“以學生為中心”的“嵌入式Linux 系統及應用”教學改革＊

梁永恩，翟敏煥

（1.廣東科貿職業學院信息與自動化學院，廣東 廣州 510430；2.廣東白云學院大數據與計算機學院，廣東 廣州 510450）

嵌入式系統是以應用為中心，以現代計算機技術為基礎，能夠根據用戶需求靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統。嵌入式系統的軟件系統往往以嵌入式操作系統為核心，外加用戶應用程序。如果沒有操作系統，所有的功能、驅動代碼都需要自己編寫，實現難度大且耗時耗力。嵌入式Linux 是將日益流行的Linux 操作系統進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統上運行的一種操作系統。既繼承了Internet 上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統的特性。其特點是版權費免費，性能優異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持，應用產品開發周期短，新產品上市迅速，有許多公開的代碼可以參考和移植。“嵌入式Linux 系統及應用”是物聯網工程專業的專業核心課程，主要講授嵌入式Linux 操作系統的內核結構、引導程序、圖形庫、內核構建和移植技術[1-2]，講授在嵌入式開發環境下設計開發設備驅動程序、嵌入式應用程序的基本技術[3]，培養學生進行嵌入式設計和開發的應用能力和實踐技能，為學生今后學習和從事嵌入式系統研究與開發積累初步的經驗。

在信息技術飛速發展的今天，新技術層出不窮，行業競爭加劇，對人才的素質要求越來越高，嵌入式課程傳統教學方法暴露出與市場發展無法同步等問題。本文基于“以學生為中心[4-5]，成果為導向”理念，分析當前課程現狀，從教學方案、教學手段、教學資源建設、網絡課程建設等環節闡述改革實施方案。

1 “嵌入式Linux 系統及應用”教學的現狀

“嵌入式Linux 系統及應用”是物聯網工程專業的專業核心課程，實踐性很強，課程知識點多，包含了Linux 常用命令、嵌入式開發工具、C 語言編程、Makefile 編寫方法、根文件系統、Bootloader、驅動程序、嵌入式GUI、嵌入式數據庫、網絡編程等。當前的教學是理論與實踐分離，理論教學以多媒體為主，板書輔助，實驗課以驗證性實驗為主。通過學生調研、學生訪談與教師交流等方式，總結出以下幾個課程教學過程中存在的問題：①教學內容較多，知識點分散。讓學生對該課程學習有一定的畏難情緒，隨著學習的深入，學生的學習熱情和積極性也隨之下降。②教學方法單一。教學過程以課堂理論講授為主，實驗操作為輔，師生互動較少，學生參與性較差，教學內容上比較注重知識體系的完整，而容易忽略了學生應用能力以及創新能力等綜合素質的培養。③實驗以驗證性為主，實驗項目少。學生只能按既定的步驟完成設計好的驗證性項目，缺乏綜合性、創新性的實驗，實驗結果只能看到實驗現象，很難提高學生的動手能力、設計能力和創新能力。學生被動地學習，學習效果難盡如人意。④考核機制不合理。考核主要以期末筆試考核為主，過程性考核的占比較少。這種傳統的量化考核方式很難全面考察學生對專業知識和技能的掌握，也難以體現學生的職業素養、合作精神等綜合素質，同時也不利于教師及時了解學生的學習狀態。而且期末筆試考核比例過大，容易導致學生過分關注期末考試成績，出現“為考而學”的現象。

2 課程改革措施

根據當前課程存在的問題，結合當前的嵌入式技術發展，對教學方案、教學手段、教學資源建設、網絡課程建設等方面進行了改革和實踐，采用“以學生為中心”的教學模式，激發學生的學習興趣，促進學生主動學習，提高學生靈活運用知識的能力。

2.1 重新設計課程教學方案

結合人才培養方案與課程教學目標，按照“以學生為中心”的課程教學特征設計課程教學大綱，重構課程學習目標，課程學習活動和課程學習評價策略，并形成完整的課程教學方案。根據能力形成構建了嵌入式系統與Linux 編程基礎、基于Linux 的嵌入式軟件開發、嵌入式應用程序設計、嵌入式Linux 網絡編程及綜合應用5 個教學模塊，如表1 所示。學完1 個模塊后，應形成具有一定綜合性的學習成果，用于檢測目標達成度。大模塊劃分為若干個教學單元，對于小模塊可以不劃分單元，學生學完1 個單元后，應掌握完成該模塊學習效果所需的知識。對1 個單元設計多個教學活動，用項目承載相應模塊的教學內容，設計能有效實現教學目標的活動。

表1 教學模塊及目標

表1（續）

以模塊“基于Linux 的嵌入式軟件開發”為例，其對應4 個單元Bootlaoder、Linux 內核、Linux 文件系統和驅動程序，其中第2 個單元設計了配置Linux內核和移植內核2 個學習活動。如圖1 所示。

圖1 教學模塊分解

以項目2 移植內核為例，其教學設計如表2 所示。

表2 項目2 移植內核教學設計

2.2 引入情景教學方法，實行一體化教學

通過布置課前預習任務及課前5 min 問題式小測的方法，引導學生充分利用課余時間查閱資料，引導探究式學習。課堂上通過創設問題情景的手段組織學生討論，激發學生的思維意識，提高課堂參與度。

改造實驗室機房，增加多媒體投影儀、電子白板、中控臺、音響等設備，使機房都具備多媒體教學、學生實驗實訓、考證訓練等多功能教室的功能。將授課地方全部放在實驗室機房，教師實行教、學、做一體化的教學模式，將教師的課堂理論講授、學生的聽課學習和實訓實驗三者融為一體。實踐表明，教師邊講授，學生邊做，師生共同探索研究有助于提高學生的學習興趣，有助于提高教學效果。同時，結合超星平臺開展線上線下混合式教學，有效拓展教和學的時間和空間。

2.3 建設課程學習資源庫

根據課程設計，結合課程實際教學，依據項目化教學特點，以任務為引領，建設課程學習資源庫，主要包括以下幾個方面：課程教學大綱，課程教學設計方案，教學課件，項目實驗指導書、體驗式學習方案，課后習題、模擬試題庫，課程學習效果評估表。

2.4 建設在線網絡課程

在超星平臺上上傳課程的簡介、教學課件、工具軟件，視頻等資源60 多條，共計1 000 多M。在該平臺上發布課前預習通知，進行簽到、選人、搶答、主題討論、隨堂練習、分組任務等活動，發布并批改作業，開辟討論板塊進行課前、課后的交流。通過講練結合的方式，強化學生對知識和技能的掌握，通過投票、搶答等互動方式了解同學對知識的掌握情況，有針對性地進行講解。

2.5 改進考核方式

嵌入式Linux 原理與應用課程強調學生的動手能力和應用能力，因此，應加大過程考核的比例，從多個方面對學生進行考核。改革后課程總成績由綜合考勤、實踐活動和綜合考核組成。綜合考勤占5%；實踐活動占55%，其中課堂表現占5%，章節學習情況占5%，分組任務占10%，平時作業、實訓結果占35%；期末綜合考核占40%，根據期末作品完成情況以及答辯給分。

3 教學效果

2017—2019 年學院物聯網工程專業在“嵌入式Linux 系統及應用”課程實施了上述教學改革，學生一致認為學習收獲良多，對教學的滿意度有較大幅度的提升，任課教師的學生評教成績均在90 分以上。學生的動手實踐能力和科技創新能力有了較大提高，每年科技節中，物聯網專業的嵌入式作品的數量和質量持續提升，學生參加的省級國家級物聯網設計競賽獲獎人數也在快速增加。

4 結束語

通過3 年的探索與實踐，該課程的教學取得了良好的效果，學生的動手能力、團隊協助能力、工程應用能力和創新能力明顯提高。今后將繼續探索和完善“以學生為中心”教學模式，不斷提高教學質量和教學效果。