基于TOLI的嵌入式系統實踐教學研究

王福林+胡晗+龐丹君

摘要：嵌入式系統技術及應用是一門綜合性、實踐性很強的專業課程，有于學生創新能力的培養。然而在實驗過程中，學生打開實驗項目工程文件并運行，結果就出來了，這種方式難以激發學生的學習興趣，更不用說創新能力的培養了。本文提出了一種TOLI的實踐教學模式，通過TOLI實踐教學模式，學生理論知識的掌握程度和實驗實踐能力都得到了明顯的提升，而且激發了學生的創新欲望，使主動學習成為學生獲取知識的主要渠道。實踐表明，TOLI實踐教學模式有利于提高嵌入式課程的教學質量及學生的創新能力。

關鍵詞：實踐教學；TOLI；嵌入式

1引言

隨著嵌入式技術的迅猛發展以及應用領域的不斷拓寬，企業對嵌入式技術人才的需求也越來越大。這就為嵌入式系統課程體系的建設，尤其是嵌入式實踐教學的改革與研究提供了新的機遇和挑戰。嵌入式系統及應用是一門實踐性相當強的課程，學生在學習了相關理論知識之后，如何能從實踐的角度更好地掌握實用的開發方法和技能，是我們完善嵌入式實踐教學體系中重點關注的問題。

2 嵌入式課程教學的現狀

目前，國內高校大多數電氣類專業嵌入式系統課程一般將實驗的重點放在嵌入式軟件的開發上，但是由教學實驗箱生產廠家直接提供的一些驗證性的基本接口實驗，學生很難系統地掌握嵌入式系統開發的實用技術。作為電氣類專業的嵌入式系統實踐教學，如何通過實踐教學內容與方法的改革，培養符合社會需求的創新型人才是目前迫切需要進行的研究工作。根據嵌入式系統的課程特點，以提高學生創新能力、實踐開發能力為目標，本文提出 TOLI實踐教學模式，TOLI實踐教學模式有利于培養學生的創新意識和實踐能力，對提高嵌入式課程的整體教學水平和質量起到了很好的作用。

3 TOLI實踐教學模式

TOLI實踐教學模式代表移植（Transplant）、優化（Optimization）、庫研究（Library research ）、創新（Innovation）。下面分別介紹一下：

（1）移植（Transplant）。各個實驗教學平臺生產廠家為了增加銷量，大都會為實驗平臺配備一本實驗指導書，指導書中對各個實驗項目的實驗步驟、實驗原理、實驗代碼都有詳細的描述，并且還會把各個實驗項目做成工程文件。在實驗過程中，學生只需要打開對應的實驗項目工程文件，一運行結果就出來了，對學生的實際鍛煉價值不大。因此，第一步就是訓練學生的移植，做法很簡單，給現有實驗教學平臺提供一個工程文件模版和原理圖，提供的實驗代碼是別的實驗教學平臺的工程文件，要求學生移植成功并得到正確的實驗結果。在移植過程中同學們會了解相關的知識如GPIO的輸入輸出模式、中斷和外設使能等的配置，學生學會修改相應的配置等

（2）優化（Optimization）。移植完成并得到正確的實驗效果后就要求學生對程序進行優化，優化包括算法優化、代碼優化和移植優化等。對于非計算機專業的學生來說，對程序進行算法優化是不現實的，我們只要求學生進行代碼優化和移植優化，代碼優化主要是涉及到具體的編碼技巧。一般而言，代碼優化主要是針對循環結構進行分析處理并進行優化如：能把運算放在循環外的盡量提出去放在外部等。移植優化指的是優化程序讓程序更容易移植，如把具體的GPIO腳通過宏定義放到頭文件，移植的時候只要修改相應的頭文件既可等

（3）庫研究（Library research ）。ST的STM32系列芯片，ST為開發者提供了非常方便的開發庫。我們只要去調用即可。常用的有標準外設庫（STD庫）和HAL庫等。對于學生來說，研究寄存器編程是很有必要的，因為寄存器編程是基礎。研究寄存器編程最好的方法就是研究固件函數庫，固件函數庫為了兼容各種芯片所以有很多根據具體芯片跳轉的宏語句等，所以要求學生研究固件函數庫的時候一定要把具體函數里核心的語句理解清楚，這樣就可以寫出高效率的代碼了。

（4）創新（Innovation）。要求學生按自己的想法修改例程實現不同的實驗效果。修改例程會經常碰到問題，要求學生不能馬上就到處求助，應該自己多思考、多查資料然后解決問題，這樣才是創新。

4 TOLI模式下的實踐教學改革

前面已經介紹了TOLI實踐教學模式，要進行TOLI實踐教學必須對實踐教學進行改革，因此，應該對實驗項目加以改進，具體改進的地方包括：

（1）更改實驗指導書的實驗要求。給現有實驗教學平臺提供一個工程文件模版，提供的實驗代碼是別的實驗教學平臺的工程文件和現有實驗教學平臺提供的原理圖，更改實驗要求，要求學生移植成功并得到正確的實驗效果，要求學生自行思考，自行完成軟件設計，并在調試過程中積累開發經驗，提高動手能力。

（2）減少驗證性實驗，增加創新性實驗。在實驗項目的選擇上，應該提倡創新能力，如果以驗證性內容為主，只把教師在課堂上講的理論知識和范例在實驗教學平臺上驗證，使得學生總是跟著教師的思維走，無法發揮學生的想象力和主觀能動性。

（3）基于現有的實驗教學平臺擴展外部功能模塊?，F有的實驗教學平臺往往只具備最基本的通用功能模塊，在學生具備了一定的代碼編寫能力之后，可以適當擴展一些功能模塊，如 GPRS 模塊、RFID 模塊、SD卡模塊等，這樣既鍛煉了學生動手能力，并能更好地與實際應用接軌。高等學校嵌入式課程的改革旨在培養與市場需求接軌的，具備扎實的理論基礎和豐富的工程設計經驗的嵌入式專業人才。因此，應該特別注重嵌入式人才的實際動手能力和解決問題能力的培養，使學生理論功底扎實，動手能力強勁，以滿足社會的需求。

5結束語

嵌入式系統技術及應用是一門綜合性、實踐性很強的專業課程，本文針對嵌入式系統的實踐教學內容與方法進行了改革探索， 根據嵌入式系統實踐教學的特點提出了一種TOLI實踐教學模式，通過TOLI實踐教學模式，使學生在掌握理論知識的同時，提高工程實踐的學習能力和研發技能，同時激發了學生的創新欲望，不斷拓寬學生的視野，使主動學習成為學生獲取知識的主要渠道。經過不斷實踐，取得了明顯的效果。實踐表明，此實踐教學模式有利于提高課程的教學質量及學生的創新能力，這使得我校的人才培養質量得到了進一步的提高。

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