《嵌入式系統應用》課程教學思考

時慶濤 張 洋 孫 瑞

(長春工業大學人文信息學院,吉林長春 130012)

一、前言

嵌入式系統是指操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中。簡單的說就是系統的應用軟件與系統的硬件一體化,類似與BIOS的工作方式。具有軟件代碼小,高度自動化,響應速度快等特點。特別適合于要求實時的和多任務的體系。作為將計算機技術、電子技術和其他各個領域的具體應用很好結合的產物,嵌入式系統具有技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新等特點,是一個知識集成系統。眾多領域如計算機科學與技術,微電子學,電子科學與技術等都和嵌入式系統應用密切相關。該學科涉及技術從數字電路,模擬電路到嵌入式微處理器,嵌入式操作系統及底層驅動等,如何融會貫通學科差異,提高教學質量,培養專業人才,提高競爭力,是擺在三本任課教師面前的重要課題。這不僅需要認清嵌入式系統的特點以及目前存在的問題,還要結合自身特點和實際情況制定所需的教學體系,并通過分析成功的經驗做法總結一條適合本學院特點的教學之路。

二、學科特色

1、專用性強、綜合性強。嵌入式系統應用就是指在嵌入式操作系統下進行軟件開發與應用,一般常用的系統有WinCE,Palm,Linux,Android等。以嵌入式Linux為例,應用開發具有較強針對性,軟硬件結合緊密,學科涵蓋廣。在實際開發過程中即便是同一品牌同一系列產品也需要不斷根據系統硬件變化修改軟件,這就導致要涉及多門專業基礎課程需要學生掌握,如圖1所示,被普遍認為是一科入門門檻較高的學科。

圖1 嵌入式課程體系圖

2、實驗學時有限。為了配合理論教學的內容課內安排了4-6次實驗,絕大多數都是單個模塊實驗基于開發板實驗平臺上完成,系統性不強,完整的系統概念即便是在課程結束后依然無法建立。

三、存在的問題

1、缺少學習熱情。很多學生只愿學即刻能用、容易上手的知識,這種現象普遍存在于各大高校之中。雖然學生的學習興趣和積極性很高,但基礎知識薄弱直接導致上手速度慢,學習熱情迅速下降。

2、缺少高質量的教材。嵌入式系統課程教材的更新速度遠低于技術的速度更新,而在教學過程中還沒有一套教輔材料能夠實現通用的目的,這給教師教學帶來一定的不利影響。知識面眾多,綜合應用性強的特點也把更高的要求擺在了任課教師面前。經過短期培訓后就給學生授課的教師很難做到軟、硬件精通,而且缺乏相關基礎知識的全面了解,實踐經驗也非常有限。因此,學生學習的內容也僅停留在基本概念、基礎知識階段,根本談不上熟悉某一款處理器。

3、缺少先進實驗設備。目前已有實驗設備都是偏向軟件或偏向硬件的,針對嵌入式應用軟硬結合的實驗設備卻少之又少。市場上現有的嵌入式實驗教學平臺所配的實驗設備,附帶有詳細的實驗指導書,雖然降低了教師準備實驗講義的工作量,但學生按照步驟重復實驗內容,既沒新意實驗效果也得不到保障。

四、思考

照抄照搬已有成功經驗或案例的做法很難達到提高教學質量的目的,分析本校教學特點和學生特點,認真思考并選擇屬于自己的道路才是解決問題的關鍵。

1、教學內容選擇

嵌入式知識綜合性強,需要學生具備一些基礎知識。因此在授課時必須以微機原理、C語言編程、數字電路設計、網絡操作系統等為先修課,一般安排在第6學期比較合適。教學內容選擇方面,應根據專業的特點制定嵌入式教學目標和教學大綱,明確培養學生具備什么樣的能力。根據目標選擇授課內容,有理有據有先有后,明確教學重點難點,總體課程設置遵循計算機基礎課程、嵌入式系統相關技術及工程實踐技能課程的原則。課程體系應涵蓋嵌入式系統的硬件和軟件兩個方面的課程。

2、教師培養

教師培養是教學效果好壞的關鍵所在,鑒于目前嵌入式應用爆炸式發展的實際情況和教師的教學經驗普遍不足的特點,可以形成以專業負責人為核心,全員參與的教學隊伍。并實現校企合作,給教師更多的實戰經驗,解決實踐經驗匱乏的問題。實際操作過程中實踐輔導的強度非常大,實踐過程中尤其是創新實踐過程中涉及的所有內容不是一名教師可以完全解決的。因此一位老師為主多位老師為輔的教學模式值得推廣,以達到協同指導共同提高的目的。所有教師都要苦練內功,豐富自己的理論水平和實踐經驗,并真正投入到實踐輔導的隊伍中。

3、群建設,大整合

課程太多,壓力太大使得學生失去了學習興趣。嵌入式系統應用、嵌入式操作系統和嵌入式平臺應用等課程的集中開設,使得學生把注意力更多的集中在掌握原理概念、完成作業和通過考試上。作為實踐性很強的課程,教學成敗的關鍵是實踐,這也是學生普遍忽略的部分。根據我院對學生培養的要求,結合計算機專業的特點,把嵌入式實驗分成基礎實驗、綜合實驗和設計創新性實驗三部分來設計實驗項目和內容,按比例分配,進而培養學生理論、綜合、創新和實踐能力。

4、教學方式改革

嵌入式系統實踐性很強,且有一定難度,因此檢驗學習效果必須通過考察學生實踐能力來完成。傳統的實踐教學服從于理論教學的觀念必須摒棄,理論教學與實踐教學統籌協調的氛圍亟待形成,使得實踐教學成為整個教學過程的重要組成部分之一。注重實踐能力培養,結合不斷更新的教學方法和教學手段,從而形成具有鮮明特色的實驗教學方法,最終達到學生動手能力培養的目的。計算機專業的學生不僅要進行軟件的設計,而且還要進行硬件電路的設計和制作,以及軟硬件系統的聯合調試,使學生建立相關課程之間知識的有機聯系。針對實驗教材過于詳細的問題,建議任課教師對實驗重新進行逐一設計制造一些問題,盡管工作量很大但確實是十分必要的。要發揮教師指導、教練的作用,強調學生自學能力的培養和提高。

五、結束語

在嵌入式系統應用教學中,不斷地探索與磨合,針對學校的特點、生源的質量形成自己的教學方法,發揮優勢取長補短并根據教學反饋實事求是不斷調整教學重點難點,探索出一條符合本專業需求的教學模式是今后努力的主要方向。而教與學都必須苦練內功,不斷積累,切忌急功近利,膚淺浮躁,只有這樣,教學質量才能得到實質性的提高。

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