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淺談學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)的嵌入式系統教學(xué)論文
隨著(zhù)微電子技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統正在成為各個(gè)行業(yè)新技術(shù)應用的重要平臺，也逐步成為研究生進(jìn)行科學(xué)研究的重要實(shí)驗載體。在傳統的嵌入式系統課程教學(xué)中，教師進(jìn)行集中式教學(xué)，學(xué)生接受的知識點(diǎn)和經(jīng)歷的實(shí)驗環(huán)節都相同。然而由于每位學(xué)生的學(xué)術(shù)方向及研究興趣不盡相同，該方法的教學(xué)成果并不明顯，甚至有時(shí)候會(huì )削弱學(xué)生的學(xué)習興趣。因而需要一種以學(xué)術(shù)興趣為驅動(dòng)的教學(xué)方法。該方法的要點(diǎn)是: 課程講授內容涉及范圍較廣，實(shí)驗平臺及實(shí)驗內容多樣，以促進(jìn)學(xué)生根據自己的興趣及研究方向來(lái)選擇嵌入式系統學(xué)習方向及相關(guān)實(shí)驗內容。通過(guò)這樣的課程的學(xué)習和實(shí)驗，學(xué)生能夠更快速、更深入地開(kāi)展學(xué)術(shù)研究，取得自己的成果。
1 傳統嵌入式系統教學(xué)存在的問(wèn)題
鑒于嵌入式系統的重要性，我院為全體研究生開(kāi)設了公選課“嵌入式系統設計”。在該課程的傳統教學(xué)中，選擇32 位ARM 處理器作為唯一的平臺。教師講授A(yíng)RM 的相關(guān)知識并在對應的實(shí)驗平臺上完成各種通用的實(shí)驗。該教學(xué)方法通過(guò)大面積授課及實(shí)驗，提高教學(xué)效率，降低教師的課程負擔。但是還存在如下的缺點(diǎn):
( 1) 教學(xué)目的性不強。課程授課的目標是通過(guò)ARM 處理器相關(guān)知識的系統學(xué)習，使學(xué)生掌握該處理器工作的基本原理，掌握常用的嵌入式處理器應用開(kāi)發(fā)的一般方法。但是根據教學(xué)結果來(lái)看，由于知識陳舊，教學(xué)目的性不強，存在部分學(xué)生直到課程結束時(shí)尚不明白為何要學(xué)習該處理器，為何要做課程安排的實(shí)驗內容。
( 2) 學(xué)生的接受效率較低。由于學(xué)生對課程的教學(xué)目的不甚了解，不了解在后續的科研工作中如何應用課程講授的知識，因而對課程的學(xué)習興趣不高，存在著(zhù)為考試而學(xué)習的現象。同時(shí)由于該課程學(xué)習內容和實(shí)驗內容量比較大，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，因而降低了課程的學(xué)習效率。
( 3) 和學(xué)科前沿知識融合度較低。課程以講授基于A(yíng)RM 嵌入式系統的設計和開(kāi)發(fā)為主，對于當前熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )以及基于A(yíng)ndroid系統的高性能嵌入式系統等相關(guān)知識都沒(méi)有涉及。其內容和學(xué)科前沿知識融合度較低。
針對上述問(wèn)題，結合筆者多年的嵌入式控制系統教學(xué)經(jīng)驗，本文提出基于學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)的嵌入式系統教學(xué)方法的探討。
2 學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)教學(xué)的思路
目前，在高校教學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)有了一些對嵌入式系統傳統課程的探索性改革。其中比較突出的有“競爭驅動(dòng)”和“項目驅動(dòng)”兩種手段。這兩種手段分別以不同層級的大學(xué)生電子設計競爭、課外設計競爭以及參與教師的科研項目為載體，教學(xué)過(guò)程和內容結合這些載體展開(kāi)。這兩種方法能夠有效的提升學(xué)生特別是本、專(zhuān)科生的學(xué)習積極性，但是該方法并不能很好地適用于研究生教學(xué)。這是因為:
( 1) 一般選定某一種平臺的嵌入式系統展開(kāi)教學(xué)并針對部分學(xué)生展開(kāi)競賽培訓。由于教師個(gè)人精力限制，除了選定的平臺，其他類(lèi)型的嵌入式系統一般不會(huì )涉及，而這個(gè)選定的平臺不一定適合研究生的研究方向。
( 2) 教師個(gè)人的科研項目與研究生的研究方向也不一定吻合。方向差距頗大的項目不僅不能引起學(xué)生的學(xué)習興趣，甚至可能會(huì )適得其反。
本文提出的以學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣為驅動(dòng)的嵌入式系統教學(xué)方法其要點(diǎn)是: 在授課內容上，以闡述嵌入式系統軟、硬件設計的基本原理為基礎，重點(diǎn)通過(guò)講授各種嵌入式系統方案的基本組成、使用領(lǐng)域及各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，使研究生了解和熟悉多種平臺，增加其選擇機會(huì )。在實(shí)驗內容上，按照學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣組成多個(gè)實(shí)驗團隊，按照選擇的實(shí)驗平臺( 如，ARM 組、DSP 組、FPGA 組、無(wú)線(xiàn)通信組和物聯(lián)網(wǎng)組等) 學(xué)生根據自己的學(xué)術(shù)研究興趣，選擇相應的( 一個(gè)或多個(gè)) 實(shí)驗平臺; 每個(gè)實(shí)驗平臺配備具有相應知識背景的授課教師; 教師對所負責的平臺理論授課、實(shí)驗授課和考核負責。
3 學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)教學(xué)中注意的問(wèn)題
在上述研究?jì)热葜�，相對于傳統的單平臺嵌入式系統教學(xué)需要著(zhù)重解決如下三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:
( 1) 教學(xué)方案的實(shí)施。由于學(xué)術(shù)驅動(dòng)的教學(xué)中，理論教學(xué)著(zhù)重闡述嵌入式系統的基本原理以及各個(gè)嵌入式平臺的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生選擇最適合自己需要的學(xué)習平臺。鑒于學(xué)生對各種處理器平臺使用重點(diǎn)不一樣，譬如有學(xué)生關(guān)注某處理器的運算性能，有學(xué)生關(guān)注某處理器的串行總線(xiàn)控制器，有學(xué)生關(guān)注某處理器圖像編解碼等，因而我們對于多個(gè)具體的嵌入式平臺應依照廣而淺的原則做全面講授，將各個(gè)嵌入式平臺更高層次的理解和應用留給學(xué)生結合實(shí)驗內容以及自身的科研興趣進(jìn)行自學(xué)。
( 2) 資源的高效整合。在教學(xué)過(guò)程中，教師資源需要能夠充分滿(mǎn)足研究生各種不同的學(xué)術(shù)興趣。因此本教改項目的實(shí)踐需要多位教師的協(xié)同工作。換句話(huà)說(shuō)，為了保證教學(xué)改革的順利開(kāi)展，除了拓寬任課教師的知識面之外，還需要統籌安排不同科研方向的多位教師的教學(xué)資源。
本方案需要配套多種實(shí)驗教學(xué)平臺，需要相應的下載器、調試器等教學(xué)設備。但是由于這些實(shí)驗設備一般分屬不同的實(shí)驗室，因而需要統籌調度這些實(shí)驗設備才能保證教學(xué)實(shí)驗有條不紊地開(kāi)展。
( 3) 課程評價(jià)體系的建立。由于在課程教學(xué)中各位研究生采用的實(shí)驗平臺不同，從而導致其學(xué)習內容也不盡相同。因而傳統的以課程考試為主要手段的評價(jià)體系并不能適應本方案。而教學(xué)成效的科學(xué)評價(jià)是完善項目?jì)热莸囊粋�(gè)基本支撐。因而如何客觀(guān)、科學(xué)的評價(jià)課程的教學(xué)成效也將是另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
4 結語(yǔ)
本文提出一種基于學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)的研究生嵌入式系統教學(xué)方案。該方案依據學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣，組織多位教師展開(kāi)多平臺的嵌入式系統教學(xué)。通過(guò)該方案的實(shí)施，能夠有效整合學(xué)生的學(xué)習積極性和現有的教學(xué)資源，提升嵌入式系統課程的教學(xué)效率。進(jìn)一步的，學(xué)生在學(xué)習的過(guò)程中帶著(zhù)明確的科研問(wèn)題，因而課程的學(xué)習又能促進(jìn)科研的進(jìn)展。
與傳統的教學(xué)模式相比，學(xué)術(shù)興趣驅動(dòng)的嵌入式系統教學(xué)在提高學(xué)生學(xué)習興趣、提升學(xué)習效果方面都發(fā)揮了很好的作用。但與傳統教學(xué)方式相比，其運作難度較大，尤其是組織多名教師聯(lián)合教學(xué)，對教案設計、教學(xué)資源整合和評價(jià)體系建立等環(huán)節要求較高。但是作為一種能增強教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式，值得進(jìn)行進(jìn)一步的嘗試和研究。
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