嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生能力提升探索

葉瑋琳，包能勝，張興偉

摘要：在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，如何提升學(xué)生能力，需要從各個(gè)角度分析嵌入式系統(tǒng)課程中知識(shí)框架。為了全面了解學(xué)生并提升學(xué)生能力，筆者從理論與實(shí)踐、硬件與軟件兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)立層面對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了探索研究。結(jié)合課堂理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等多種方式了解學(xué)生能力，并有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行提升。改革結(jié)果表明，較大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)改革；能力提升

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）15-0221-02

嵌入式系統(tǒng)是高等學(xué)校電子信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等本科高年級(jí)學(xué)生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技能課程，是以應(yīng)用為核心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、涉及微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、微機(jī)原理等多門(mén)學(xué)科的綜合學(xué)科。從各個(gè)角度分析嵌入式系統(tǒng)課程中知識(shí)框架，與學(xué)生興趣相結(jié)合，真正做到學(xué)以致用，提升學(xué)生能力，是目前所有工科類(lèi)課程面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。為此，筆者針對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程，開(kāi)展名為“嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生能力提升探索”的教學(xué)改革嘗試，并初步收到積極效果。該教學(xué)改革理念也可為微機(jī)原理、可編程邏輯器件、DSP技術(shù)原理等類(lèi)似課程提供參考。

一、課程特點(diǎn)及主要存在問(wèn)題

嵌入式系統(tǒng)是高年級(jí)課程，有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性和知識(shí)綜合應(yīng)用性，要求學(xué)生聯(lián)系先修課程，結(jié)合新知識(shí)，靈活融匯分析并解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。教學(xué)中，需要任課老師既重視理論知識(shí)的傳授，又要培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。筆者結(jié)合工作中對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的體會(huì)，對(duì)該課程特點(diǎn)及主要存在問(wèn)題總結(jié)如下：

1.聯(lián)系廣，理解難。要較好地把握嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容，必須對(duì)先修課程有很好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，能較好地將從低年級(jí)以來(lái)的專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系起來(lái)，才能深入理解本門(mén)課程內(nèi)容。比如要很好地理解嵌入式系統(tǒng)觸摸屏的原理及編寫(xiě)相應(yīng)程序，必須理解觸摸屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖中涉及多個(gè)MOS管組成的模擬電路，需要學(xué)生很好理解NMOS、PMOS不同的通斷過(guò)程及對(duì)電路的影響。如果學(xué)生不熟悉MOS管的通斷原理，而單純靠記憶來(lái)使用觸摸屏，則很難做到活學(xué)活用。

由于學(xué)生水平及能力各不相同，為了使大部分學(xué)生能較好地學(xué)懂所講授內(nèi)容，則需要老師在講新知識(shí)之前花時(shí)間復(fù)習(xí)修課程的相關(guān)內(nèi)容概念。然而這種做法勢(shì)必導(dǎo)致第二個(gè)問(wèn)題：占用本來(lái)有限的課時(shí)。

2.學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多。近年來(lái)，由于推廣素質(zhì)教育，各門(mén)課程理論教學(xué)時(shí)間不斷縮減。以筆者所講授的嵌入式系統(tǒng)課程為例，理論課時(shí)僅僅為22學(xué)時(shí)，該學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于專(zhuān)業(yè)必修課，且隨著嵌入式技術(shù)日新月異，該門(mén)課程除了課本內(nèi)容外，還需要補(bǔ)充其他與現(xiàn)代技術(shù)接軌的新內(nèi)容。因此，如何精選每節(jié)課授課內(nèi)容，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)使學(xué)生掌握到盡量多的內(nèi)容，且不感到枯燥無(wú)味，是嵌入式系統(tǒng)等工科類(lèi)課程普遍存在的問(wèn)題之一。

3.實(shí)驗(yàn)舊，擴(kuò)展難。由于課時(shí)安排原因，本門(mén)課程僅配套3個(gè)實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)與理論課程不對(duì)應(yīng)，所使用的實(shí)驗(yàn)箱年代較久，不能與現(xiàn)代新技術(shù)接軌，且無(wú)法在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，只能進(jìn)行某些簡(jiǎn)單的功能性驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)。如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)輔助理論教學(xué)，提升學(xué)生能力水平，也是課程教學(xué)中需要解決的問(wèn)題之一。

二、教學(xué)過(guò)程學(xué)生能力提升探索

針對(duì)上述存在問(wèn)題，必須在教學(xué)過(guò)程中克服客觀困難，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力提升的效果。為此，圍繞嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的兩大難點(diǎn)，筆者開(kāi)展了學(xué)生能力提升的探索改革。

1.學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力的提升探索。理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐驗(yàn)證理論，因此對(duì)于工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，不能一味注重實(shí)踐，也不能只懂得紙上談兵的理論，需要理論和實(shí)踐能力相輔相成，才能得到能力提升。然而，筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生個(gè)體差異，能力傾向不同，有些學(xué)生注重實(shí)踐鍛煉，然而理論知識(shí)并未提升，有些同學(xué)只注重理論知識(shí)，工程實(shí)踐能力不足。且大部分學(xué)生理論與實(shí)踐知識(shí)的反饋提升能力不夠。

以筆者講授嵌入式系統(tǒng)液晶屏內(nèi)容為例，對(duì)于使用液晶觸摸屏，設(shè)計(jì)的理論知識(shí)包括：液晶屏的分類(lèi)——TFT屏和STN屏；顯示顏色——單色和彩色；灰度等級(jí)——單色、4級(jí)、16級(jí)；彩色等級(jí)——STN屏為256色和4096色，TFT屏非調(diào)色板為64K色和16M色，TFT屏調(diào)色板為256色等等。如果學(xué)生不懂得上述理論知識(shí)，在實(shí)際操作中，則不能很好地編寫(xiě)合適程序調(diào)試出預(yù)期效果。然而，僅僅懂得上述理論內(nèi)容也不夠，還需要考慮其他實(shí)際工程問(wèn)題，比如：TFT屏的電路連接方式與STN屏是否一致？STN屏的驅(qū)動(dòng)電流需要多大才合適，且不至于導(dǎo)致液晶屏過(guò)亮或過(guò)熱？采用何種驅(qū)動(dòng)器性?xún)r(jià)比更高？等等。上述問(wèn)題并不只是理論，而是跟實(shí)際工程實(shí)踐相關(guān)。

鑒于此，針對(duì)如何提升學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)踐能力的問(wèn)題，首先，筆者在課堂上對(duì)于基礎(chǔ)理論知識(shí)，如液晶屏的分類(lèi)、灰度及彩色等級(jí)等內(nèi)容均予以清楚闡述；另外，通過(guò)課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)課程等環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的動(dòng)手能力；最后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及失敗現(xiàn)象，鼓勵(lì)學(xué)生從理論上找到原因后再反復(fù)實(shí)踐驗(yàn)證，達(dá)到理論與實(shí)踐相輔相成且共同提高的目的。

2.學(xué)生硬件與軟件知識(shí)的提升探索。對(duì)于電子及自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)課程不僅要掌握軟件編程，而且要掌握硬件電路設(shè)計(jì)能力，軟硬件知識(shí)結(jié)合，才能較好地完成工程項(xiàng)目。

然而，由于先修課程學(xué)生水平及傾向不同，面對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，有些同學(xué)在電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等課程上掌握較好且較有興趣，會(huì)比較傾向使用硬件方法來(lái)解決問(wèn)題，而有些同學(xué)對(duì)于C語(yǔ)言程序編程、數(shù)字電路等課程把握較好，會(huì)傾向于通過(guò)軟件編程方法來(lái)處理問(wèn)題。

對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，上述兩種方法均是可取的。但是對(duì)于功能復(fù)雜的系統(tǒng)，不可能僅采用單一硬件或者軟件解決問(wèn)題，需要考慮各方面因素，軟硬件結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。因此，要求學(xué)生不僅掌握硬件電路設(shè)計(jì)能力，對(duì)于軟件編程能力的具備同樣也是必須的。endprint

在提升學(xué)生硬件和軟件綜合設(shè)計(jì)能力問(wèn)題上，筆者首先在課堂上給出案例，啟發(fā)學(xué)生提出各種不同軟硬件設(shè)計(jì)方案；進(jìn)一步，布置工程案例作為課后作業(yè)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)或列舉出多種設(shè)計(jì)方案，綜合比較可行方案；最后，布置一個(gè)貫穿本門(mén)課程的課程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)需要涉及硬件電路及軟件編程，通過(guò)該課程設(shè)計(jì)的完成，最終達(dá)到提升學(xué)生硬件電路設(shè)計(jì)與軟件編程能力的目的。

三、教學(xué)成效

筆者將上述教學(xué)改革內(nèi)容用于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，收到了較好的效果。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和課后反饋訪談，學(xué)生普遍反映能將先修電子知識(shí)與嵌入式系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，且在此過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力均得到了提升。通過(guò)課堂案例引入及分析，提升了學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的工程應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)能力。筆者相信，所開(kāi)展的教學(xué)改革探索在一定程度上提升了學(xué)生對(duì)嵌入式產(chǎn)品進(jìn)行軟硬件綜合設(shè)計(jì)的能力，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)最新動(dòng)態(tài)追蹤的興趣、對(duì)相關(guān)領(lǐng)域深入學(xué)習(xí)的信心。

四、結(jié)束語(yǔ)

在深入了解嵌入式系統(tǒng)課程特點(diǎn)、現(xiàn)狀和不足的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合自己的實(shí)際教學(xué)切身體會(huì)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)展了教學(xué)改革探索。著重從理論與實(shí)踐、硬件與軟件上對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行提升。實(shí)踐表明，該類(lèi)措施較大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及其主觀能動(dòng)性，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]江維，桑楠.面向高等教育的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（16）.

[2]黃連麗，史旅華，王思山.基于CDIO理念的嵌入式系統(tǒng)課程改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，（7）.

[3]李堅(jiān)強(qiáng)，王志強(qiáng)，薛麗萍.基于CDIO模式的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究與探討[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，12（6）.

[4]彭道剛，李輝，夏飛.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2013，（28）.

[5]仲偉波，包亞萍，付躍文，李義豐.關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（12）.

[6]李巖，王小玉，孫永春.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（3）.

[7]顧佩華，沈民奮，李升平，莊哲民，陸小華，熊光晶.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）.

[8]沈紅.論大學(xué)教師評(píng)價(jià)的目的[J].高等教育研究，2012，33（11）.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（No.61307124），汕頭大學(xué)科研啟動(dòng)基金（No.NTF12022），汕頭大學(xué)青年科研基金（No.YR12005），汕頭市科技計(jì)劃項(xiàng)目（No.2013-14），2013年度汕頭大學(xué)先進(jìn)本科教育教學(xué)改革專(zhuān)項(xiàng)基金資助。

作者簡(jiǎn)介：葉瑋琳（1984-），女，廣東省潮州市人，博士，講師，研究方向：電路系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、紅外光電檢測(cè)。endprint