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關(guān)于嵌入式系統課程的教學(xué)改革探索論文
前言
隨著(zhù)電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展， 嵌入式系統在工業(yè)控制系統、航天軍事、信息家電等領(lǐng)域中都有著(zhù)廣泛的應用。雖然幾乎所有的高等院校都開(kāi)設了嵌入式系統課程，然而由于嵌入式系統是一門(mén)綜合性極強的課程，涉及到數電、模電、計算機和通信、微機原理等多學(xué)科的知識;尤其是嵌入式系統實(shí)踐性很強，而且發(fā)展迅速，新的技術(shù)不斷涌現，因此傳統的嵌入式教學(xué)體系、授課方式、實(shí)驗方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足信息時(shí)代的培養嵌入式人才的需求。因此，本文針對傳統的嵌入式系統教學(xué)實(shí)驗中存在著(zhù)的弊端，提出了一系列的改革和創(chuàng )新辦法，旨在培養出適應時(shí)代發(fā)展和市場(chǎng)需求的嵌入式工程師。
1 傳統嵌入式系統教學(xué)中存在的弊端
傳統的嵌入式教學(xué)中普遍存在著(zhù)以下問(wèn)題：(1)教材陳舊，內容過(guò)時(shí)，不能適應市場(chǎng)發(fā)展的需求，而且教材普遍以生硬的講概念說(shuō)原理為主。(2)傳統的授課方式以老師灌輸為主，學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識，從而感到枯燥，無(wú)法激發(fā)學(xué)習的興趣;而且教學(xué)和實(shí)驗環(huán)節脫節。(3)傳統的實(shí)驗內容以驗證性?xún)热轂橹�，缺乏設計性實(shí)驗，不能培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。另一方面，實(shí)驗內容陳舊，和實(shí)際生活嚴重脫節。(4)傳統的考核方式只重視筆試成績(jì)，不能反映嵌入式系統這種實(shí)踐性強的課程的特點(diǎn)，無(wú)法體現學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力。
2 嵌入式系統教學(xué)改革的探索
為了提高嵌入式系統教學(xué)的效果，培養出符合時(shí)代發(fā)展需求的嵌入式人才，本文針對傳統的嵌入式系統教學(xué)模式下存在的問(wèn)題，進(jìn)行了深入的調查研究和實(shí)踐活動(dòng)，提出了一系列的教學(xué)改革的方案。
2.1 教學(xué)內容選擇針對性和合理性
嵌入式是技術(shù)與應用結合的領(lǐng)域， 也是交叉學(xué)科領(lǐng)域涉及微電子、集成電路和計算機組成原理等，覆蓋范圍廣，發(fā)展速度快。其特點(diǎn)決定了嵌入式系統的教學(xué)內容也需要做到與時(shí)俱進(jìn)，雖然我們無(wú)法向學(xué)生傳授所有新的處理器，總線(xiàn)協(xié)議、嵌入式技術(shù)，不是我們應當在教學(xué)內容上，保持必要的開(kāi)放性，向學(xué)生闡述嵌入式德理念，讓他們具備嵌入式的大腦，授之以漁!
在教材的選擇上，盡量選擇系統性連續的、實(shí)驗內容新穎，和實(shí)際緊密結合的教材。即便如此，在實(shí)際教學(xué)中，也應當取消或者調整教材中內容陳舊，思想過(guò)時(shí)的部分，老師應該有能力做到把教學(xué)內容和行業(yè)內技術(shù)的發(fā)展趨勢保持一致，甚至把自己平常在嵌入式科研項目上的一些知識有機地融入到教學(xué)內容中，盡量保持保持教學(xué)內容的鮮活生命力和可持續發(fā)展性。
基于當前的嵌入式技術(shù)的發(fā)展現狀和市場(chǎng)的需求，我們在教學(xué)內容上，選擇把“ARM 硬件平臺+嵌入式Linux 操作系統”作為主要的教學(xué)內容。目前市場(chǎng)上占主導地位的嵌入式系統90%依然是基于A(yíng)RM處理器的硬件平臺。因此，向學(xué)生傳授基于A(yíng)RM 的嵌入式理論知識，不僅可以幫助學(xué)生保持市場(chǎng)就業(yè)的競爭能力，對于學(xué)習其它的嵌入式系統也是觸類(lèi)旁通的， 不如正在蓬勃發(fā)展的基于INTEL 處理器的嵌入式系統。而在操作系統方面，我們選擇了以嵌入式Linux 操作系統為主，但為了讓學(xué)生充分理解嵌入式系統的開(kāi)放性，對于Win CE 商業(yè)操作系統，我們也作了基本的講解，這不僅能讓學(xué)生通過(guò)對比，理解不同的嵌式如操作系統的流程和特點(diǎn)，發(fā)掘他們之間的共性，也給學(xué)生提供了更加廣泛的就業(yè)空間。
另外，老師可以根據嵌入式系統課程的知識體系，結合相關(guān)的的實(shí)驗內容，把一部分的實(shí)驗內容作為教學(xué)內容，在課堂上利用嵌入式的實(shí)驗設備演示相關(guān)的教學(xué)內容，以激起學(xué)生的學(xué)習興趣。
2.2 授課方式的改進(jìn)
傳統的嵌入式教學(xué)只是注重于理論知識的單向傳播，且理論課的教學(xué)和學(xué)習主要限制在課堂，而實(shí)驗課則被限制在實(shí)驗室并按照設定的實(shí)驗程序“依樣畫(huà)葫蘆”。學(xué)生完全是被動(dòng)的學(xué)習和接收。這種禁錮在課本和實(shí)驗指導書(shū)中的封閉式的教學(xué)，極大地限制了學(xué)生的創(chuàng )新能力的培養。
我們將改變這種傳統的結論灌輸的的教學(xué)模式，在講解嵌入式的基本理論知識的時(shí)候，我們將強調嵌入式系統和通用計算機系統的基本理論中相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，結合學(xué)生已經(jīng)學(xué)習過(guò)的單片機系統，微機原理等基本理論，以類(lèi)比，對照的方法進(jìn)行解析。甚至啟發(fā)式地引導學(xué)生把已有的通用計算機系統知識和理論進(jìn)行轉換、進(jìn)而映射到嵌入式平臺中來(lái)，從而可以更加深刻地體會(huì )和理解嵌入式系統中的一些重點(diǎn)理論和特點(diǎn)。比如，在講解ARM 指令的時(shí)候，我們采用啟發(fā)式教學(xué)，在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習的80×86 匯編語(yǔ)言的基礎之上，通過(guò)啟發(fā)、對比和完善，把ARM 指令和匯編語(yǔ)言的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)分析出來(lái)。接著(zhù)通過(guò)一些典型試驗訓練，讓學(xué)生通過(guò)閱讀和分析程序，領(lǐng)會(huì )其精髓。這樣既可以節約課堂授課時(shí)間，也可以讓學(xué)生更加深刻的理解到嵌入式平臺和通用平臺80×86 的區別所在，從而加深對嵌入式系統特點(diǎn)的理解。這種啟發(fā)對比式的授課方式更能讓學(xué)生理解嵌入式技術(shù)的發(fā)展過(guò)程和形成背景，這樣比讓學(xué)生單純的死記硬背一些結論性的概念更有實(shí)際意義。
其次，我們將推行以實(shí)驗為主的教學(xué)方法，打破傳統的課堂教學(xué)理論與實(shí)驗課完全獨立的授課方式， 將理論知識的學(xué)習貫穿到試驗中，以實(shí)驗來(lái)促進(jìn)理論知識的吸收。也就是以實(shí)例、實(shí)驗為主線(xiàn)，實(shí)行講授與實(shí)驗一體化的教學(xué)方法。首先，在課堂上利用嵌入式仿真器、實(shí)驗箱等實(shí)驗設備演示實(shí)驗項目， 先讓學(xué)生看到實(shí)驗的過(guò)程及其結果，變抽象為具體，變枯燥為有趣，激起學(xué)生的學(xué)習興趣。其次，適當地將課堂搬到實(shí)驗室，充分利用實(shí)驗室的資源，結合試驗，講授理論知識。再次，根據嵌入式系統課程的知識體系，設計出與各項內容相適應的實(shí)驗內容，一方面在授課的時(shí)候，以實(shí)驗內容為教學(xué)內容編成講義，以講義為主，教材為輔;另一方面，在實(shí)驗中，以實(shí)驗的方式鞏固教學(xué)內容。最后，鼓勵學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗，自己去分析實(shí)驗中涉及的硬件、編程方法及實(shí)驗目的。讓學(xué)生從試驗的被動(dòng)接受者變?yōu)閷?shí)驗的主動(dòng)構建者和創(chuàng )新者，讓學(xué)生體會(huì )到科學(xué)試驗的樂(lè )趣和魔力，激發(fā)他們學(xué)習的興趣。
2.3 改進(jìn)實(shí)驗內容和方法
嵌入式系統是一門(mén)實(shí)踐性很強的課程。在嵌入式系統教學(xué)中，實(shí)驗是學(xué)生掌握嵌入式系統設計技術(shù)的關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)驗，不僅可以幫助學(xué)生鞏固理論知識、增加學(xué)生對嵌入式系統的感性認識，提高學(xué)生的學(xué)習興趣; 而且可以幫助學(xué)生理解嵌入式系統的開(kāi)發(fā)和設計流程，全面掌握嵌入式系統的設計技術(shù)、硬件基本體系和結構、系統運行模式嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、系統調試與驗證方法等，使學(xué)生具有一定的嵌入式系統開(kāi)發(fā)知識和能力。
首先，我們要改變的傳統的實(shí)驗課的授課方式，打破先上理論課，再上試驗課的傳統模式，將理論課和實(shí)驗課結合起來(lái)，邊教學(xué)邊實(shí)驗，理論教學(xué)和實(shí)驗練習充分結合。其次，改進(jìn)傳統的的實(shí)驗內容設計，一方面結合教材內容，設計出一些基礎實(shí)驗，幫助鞏固理論知識;更重要的是選擇生活中能見(jiàn)到的嵌入式的應用實(shí)例，設計出系統實(shí)驗內容，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和動(dòng)手實(shí)踐的愿望! 再次進(jìn)一步拓展實(shí)驗內容，注入一些新穎的，與現代企業(yè)嵌入式應用技術(shù)緊密聯(lián)系的實(shí)驗課題，引導學(xué)生盡可能多地接觸國內外工業(yè)界的嵌入式系統設計開(kāi)發(fā)實(shí)例，一方面來(lái)彌補課內實(shí)驗教學(xué)在內容上的不足，同時(shí)還能拓展學(xué)生的視野，提高就業(yè)能力。最后，鼓勵學(xué)生自己設計實(shí)驗內容，自主查閱整理資料，確定實(shí)驗主題和試驗目的，討論解題思路與設計原理，自主完成程序流程圖、開(kāi)發(fā)程序、上機調試等。這種自主式的實(shí)驗訓練不僅鍛煉了學(xué)生的科研、創(chuàng )新和實(shí)際解決問(wèn)題的能力，而且也幫助老師豐富了教學(xué)資源，也促進(jìn)了老師的提高，真正體現了教學(xué)相長(cháng)的新型教學(xué)理念。
當然，在進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)時(shí)，還是應當遵循循序漸進(jìn)的方式，由易及難，由淺入深。讓學(xué)生基于對嵌入式理論的理解，從而系統地理解嵌入式系統的設計過(guò)程、掌握開(kāi)發(fā)工具和驗證方法。另外，這種實(shí)驗改革的創(chuàng )新，決不是一味的讓學(xué)生獨自承擔創(chuàng )新的任務(wù)，老師的作用不僅僅是負責實(shí)驗內容的改革和創(chuàng )新。在實(shí)際的實(shí)驗教學(xué)中我們發(fā)現，如果老師能和學(xué)習一起參與到具體的實(shí)驗中， 一起實(shí)現實(shí)驗中的硬件設計。比如液晶顯示控制實(shí)驗，當學(xué)生看到老師通過(guò)連線(xiàn)、編程，可以實(shí)現LCD 顯示漢字字符、彩色位圖等的實(shí)驗結果后， 自己一定很想試試。這樣就大大激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗積極性。另外，學(xué)校在條件允許的情況下，應當提高更好的嵌入式實(shí)驗條件，老師應當為學(xué)生創(chuàng )造寬松的實(shí)驗環(huán)境。比如盡可能的開(kāi)放實(shí)驗室，改變傳統的只能在實(shí)驗課做實(shí)驗的模式，讓學(xué)生充分利用實(shí)驗室提供的實(shí)驗器材、設備和環(huán)境等資源來(lái)完成實(shí)驗。不僅讓學(xué)生享受到實(shí)驗成功本身的成就感，而且能讓學(xué)生感受到自由創(chuàng )新的自豪感。
所有的實(shí)驗，都是為了提高學(xué)生的知識水平和實(shí)踐能力，培養他們自主創(chuàng )新的能力。于是，我們鼓勵學(xué)生積極參加各種嵌入式競賽，去證明自己的能力。老師則給他們必要的賽前集中培訓，這種培訓，不僅僅是簡(jiǎn)單的編程能力的培訓，更是對嵌入式系統知識的升華，對于培養學(xué)生積極思考、努力探索、和解決實(shí)際問(wèn)題的應變能力都有極大的意義。最近幾年我校的學(xué)生參加了不少的嵌入式系統設計大賽，比如：大學(xué)生電子設計大賽、飛思卡爾智能車(chē)大賽、博創(chuàng )杯嵌入式大賽等，都取得了不錯的成績(jì)。這對培養學(xué)生的應用能力和積極參與競爭的意識有著(zhù)重要的意義。
2.4 改進(jìn)的課程考核辦法
傳統的嵌入式系統課程的考核由筆試成績(jì)和平時(shí)實(shí)驗成績(jì)組成，而實(shí)驗成績(jì)僅僅通過(guò)實(shí)驗報告來(lái)考核。這種考核方式對于嵌入式系統這種實(shí)踐性很強的課程，缺乏必要的區分度，一方面會(huì )使學(xué)生陷入死記硬背理論知識的老胡同里，另一方面也很容易讓學(xué)生出現重實(shí)驗報告，輕實(shí)際操作的弊病，不能真正考核學(xué)生的實(shí)際能力。因此我們不僅需要改進(jìn)傳統的閉卷考試方式的方法，而且也要減少簡(jiǎn)單的理論成績(jì)和實(shí)驗成績(jì)加成帶來(lái)的弊端�；趯W(xué)生實(shí)踐能力的培養，因此在考核的評定辦法上我們應當格外強調實(shí)驗中的表現。改革的考核辦法如下：(1)平時(shí)成績(jì)以參考實(shí)驗中的表現為主，書(shū)面的實(shí)驗報告為輔，這就要求老師要觀(guān)察學(xué)生在試驗中的表現，而不是僅僅通過(guò)課后的實(shí)驗報告的數據和結果來(lái)打分。(2)期末評定時(shí)，不僅要減少理論課筆試成績(jì)的比例，而且在理論筆試中，盡量避免死記硬背的題型測試，并重點(diǎn)考察學(xué)生對知識的理解程度和應用能力。(3)在期末考試中，不僅要增加專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗測試環(huán)節，而且要提高實(shí)驗測試成績(jì)載期末總評中的比例。實(shí)驗測試時(shí)，有學(xué)生當場(chǎng)抽取自己的實(shí)驗測試題;實(shí)驗測試題除基本要求外，還給學(xué)生提供必要的發(fā)揮空間，能讓實(shí)際動(dòng)手能力較強的同學(xué)又充分發(fā)揮表現的空間。(4)對于平時(shí)或者假期參加了嵌入式大賽的學(xué)生，或者參加企業(yè)的實(shí)際嵌入式項目實(shí)踐的學(xué)生，或者參加了自主創(chuàng )新實(shí)驗實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生給與適當的附加課外創(chuàng )新成績(jì)。
3 結束語(yǔ)
嵌入式系統是一門(mén)綜合性、應用性、時(shí)效性很強的課程。本文針對傳統的嵌入式系統教學(xué)中存在的弊端， 提出了一系列關(guān)于課程內容建設、授課方式改進(jìn)、實(shí)驗內容創(chuàng )新、考核辦法改革的方案和措施，目的在于保持嵌入式系統課程的開(kāi)放性和創(chuàng )新性， 保證其長(cháng)期發(fā)展的生命力和活力，改善教師的教學(xué)方法和實(shí)驗方法,以此來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習興趣,培養學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng )新能力,培養出更多優(yōu)秀的嵌入式工程師。
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