飛思卡爾嵌入式教學(xué)綜合實驗的開發(fā)研究

摘要：隨著飛思卡爾全國大學(xué)生智能車比賽的影響日益廣泛，越來越多的高校參與到了飛思卡爾大學(xué)計劃中。因此飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)納入多所高校的嵌入式教學(xué)系統(tǒng)。結(jié)合上海電力學(xué)院飛思卡爾嵌入式教學(xué)，有針對性的設(shè)計和開發(fā)出適應(yīng)人才培養(yǎng)和社會需求的綜合實驗體系，有利于提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性，加強學(xué)生的動手能力和系統(tǒng)設(shè)計能力。

關(guān)鍵詞：飛思卡爾；嵌入式；綜合實驗

作者簡介：楊芳（1978-），女，山東煙臺人，上海電力學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，講師；王紹徐（1967-），女，浙江紹興人，上海電力學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，講師。（上海 200090）

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）35-0097-01

近年來，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，各種相關(guān)的嵌入式產(chǎn)品紛紛涌現(xiàn)，然而嵌入式技術(shù)人才的供給遠遠小于社會需求，[1，3]因此各大高校紛紛開展嵌入式教學(xué)。目前高校中多采用ARM嵌入式教學(xué)系統(tǒng)，教學(xué)環(huán)境比較單一，若能將更多業(yè)界優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)引入到高校教學(xué)中，將會給學(xué)生深入學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)提供更多可以選擇的平臺，而飛思卡爾單片機無疑是很好的選擇。飛思卡爾公司是世界上最大的半導(dǎo)體公司之一，隨著它在汽車電子和工業(yè)自動化控制等領(lǐng)域中日益廣泛的應(yīng)用和市場份額的增大以及飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能車比賽的日趨火熱，其已經(jīng)越來越多的融入到了我們的日常生活中。上海電力學(xué)院（以下簡稱“我校”）加入飛思卡爾全國大學(xué)計劃，參與飛思卡爾公司與高校攜手共建的“飛思卡爾嵌入式設(shè)計及應(yīng)用”示范教學(xué)實驗室，將飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)納入嵌入式教學(xué)體系中，從而給我校的嵌入式教學(xué)注入了新的活力，

“嵌入式系統(tǒng)”是一門實踐性很強的課程，實驗是“嵌入式系統(tǒng)”課程的重要組成部分，學(xué)生必須通過大量的實驗和實踐環(huán)節(jié)，來加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解和認識。因此，加強嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)建設(shè)，對嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、研究與開發(fā)將起到關(guān)鍵的作用。綜合性實驗的合理設(shè)置更是培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計和創(chuàng)新能力的重點，為了適應(yīng)我校嵌入式人才培養(yǎng)的教學(xué)要求，需要我們在教學(xué)實踐中不斷提高和改進，不斷探索和實踐。[2]

一、飛思卡爾嵌入式實驗教學(xué)環(huán)境

飛思卡爾嵌入式實驗教學(xué)采用蘇州大學(xué)開發(fā)設(shè)計的基于飛思卡爾MC9S12DG128系列的MCU嵌入式教學(xué)實驗箱，包含了配套的基礎(chǔ)實驗和綜合實驗的實驗體系。基礎(chǔ)實驗主要是對MC9S12DG128芯片的基本功能模塊的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。通過完成這些驗證性的基礎(chǔ)實驗，使學(xué)生逐步熟悉嵌入式軟硬件的設(shè)計過程，從而對飛思卡爾嵌入式開發(fā)平臺的功能、特性有了初步的認識和掌握。

但是我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，因課時有限，部分綜合實驗中所涉及的知識點未能講解，因此綜合實驗項目的完成相對有一定的難度，且與基礎(chǔ)實驗的跨度較大。學(xué)生很難運用基礎(chǔ)實驗的相關(guān)內(nèi)容完成綜合實驗，造成學(xué)生無從下手，從而對綜合實驗失去了興趣，這在很大程度上影響了教學(xué)效果。而綜合性實驗對學(xué)生創(chuàng)新能力、科學(xué)思維能力和綜合分析能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，[3]合理設(shè)計綜合實驗才能完善整個實驗體系，符合課程設(shè)置的連貫性和科學(xué)性，才能使學(xué)生深入理解和掌握嵌入式系統(tǒng)的精髓。因此針對我校學(xué)生的人才培養(yǎng)定位，開發(fā)和設(shè)計能夠銜接基礎(chǔ)實驗、結(jié)合實際應(yīng)用的綜合性實驗是實驗教學(xué)中面臨的一個亟待解決的問題。

二、創(chuàng)新實驗內(nèi)容，優(yōu)化實驗體系

綜合性實驗的開發(fā)和設(shè)計既要符合學(xué)生的認知特點，由淺入深，由易到難，又要綜合和涵蓋課程的單元知識點。根據(jù)學(xué)生的興趣和現(xiàn)有實驗條件，保證實驗效果。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了幾個綜合性實驗，現(xiàn)以“計算器的設(shè)計”實驗為例進行說明。

學(xué)生對計算器的功能比較熟悉，所以這個題目具有實用性，學(xué)生易于接受。本實驗的實驗?zāi)康氖峭ㄟ^算法將4×4鍵盤中的按鍵設(shè)置成所需的功能鍵和數(shù)字鍵，通過按鍵輸入數(shù)字及運算符號，設(shè)計計算器算法完成相應(yīng)運算，將結(jié)果顯示在液晶顯示器上，當輸入錯誤時會有鈴聲提示。本實驗系統(tǒng)結(jié)合了鍵盤模塊、液晶顯示模塊、鈴聲控制模塊和并行I/0口模塊的知識點，學(xué)生只有掌握了各模塊功能，并認真做好相關(guān)的基礎(chǔ)實驗后，才能順利進行實驗，這在一定程度上也加強了他們對基礎(chǔ)實驗的重視。

在綜合實驗的設(shè)計中充分考慮到了學(xué)生學(xué)習(xí)認知能力的區(qū)別。為避免有的學(xué)生“吃不飽”，將實驗要求分為基本要求和提高要求。基本要求是每個學(xué)生必須完成的，在完成基本要求的基礎(chǔ)上，學(xué)有余力的學(xué)生可以繼續(xù)完成提高要求。本實驗的提高要求是：（1）將SCI串行通信模塊加入，采用電腦和鍵盤兩種輸入方式，使運算過程和結(jié)果可同步顯示在電腦上。（2）此計算器在不用的時候可做時鐘使用，用于顯示當前系統(tǒng)時間，并可進行時間調(diào)整和鬧鐘設(shè)置。提高要求涵蓋了大部分基礎(chǔ)實驗，加強了對前面所學(xué)各章節(jié)內(nèi)容的綜合考察和系統(tǒng)應(yīng)用。學(xué)生在實驗中可隨時查漏補缺，做到融會貫通。另外該實驗還可靈活的變通為另外一個實驗——超市收銀機系統(tǒng)。該實驗的要求與計算器基本相同，但在算法實現(xiàn)上會有所區(qū)別，這就給學(xué)生一個繼續(xù)思考和發(fā)揮的空間。實驗完成較快的學(xué)生不會無所事事或代替其他學(xué)生做實驗，充分提高了課堂時間的利用率、學(xué)生的積極主動性和探索精神，活躍了實驗氛圍。

當然，實驗要求不是一成不變的。在實驗過程中，學(xué)生可以隨時提出自己的想法，更改或者增加實驗功能，教師幫助進行思路引導(dǎo)和可行性分析，讓學(xué)生自己通過實驗驗證結(jié)果，給予學(xué)生最大的自由度。對基本要求的“緊”和提高要求的“松”，使教師能最大程度的把握課堂節(jié)奏，關(guān)注到各個層面的學(xué)生。這在很大程度上提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、綜合實驗教學(xué)的發(fā)展思路

隨著學(xué)院對嵌入式教學(xué)等應(yīng)用實踐型課程的日益重視，實驗教學(xué)的改革和發(fā)展成為提高嵌入式教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。該課程的教學(xué)改革正在不斷深入，對今后實驗教學(xué)的改革方向有以下思路：

1.更新實驗體系

目前基礎(chǔ)實驗的題目設(shè)置與其他硬件課程有重復(fù)的部分，如在單片機課程和ARM課程中均有數(shù)碼管顯示、鍵盤控制和液晶顯示等實驗。雖然實現(xiàn)方法不同，但實驗基本原理相同，這樣會使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，對實驗內(nèi)容提不起興趣。從而不能對飛思卡爾嵌入式產(chǎn)品有深入的認識和理解，而將其等同于其他的課程。因此，應(yīng)緊跟產(chǎn)品業(yè)界的發(fā)展，將最新技術(shù)成果引入到課堂上，突出產(chǎn)品自身特點，尤其是在控制領(lǐng)域的優(yōu)勢，不斷更新理論知識結(jié)構(gòu)，進而改進實驗體系，設(shè)計出新穎性和實用性相結(jié)合的基礎(chǔ)實驗，拓展綜合實驗的范圍和難度是未來實驗改革的方向。進一步強化專業(yè)設(shè)計能力的提升，縮小課本知識與市場需求的差距，為學(xué)生將來進入嵌入式行業(yè)打下牢固的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.更新實驗設(shè)備

嵌入式教學(xué)具有非常強的實踐性，因此實驗設(shè)備的硬件配備對嵌入式實驗教學(xué)具有關(guān)鍵作用。目前使用的實驗箱硬件結(jié)構(gòu)固定，可擴展性不強，限制了實驗開發(fā)的進一步開展。如何根據(jù)我校人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)模式的要求，[3]自行設(shè)計和開發(fā)具有靈活性和針對性、實用性和專業(yè)性相結(jié)合的實驗設(shè)備是飛思卡爾嵌入式教學(xué)在今后實驗教學(xué)中的一個重要的改革方向。

3.引入全國智能車競賽的成果

隨著“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽的日益普及和火熱開展，各參賽隊伍都在不斷提高軟硬件技術(shù)水平。在今后的教學(xué)中可逐漸將大賽技術(shù)成果融入到日常的實驗教學(xué)系統(tǒng)中。針對學(xué)有余力的學(xué)生，可將整個車模系統(tǒng)分成幾個部分，每一部分作為一個綜合實驗的題目，由幾個學(xué)生共同參與。這樣沒有參加比賽的學(xué)生也能吸收和共享比賽精華，將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，加強系統(tǒng)設(shè)計和創(chuàng)新能力。

4.改進考核體系

作為一門軟硬件結(jié)合緊密的學(xué)科，嵌入式教學(xué)的考核應(yīng)該走出傳統(tǒng)固定的考核方式。單純的理論考試或上機考試都不能準確衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。探索合理、有效和公平的考試體制對全面檢驗學(xué)生對該課程的掌握程度有著重要的意義。可以采用多種考核方式，如理論考試結(jié)合實驗考試方式，[4]要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成。總評成績的評定是平時成績+理論考試成績+實驗考試成績的結(jié)合。這種全方位、多角度的評判模式，可從根本上促進學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性和主動性，進一步提高學(xué)生對嵌入式開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用能力和實踐能力。加快我校嵌入式人才培養(yǎng)的改革。

四、結(jié)論

嵌入式系統(tǒng)的本科實驗教學(xué)體系是高校嵌入式系統(tǒng)本科教學(xué)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)拓展了學(xué)生的嵌入式學(xué)習(xí)領(lǐng)域。通過改進和完善具有實用性和專業(yè)性的綜合性實驗項目，大大增強了學(xué)生的參與意識和學(xué)習(xí)主動性，提高了學(xué)生的動手能力和工程實踐能力，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]朱天元.淺談嵌入式實驗教學(xué)改革[J].教育科學(xué)，2009，（24）：160.

[2]陳書謙，傅揚烈，張麗虹.嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)探索與實踐[J].光盤技術(shù)，2008，（9）：58-59.

[3]劉珊.關(guān)于普通高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的探索[J].電腦知識與技術(shù)，2008，（3）：1490-1491.

[4]羅鈞，廖洪華，付麗，等.嵌入式實驗教改與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的關(guān)系[J].實驗室研究與探索，2008，（25）：958-959.

（責(zé)任編輯：孫晴）