整課程設置，實時吸收新思想，才能不斷完善優秀的教學方法和手段，為企業培養出動手能力、創新能力強的研發人才。[4]

參考文獻:

[1] 馬義德，湯書森，張北斗，等. 嵌入式系統課程群建設與創新型人才培養[J]. 高等理科教育，2004(8):23-25.

[2] 仲偉波，包亞萍，付躍文，等. 關于嵌入式系統教學的幾點思考[J]. 實驗室研究與探索，2006(12):25.

[3] 周立功，王祖麟，陳明計，等. ARM嵌入式系統基礎教程[M]. 3版. 北京:北京航空航天大學出版社，2005.

[4] 俸皓. 嵌入式系統教學體系改革的探討[J]. 科技信息:科學教研，2007(12):30.

Reform of the Digital Logic Circuit Teaching and Construction of Experiment Platform

DENG Chun-jian， LI Wen-sheng， YANG Liang， LIU Wei

(Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan 528402， China )

Abstract: This paper discusses the common problems existing in the ARM embedded system course materials. Refering to current materials， we introduce our engineering practices into the teaching process. Besides， we hope to establish the student self-confidence throughout the practical， interesting teaching methods， and so explore embedded system teaching methods. In the theoretical teaching， a large number of materials which summarized from the engineering practice are not only close to the engineering practice， but also with a certain amount of interesting and stimulating. In the experimental part， the lively experimental contents achieved two objectives， promoting the theory of teaching and mobilizing the student initiative.

Key words: ARM embedded system course; teaching method; teaching process

(編輯:白杰)