以培養(yǎng)實踐能力為切入點的嵌入式課程教學改革探討

摘要：嵌入式課程的目標是培養(yǎng)學生實踐能力，以嵌入式課程的改革為切入點，以廣西民族師范學院通信工程專業(yè)為例，探討了如何從理論知識、實踐項目以及以科學競賽帶動課程等多個方面進行課程改革，以達到充分培養(yǎng)學生的專業(yè)實踐能力，提高學生職業(yè)能力的目的。

關鍵詞：嵌入式教學；實踐能力；實踐教學

作者簡介：梁冀（1985-），女，廣西貴港人，廣西民族師范學院物理與電子工程系，講師；蔣志年（1965-），男，壯族，廣西賓陽人，廣西民族師范學院物理與電子工程系，副教授。（廣西 崇左 532200）

基金項目：本文系廣西民族師范學院2013年教育教學改革研究項目（項目編號：JGYB201322）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0119-02

近年來，隨著嵌入式系統在通信、電子、工業(yè)、網絡等領域的應用越來越廣泛，人才需求也越來越旺盛，各高校都相繼開設了嵌入式系統相關課程。[1]嵌入式系統是通信類和電子信息類專業(yè)的一門實踐性很強的后續(xù)課程，是專用于培養(yǎng)學生實踐能力的系統課程中很重要的一門。但由于嵌入式系統所包含的基礎知識非常多，涉及的知識內容相當廣，學科隨著應用的發(fā)展迅猛，知識的更新相當快，開設課程課時偏少尤其是實踐課時嚴重缺乏，[2]導致了高校中嵌入式系統課程的學習遠遠跟不上嵌入式系統技術的發(fā)展趨勢，直接造成了學生實踐能力跟不上實際生活領域的應用和相關實踐人才的缺乏。

根據嵌入式系統課程的特點，結合廣西民族師范學院（以下簡稱“我校”）通信類和電子信息類專業(yè)實踐能力、職業(yè)能力的培養(yǎng)目標以及學生的學習特點，在嵌入式系統課程教學過程當中，以培養(yǎng)學生實踐能力為切入點，在嵌入式系統教學內容、教學方式和教學方法等方面，遵循由易到簡、由基礎過渡到綜合的原則基礎上，進行了一系列的教學改革與探索，[3]使得嵌入式系統教學分別從理論知識、實驗操作、實際應用的設計三方面相互提攜，全面提升課程的教學效果，提高學生的實踐能力，提升學生的職業(yè)能力。

一、軟硬件理論方面知識教學改革

嵌入式系統是一門實踐應用性很強的課程，在課程理論知識的深度上，并沒有也不需要知識深度的要求，更多是介紹處理器的各個模塊各種功能的性能特點、相關寄存器以及使用要求、步驟。但是課程所需要的知識廣度要求卻相當高，如課程需要學生具備有“電路基礎”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“微機原理”、“匯編語言”、“C語言”、“單片機”等相關方面的知識，而學生在學習過程當中廣度遠遠不夠，這就要求在理論知識的教學方面，根據課程的特點，做出相對應的調整、改革，以滿足課程教學的要求。

1.教材

目前，市場上關于嵌入式系統方面的教材種類相當多，內容分布各具特點，但缺乏一本權威的教材。而因為嵌入式技術更新相當快的特點，想要選擇一本內容和難度方面都非常合適的教材很難，為了更好完成教學目標，同時結合我校的實驗設備，筆者選擇了周立功先生主編的《ARM嵌入式系統基礎教程》作為教參。結合實際情況，添加相關部分的內容，教參只是教學內容的參考，不拘泥于教材，具體的教學內容必須要跟學生的具體知識結構、專業(yè)基礎結合起來。在51單片機的基礎之上，開展軟硬件協同開發(fā)的理論教學，主張缺什么補什么，有什么省略什么，多本教材多方面知識協同，強化教學內容。

2.教學模式、方法

傳統的教學，往往是教師在授課前先設置好教學大綱，然后按照教學大綱設置內容，通過教師的講解、授課，讓學生能夠掌握相關知識點，做好理論準備。然而，這種教學模式并不適合實踐性很強的嵌入式系統教學，不能激發(fā)學生的學習興趣，學生的學習能動性較差，不能學以致用，這對培養(yǎng)學生的實踐能力非常不利。

針對這些實際情況，筆者在嵌入式系統教學的過程當中更加注重理論與實際的結合，教學內容盡量做到一邊講解知識點，一邊對該知識點的相關原理過程進行演示，加強教學立體效果。因此，在我校的嵌入式系統教學過程當中，筆者主要通過在理論教學中采用現代計算機仿真技術，如proteus加IAR軟件仿真等，將嵌入式系統各個模塊各種功能的工作原理、工作過程等看不見摸不著的抽象過程具體化、形象化，讓學生更加直觀了解、掌握課程的重點、難點；同時充分利用現代教育技術的輔助作用，利用多媒體技術容量大、圖文并茂的生動特點，將課本中一些難以理解的知識點，通過動畫演示，是學生能夠形象地理解一些抽象的理論知識，調動學生視覺、聽覺等各方面的感觀，變抽象為具體，充分調動學生的學習興趣、積極性；而在理論教學的方法上，筆者主要采用的是分類法、比擬法，把嵌入式系統的眾多知識點按照模塊進行分類，把種類繁多的知識點分成有序的模塊。同時，將各個分類好的模塊與之前開設的51單片機進行一個類比學習，充分利用之前學習51單片機的知識、經驗，以達到提高教學效果的目的。

3.共享學習資源

在課程教學過程當中，筆者主要通過自己建立的網絡課堂進行學習交流，同時給學生介紹一些著名的學習網站，如21IC網、電子工程師網等。通過這些網絡資源，使同學們能充分了解行業(yè)的發(fā)展情況，通過與工作經驗豐富的工程師進行在線交流，也能培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣，提高學生課外解決問題的能力；而另外一方面，在課余的時間，筆者也盡可能地邀請行業(yè)內的嵌入式系統開發(fā)技術工程師來校做一些相關方面的學術報告，使學生能更直接地接觸專業(yè)技術人員，更深入體會行業(yè)的風范。課外與課堂的有機結合，充分保證學習的效果，為培養(yǎng)學生的實踐能力、職業(yè)能力做好理論鋪墊。

二、實踐操作教學改革

實踐能力的培養(yǎng)體現在通信工程專業(yè)學生身上，就是通過教學和訓練，使得學生具有實際產品設計的總體意識，依據這種意識掌握、運用相關科學技術，實現產品的總體設計。這要求在實踐課程教學當中有目的有意識地引導、培養(yǎng)學生，因此，實踐操作的教學在嵌入式課程教學當中更為重要。

基于以上因素的考慮，在我校的嵌入式系統實踐教學當中，主要依托嵌入式系統開發(fā)實驗室，利用ARM7開發(fā)系統，將嵌入式實踐教學融入“兩種模式，三個階段”的團隊學習模式。所謂兩種模式，就是課堂必修訓練模式和課外開放實驗室訓練模式。而三個階段，指的是基礎驗證實驗階段、綜合實驗階段和設計性實驗階段。

在實踐教學階段，筆者將整個教學過程分為三個階段，其中基礎性試驗階段主要用于熟悉和鞏固嵌入式系統各個模塊的功能。初步掌握獨立模塊使用的方法、步驟，這部分的實驗課時設置相對縮短，保證只占整個實踐課時的五分之一左右。掌握獨立模塊的使用后，緊接著要進入綜合實驗階段，在這個階段主要設置一些綜合性較強的實驗，在一個實驗當中，將會同時使用三個或者三個以上的模塊，這樣，通過這部分實驗主要培養(yǎng)學生的調節(jié)能力，使學生逐漸掌握同時使用多個模塊時，各個模塊之間該如何調節(jié)，如何關聯，這階段較為關鍵，主要占據實踐教學的一半課時。最后，為了鞏固學生的綜合能力，同時也為了培養(yǎng)學生的實際應用能力，筆者將設置1～2個的設計性實驗，讓學生利用嵌入式技術去動手設計一個小產品，完整地體驗一個小產品的開發(fā)過程，達到課程教學的真正目的，這一部分的課時占據課程的大概2/5的課時。

當然，在這三個階段實施的過程當中，不僅僅只是在課堂上利用課堂教學時間讓學生在實驗室真正地學習、操作，更重要的是必須要提供一個課外的實驗室開放學習模式。不僅只是在嵌入式的教學期間，在整個大學生涯期間嵌入式實驗室利用專人負責管理，全天候開放環(huán)境的模式，為廣大的學生們提供一個開放式學習環(huán)境。學生可以在任何有空余的時間，有學習想法的時候，隨時進入實驗室進行開發(fā)學習，展寬他們的學習機會以及為學習提供必要的幫助。同時，考慮到學生的實際基礎各有不同以及嵌入式系統所需知識的廣度太大，學生單人實踐，學習效果將會產生參差不齊的狀況，效果非常有限，因此，在實施兩種模式，三個階段的實踐教學過程當中，將學生分成若干個團隊進行實踐練習。一方面，可以促進學生之間的學習交流，使他們能夠取長補短，彼此之間深入探索問題，共同合作，增進學習效果的同時，也逐漸培養(yǎng)學生一種團隊合作的意識和習慣，為將來走上職業(yè)崗位做好充分的準備。

三、以賽帶練，強化實踐

嵌入式系統是一門實踐為主的課程，盡管筆者在課程教學過程中有意識地偏向實踐教學，但畢竟實踐教學都處于實驗室教學，實驗室操作開發(fā)階段，即使在實踐教學過程中為了彌補這個缺點加入了設計性試驗的環(huán)節(jié)，但實踐教學證明，這個過程雖然具備一定的效果，但由于設計性實踐教學課時較短，只能設置一兩個較為簡單的小應用設計，與實際應用當中真正做一個嵌入式系統開發(fā)的過程差別較大。因此需要為學生提供一個更加具備挑戰(zhàn)性，更加接近實際應用的一種鍛煉機會，那就是組織學生參加各種學科設計競賽，[4]比如全國大學生電子設計競賽、廣西區(qū)電子設計競賽等。在這些權威的學科競賽當中，每一年都有嵌入式系統相關的開發(fā)設計，并且嚴格規(guī)定設計要求、設計時間，學生的參與面非常廣。通過組織學生參加這樣一些設計比賽，以比賽帶動練習，使學生能夠學會應用自己所學的知識去解決產品開發(fā)的問題，同時充分體會產品設計過程，掌握產品設計過程當中應該怎么做，遇到問題該如何解決等，參加學科設計競賽，以賽帶練。通過這樣一種延伸式的實踐教學，真正使學生的實踐能力、職業(yè)能力得到很好的鍛煉，從根本上提高我校通信工程的人才培養(yǎng)質量。

四、總結

為了適合社會的需求，也為了使得學生能夠更好地進入社會，筆者在通信類及電子類專業(yè)的培養(yǎng)過程中必須時刻調整，注意培養(yǎng)學生的實踐能力、職業(yè)能力。作為通信類及電子類專業(yè)實踐課程的最后一類課程，嵌入式系統課程的教學有著十分重要的作用，嵌入式系統的教學改革，從一定程度上，影響著學生的培養(yǎng)質量。我校通過一系列理論、實踐及延伸式實踐的改革，在理論教學時，注意抓重點，抓知識廣度，理論與實踐相結合，將抽象的理論知識具體化、形象化。在實踐教學上，根據我校的實際采用了“兩種模式，三個階段”的團隊式學習模式的改革，不僅從教學的角度，更重要的是在實踐的角度進行改革，并且通過權威性的學科設計競賽，充分帶動學生的學習、訓練，使學生的實踐能力、職業(yè)能力得到了最充分的鍛煉。實踐證明，這樣的教學改革深得我校通信類及電子類學生的認可及肯定，帶動了學生的學習興趣。組織學生參加各類的學科競賽都有省部級、地廳級等各方面的獎勵，畢業(yè)生走向工作崗位也受到了用人單位的一致肯定，這使得我校的人才培養(yǎng)質量得到了進一步的提高。

參考文獻：

[1]王慧娟.嵌入式課程中實踐教學的探討[J].北華航天工業(yè)學院學報，2011，21（5）：54-56.

[2]陳小梅.加強實踐教學培養(yǎng)應用型技能人才[J].科教文匯（中旬刊），2007，（3）：109-110.

[3]劉書勇，武俊鵬，張國印.基于嵌入式技術的計算機接口實驗課教學改革[J].計算機教育，2009，（8）：93-95.

[4]姚有峰，張斌，聶麗.從電子設計競賽談實踐教學改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2009，28（9）：140-142.

（責任編輯：王意琴）