基于案例驅動的嵌入式系統教學改革與研究

宋洪軍+胡軍國+童孟軍

摘要：針對目前嵌入式系統開發與應用課程教學中出現的問題，如教學內容陳舊、教學方法傳統等，本文重點對該課程進行了教學與研究。通過密切聯系企業修訂教學大綱更新教學內容，引入案例教學改革教學方法以激發學生的學習興趣，采用寓教于樂的方式促使教與學的有效結合。該教學模式在課程教學中已取得了良好的培養效果。

關鍵詞：嵌入式系統；教學改革；案例驅動

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0112-02

一、引言

嵌入式系統開發與應用是電子信息類專業，如計算機、電子信息工程、物聯網工程等專業的一門學科綜合性很強的專業課，它包含操作系統、電子電路、通信與網絡等知識。嵌入式系統是以微控制器為核心，將其嵌入到產品或設備中以實現其功能數字化和智能化的系統[1-2]。目前嵌入式系統應用覆蓋了消費電子、智能家電、工業控制、通訊網絡、儀器儀表、汽車電子、醫療電子等多個領域。隨著嵌入式行業的迅猛發展，嵌入式開發也已經成為當前最熱門、最有發展前途的行業之一，同時，嵌入式行業的快速發展造成了它巨大的人才缺口，越來越多的人抓住這個機遇投身到嵌入式這個行業當中。為了適應市場需求，目前國內很多高校也陸續開展了嵌入式系統課程的教學。

二、課程教學存在的問題

目前，大多數高校都開設了嵌入式系統開發與應用的相關課程，針對農林類院校電子信息類專業，同學們大多認為該課程難度比較大，學習起來較為吃力，平常不注重學習積累，而只看重于考試結果[3]。

根據近幾年嵌入式系統課程的教學與思考，本人認為主要原因是由于在課程講授的過程中，教學內容得不到及時更新，教學手段存在很大的局限性，學生實踐能力得不到鍛煉。因此應大力加強與應用，密切聯系實踐教學環節，充分利用學校所配備的實驗設備，加強對本課程的創新教學，引入案例教學模式，提高學生的學習興趣，著重培養學生的能力和素質[3-4]。本人結合多年的嵌入式系統理論和實踐教學，針對目前教學過程中所存在的問題，采用案例教學法對嵌入式課堂教學進行了新探索[5]。

三、案例教學，寓教于樂

嵌入式系統是一門實踐性很強的課程，如果單純的在課堂上給學生們只是灌輸理論知識，例如寄存器、分頻、定時器等這些枯燥的概念，學生們的積極主動性往往調動不起來，課堂氣氛也較為沉悶。尤其針對農林類院校電子信息類的學生，普遍認為課程比較難，概念較為抽象，無法與實際相結合，容易造成學習興趣性不高。因此，根據筆者近幾年的嵌入式系統課程的教學經驗，在課堂上引入案例教學，把枯燥的理論知識與日常生活聯系起來，來提高學生課堂參與的積極性和主動性。學生對課程的學習興趣至關重要，有了學習興趣，學生們就會主動探求知識，不會讓教師督促去做一些事情，有利于師生關系的和諧，也有利于課堂教學的順利推進。[6-7]

例如，在講授GPIO接口時，引入“跑馬燈”的教學案例，通過案例來學習硬件連接圖、寄存器和程序燒寫等知識就不會感到理論的枯燥，學生們在主動編寫代碼的過程中感受到了樂趣，這樣學習起來效果事半功倍。另外，在講授“PWM定時器”和“看門狗定時器”時，通過控制蜂鳴器設計一段音樂，這樣就能把定時器所涉及到的寄存器、分頻、工作頻率等概念結合起來，通過編程來實現音樂的播放。學生們在設計的過程中積極性得到了提高，也同時寓教于樂。快樂地學習體驗，有助于學生學習興趣的培養，培養他們積極樂觀的品質，有助于他們綜合素質的提高，也有助于他們心靈的成長和進步。

另外，針對嵌入式系統這門理論性很強的課程，單純的靠課堂教學是遠遠不夠的，還必須通過實驗環節鍛煉學生們主動思考、實際解決問題的能力。而實驗項目是否有創新性、新穎性，直接影響學生對實驗的積極性和主動性，因此選擇恰當的實驗項目成為能否有效訓練學生動手能力和創新能力、提高綜合素質的關鍵。本校與國內著名的嵌入式課程培訓公司——達內公司形成合作，在實驗中引入公司的實際案例項目，通過對實際項目的訓練，能夠調動學生運用所學一切知識來解決問題，變被動應付為主動思考。此外，對于學有余力的學生，給予他們一定的創新空間和發展空間，可以在課程結束后去達內公司繼續培訓。學生才能真正在實驗過程中充分發揮自己的主觀能動性，激發出較強的求知欲。教師應該鼓勵學生提出自己的獨創性意見，不應該打擊他們，應該給他們充足的想象空間，同時鼓勵學生多動手，積極將自己在課堂上學到的理論知識用于實踐當中去，驗證理論知識的正確性，加深對理論知識的理解[8-10]。

此外，在該課程期末考核中，考核方式采用多樣化形式，不只看學生們的期末成績，而更加看重他們的平時表現。考核采用三種方式的結合，包含平時成績、一次大作業和期末考試。其中平時成績占20%，期末考試占60%，大作業占20%，另外，各部分所占的比例會根據本年度學生的情況進行相應調整。期末考試分為筆試和機試，筆試占40%，機試占20%。平時成績包括考勤和實驗，一次大作業要求是每3位學生需設計一個嵌入式開發產品，以及撰寫項目實驗報告。

最后，本課程通過在浙江農林大學電子信息工程、計算機專業的嵌入式系統教學中不斷的進行嘗試和實踐，采取了一些實質性的措施，方便同學們在課堂學習的同時積極進行課外實踐。鼓勵學生們積極參加“博創杯”全國大學生嵌入式物聯網設計大賽，近幾年在該類比賽中也獲得了良好的成績。另外，每年也有相當一部分學生到達內公司繼續參加嵌入式的培訓，并在畢業后能夠很好的開展與嵌入式相關的工作。

四、結論

本文對嵌入式系統課程改革進行了課程研究與思考，主要在課程教學模式和教學內容上進行了改革和創新。其中在課堂教學過程中引入案例教學，學生們不僅提高了學習的興趣，增強了嵌入式系統設計的實踐動手能力，為日后就業打下良好的基礎。以更好地激發學生對嵌入式課程的興趣和創新思維能力，變被動灌輸為主動思考，最終達到培養學生綜合素質的目的。

參考文獻：

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Teaching Reform and Research on the Embedded System Based on Case Driven

SONG Hong-jun，HU Jun-guo，TONG Meng-jun

（Research Center for Smart Agriculture and Forestry，School of Information Engineering，Zhejiang A&F University，Hangzhou，Zhejiang 311300，China）

Abstract：Aiming at the problems arising from the embedded system course teaching，such as obsolete teaching content and traditional of teaching methods，this paper has carried on the teaching and research to the course. Through contact enterprise closely to revise the syllabus and update the teaching contents，introduction the case in teaching to stimulate students' interest，and adopt the way of learning to promote the effective combination of teaching and learning. The teaching mode in the teaching of course has achieved good effect.

Key words：embedded system；teaching reform；case driven