基于應用導向的《嵌入式系統》教學研究

鄧超 趙小亞 郭輝

隨著信息化、智能化、網絡化的發展，嵌入式系統得到廣泛的應用。根據嵌入式系統課程的特點，簡要分析目前課程教學過程中存在的問題，提出“以案例促學習，以聯系促理解，以應用促掌握，以項目促精通”的教學改革方案。實踐表明這種教學模式在提高學生的動手實踐能力、培養應用型人才方面具有積極有效的作用。

1 嵌入式系統課程的現狀與問題分析

隨著現代信息技術和Internet技術的飛速發展，嵌入式系統有著廣泛的應用前景和發展潛力。從技術角度來講，嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。大多數包含電氣信息類專業的高校都會開設此課程，該課程具有知識內容綜合、面向應用、動手實踐性強等特點。近些年來，我國嵌入式系統的市場需求快速增長，嵌入式領域中對具有能夠適應社會需求的創新性設計人才的需求日益旺盛，人才缺口問題日益突出，高等學校對嵌入式人才的培養遠遠跟不上嵌入式系統方向新形勢的要求。

而目前嵌入式系統課程教學過程中存在一些問題，一是傳統的以教師為主的教學模式，雖然老師保證了教學任務和教學進度能按時完成，但學生只是被動地接受知識，缺乏學習主動性，動手能力得不到鍛煉;二是課程內容涉及的面廣、知識內容較多，在有限的課時內，很多內容只是淺顯地介紹，最終學生只是了解了很多關于嵌入式系統的內容但并沒完全掌握相關知識。三是各高校教師的教學水平參差不齊，教學生“學會”的教師多一些，教學生“會學”的教師相對很少，不少教師也缺乏及時更新相關知識的動力。

隨著高效與社會的聯系日益緊密，過去的“象牙塔”已經不能滿足社會的發展需要和學生的就業需求。大部分地區高校也提出要大力培養地方和行業急需的應用型人才，并在其人才培養方案培養目標中明確規定：培養適應社會經濟發展需要的，具有科學素質、創新精神和實踐能力的高級應用型專門人才。因此在教學過程中，需改革其教學方法和實驗建設，更多的側重應用型人才的培養。而人才培養是以社會需求為導向，突出所培養畢業生從事社會工作的適應能力和競爭能力，這就要求所有的教學環節都以實踐能力培養為出發點和歸宿點。

2 以應用型為向導的嵌入式系統改革策略

2.1 ?以案例促學習，激發學生課堂積極性

案例教學是指在教師的指導下，對案例提供的客觀事實和問題，運用所學的相關理論知識進行分析研究，提出自己的見解，做出判斷和決策，達到提高學生分析問題、解決問題能力的一種理論聯系實際的啟發式教學方法。它是一種開放性強且互動性高的教學方式，例如以嵌入式系統課程中的“中斷”概念為例，首先教師在嵌入式系統實驗開發板上編寫實現四個LED燈以不同順序閃爍的程序并展示給學生，指導他們針對該案例開展討論并提出是什么控制著LED燈的亮滅，從而引發學生進行討論分析，最終教師對案例討論的過程進行總結和評價。此外，如果學生肯在課后花時間對此課堂案例教學進行歸納整理，將對知識的有效掌握有著非常重要的幫助。

因此筆者在嵌入式系統課程中應用案例教學，引導對案例進行深入的討論和分析，不僅能提高課堂的教學效率，還有助于激發學生的學習激情。從而有效的提高學生對問題的分析能力和解決問題的能力。

2.2 以練習促理解，提高學生自主學習能力

練習是教師課堂教學中學生實踐的主要形式，也是學生鞏固新知、熟練掌握技能必不可少的教學環節。一個好的練習不但能培養學生敢于探索、積極進取的精神，而且也能發展學生的創造性思維。但值得注意的是教師在設計習題時，不僅要圍繞教學的知識點來設計，內容要清晰;還應充分地考慮到不同學生之間存在的個體差異性，既要落實因材施教，又要體現習題的價值。對于學習能力較強、基礎知識較好的學生布置稍難的練習題目，讓學生認識到學習的差距并產生繼續努力的動力和目標;對于基礎薄弱的學生可進行案例練習，讓學生認識到自己努力用功，樹立學習的信心和目標。例如，在嵌入式系統課程中介紹嵌入式系統硬件結構中的實時時鐘內容時，讓學生練習設計一個簡單的定時報警程序，一些學習能力較強、基礎較好的學生可根據生活需要設計一個老人防摔倒和失蹤的報警系統裝置，而基礎薄弱的學生就只設計一個簡單的定時報警裝置。因此，教師在設計練習時應著眼于學生的基礎和實際需要，要照顧到每一名學生的練習感受和接受效果，讓每一名學生在嵌入式系統課程的學習中得到練習和提升。此外，練習還應建立在知識數量的基礎上，以量變求質變，但同時要把握習題的質量，促進活學活用，培養學生的質疑意識及批判的學習方法。

2.3 以應用促掌握，實現知識向實踐技能的轉化

由于嵌入式系統是資源開銷小的高性能價格比的一類應用系統，它的發展離不開應用。嵌入式系統這門課程最主要的教學目標是讓學生能夠通過所學的知識以及所掌握的嵌入式系統開發的工具解決一個具體的實際問題。所以嵌入式系統的實驗與一般的課程實驗不同，它是以實際應用為中心，讓學生在了解開發環境和開發流程的情況下，通過修改、組合和補充應用程序來完善、更改現有的功能，構建一個具有實際意義的嵌入式應用系統。通過此應用方法能使學生更深入的掌握嵌入式系統的理論知識，并有更多的實踐機會進行嵌入式系統的設計，從而培養學生的科研能力、創新能力和實踐能力。

因此“應用”作為地方高校辦學的立足點，不僅要求課程體系具有應用性，還要求構建完善的理論與時間相融合的教學體系。應用型教學應以“應用”為主導，以滿足社會需求為導向，強調實踐性、應用型和技術性，培養基于有系統的理論知識，又具有較強的實踐能力的及較高綜合素質的應用型人才。

2.4 以項目促精通，培養學生團隊合作意識

項目教學法是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，培養學生利用所學知識解決實際問題的能力。在教學過程中，把全班學生分為若干個小組，教師再根據課程設計的內容給出若干個綜合性的工程項目，學生可結合自己的興趣愛好自行擬定，并在選擇項目后，根據平時表現選出每個小組的“項目經理”，負責協作團隊分工、明確成員任務、分析實驗數據等。這樣每名學生都會帶著自己的問題查閱相關資料進行更深入的了解嵌入式系統課程的內容。最終期末結課時根據考卷的分數和學生最終完成的論文以及演示的成品對學生成績進行綜合評定。在該課程結束時可選擇一些學習成績優異且有從事科研實踐熱情的學生參加嵌入式系統設計競賽。通過教師的指導與學生的設計開發產生參賽作品，根據作品的優異對挑戰者給予獎勵，并在畢業時優先考慮推薦免試研究生。

在教學過程中以團隊作為教學合作單位，不僅能培養學生的創新能力，還能培養學生的團隊合作意識，這樣培養出來的學生能與產業所需求的工程型、創新型人才相接軌。同時，教師的角色也從傳統的教學者轉變成學生解決問題的合作者，達到互幫互學、互助合作的教學目的。

隨著嵌入式系統應用的飛速發展，社會上對嵌入式系統設計的人才的需求是多樣的，因此在教學中加強對學生動手能力的培養，是學生從事復雜的嵌入式系統設計的基礎，我們通過對具體的案例的剖析、相關練習的理解、典型應用的掌握和創新項目的實踐，讓學生能夠具備嵌入式系統設計的基本知識，將學生培養成為具有實踐創新思維的高素質專業應用型人才，滿足社會發展的需要。

項目：河南理工大學2016年度研究生精品課程建設項目，編號：2016YJP02。河南理工大學2017年度雙語課程建設項目，編號：2017YSY03。2017年教育教學改革研究與實踐項目，編號：2017JG035。2016年河南省研究生教育優質課程“編碼理論”，負責人：張長森。

（作者單位：河南理工大學物理與電子信息學院）