基于ARM嵌入式系統的研究性教學探討

摘要：文章闡述了基于ARM嵌入式系統的電類專業本科生研究性教學的研究與實踐經驗總結。首先分析了開展研究性教學的必要性和主要條件；其次從社會需求、綜合性、創新性、性價比等方面探討了ARM嵌入式系統作為研究性教學平臺的主要優勢；接著提出了基于ARM嵌入式系統的研究性教學的模型，包括主要研究目標、主要研究內容、主要研究形式、主要研究期望等內容；最后總結了開展研究性教學的主要成效。實踐結果表明，開展基于ARM嵌入式系統的電類專業本科研究性教學，對提高大學生綜合應用能力、實踐能力、創新能力，提高大學生的專業核心能力和就業的核心競爭力，具有非常明顯的成效。

關鍵詞：研究性教學；ARM嵌入式系統；研究性教學平臺；研究性教學模式；研究性教學成效

作者簡介：譚會生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工業大學電氣與信息工程學院，副教授。（湖南株洲412008）

基金項目：本文系湖南工業大學教育教學改革教學之星專項（項目編號：2011C03）、湖南省教育廳大學生研究型學習與創新性實驗計劃項目（項目編號：2009-225）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）10-0070-02

一、開展本科生研究性教學的必要性和條件

研究性教學是一種新的教育理念，是一種新的現代學習觀，它強調學習的自主性和開放性。在教師的研究性教學理念的引導下，教學設計被看成是一項系統工程，從研究思想、研究手段、研究策略等各方面進行教學過程的全新設計，激發學生的研究及探索科學問題的興趣。學生運用探索的方法，對問題進行研究，最終獲得知識。研究性教學理念要求教師通過自己的教學，培養學生做事和做人的能力和素質。

綜合現有觀點并結合作者多年實際開展研究性教學的實踐，作者認為開展本科生研究性教學必要性如下：大眾化高等教育的差異化教育的需要；提高大學生綜合應用能力的需要；提高大學生實踐動手能力的需要；提高大學生專業創新能力的需要；提高大學生專業綜合素養的需要；改變大學生被動學習學風的需要。隨著經濟社會的發展和高等教育的大力發展，我國高等教育已由精英化教育轉向大眾化教育，學生群體出現多樣化的趨勢，學生學習興趣、學習能力、學習需求的差異性日顯突出。為了提高大眾化高等教育的質量，更好地滿足市場經濟條件下對人才的高要求，筆者按人才培養方案組織教育的同時，對一些優秀和比較優秀的學生，根據社會發展的需求、學生的興趣愛好、學生的職業規劃等，進行加深與擴展，實現優才優教。

開展本科生研究性教學的主要條件如下：提高教師研究性教學的能力；激發學生研究性學習的積極性；提供研究性教學資源與教學場地；選擇一個合適的有效平臺；構建有效的研究性教學評價與評估體系。其中選擇一個合適的有效平臺，是研究性教學持續而有效開展的一個關鍵性因素。作為電類專業研究性教學的有效平臺，應該方便學生進行軟件仿真和硬件設計與制作，并具有綜合性強、創新性強、成本低廉、靈活性強等優點。

二、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的主要優勢

嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統融合了計算機軟硬件技術、通信技術和微電子技術，是集成電路發展過程中的一個標志性成果。可以預言，嵌入式系統將成為后PC 時代的主宰。

嵌入式系統具有非常廣泛的應用，包括智能產品、工業自動化、辦公自動化、電網安全、電網設備檢測、石油化工、商業應用、安全防范、網絡通信、汽車電子與航空航天以及軍事等各個領域，是現代計算機技術改造傳統產業、提升多領域技術水平的有力工具。

按照體系結構分類，目前世界上有四大流派的嵌入式處理器內核，即MIPS處理器內核、ARM處理器內核、PowerPC和68K/COLDFIRE。其中ARM架構處理器已在高性能、低功耗、低成本應用領域中占據領先地位，它在當今最活躍的無線局域網、3G、手機終端、手持設備、有線網絡通信設備中得以廣泛應用。

利用ARM嵌入式系統設計實現電子系統具有以下幾個方面的優點：芯片內外資源豐富，硬件系統簡單；可運行各種實時操作系統，降低了復雜系統應用程序開發的難度；可運行多種操作系統，應用程序開發難度降低，系統人機界面友好；系統數據處理能力強，控制精度高；有成熟的開發工具，豐富的開發資源和資料；目前ARM具有眾多的開發人群，有助于降低企業項目開發成本、保持開發的連續性。

使用ARM嵌入式系統作為研究性教學的平臺，它具有以下優點：技術先進、社會急需、綜合性強、創新性強、成本低廉。

三、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的研究模型

為了描述基于ARM嵌入式系統的研究性教學的研究背景、主要研究目標、主要研究內容以及主要研究期望，圖1給出了基于ARM嵌入式系統的研究性教學模型。現將主要內容具體闡述如下：

1.利用ARM嵌入式系統開展研究性教學的研究目標

利用ARM技術開展研究性教學的研究目標，主要包括三個方面：基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現基礎訓練；基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現相關研究；基于ARM嵌入式系統的系統設計與實現課題研究。

2.利用ARM嵌入式系統開展研究性教學的研究內容

利用ARM技術開展研究性教學的研究內容，主要包括三個方面的內容：

（1）ARM嵌入式系統設計開發基礎研究：主要包括ARM器件結構、ARM匯編語言、C/C++語言、操作系統移植、應用程序開發、驅動程序開發等嵌入式系統設計與實現基礎理論、基本方法、基本工具的學習與使用。

（2）ARM嵌入式系統設計與實現相關研究：主要是與課題設計和實現有關的數字信號處理、數字圖像處理、工業智能控制、網絡通信控制、數字家電控制等基礎理論、實現算法和系統仿真等研究，重點是實現算法的設計、選擇和仿真。

（3）基于ARM的嵌入式系統設計與實現：主要包括系統設計需求分析、ARM實現硬件設計、ARM操作系統移植、ARM應用程序設計、ARM驅動程序設計、ARM系統組裝與調試。

3.基于ARM嵌入式系統開展研究性教學的主要形式

基于ARM嵌入式系統開展研究性教學的主要形式，包括組建ARM嵌入式系統學習興趣小組、課題系統設計與實現研究小組和選拔教師科研項目助理等，通過專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等形式開展研究活動。

四、基于ARM嵌入式系統的研究性教學的主要成效

1.熟練掌握ARM嵌入式系統基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧

從研究性學習訓練學生的畢業設計論文的質量可以看出，他們熟練掌握ARM嵌入式系統基礎理論、基本方法、基本技巧、調試方法和調試技巧，能夠盡快地適應從事嵌入式系統設計與開發工作。

2.熟練掌握與ARM嵌入式系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧

經過研究性學習訓練的學生，無論是以前學習過并且掌握的、還是以前學過但似是而非的、或是以前根本沒接觸過需重新學習的，現在已熟練掌握與ARM嵌入式系統設計開發課題相關的基礎理論、基本方法、基本技巧。

3.全面提高學生的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力和就業核心競爭力

通過研究性學習訓練的學生，不但具有良好的參考文獻查找能力、分析利用和文檔處理能力，同時他們的綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力大為提高，就業核心競爭力顯著提高，80%的學生畢業時均能找到從事嵌入式系統設計與開發的工作，并且工資待遇也相當不錯。

五、結論

實踐結果表明，以課題為中心，以興趣為紐帶，以新興的、有著廣泛發展前途的ARM嵌入式系統的學習與應用為目標；采用ARM嵌入式系統學習興趣小組、課題設計與實現研究小組、參加教師科研項目等形式；通過具體的專題訓練、分散研究、定期討論、按需答疑、總結匯報等活動；開展基于ARM嵌入式系統的電類專業本科研究性教學，對提高大學生綜合應用能力、實踐動手能力、創新創業能力；提高大學生的專業核心能力，就業的核心競爭力，培養從事嵌入式系統研究、設計與開發的高級人才，具有非常明顯的成效。

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（責任編輯：宋秀麗）