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關(guān)于嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)改革探索論文
前言
隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展， 嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)、航天軍事、信息家電等領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。雖然幾乎所有的高等院校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程，然而由于嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性極強(qiáng)的課程，涉及到數(shù)電、模電、計(jì)算機(jī)和通信、微機(jī)原理等多學(xué)科的知識;尤其是嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐性很強(qiáng)，而且發(fā)展迅速，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，因此傳統(tǒng)的嵌入式教學(xué)體系、授課方式、實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)不能滿足信息時(shí)代的培養(yǎng)嵌入式人才的需求。因此，本文針對傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在著的弊端，提出了一系列的改革和創(chuàng)新辦法，旨在培養(yǎng)出適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和市場需求的嵌入式工程師。
1 傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端
傳統(tǒng)的嵌入式教學(xué)中普遍存在著以下問題：(1)教材陳舊，內(nèi)容過時(shí)，不能適應(yīng)市場發(fā)展的需求，而且教材普遍以生硬的講概念說原理為主。(2)傳統(tǒng)的授課方式以老師灌輸為主，學(xué)生只能被動地接受知識，從而感到枯燥，無法激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣;而且教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)脫節(jié)。(3)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性內(nèi)容為主，缺乏設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。另一方面，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，和實(shí)際生活嚴(yán)重脫節(jié)。(4)傳統(tǒng)的考核方式只重視筆試成績，不能反映嵌入式系統(tǒng)這種實(shí)踐性強(qiáng)的課程的特點(diǎn)，無法體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)際動手能力和創(chuàng)新能力。
2 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革的探索
為了提高嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的效果，培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展需求的嵌入式人才，本文針對傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問題，進(jìn)行了深入的調(diào)查研究和實(shí)踐活動，提出了一系列的教學(xué)改革的方案。
2.1 教學(xué)內(nèi)容選擇針對性和合理性
嵌入式是技術(shù)與應(yīng)用結(jié)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(jì)算機(jī)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(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容也需要做到與時(shí)俱進(jìn)，雖然我們無法向?qū)W生傳授所有新的處理器，總線協(xié)議、嵌入式技術(shù)，不是我們應(yīng)當(dāng)在教學(xué)內(nèi)容上，保持必要的開放性，向?qū)W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(tǒng)性連續(xù)的、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新穎，和實(shí)際緊密結(jié)合的教材。即便如此，在實(shí)際教學(xué)中，也應(yīng)當(dāng)取消或者調(diào)整教材中內(nèi)容陳舊，思想過時(shí)的部分，老師應(yīng)該有能力做到把教學(xué)內(nèi)容和行業(yè)內(nèi)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(xiàng)目上的一些知識有機(jī)地融入到教學(xué)內(nèi)容中，盡量保持保持教學(xué)內(nèi)容的鮮活生命力和可持續(xù)發(fā)展性。
基于當(dāng)前的嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和市場的需求，我們在教學(xué)內(nèi)容上，選擇把“ARM 硬件平臺+嵌入式Linux 操作系統(tǒng)”作為主要的教學(xué)內(nèi)容。目前市場上占主導(dǎo)地位的嵌入式系統(tǒng)90%依然是基于ARM處理器的硬件平臺。因此，向?qū)W生傳授基于ARM 的嵌入式理論知識，不僅可以幫助學(xué)生保持市場就業(yè)的競爭能力，對于學(xué)習(xí)其它的嵌入式系統(tǒng)也是觸類旁通的， 不如正在蓬勃發(fā)展的基于INTEL 處理器的嵌入式系統(tǒng)。而在操作系統(tǒng)方面，我們選擇了以嵌入式Linux 操作系統(tǒng)為主，但為了讓學(xué)生充分理解嵌入式系統(tǒng)的開放性，對于Win CE 商業(yè)操作系統(tǒng)，我們也作了基本的講解，這不僅能讓學(xué)生通過對比，理解不同的嵌式如操作系統(tǒng)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(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的知識體系，結(jié)合相關(guān)的的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把一部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為教學(xué)內(nèi)容，在課堂上利用嵌入式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備演示相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.2 授課方式的改進(jìn)
傳統(tǒng)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(xí)主要限制在課堂，而實(shí)驗(yàn)課則被限制在實(shí)驗(yàn)室并按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)程序“依樣畫葫蘆”。學(xué)生完全是被動的學(xué)習(xí)和接收。這種禁錮在課本和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的封閉式的教學(xué)，極大地限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
我們將改變這種傳統(tǒng)的結(jié)論灌輸?shù)牡慕虒W(xué)模式，在講解嵌入式的基本理論知識的時(shí)候，我們將強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本理論中相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過的單片機(jī)系統(tǒng)，微機(jī)原理等基本理論，以類比，對照的方法進(jìn)行解析。甚至啟發(fā)式地引導(dǎo)學(xué)生把已有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識和理論進(jìn)行轉(zhuǎn)換、進(jìn)而映射到嵌入式平臺中來，從而可以更加深刻地體會和理解嵌入式系統(tǒng)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(xí)的80×86 匯編語言的基礎(chǔ)之上，通過啟發(fā)、對比和完善，把ARM 指令和匯編語言的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)分析出來。接著通過一些典型試驗(yàn)訓(xùn)練，讓學(xué)生通過閱讀和分析程序，領(lǐng)會其精髓。這樣既可以節(jié)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(qū)別所在，從而加深對嵌入式系統(tǒng)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)展過程和形成背景，這樣比讓學(xué)生單純的死記硬背一些結(jié)論性的概念更有實(shí)際意義。
其次，我們將推行以實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)方法，打破傳統(tǒng)的課堂教學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課完全獨(dú)立的授課方式， 將理論知識的學(xué)習(xí)貫穿到試驗(yàn)中，以實(shí)驗(yàn)來促進(jìn)理論知識的吸收。也就是以實(shí)例、實(shí)驗(yàn)為主線，實(shí)行講授與實(shí)驗(yàn)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(yàn)箱等實(shí)驗(yàn)設(shè)備演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， 先讓學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)的過程及其結(jié)果，變抽象為具體，變枯燥為有趣，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，適當(dāng)?shù)貙⒄n堂搬到實(shí)驗(yàn)室，充分利用實(shí)驗(yàn)室的資源，結(jié)合試驗(yàn)，講授理論知識。再次，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的知識體系，設(shè)計(jì)出與各項(xiàng)內(nèi)容相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，一方面在授課的時(shí)候，以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為教學(xué)內(nèi)容編成講義，以講義為主，教材為輔;另一方面，在實(shí)驗(yàn)中，以實(shí)驗(yàn)的方式鞏固教學(xué)內(nèi)容。最后，鼓勵(lì)學(xué)生自己動手做實(shí)驗(yàn)，自己去分析實(shí)驗(yàn)中涉及的硬件、編程方法及實(shí)驗(yàn)?zāi)康�。讓學(xué)生從試驗(yàn)的被動接受者變?yōu)閷?shí)驗(yàn)的主動構(gòu)建者和創(chuàng)新者，讓學(xué)生體會到科學(xué)試驗(yàn)的樂趣和魔力，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。
2.3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法
嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵。通過實(shí)驗(yàn)，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(tǒng)的感性認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣; 而且可以幫助學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)流程，全面掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)、硬件基本體系和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行模式嵌入式軟件開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)證方法等，使學(xué)生具有一定的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)知識和能力。
首先，我們要改變的傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課的授課方式，打破先上理論課，再上試驗(yàn)課的傳統(tǒng)模式，將理論課和實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來，邊教學(xué)邊實(shí)驗(yàn)，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)練習(xí)充分結(jié)合。其次，改進(jìn)傳統(tǒng)的的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，一方面結(jié)合教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)出一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，幫助鞏固理論知識;更重要的是選擇生活中能見到的嵌入式的應(yīng)用實(shí)例，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手實(shí)踐的愿望! 再次進(jìn)一步拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，注入一些新穎的，與現(xiàn)代企業(yè)嵌入式應(yīng)用技術(shù)緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生盡可能多地接觸國內(nèi)外工業(yè)界的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)例，一方面來彌補(bǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在內(nèi)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(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自主查閱整理資料，確定實(shí)驗(yàn)主題和試驗(yàn)?zāi)康模懻摻忸}思路與設(shè)計(jì)原理，自主完成程序流程圖、開發(fā)程序、上機(jī)調(diào)試等。這種自主式的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不僅鍛煉了學(xué)生的科研、創(chuàng)新和實(shí)際解決問題的能力，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(xiàn)了教學(xué)相長的新型教學(xué)理念。
當(dāng)然，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，還是應(yīng)當(dāng)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(tǒng)地理解嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、掌握開發(fā)工具和驗(yàn)證方法。另外，這種實(shí)驗(yàn)改革的創(chuàng)新，決不是一味的讓學(xué)生獨(dú)自承擔(dān)創(chuàng)新的任務(wù)，老師的作用不僅僅是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革和創(chuàng)新。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，如果老師能和學(xué)習(xí)一起參與到具體的實(shí)驗(yàn)中， 一起實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的硬件設(shè)計(jì)。比如液晶顯示控制實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生看到老師通過連線、編程，可以實(shí)現(xiàn)LCD 顯示漢字字符、彩色位圖等的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yàn)積極性。另外，學(xué)校在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)提高更好的嵌入式實(shí)驗(yàn)條件，老師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)造寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。比如盡可能的開放實(shí)驗(yàn)室，改變傳統(tǒng)的只能在實(shí)驗(yàn)課做實(shí)驗(yàn)的模式，讓學(xué)生充分利用實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備和環(huán)境等資源來完成實(shí)驗(yàn)。不僅讓學(xué)生享受到實(shí)驗(yàn)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(yàn)，都是為了提高學(xué)生的知識水平和實(shí)踐能力，培養(yǎng)他們自主創(chuàng)新的能力。于是，我們鼓勵(lì)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(xùn)，這種培訓(xùn)，不僅僅是簡單的編程能力的培訓(xùn)，更是對嵌入式系統(tǒng)知識的升華，對于培養(yǎng)學(xué)生積極思考、努力探索、和解決實(shí)際問題的應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)大賽，比如：大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車大賽、博創(chuàng)杯嵌入式大賽等，都取得了不錯(cuò)的成績。這對培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和積極參與競爭的意識有著重要的意義。
2.4 改進(jìn)的課程考核辦法
傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程的考核由筆試成績和平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績組成，而實(shí)驗(yàn)成績僅僅通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告來考核。這種考核方式對于嵌入式系統(tǒng)這種實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，缺乏必要的區(qū)分度，一方面會使學(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(xiàn)重實(shí)驗(yàn)報(bào)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(tǒng)的閉卷考試方式的方法，而且也要減少簡單的理論成績和實(shí)驗(yàn)成績加成帶來的弊端�；趯W(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，因此在考核的評定辦法上我們應(yīng)當(dāng)格外強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)。改革的考核辦法如下：(1)平時(shí)成績以參考實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)為主，書面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為輔，這就要求老師要觀察學(xué)生在試驗(yàn)中的表現(xiàn)，而不是僅僅通過課后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)和結(jié)果來打分。(2)期末評定時(shí)，不僅要減少理論課筆試成績的比例，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(yīng)用能力。(3)在期末考試中，不僅要增加專門的實(shí)驗(yàn)測試環(huán)節(jié)，而且要提高實(shí)驗(yàn)測試成績載期末總評中的比例。實(shí)驗(yàn)測試時(shí)，有學(xué)生當(dāng)場抽取自己的實(shí)驗(yàn)測試題;實(shí)驗(yàn)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)際動手能力較強(qiáng)的同學(xué)又充分發(fā)揮表現(xiàn)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(xiàng)目實(shí)踐的學(xué)生，或者參加了自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動的學(xué)生給與適當(dāng)?shù)母郊诱n外創(chuàng)新成績。
3 結(jié)束語
嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性、應(yīng)用性、時(shí)效性很強(qiáng)的課程。本文針對傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端， 提出了一系列關(guān)于課程內(nèi)容建設(shè)、授課方式改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(tǒng)課程的開放性和創(chuàng)新性， 保證其長期發(fā)展的生命力和活力，改善教師的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)方法,以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力,培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的嵌入式工程師。
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