“嵌入式系統及應用”課程改革與探索

曾祥進+王海暉+王子維+章劉斌

摘要：“嵌入式系統及應用”是一門綜合性強、技術發展非常迅速的課程，以培養創新型人才為目的，通過分析傳統教學過程中遇到的各種問題以及考核方式的弊端，探討了今后相應的應對方法及策略，并給出了課程的綜合改革設計方案，從教學模式、教學手段、考核方式等方面進行了相應的探討。教學實踐表明，對“嵌入式系統及應用”課程的改革起到了較好的效果。

關鍵詞：課程改革;嵌入式系統;創新教育

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0087-02

一、現狀分析

作為智能科學與技術專業的一門專業課程，“嵌入式系統及應用”需要模擬電子技術、數字邏輯、電路理論基礎、C語言程序設計等相關課程基礎知識，另外還需要學生有較強的動手能力。因此這門課程是一門較難的課程，在教學過程中會遇到各種各樣的問題，主要表現在以下幾個方面。

1.授課計劃安排不合理。教學課時少，缺少“線下”的輔導答疑，獨立完成實驗效果較差，實踐與理論沒能很好地結合，導致了學生只掌握了理論知識，實際運用、動手編程的能力還有待提高。

2.授課內容不合理。地方院校的嵌入式系統及應用課程缺少嵌入式操作系統的內容，而且教學內容陳舊，且理論知識多、實踐操作課時少。

3.實踐環節少，學生動手能力差。嵌入式對于一般學校而言，由于經費投入不足，嵌入式實驗設備不完善，使得課程教學過程中，偏重理論講解，學生對課程知識的工程化應用了解少，缺乏現場觀摩的認知度。

4.師資力量薄弱。主講老師偏重理論教學，學生缺乏工程設計及實踐性引導，學生學習后仍不能進行相關應用開發。

5.考核方式不全面。考核方式上，由于平時分只占總分的30%，導致一些學生不重視課后作業和實驗，加上期末考試重點考核的是理論知識，學生只要掌握好理論知識，也一樣可以通過考試。這樣的考核方式很難反映出學生的真實水平和實際能力，也很難讓學生的實際應用能力得到實質性提高。

二、改革思路

以提高學生的實踐動手能力為導向，增大實踐環節比重，將實驗內容與課程設計內容相結合，采用課題驅動方式進行實驗教學。采用多種改革形式，包括合理優化好教學內容，采用“課內+課外”、“線上+線下”、“課堂+現場”、“主講+聘請”的教學手段和教學方法以及“平時+期末”的考核方式。

1.合理優化好教學內容。“嵌入式系統及應用”是武漢工程大學智能科學與技術專業特色專業課程，針對以往課程教學內容陳舊的問題，利用好學生在處理器方面的開發經驗逐步引導其了解嵌入式系統開發的方式方法、建立嵌入式系統設計的思維模式，便成為教學的首要任務。其工作重心是系統講述32位嵌入式處理器ARM7的功能特點及與其他處理器的區別比較，介紹ARM7與嵌入式操作系統結合后的突出優點，注意與前期學習的開發知識相聯系，適當介紹各類相關ARM處理器的特點以擴大學生的知識面，把培養學生的設計思維能力和動手能力貫穿于整個教學過程之中，最終達到學生能夠熟練掌握嵌入式系統的共性技術并能針對ARM處理器做一些簡單設計開發工作的目的。

2.在教學手段和教學方法上，以“課內+課外”、“線上+線下”的形式，培養學生的學習興趣，鼓勵學生自學，讓學生積極主動地進行有目的的學習，采用“產品任務驅動”教學法，在嵌入式人才的培養目標、職業規劃、教學設備、教材、教學模式等方面徹底改變“重理論輕實踐”的傳統教學模式，不僅僅將理論教學與實踐教學融為一體，更是將技能傳授、行業規范與崗位素質培養融為一體。了解嵌入式系統的應用場景和方法，通過“主講+聘請”的形式，讓學生掌握基礎理論和算法，擴展學生的知識面和眼界。

3.改善現有的考核評價體系。通過“平時+期末”考核方式改革，增大平時分比重，強調平時學習的重要性，并且以實驗考核為主，要求學生綜合運用知識，獨立完成以項目為導向的嵌入式系統。在評價學生學習的環節中，設計采用堂內學習、堂外實驗、平時作業、上機實驗、半期考試和期末考試相結合的學生全過程學習效果綜合評價體系。學生課程最終成績的構成為：平時成績占10%、實驗成績占25%、期中考試占10%、期末考試占55%。該綜合評價體系的設計，以“考試只是方法，知識學習和能力培養才是目的”的思想，督促學生重視知識獲取和能力培養，有助于調動學生在實踐訓練、課堂討論、師生互動、協作交流等方面的學習自主性，在課程學習的全過程中促進學生建立積極思考、努力進取的良好學習氛圍。

三、綜合改革設計

綜合改革設計：實行“課內+課外”、“線上+線下”、“課堂+現場”、“主講+聘請”教學模式改革和“平時+期末”考核方式改革，多種形式并行。

1.“課內+課外”一體化教學改革做法為精簡課內講授學時，增加課外學時數，將原有的32課堂學時縮減為現有的24學時，將原有的8課外學時增加為40學時。課堂教學貫徹“少而精”原則，理論知識要講透，還要與實踐相結合，結合具體實例講解嵌入式系統的應用場合。重視基礎，以嵌入式系統基礎以及軟件的核心嵌入式實時操作系統為重點，全面介紹嵌入式系統概況、硬件和軟件、嵌入式操作系統內核設計和應用、嵌入式系統的設計和開發。強調實踐的重要性，注重基本訓練與創新能力的培養。培養和訓練學生掌握基本的嵌入式軟件開發能力，實現教學方式的幾個轉變：從純軟件到硬/軟件結合、從“紙”上談兵（編程序）到“板”上談兵、從“懂”怎么做到“會”做、從講/聽到講/聽/做。注重課程內容的時效性，處理好經典與現代的關系，不斷跟進嵌入式系統、基礎軟件等相關領域的最新發展狀況，把科研成果和教研成果引入教學。

2.“線上+線下”教學改革做法是將教學內容和過程“網絡化”，請講課經驗豐富的老師錄制課堂教學視頻，開發具有特色的線上課程，利用網絡平臺組織教學，指導和管理學生進行自主學習。使用現有網絡教學資源輔助課程教學，督導學生在課外觀看學習，教師在課堂內組織輔導、討論、答疑及專題講座。

3.“主講+聘請”聯合教學改革做法是聘請企事業單位相關專業人士、校外專家或工程師共同講授這門課，將專家們的工程、社會實踐經驗與學生分享，擴展學生的知識面和眼界。每年擬聘請4位專家講授8學時，每一位專家2學時，給學生作一次專題講座。

4.“課堂+現場”教學改革做法是在課堂講授相關理論部分之后，在實際生產、工作現場或校內外實習實訓基地進行現場教學，通過現場示范，讓學生身臨其境。重視與相關企業的聯系，善于利用各種資源，為學生建立若干實習基地與創新基地。武漢立科特智能科技有限公司嵌入式軟件工程中心、武漢軟帝科技有限公司等均已成為學生的實習基地和創新基地，學生可以在那里開展一些實訓項目，通常采用將畢業設計內容與具體的研發項目相結合的方式。近年的嘗試表明，這樣的方式可以大大增強學生的實際開發能力，所完成的畢業設計內容具有一定的實用價值，學生普遍反映能夠學到更多的知識和掌握更實際的技能。

5.“平時+期末”考核方式改革做法是增大平時分比重，將平時考核所占的分數比重由30%提高至50%，強調平時學習的重要性，并且以實驗考核為主，要求學生綜合運用基本理論知識，獨立完成一個有意義的實例項目嵌入式系統（如工業控制、數據采集、數據通信、智能儀表、DCS控制系統等）。平時成績組成：課堂討論表現及課外作業完成情況;實驗成績組成：上機實驗及實驗報告完成情況和上機考試成績;半期考試成績：測試學生對前半期授課內容的掌握情況;期末考試成績：測試學生基礎知識及綜合應用能力，進而從思想深處改變學生在其他課程中重理論輕實踐的現象。

四、改革效果

“嵌入式系統與應用”課程從武漢工程大學計算機學院智能科學與技術專業2010級開始開設，已經開設三屆。根據每屆學生的考試成績統計分析，其開課及格率平均為96%。

通過本課程的理論知識學習及綜合實驗設計，學生的動手能力有了很大提高，很多感興趣的學生在課外自己購買相應的嵌入式開發板，做出了很多小課題實驗，部分學生更是應用學到的課程知識參與各項課外科技比賽，獲得了較好的成績。

五、結論

“嵌入式系統及應用”課程特點是知識點很多、實踐性很強。為解決傳統教學中學生學習效果差的問題，我們對該課程提出來幾點改革意見，希望為培養符合創新型社會需要的高素質人才給予一定的有益參考。

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