“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”教學(xué)模式探索

王曉華 秦倫明 孫錦中

[摘 要] 針對嵌入式系統(tǒng)理論內(nèi)容廣泛且難以理解以及傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)踐教學(xué)不足等問題，該文重點(diǎn)從改革教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了探索，提出了層層遞進(jìn)、逐步深入的“搭梯子”教學(xué)模式。通過”驗(yàn)證、修改、整合、設(shè)計”四步曲，細(xì)化設(shè)計臺階，讓學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用設(shè)計實(shí)踐產(chǎn)生成就感，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情。同時在后續(xù)課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)過程中采用項(xiàng)目化教學(xué)，并以過程化考核方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)考核模式，加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)踐部分的重視，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐的能力。

[關(guān)鍵詞] 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用;教學(xué)模式;過程化考核;課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)

[作者簡介] 王曉華，就職于上海電力大學(xué)電子與工程學(xué)院。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0212-02? ? [收稿日期] 2019-11-15

一、引言

近年來，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、日常生活各個方面，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。嵌入式技術(shù)的日益發(fā)展，也對人才培養(yǎng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，迫切要求高校進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)建設(shè)、深化教學(xué)改革，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展。

本專業(yè)“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”課程理論課16課時、實(shí)驗(yàn)課16課時。另外在期末考試結(jié)束配套20課時的課程設(shè)計實(shí)踐內(nèi)容。課程教學(xué)內(nèi)容較多，硬件包括ARM處理器體系結(jié)構(gòu)、硬件電路、接口技術(shù)、硬件開發(fā)平臺;軟件包括指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、C編程、嵌入式操作系統(tǒng)[1]，涵蓋了基礎(chǔ)理論、工程實(shí)踐和綜合創(chuàng)新等不同層次的教學(xué)目標(biāo)[2]。傳統(tǒng)教學(xué)比較重視理論架構(gòu)與原理講解，考核方式以筆試為主。理論部分的課堂教學(xué)又過于枯燥，同時也給學(xué)生造成理論重于實(shí)驗(yàn)的誤解，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，也很難考察出學(xué)生實(shí)際能力水平。針對以上問題，嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程著重從教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了教學(xué)模式探索，進(jìn)行了一系列教學(xué)改革。

二、多種教學(xué)方式

在嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程教學(xué)模式探索過程中，首先調(diào)整了理論課教學(xué)內(nèi)容，把部分理論課內(nèi)容搬到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行;在實(shí)踐教學(xué)部分采用層層遞進(jìn)、逐步深入、為學(xué)生“搭梯子”的方法，按照“驗(yàn)證—修改—整合—設(shè)計”的步驟，建立學(xué)生自信心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;在課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用項(xiàng)目化教學(xué)，以學(xué)生為主體進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計;在整個實(shí)踐教學(xué)過程中時時反思理論教學(xué)內(nèi)容，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際。

（一）把理論課搬到實(shí)驗(yàn)室

在嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用理論教學(xué)過程中，首先從整體上了解嵌入式系統(tǒng)基本原則、架構(gòu)、特點(diǎn)等;對于硬件原理與軟件使用部分，嘗試把理論課搬到實(shí)驗(yàn)室上。這不是單純地?fù)Q個上課地點(diǎn)，而是充分利用實(shí)驗(yàn)室軟硬件環(huán)境讓學(xué)生對硬件平臺、軟件環(huán)境有一個感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上再學(xué)習(xí)理論知識，對照著真實(shí)的硬件平臺來講解硬件的架構(gòu)、原理。針對某個模塊的原理講解，可以先做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就會產(chǎn)生濃厚的興趣，這時再講解模塊的控制原理會有水到渠成的感覺，確確實(shí)實(shí)做到理論與實(shí)際相結(jié)合。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)四步曲

以往教學(xué)過程中，學(xué)生上完一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)，等課程結(jié)束，稍有點(diǎn)難度的工程就無處下手，很難完成。對于學(xué)生來說，題目要求太難做不出來，太簡單又難以提高能力。

在嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次討論，嘗試“驗(yàn)證—修改—整合—設(shè)計”四步曲的教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)細(xì)化，分成一個一個學(xué)生能夠跨越的臺階，通過問題作為導(dǎo)向，為學(xué)生最終完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)“搭梯子”。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)合硬件與軟件理論教學(xué)部分進(jìn)行，既豐富了理論教學(xué)，又讓驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)有了理論支持，學(xué)生了解了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原理，掌握了模塊控制方式，為第二步“修改”提供了基礎(chǔ)。在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的難度基礎(chǔ)上提出一些修改要求，引導(dǎo)學(xué)生思考，在已經(jīng)理解驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生經(jīng)過努力能夠完成修改要求，讓他們有了一點(diǎn)點(diǎn)成就感，對該課程慢慢產(chǎn)生興趣。幾次實(shí)驗(yàn)課之后學(xué)生掌握了幾個模塊“修改”的方法，此時進(jìn)入第三步“整合”，在修改要求難度不變的情況下讓學(xué)生把幾個模塊整合在同一個工程中，完成一個難度相當(dāng)于“修改”程度但是有多個模塊的項(xiàng)目。最后在實(shí)驗(yàn)課程的綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己設(shè)計場景并用學(xué)過得幾個模塊實(shí)現(xiàn)，完成第四步“設(shè)計”環(huán)節(jié)。

（三）項(xiàng)目化教學(xué)

創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)要遵循循序漸進(jìn)的原則，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中注重單個模塊的控制與多個模塊之間的綜合，在配套的20課時課程設(shè)計實(shí)踐中由模塊化轉(zhuǎn)換為項(xiàng)目化。將學(xué)生分成幾個小組，讓小組成員一起討論分析工程項(xiàng)目要求，把整體功能細(xì)分，細(xì)分后的功能通過已掌握的模塊來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)過程中先實(shí)現(xiàn)單個模塊，然后整合成系統(tǒng)。

為了鍛煉學(xué)生自學(xué)的能力，項(xiàng)目要求中特意增加一條要求，需要用到課題上沒有講到的模塊來實(shí)現(xiàn)（該模塊是常用模塊而且比較簡單，但由于課時原因未納入課堂內(nèi)容），學(xué)生通過例程，仿照“驗(yàn)證—修改—整合—設(shè)計”四步曲的步驟，自學(xué)該模塊的應(yīng)用。

三、過程化考核方式

嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用最初的考核方式為筆試70%，平時成績（包括考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報告）30%。對學(xué)生來說，考核方式是指揮棒，雖然實(shí)驗(yàn)課需要考勤并撰寫實(shí)驗(yàn)報告，但是由于對實(shí)驗(yàn)實(shí)際效果沒有考核，造成學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課不重視，實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目標(biāo)最終實(shí)現(xiàn)程度差，到期末考試結(jié)束后的課程設(shè)計實(shí)踐就會出現(xiàn)學(xué)生無處下手的困惑。

為了引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)課，嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程團(tuán)隊(duì)教師經(jīng)過思考，采用過程化考核方式，30%的平時成績保持不變，70%的筆試成績改為每次實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行考察，四步曲教學(xué)模式中“修改”模塊任課教師一對一驗(yàn)收，不僅僅看修改后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且要現(xiàn)場隨機(jī)提問修改原因，即考察學(xué)生動手能力的同時亦重視學(xué)生對原理的掌握程度。

四、總結(jié)

四步曲的教學(xué)模式“驗(yàn)證—修改—整合—設(shè)計”讓學(xué)生從簡單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)到綜合性設(shè)計不步一個臺階，不超出學(xué)生能力范圍，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的目標(biāo)，經(jīng)過多次反復(fù)練習(xí)過程，學(xué)生的能力得到螺旋式上升。過程化考核將考核分值貫穿整個教學(xué)過程，不僅僅局限在以教材、課堂和教師為中心的應(yīng)試教育考核方式，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生動手能力以及對理論的運(yùn)用，考核方式發(fā)生變化，學(xué)生就從日常學(xué)習(xí)中開始轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)重點(diǎn)的方向。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程建設(shè)與改革在課題組成員和學(xué)生的共同努力下取得了滿意的效果。

五、展望

嵌入式技術(shù)是應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，對學(xué)生的培養(yǎng)最終需要企業(yè)的檢驗(yàn)，以保證學(xué)生中長期的個人發(fā)展為前提，以企業(yè)應(yīng)用需求為導(dǎo)向[3]。課題組下一步計劃“學(xué)生走出去、專家請進(jìn)來”的改革方向，邀請企業(yè)精英工程師來指導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生到企業(yè)中得到鍛煉。

（感謝上海電力大學(xué)電子與工程學(xué)院對“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程建設(shè)與教改”的資助！）

參考文獻(xiàn)

[1]朱銘琳.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教學(xué)改革創(chuàng)新[J].計算機(jī)時代，2017（1）：63-65.

[2]劉威，常瑞，謝耀濱.面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].計算機(jī)教育，2019（1）：39-41.

[3]朱斐.卓越應(yīng)用型人才實(shí)踐嵌入式教學(xué)改革的探索[J].教育教學(xué)論壇，2018（48）：82-83.

Exploring the Teaching Model of Embedded System and Application

WANG Xiao-hua，QIN Lun-ming，SUN Jin-zhong

Abstract：In view of the problems of the theoretical content of embedded systems，such as the difficult theories，which are not easy to understand，and the lack of practical teaching in traditional teaching，this article focuses on the exploration of teaching methods and assessment methods，and proposes a step-by-step "scaffolding" teaching model.The four steps of "verification，modification，integration and design" were adopted to enable students to have a sense of achievement in practice and design，as well as to improve their interest and enthusiasm in learning.Project-based teaching was adopted in the practical teaching design of the subsequent courses.The traditional assessment model was replaced by formative assessment so as to draw the students' attention to practice to train their ability in innovation and practice.

Key words：Embedded System and Application;teaching model;formative assessment;practical teaching design