嵌入式系統開發教學改革創新

朱銘琳

摘要：嵌入式系統在物聯網時代得到了廣泛應用，使得嵌入式系統的教學顯得越來越重要。為了進一步提高教學質量，分析了嵌入式系統課程的特點，針對目前教學中存在的問題，在課程內容、教學方法、實驗教學等方面進行了一系列探索和研究，提出了相應的改革措施。實踐證明，這些改革有效提高了學生的工程實踐能力，調動了學生的學習主動性，有助于培養其創新能力。

關鍵詞：嵌入式系統；教學方法；教學改革；實踐

中圖分類號：TP368.1

文獻標志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-63-03

0.引言

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可剪裁，適應于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統，是軟件和硬件的綜合體。近年來，嵌入式產品市場獲得了蓬勃發展，嵌入式系統已經滲入到工業生產、軍事國防、日常生活各個方面，應用領域非常廣泛。隨著物聯網時代的到來，社會對嵌入式相關技術人才有迫切需求，嵌入式技術的應用前景十分廣闊。

從2011年開始，運城學院計算機科學與技術系面向本科生開設了“嵌入式系統開發”專業選修課程。課題組多次獲得多個省級、院級教改項目的支持，對嵌入式系統系列課程進行了一系列具體深入的教學改革，獲得了一些有益經驗。

1.嵌入式系統開發課程特點

1.1內容廣泛

嵌入式系統技術作為一門綜合交叉性技術，涉及計算機、電子技術、通信等多門學科。嵌入式系統開發課程教學內容較多，硬件包括ARM處理器體系結構、硬件電路、接口技術、硬件開發平臺；軟件包括指令系統、匯編語言程序設計、c編程、嵌入式操作系統及開發。在課程體系的組織上，要求學生熟悉嵌入式系統的硬件體系結構、支持ARM處理器的硬件開發平臺的組成及使用方法；掌握嵌入式Linux應用程序開發與調試過程；能夠構建嵌入式開發環境，進行嵌入式Linux系統的編譯、移植；使學生具備獨立開發一個較為完整的嵌入式系統的初步能力。

1.2實踐性強

嵌入式系統開發面向控制應用領域，課程實踐性很強。實驗環節在課程中處于非常重要的地位，通過實驗，可以加深學生對理論知識的理解，提高學生的學習興趣，培養學生動手能力；使學生熟悉嵌入式系統開發和設計流程，進而全面掌握嵌入式系統的設計、開發、調試方法。

2.嵌入式系統開發課程教學改革思路

2.1教學內容的改革突出軟件的基礎上保證軟硬件學習相結合

由于嵌7、式系統課程的教學知識點比較多，涉及的軟硬件資源也比較多。在教材的選擇上，盡量選擇理論知識體系系統、連續，實驗內容直觀新穎，能夠密切聯系實際的教材。我系采用的教材是周立功主編的《Arm嵌入式系統基礎教程》和華清遠見教育集團編寫的《嵌入式系統技術與設計》。結合當前嵌入式技術的發展現狀，為適應市場對嵌入式人才的需求，選擇將ARM硬件平臺、嵌入式Linux操作系統作為教學內容的兩大方面，以Realview MDK為主要開發環境進行講解。教師在教學過程中，將嵌入式科研項目中的一些簡單實用的知識融入教學中，使教學內容更加豐富。

2.2計算機專業教學側重點

嵌入式系統開發課程是一門系統性強、軟硬件結合的綜合性課程，分為硬件開發方向和軟件開發方向。兩方向均要求學生具備嵌入式系統開發、設計、調試和維護的基本能力。而我們計算機科學與技術專業的學生軟件編程是特長，因此更偏向于嵌入式軟件開發，重點學習匯編語言程序設計、數據結構、嵌入式系統原理、計算機網絡、Linux操作系統等相關知識，側重于編程應用。

2.3聯合采用多種教學方式，提高課堂教學效果

（1）課堂上采用講授法與討論法相結合的方式

在教學中，充分發揮教與學的積極性。教師提出問題，通過啟發引導，由學生分組討論、對問題的理解、看法，尋找解決問題的方法與途徑。這種開放式、探索式教學方法不僅調動學生的學習積極性，而且可以鍛煉學生思維，提高分析解決問題的能力。不僅有利于啟發和培養學生開拓創新能力，而且有助于培養學生的團隊合作精神。

（2）項目驅動式教學方法

運城學院是應用型本科院校，教學中充分考慮了以應用型人才培養為目標，注重培養學生的創新精神和創新能力。講授重點章節內容時，以項目為驅動，學生在逐步完成項目的同時，掌握相應的教學內容，項目驅動法使教學與實際緊密結合，有益于培養學生的工程實踐能力。各任課教師積極鼓勵、指導學生開展相關方向的大學生創新項目及各類競賽培訓活動，對教學改革起到了很好的推進作用。

（3）應用現代教學技術，搭建自i學習平臺

當今互聯網已經滲入到日常工作、生活的各個方面，充分利用網絡環境組織教學，可以更加方便靈活地進行有針對性的教學活動。與傳統的課堂教學相比較，網絡平臺教學具有自主性、交互性、針對性特點。建立課程網站、構建師生交流平臺，將答疑、質疑、討論等經典的教學環節融入網絡。學生利于網絡平臺向老師提問、質疑，教師可以科學方便地對學生進行網絡答疑解惑。同時還可以建立討論區，方便師生進行專業問題探討。充分利用網上教學資源，將教與學的過程延伸到課堂外，不僅激發了學生的學習興趣，而且使課堂教學得到了深化、擴展。

3.實驗教學改革

嵌入式系統開發是一門實踐性很強的課程，實驗教學是課程教學的一個重要環節。通過實驗，可以幫助學生加深對理論知識的理解，加強學生動手能力，全面掌握嵌入式系統的開發、設計、調試技術。

3.1嵌入式系統開發實踐課教學環節

目前嵌入式系統開發的實踐課教學環節包括：驗證性實驗、綜合設計性實驗、課程設計、大學生創新實驗、科研立項等幾部分。

驗證性實驗是實驗教學的基礎，實驗內容與理論課授課內容緊密結合，是基礎知識的最基本應用，是實踐教學環節的重要組成部分。綜合設計性實驗，是驗證性實驗的深化，進一步培養學生綜合運用所學知識，進行嵌入式系統的設計。嵌入式課程設計是對所學課程內容的綜合應用，通過該實踐環節使學生全面掌握嵌入式應用系統的開發、設計方法。大學生創新實驗是學生由自發成立的團隊在教師指導下利用課余時間進行的創新性實驗。通過創新實驗，使學生積累了項目開發經驗，培養了自身創新能力，為進一步進行嵌入式項目研發打下堅實的基礎。科研立項是結合嵌入式系統前沿科技應用而設立的適合實踐教學的應用項目，能夠開闊學生的視野，拓展學生的思維，對教學起到了很好的輔助作用。

3.2實驗課程的內容安排

實驗課內容由一個簡單的端口控制LED顯示的例程開始，完成新建工程、編寫程序、下載程序調試、觀看實驗結果的實驗過程。通過這個簡單的實驗，讓學生初步掌握uVision3 IDE for ARM開發環境及ARM軟件模擬器的使用方法、以及程序下載的一般步驟。以后逐步增加實驗難度，目前開設的實驗項目包括中斷實驗、串口通訊實驗、A/D轉換實驗等。實驗過程中，注意激發學生的學習熱情和動手實驗的興趣。積極鼓勵學生采用多種不同的軟件算法完成同一個實驗，提高學生的編程能力，開闊學生思路。

3.3充分重視設計性實驗

對實驗教學環節設計進行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變為“驗證性為輔，自己動手創新為主”的實驗課程教學設計模式。

例如“矩陣LED字符顯示控制”實驗中，實驗要求理解點陣原理，驗證實驗指導書給出的程序。這些往往學生都可以順利完成。這種驗證實驗模式沒有更好地發揮出學生的創造性。可將此實驗定位成設計性實驗，要求學生在LED屏上顯示多種漢字、字符、圖形、并配有動態顯示效果。實驗以小組為單位進行，實驗完成后各小組展示自己的實驗成果，最后由實驗效果進行評分。這就要求學生在讀懂源程序的基礎上，自己修改源程序實現相應功能。學生通過實驗，順利完成了英文字符、漢字的單個顯示、并且設計出了豐富多彩的圖案，如卡通動物、人物表情、花草樹木等，并且實現了漢字、圖形動態顯示（左右滾動、上下滾動、閃爍），實驗效果良好。實驗結果表明，通過分組展示的競爭激勵機制，調動了學生的積極性，充分發揮了學生的創新能力。

4.結束語

幾年來的嵌入式系統的教學實踐證明，通過上述一系列課程教學改革，有效地調動了學生學習的積極性、主動性和創造性，提高了學生分析解決問題和獨立思考的能力，取得了良好的教學效果。實踐教學為學生進行嵌入式項目的開發積累了豐富的經驗，為學生進一步從事嵌入式相關工作打下了堅實的基礎。隨著物聯網時代的到來，社會對嵌入式人才提出了越來越高的要求，嵌入式開發課程必然會面臨更多的機遇和挑戰，嵌入式開發課程改革任重道遠。