嵌入式系統設計課程教學的研究與實踐

韓潔　徐琴

摘要：根據嵌入式系統課程的特點和目前該課程的教學現狀，分析了教學過程中存在的問題，總結了嵌入式課程教學的經驗，提出了理論課程教學和實驗教學改革方法，對新的教學方式進行實踐，并在實踐環節進行新教學方法的嘗試，以期培養學生的實際崗位需求能力。

關鍵詞：嵌入式系統；課程教學；教學改革；實踐環節；創新性

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0123-02

嵌入式系統課程是一門交叉學科，涉及的知識面寬廣，系統開發流程中既有硬件設計又有軟件代碼的編寫。嵌入式系統涉及的課程有模擬電子線路，數字電路，C語言等課程。學生在學習時需要具備較多的專業基礎知識。同時嵌入式系統設計又是一門實踐重于理論的課程，學生還需要大量地進行實踐操作。所以學生在學習過程中極易碰到學習的壁壘，慢慢就會失去學習的熱情，一致于會放棄該門課程的學習。

嵌入式課程的教學目的是為了培養學生具有獨立自主的軟硬件開發能力，但是目前大部分高校仍然采用傳統的教學方式和教學方法，帶來的后果是學生的動手實踐能力依然不足以從事技術類的設計工作。

1 教與學的現狀

1.1教學的現狀

傳統的嵌入式課程教學主要由理論課堂教學和實驗教學兩部分組成。課堂教學普遍采用多媒體設備，將教學內容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內部結構、IO接口、硬件、軟件，均采用演示的方法。在實驗中教師認真講解硬件的連接方式，學生按照教師講解的編程流程進行驗證。

1.2學生學習的現狀

與重點院校相比，我校的辦學目的是培養應用型人才。我校生源質量和重點大學是有較大的差距，如果采用傳統方式進行教學，不根據課程自身與學生的特點，依然采用老師講、學生做，無法培養學生的工程應用能力。

2 課程的教學改革和實踐

2.1理論教學

在教學內容的選擇上，需要簡要講解嵌入式系統的開發流程和交叉開發環境，各個層次需要掌握的技術，目的讓學生有針對性學習，根據自身特點確立技術的方向。在具體實施中用少量簡單例子說明各環節的相關知識和開發方法。

在教學的方法方面，對于ARM技術的教學以介紹為主，盡可能改進傳統的滿堂灌的教學方式，在教學中采用對比教學的方法，比如：和51核單片機對比，避免抽象乏味的教學方式。

在授課方式方面，整合課堂資源，讓學生在課堂上能夠理解嵌入式系統開發的基本理論與基本技能，根據課堂教學的實際情況，精心設計與課堂講授相對應的實踐內容。對于實踐強的教學內容，把以前理論課堂講解的內容放在實驗室開展教學。例如：對于ARM指令和匯編編程的講解要突出應用性，我們嘗試在實驗室完成這部分的教學，不再是按照傳統進行逐條地講解指令和語法，而是通過一個個例程講解程序的結構，中間用到的指令讓學生采用查閱方式進行 “Learning by Doing”。在實踐中學生學習的積極性明顯提高了。

2.2 新的教學方法的實踐

改變傳統的單一的教學方式，傳統的教學是上課地點在教室里面，教學設備只有黑板和投影設備，極大限制了教師教學方法的發揮，教師只能按照PPT進行講解，學生只能被動地接受，往往到了課程結束也不知道該如何搭建嵌入式的開發環境，即便上完配套的實驗課程也僅僅是理論的驗證，學生往往連基本的調試能力都不具備，更別說培養應用開發能力了。

新的授課方式：把傳統的理論課堂和實驗課堂結合起來授課，前面講述基本ARM技術部分放在教室進行，匯編程序和芯片部分在實驗室進行。例如：對于ARM匯編指令部分教學，根據ARM匯編雖用得少但又很重要的特點，在講述匯編指令時改變傳統的授課方法，以具體的工程實例進行教學，匯編指令學生以查找的方式進行實踐，通過5個例程練習，學生可以以軟件模擬的方式快速掌握ARM匯編代碼的調試和閱讀代碼的能力。經過這樣的訓練學生可以閱讀ARM開發板的啟動代碼。在講述芯片的接口和相關控制器時，在實驗室進行理論部分的教學教師就更好發揮靈活的教學方式了，這樣的教學方式壓縮了理論授課的課時，讓學生成為課堂的主題，教師是輔助教學，學生的動手實踐機會增加，學習的惰性減少，積極性獲得提高。而且明顯提高了教學的效率。

在教學中精講理論部分，對于難于理解的理論要少講，在實踐中理解。擴大課程的知識面。

雙師制的嘗試： ARM+LINUX教學安排可以安排2個教師來進行教學，發揮教師的所長，擅長底層硬件的老師進行ARM部分的教學，擅長LINUX部分的教師進行操作系統部分教學。

2.3 實踐環節的改革

1）實驗課程的教學改革

針對嵌入式課程實踐性強的特點和實驗課時普遍偏少的現狀，整合教學內容，壓縮傳統的匯編指令部分的課時，同時開放實驗室和發放開發板，學生可以把便攜的嵌入式開發板帶回去，隨時隨地地進行嵌入式的學習。我們在教學中提高了實驗課比例。把總學時的3/4安排為實驗課，整合理論和實驗課堂，把與實驗直接相關的理論帶到實驗課上講解。理論課占僅總學時的1/4左右，主要講授ARM技術和芯片工作的基本原理。在實踐中對學生開放實驗室確實彌補了實驗課時的不足，提高學生動手能力，學生通過把便攜開發板帶回學習也極大帶動了同寢室學生的學習積極性。

在實驗教學中我們發現學生過于依賴實驗箱的問題，在以往試驗中學生只需按照試驗箱自帶的實驗指導書的步驟一步一步操作就可以輕松完成實驗。針對這種情況，我們改進了教學設備，利用接口全開放的開發板，既可以滿足常規的驗證性的實驗教學也可以進行設計性的實驗。

2）集中實踐環節的教學改革

由于面向電子信息類專業學生，學生就業的方向更加偏向底層，在硬件實踐訓練更加側重，硬件設計中接口的擴展、電路的繪制和驅動程序的編寫。以2周的課程設計為例，引入企業的項目管理機制，在集中實踐環節，按照3人為一個項目組開展實踐，整個工作流程盡可能接近實際產品研發流程。從方案選擇，硬件的電路圖繪制、焊接、硬件調試、代碼的編寫，其中每個環節要更接近產品研發的流程。學生的團隊協作能力得到了提高。重點也培養三個能力：創新能力、動手能力和團隊協作能力。

3 結論

綜上所述，我校通信專業的嵌入式系統課程教學進行了2年的教學改革的實踐，學生學習的積極性明顯獲得了提高，在藍橋杯和電子設計大賽中多次獲獎，在畢業設計中更多學生選擇利用嵌入式技術來完成畢業設計課題。教師也在教學實踐中需要優化教學內容和設計開發了實踐性的課題，得到了提升。目前我院正在建立高性能的嵌入式實驗室，通過更多的創新性的綜合設計性項目來改善和提高我院的嵌入式課程教學。

參考文獻：

[1] 劉彥文.嵌入式系統原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 劉太安，杜春玲. 嵌入式教學模式探索與實踐[J].科技創新導報，2009（22）：160.

[3] 白玉. 嵌入式系統及應用課程案例教學模式的研究與探索[J]. 教育教學論壇，2015（13）：155-156.

[4] 俞遠志，張立慶.開放性實驗教學模式的實踐與思考[J].實驗室研究與探索，2012，31（3）：153-155.

[5] 田微. 淺談《嵌入式技術與應用》課程教學[J].中國科教創新導刊，2008（13）：180.