從嵌入式系統(tǒng)教學(xué)談學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

摘要:實(shí)踐性、組合性和綜合性是嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，如能將該課程教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合在一起，那么不僅可以增強(qiáng)本門課程的趣味性，更能激活學(xué)生的創(chuàng)新潛能。本文主要介紹了課堂上以“簡單性”原則激發(fā)學(xué)生的興趣;實(shí)驗(yàn)課上以“提出問題、分析問題和解決問題”思路發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力;課外實(shí)踐通過“參與”、“培養(yǎng)”、“訓(xùn)練”和“競賽”等手段提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞:嵌入式;實(shí)踐性;創(chuàng)新能力;培養(yǎng)

創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂。創(chuàng)新的普遍性原理說明創(chuàng)新能力是人人都可具備的、并且可以通過教育、培訓(xùn)、開發(fā)、激勵和實(shí)踐等手段激發(fā)出來并不斷提升的一種能力[1]。高等教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)和造就高素質(zhì)創(chuàng)新性人才的歷史使命，是科技興國的主力軍，是我國科教創(chuàng)新體系中的重要組成部分[2]。嵌入式系統(tǒng)課程作為計(jì)算機(jī)、機(jī)電、電子等專業(yè)的重要課程，由于具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、組合性和綜合性等特點(diǎn)，因此可以作為相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的突破口。

1從簡單入手，激發(fā)學(xué)生興趣與好奇

簡單是指世間全部的客觀存在，就其本質(zhì)、原理、元素、構(gòu)成而言，都是簡單的。如果教學(xué)中能去繁從簡，由簡入深，循序漸進(jìn)，無疑可以拉近學(xué)生與課程之間的距離，更能激發(fā)學(xué)生的好奇與興趣。有一句西方諺語說的好:“好奇與興趣是研究之父，成功之母”。可以說，興趣和好奇對于創(chuàng)新來說無疑是一把“金鑰匙”。那么，嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)如何用“簡單”激發(fā)學(xué)生的興趣與好奇呢?

(1) 精挑入門教材，力求簡單實(shí)用。

能否激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和好奇，精心挑選教材很重要。教材一般由任課教師根據(jù)教學(xué)大綱選定，這個環(huán)節(jié)看似平常，其實(shí)很有講究。對于教師而言可能選擇任何一種教材都無所謂，但對于學(xué)生是否適宜卻很關(guān)鍵。一本簡單實(shí)用的嵌入式系統(tǒng)教材應(yīng)該遵循如下幾個原則:

① 讀者容易看懂、快速上手實(shí)踐，符合循序漸進(jìn)、由淺入深的學(xué)習(xí)原則;

② 能將技術(shù)難點(diǎn)通過直觀的方式體現(xiàn)出來;

③ 以應(yīng)用為主線，按照教學(xué)特點(diǎn)展開，體現(xiàn)理論與實(shí)踐的平衡與互補(bǔ);

④ 其中的實(shí)例能激發(fā)學(xué)生的好奇，激蕩其創(chuàng)新的欲望和潛能等[3]。

選用的教材一方面要避免那些以匯編為主、乏味、生澀難懂的教程;同時也不能一味跟風(fēng)選擇似乎很“前衛(wèi)”的ARM。我們近幾年選用了由清華大學(xué)出版社出版、王宜懷和劉曉升老師編寫的《嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐》，從學(xué)生的反映和教學(xué)的效果上看很好，簡單實(shí)用，尤其能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，是一本難得的嵌入式系統(tǒng)入門教材。

(2) 精選入門程序，現(xiàn)象要求簡單直觀。

入門程序選擇力圖精簡直觀。如果教程中的入門程序空無實(shí)際內(nèi)容，或運(yùn)行現(xiàn)象不直觀，教師可以另擇程序。一般來說，第一個工程安排應(yīng)“短小直觀”為原則。如利用通過I/O模塊編程控制幾個發(fā)光二極管(如在課堂上演示效果不佳，可以加入繼電器控制白熾燈)，主要目的是給出程序框架和工作過程;然后，進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的編譯、鏈接生成可以下載到芯片內(nèi)部Flash存儲器中的程序(可以運(yùn)行的機(jī)器碼)，基本理解列表文件、機(jī)器碼文件;最后，將程序利用寫入調(diào)試器下載到目標(biāo)MCU中，在目標(biāo)板上，讓學(xué)生注意觀察整個過程。最后，可以進(jìn)一步利用嵌入式軟件的打樁調(diào)試技術(shù)，即在被測程序中插入一些函數(shù)與語句，利用這些函數(shù)或語句產(chǎn)生可在硬件板上顯示物理現(xiàn)象，供觀察程序運(yùn)行情況之用[4]。

入門程序選擇看似乎簡單，其實(shí)是“麻雀雖小、五臟俱全”。可以說，教師如能成功并精彩講解入門程序并成功演示現(xiàn)象，對于激發(fā)學(xué)生興趣十分重要[5]。只要教師課前充分準(zhǔn)備，課堂上注意把握節(jié)奏，并不時調(diào)節(jié)輕松氣氛，那么一定可以最大限度激發(fā)學(xué)生的求知欲。否則會讓學(xué)生“瞎子摸象”、云里霧里，拒學(xué)生興趣于“千里之外”。

2從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)入手，發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新潛能

創(chuàng)新能力主要是由提出問題、分析問題和解決問題構(gòu)成，并通過創(chuàng)新實(shí)踐的過程和創(chuàng)新實(shí)踐的活動等體現(xiàn)出來。因此，實(shí)踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對于實(shí)踐性很強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)課程來說，意義尤為重大。

(1) 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

優(yōu)化指的是要盡可能圍繞讓學(xué)生自己“提出問題、分析問題和解決問題”的思路展開，認(rèn)真修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系。緊密結(jié)合科研、工程與社會應(yīng)用實(shí)踐，引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和教學(xué)改革新成果，積極開發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)型、研究型等有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)的比重。

(2) 實(shí)驗(yàn)問題少一些“精確”，多一些“模糊”。

為了更好發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，實(shí)驗(yàn)問題的提出應(yīng)注意避免“精確”，而應(yīng)該提倡“模糊”，這樣更便于開闊學(xué)生思路，激發(fā)創(chuàng)新潛能。例如，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為“循環(huán)點(diǎn)亮一組小燈”和“循環(huán)控制輸出”，前者是“精確”的要求，而后者則是屬于“模糊”。顯然“模糊”內(nèi)容更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活設(shè)置，適合不同學(xué)生“口味”。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容盡可能靈活豐富，這樣可以實(shí)行必做項(xiàng)目內(nèi)容部分可選，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，第一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以提供“循環(huán)控制一組輸出”、“循環(huán)采集一組輸入”等。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師可以在實(shí)驗(yàn)大綱的允許范圍內(nèi)，根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)靈活地調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度，也可以充分鼓勵學(xué)生自己提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并思考解決問題。

3從課外實(shí)踐入手，提升學(xué)生的創(chuàng)新方法

除了在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)踐動手能力外，教師還應(yīng)該積極開展課外實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)工作，以此進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新方法。主要形式有:興趣小組、課外科技創(chuàng)新和學(xué)科競賽。具體實(shí)施思路是:“參與”、“培養(yǎng)”、“訓(xùn)練”和“競賽”[6]。

(1) 參與。“參與”指的是激發(fā)學(xué)生參與實(shí)踐創(chuàng)新熱情，以自愿原則鼓勵學(xué)生參與實(shí)踐創(chuàng)新活動興趣小組，培養(yǎng)的對象主要面向基礎(chǔ)扎實(shí)并有探索精神的學(xué)生。

(2) 培訓(xùn)。“培訓(xùn)” 則是以加強(qiáng)學(xué)生動手能力為主展開。根據(jù)學(xué)生的興趣，按照研究方向，將學(xué)生劃分偏軟、偏硬兩個團(tuán)隊(duì)，配備專門的指導(dǎo)教師。偏軟主要側(cè)重于PC機(jī)方高級程序的的培訓(xùn)，由教師結(jié)合應(yīng)用實(shí)際或科研項(xiàng)目提出需求，然后指導(dǎo)學(xué)生按照軟件工程的思想逐一展開。偏硬方向的則是要求每個小組由最小系統(tǒng)原理圖畫起，到接下來生成的PCB圖，最后教師逐一審核結(jié)果，指出其中的錯誤或不足，再反饋給學(xué)生加以更正或改進(jìn)，最后將做好的PCB板再分發(fā)給各自學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生以MCU為中心逐一展開焊接、測試并完成第一個“作品“。由于整個過程是學(xué)生直接參，所以當(dāng)學(xué)生親身體會到自己“作品”能正常運(yùn)行時，那種成功的喜悅更能激發(fā)他們的進(jìn)取心和創(chuàng)造欲望。

(3) 訓(xùn)練。“訓(xùn)練”著重培養(yǎng)和提示學(xué)生的創(chuàng)新方法。創(chuàng)新的方法有很多，其中比較適合嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新訓(xùn)練的方法可以借鑒“模仿與突破”和“組合與綜合”創(chuàng)新方法。“模仿與突破”原理是指創(chuàng)新活動往往都是從研究成功的創(chuàng)新案例開始的，然后再進(jìn)行突破。由于我院在開展實(shí)踐創(chuàng)新方面已經(jīng)取得了一些成績，也積累了一些成功的案例，如“智能溫度測量與控制系統(tǒng)”、“滅火機(jī)器人”和“跳舞機(jī)器人”等。這些案例我們都會在訓(xùn)練時向?qū)W生展示，并要求學(xué)生在以功能和方法的模仿的基礎(chǔ)之上再加以突破，改進(jìn)其中的不足或者對其增加功能，而“組合與綜合”是指創(chuàng)新活動的對象是可以通過功能或方法的重組等技法實(shí)現(xiàn)的。比如“滅火機(jī)器人”，他是在“機(jī)器人”與“滅火”兩種功能基礎(chǔ)之上進(jìn)行的組合，然后再將其“綜合”而成的一種創(chuàng)新。

(4) 參賽。“參賽” 是鍛煉學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，展示他們創(chuàng)新才能的最高舞臺。組織指導(dǎo)優(yōu)秀學(xué)生參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽，讓學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)中檢驗(yàn)并進(jìn)一步提高自己的實(shí)踐創(chuàng)新能力。我院每年都組織“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽”，從比賽結(jié)果篩選具有創(chuàng)新思想的作品，然后積極創(chuàng)造條件參加國內(nèi)外創(chuàng)新科技競賽活動。近年來，由于我院有著健全的創(chuàng)新管理機(jī)制，特別是教師的積極組織和學(xué)生的熱情參與，使得很多創(chuàng)新作品在江蘇省歷屆職業(yè)創(chuàng)新大賽中均獲得了多個一、二等獎的驕人成績，不僅如此，在全國大學(xué)生機(jī)器人大賽中也是獲獎消息頻傳。

為了營造和培育良好的創(chuàng)新學(xué)風(fēng)，我院特別出臺了各類創(chuàng)新比賽獲獎的鼓勵措施。對于參加各級比賽獲獎的作品和選手，學(xué)校除了按照一定的系數(shù)給學(xué)生折算學(xué)分外，還有一筆不菲的獎金，這些辦法無疑更有力地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情和潛能。

4結(jié)語

創(chuàng)新的普遍性原理告訴我們:創(chuàng)新處處可為，人人可為，時時可為。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)不僅要有健全的創(chuàng)新培養(yǎng)體制，更為重要的是我們教師自身應(yīng)該首先轉(zhuǎn)變教育觀念，在教學(xué)各個環(huán)節(jié)中結(jié)合自身學(xué)科實(shí)際，與時俱進(jìn)，勇于打破陳規(guī)，不斷更新教學(xué)方法和內(nèi)容，尤其要樹立創(chuàng)新的意識和思維并培養(yǎng)自身良好的創(chuàng)新習(xí)慣。只有這樣，我們才能將創(chuàng)新方法和思想自然滲透到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生受益，從而能培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新型人才。

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Research on Creative Ability from the Aspect of Embedded System Teaching

WANG Zhi-chao1， WANG Yi-huai2

(1. Department of Computer Science， SuQian College， SuQian 223800， China;

2.College of Computer， Suzhou University， Suzhou 215006， China)

Abstract: The features of Embedded System course are practicalness， associativity and synthesis. If we dynamic integrate them， we will activate interest， and invoke the ability of creativity too. We introduce how to inspire interest of the students in classes， exhume creativity by asking questions， analyzing problems and solving problems” in laboratory course， promote creativity by participating， cultivating， training and testing means in extracurricular Practice in this paper.

Key words: embedded; practice; creative ability; cultivation

(編輯:姚彥如)