項目驅動在嵌入式系統實驗教學改革中的初探

摘 要：從嵌入式系統實驗教學現狀出發，針對已存在的問題和實驗總體目標要求，初探以項目驅動的嵌入式實驗教學改革模式：項目激發學習興趣，圍繞項目需求合理安排實驗內容，進而分組完成綜合實驗，最后總結項目并展望嵌入式新知識指引繼續學習。該教學方法因材施教，能培養學生嵌入式系統項目開發的基本能力。

關鍵詞：項目驅動 嵌入式系統 實驗教學改革

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）05（a）-0023-02

隨著不斷更新的嵌入式技術在智能通訊、消費電子、醫療儀器、航天航空等領域的廣泛應用，嵌入式技術正在成為高校學科方向建設或開設為選修課程，課程教學和實驗內容緊跟技術前沿有了更高的要求，如何對嵌入式系統課程的理論與實驗教學進行改革，期望形成適合本院校特色的課程內容和教學方法是當前各類院校共同探索的重點[1]。

本文結合本校應用型人才培養方案的教學實際，提出以項目驅動的嵌入式系統實驗創新實踐教學模式，圍繞綜合實驗項目展開，培養學生掌握嵌入式系統的硬件基本體系和結構、系統運行模式、嵌入式軟件開發流程、系統調試、驗證和測試方法等，使學生具備基本的嵌入式項目開發知識和能力。

1 嵌入式系統實驗教學現狀

1.1 嵌入式系統實驗教學的目標和特點

全面了解嵌入式系統實驗教學特點對教學和改革非常必要，其主要特點有：（1）實踐性。學生必須親自實踐，設計方案，動手操作，才能真正將知識為已所用，若沒有認真完成實驗，嵌入式系統課程學習猶如紙上談兵；（2）系統性。嵌入式統課程涵蓋面較寬，底層硬件是基本，嵌入式操作系統是重點，多種開發平臺和多種軟件使用是突破口，嵌入式系統開發應用的所涉及到的相關程序設計是關鍵……（3）創新性。嵌入式系統知識技術更新快，在實驗內容上，應該加入創新的元素，學生也應需要在實驗中有自己獨立的見解和想法，而不是單純完成教師分配的任務[2]。

總之，在嵌入式系統教學過程中，把握嵌入式技術應用性強、涉及領域廣、技術更新快等特點，注重理論與實踐教學環節緊密結合，強化實驗教學落到細節，以培養學生動手實踐能力、綜合應用能力和創新能力為主要目標。

1.2 嵌入式系統課程實驗教學的不足

雖然目前眾多高校日益重視嵌入式系統實驗教學，但效果一直欠佳，仍表現出很多薄弱和不足之處。首先，實驗內容安排不合理，實驗內容簡單。驗證性實驗過多，學生自己動手的設計性實驗少；單一性基礎實驗多，綜合性開發實驗少；基礎實驗多，反映嵌入式最先進技術的實驗內容少，從而導致實驗教學流于形式，造成學生學完課程之后不知道如何應用，對嵌入式技術還停留在理論階段。其次，嵌入式實驗設置與實驗室資源配置不合理。部分實驗設備落后，難以與快速發展的嵌入式硬件與軟件開發同步；實驗資源長期閑置，利用率低；實驗室管理制度過于死板，課后作業無法到實驗室完成或繼續學習。再有，很多高校師資力量薄弱，學生知識水平參次不齊，實驗教學往往輔導不到位，導致個別學生無法及時解決問題則中途放棄。最后，嵌入式實驗課程體系陳舊，與企業要求嚴重脫軌，學生畢業后就業形式嚴峻，就業后不能很快進入工作崗位，有的甚至還需要進行第二次培訓[3]……

2 項目驅動的嵌入式系統實驗教學

針對嵌入式系統課程特點和現狀，初步探索與嘗試項目驅動的教學模式，合理設計實驗項目內容和方式，讓項目實踐教學貫穿于課程體系結構，從而提高實驗室資源，調動學生學習主觀能動性，形成教學相長良性局面。具體的說，項目驅動化教學，就是以項目為載體，將課程講授的主要內容穿插其中，注重課程理論體系的完整性，達到理論實踐一體化、傳授知識與培養能力一體化、“教、學、做”一體化的培養工程人才的教學方法，這種教學模式比較適合那些實踐性較強的課程[4～5]。

教師選擇項目應具有實用性、典型性、綜合性、趣味性和可行性，采取“項目引導、任務驅動、邊講邊做、講做結合”的教學模式，且項目精心準備并成功實現，對各細節實現訪求及理論知識比較熟悉。當然，項目化教學方法的實施過程中也存在一定的困難，它要求教學的硬件資源比較齊全，實驗室管理方案合理、師資配備得力等。

3 項目驅動的嵌入式系統實驗教學嘗試

3.1 項目驅動激發學生學習興趣

教育學家斯金納曾言：“在教學中成功的設計問題，有利于激發學生積極主動去思考，有利于學生運用已有知識去獲得新知識或解決新問題?！笨梢?，問題設計是教學活動中促進學生實踐創新能力主動發展的重要環節[5]。這里的項目驅動即是問題設計。

說明與課程相關的完整的項目詳情，詳細描述項目需求、主要功能、預期的目標，及當前項目的基本現狀。重點演示項目實現后的效果，如果受實驗條件或時間等因素的限制，課堂難以逐步展示實現過程時，可靈活借用其他方式，如圖文并茂的詳細文檔、屏幕錄制的視頻、生動形象的動畫片等。利用展示的實現結果為契機，通過生動的描述激發學生的學習興趣，力圖使學生產生強烈的求知欲望，讓他們接下來的學習有目標，方向明確！

同時，在項目分析與描述時，根據項目實現的各個環節把課程理論與實踐完整的串連起來，列舉出各章節的重點難點，說明各重點難點在項目中是怎么實現的，學生對照課程目錄及項目實現的過程，能初步理解嵌入式系統開發的基本流程，實現方法等。

3.2 根據項目需求合理安排實驗內容

根據專業側重點不同，隨著理論課的進度，以項目內容和實驗環境等方面，合理安排實驗課，做到簡單實驗與復雜實驗、驗證性實驗與綜合性實驗、課堂實驗與課后實驗全面且有代表性。下以設計實現“遠程視頻監控系統”為例，針對軟件工程專業學生，硬件實驗側重硬件選擇和簡單調試，軟件方面安排嵌入式操作系統（如嵌入式Linux）移植、文件系統移植、Boa服務器配置與移植等，除此而外，環境搭建實驗、程序設計實驗也必不可少[6]?；A實驗安排不在多，而在于實用性，讓學生順利完成逐個實驗，以此樹立自信，在不斷取得的小成就感支配下，進而主動強化理論學習并利用課后再實踐，直到完成項目。

3.3 分組完成綜合實驗

全班同學完成系列簡單基礎實驗后，綜合實驗則在此基礎上稍做調整，并添加創新的元素，以實現項目主要功能。根據實驗需要，把綜合實驗細分幾大部分，全班同學按能力水平、興趣愛好分組，把基礎實驗過程中發現基礎較好、悟性較高、動手能力較強、在某些方面有優勢的同學任命為小組長。如上項目可嘗試以下分組方案：動手能力相對較弱、語言組織能力較好的學生分為一組，負責書寫整理需求分析和設計文檔，寫文檔時與其他成員相互溝通與交流，因此也可增強實踐能力；操作系統方面基礎較好的同學分為一組，主要搭建實驗環境，并向下一組實驗同學提供環境的詳情，如共享文件（源碼、庫、工具軟件等）放在什么位置，有哪些服務器，什么版本的交叉編譯工具鏈及其他細節；硬件基礎扎實的同學們分為一組，移植嵌入式操作系統內核（一定要在內核中加載USB攝像頭驅動）；軟件應用能力較好的同學們為一組，配置和移植Boa服務器制并作根文件系統；C/C++編程能力較好成為一組負責CGI腳本設計；最后一組是系統測試，這要求各方面能力較強的同學完成……這種分組實現、組長負責的實驗教學方式，遵循因材施教的原則，各小組相互溝通，相互學習，且能增強同學們的團隊精神。

3.4 項目總結與期望

綜合實驗的順利完成并不代表是項目驅動的嵌入式實驗教學的最終目標，對項目進行總結與展望能讓一段時間的理論與實踐學習取得事半功倍的進步。以講座或報告的方式，各小組分別匯報各自的主要工作，各成員的經驗，如何攻克遇到的什么難題，各自關鍵的技術在哪里……匯報的小組主要發言人不一定是小組長，但一定是集各成員的總結與收獲。總結課堂師生暢所欲言，為項目提出新的期望，并討論下一步如何去實現，去完善，為嵌入式系統相關知識再學習導航。

4 結語

本項目驅動的教學模式是嵌入式實驗教學改革的初步探索與嘗試，克服了當前嵌入式實驗中不足的現象，合理安排實驗內容，充分利用實驗資源，且能調動學生積極性，基本做到了因材施教，教學相長。如何不斷的實現項目創新的元素，是嵌入式實驗教學一直追求的重點和難點。

參考文獻

[1]馮小燕，陳昌興.地方高校嵌入式實踐教學體系的構建[J].實驗室科學與技術，2011，9（1）：98-100.

[2]冼進，賈德良，畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J].實驗室研究與探索，2011，30（8）：282-283.

[3]張騰飛，郭前崗，王保云.嵌入式系統創新實驗室建設與實踐探索[J].中國電力教育，2013，25：163-165.

[4]李妍.項目化教學在嵌入式系統實踐課程中的探索[J].實驗室科學，2012，15（5）：27-29.

[5]張騰飛，王保云.基于問題設計的嵌入式實踐創新人才境況體系研究[J].人才培養改革，2013，22：56-58.

[6]韋東山.嵌入式Linux應該開發完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2011.