《嵌入式系統》課程實踐教學模式的探索與研究

徐平+薛凌云+尚平

摘要：《嵌入式系統》是杭州電子科技大學測控技術與儀器專業一門重要的專業課程，對于學生前期理論課程學習拓展和后續專業課程、畢業設計以及未來就業有著重要的作用。目前課程教學方式主要以課堂教學為主，而實踐能力是評價學生課程學習效果的一個關鍵因素。因此，本文設計以實踐教學為主的教學方式，激發學生自主學習動力和自主探索熱情，提高動手和創新能力。課程改革的效果表明，這種設計教學方式受到學生的廣泛好評，學生對嵌入式方面課程內容產生濃厚興趣，理論知識得以進一步加強，同時對于教學改革也有進一步反饋和指導作用。

關鍵詞：實踐教學；自主學習；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）25-0119-02

一、引言

《中國制造2015》是制造業轉型、升級、發展的重要綱領，中國要想走出制造業困境，最需要加強的就是人才培養和提高人才的自主創新能力。因此，在高校教學中提出實踐教學理念，既能提高學生實踐創新能力，又能與社會需求相結合，避免教學與社會實際相脫離，這樣才更能發揮出高校“產學研”的特色。嵌入式系統是一個內容廣泛的課程，包括單片機、ARM、FPGA、DSP、IC設計、微處理器等方面，要求學生掌握計算機組成/微機原理、操作系統、數字電路、C語言、數據結構和算法、軟件工程測試管理等知識。嵌入式系統集硬件、操作系統和應用軟件于一體，具有實時性、尺寸小、功耗低、效率高的優點，所以是一個軟硬件結合、強調動手能力的課程，是培養測控技術與儀器專業學生成為程序員和工程師的必備技能。

二、課程狀態分析

1.課程教學目標。杭州電子科技大學生儀學院儀器專業培養方向包括模式識別與智能系統、檢測技術與自動化裝備等，要求學生具備扎實的電子、計算機、光學、機械知識基礎上，具備跨學科研究開發能力，能在各領域擁有較強競爭力的應用型人才。本課程改革的主要目的為：（1）培養學生依據實驗開發條件進行嵌入式系統軟硬件實驗，熟悉開發環境，了解嵌入式系統開發流程，而這就需要教師做好學生的基礎實驗教學工作。（2）在第一層次基礎上，培養學生依據現有實驗平臺進行二次開發，熟悉平臺多樣化功能，提高學生的開發能力。（3）培養學生進行系統設計，根據現有平臺進行自主化設計，充分發揮學生的想象力和研發力。（4）學生在充分掌握理論知識的同時，教師也要對其應用能力和思維創新能力進行一定的培養，這有助于啟發教師對課程改革進行一定的探索。（5）促進學生對知識進行一定的解讀，促進教師學術的發展，加強對學生綜合能力的培養。

2.課程條件分析。（1）實驗設備方面：學院實驗條件，從ARM7到Cortex以及配套學習教材，最新的Cortex A8平臺，配合相關使用手冊和開發文檔。（2）實驗內容方面：從在linux系統環境中編程、調試、完成對LED燈的控制，到充分使用實驗箱大部分功能，包括物聯網倉儲系統、多功能音樂播放器等。（3）考核方式方面：主要考察學生在實驗過程中的態度和能力、實驗效果的創新性等，而不僅僅是學生的實驗報告和其理論考試成績。學生在現有實驗經驗和教師指導下完成項目中的功能內容，也可以讓學生分組完成小項目，通過項目合作既能讓學生相互合作、溝通學習，教師也能有針對性地教授學生一些課外感興趣的知識；通過電子課程設計及競賽也可以鍛煉學生的科研能力，為后續參加大學生電子設計等全國性比賽培養人才，同時也能提升學院的整體實力，但是這需要保證充分的課題時間，學生也可以全身心地投入其中。

3.教學現狀。生儀學院為本校的新學院，各專業人數不似大學院人數多，所以非常適合小班化和有針對性的教學，能實現因材施教的理念，同時教學資源也可以合理分配，師生之間的交流更多。但是生儀學院現有課程在教學過程中側重于理論教學，學生學習和接觸的知識不足以滿足社會的實際需求，對日后學生的學習和工作作用較小，所以教學改革要求在基礎研究和科研能力之外，多增加實踐教學部分，可以從本專業人才的培養目標出發，逐漸改革培養模式，發揮學院和學校人才培養上的特點，提高學生的動手能力。教學改革在一定程度上需要以學生的就業為導向，符合社會和學生的實際需求，否則將失去創新的潛力和學習深度，偏離正確的學習和研究道路。實踐教學除了能培養學生的動手能力和創新能力外，還能促進師生間交流討論，教師可以有更多的時間給學生答疑解惑，深入了解每個學生的特點和其學習進度。同時，高等學校教學也需要培養學生的職業素養和技能，將橫向項目有針對性地引入課堂，可以給學生創造更多的機會來鍛煉自己，提高其在實習和求職過程中的競爭力。另外，也能幫助學生樹立良好的專業定位規劃，使教學能依托企業的優勢和便利，學生可以更快地融入到社會環境中去，做好未來的工作準備。

三、課程改革具體方法設計

1.改革課程教學內容。本校的硬件設備主要為Cortex A8嵌入式平臺，軟件設備為虛擬機下ubuntu開發環境，交叉編譯工具鏈等，教學內容包括搭建Linux系統安裝和開發環境，shell命令及窗口系統使用，簡單程序編譯、鏈接、調試，編譯工程文件，編寫Makefile文件，客戶服務器通信，板載LED燈控制等基礎實驗。

2.具體課程工作計劃。第一階段：嵌入式系統課程教學主要為實驗室FS210嵌入式平臺和開發手冊，對教學內容側重點進行相應調整，適當增加目前應用廣泛且易于上手的硬件設備系統內容，增加學生對應用系統和開發內容的了解，找到學生感興趣的環節以便其后期可以進行深入學習，同時教師可以縮減陳舊知識的比例，減少行業應用比較少的知識比重。第二階段：在了解課程內容之后，教師可以對學生進行分組，同時強調組內的分工討論和合作。學生能在獨立思考的基礎上，通過組間合作、互相交流等來共同解決問題。此外，通過預先選定小組項目作業，學生能邊學習邊完成項目作業，若時間太過倉促的話，學生則不能按時完成項目作業。第三階段：各學習小組在組長在帶領下進行鉆研，協調組員自主學習任務，在脫離教師監督的環境下，學生能具有更加自由、輕松的學習環境。第四階段：每周課程教學中，教師要與各小組交流學習成果，啟發小組的學習思路和想法，并討論學習研究中的難點，分享小組間優秀的學習成果。教師在課程教學過程中可以每周抽出15分鐘的時間，由各小組做理論知識報告，其余小組討論交流，教師旁聽并作點評和指導。案例教學貫穿其中，通過小組案例分析使學生在短期內獲取更多內容，更好地理解整個嵌入式系統。第五階段：評選優秀小組，并進行程序展示和解說，促使其余學生從中可以學習到優秀小組的優點和精神，促進其進步。實施實踐教學后，教師的教學質量通常可以達到預期效果：學生既掌握了教師所教授的知識，也擴展了眼界和寬度，自主鉆研的學習態度、能力等也得到了一定的鍛煉，同時其實踐動手能力也大大增強了。

3.考核方式改革。驗收各小組項目作業，并評分等級。（1）優秀為實現功能的同時，系統性能和交互性良好；（2）良好為實現功能，系統性能一般；（3）合格為實現功能。考勤、提問、討論可以作為學生平時成績的主要依據，而項目可以作為學生知識掌握的重要依據。考核學生的學習情況，可以對比以往的教學成果，并進行課后調查，收到了學生對教學改革的好評和改進意見。

四、結語

隨著時代的進步，教學條件的提高，師資力量的增強，社會對學生實踐能力的要求也越來越高，而現有高等學校教學條件完全滿足實踐教學的要求，同時高校教學具有實踐教學的需求。實踐教學要因材施教，依據學生的特點與興趣進行一定的引導，對學生持開放性態度。課程結果表明，筆者所設計的課程改革方案，對提高學生的實踐動手能力及教師對課程教學能有更多的思考和改變，有助于從總體上提高課堂的授課質量。

參考文獻：

[1]鄭春龍，邵紅艷.以創新實踐能力培養為目標的高校實踐教學體系的構建與實施[J].中國高教研究，2007，（4）：85-86.

[2]孫文彬.開放性創新實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2006，25（2）：148-151.

Exploration and Research on the Practice Teaching Pattern of "Embedded System" Course

XU Ping，XUE Ling-yun，SHANG Ping

（College of Life Information Science & Instrument Engineering，Hangzhou Dianzi University，

Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract："Embedded System" is an important professional course for the students of measurement control technology and instrument specialty in Hangzhou Dianzi University. It plays an important role for students in expanding their study after the theoretical course and following professional courses，graduate design and future employment. At present，the teaching pattern of the course is mainly based on the classroom teaching，and the practical ability is an important factor to evaluate the study effect of students. Therefore，in this paper，the teaching pattern of practice teaching is designed to stimulate students' autonomous learning motivation and autonomous exploration enthusiasm，improve the ability of practice and innovation. Curriculum reform effect shows that the design of the teaching method is well received by the students，students interested in content in class，theoretical knowledge can be further strengthened，reform in education have further significance of feedback and guidance at the same time.

Key words：practice teaching；autonomous learning；innovation ability