嵌入式系統教學改革探索

林承超 胡均萬

摘 ? ?要：文章從嵌入式系統教學現狀出發，設計出一種滿足不同層次學生要求的教學方案，把理論教學和實踐教學都分為基礎性和綜合性兩個層次，并提出了進行嵌入式系統教學改革的策略。

關鍵詞：嵌入式系統;教學改革;策略

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2016）01-0057-02

一、嵌入式系統教學現狀與問題

嵌入式系統一般被理解為“以應用為中心， 以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁減，功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用系統”[1]，是典型的軟硬件綜合體。嵌入式技術被稱為后PC時代的核心技術， 是信息電子產品及網絡通信產品開發、自動控制、物聯網的關鍵技術。嘉應學院電子信息工程學院早在2005年就開設了“嵌入式系統”課程。特別是隨著物聯網的發展，“嵌入式系統”更成為電子信息工程、自動化、通信工程專業的一門重要的專業課。但在以往的教學中，發現存在以下問題。

第一，剛開設“嵌入式系統”課程時，比較偏重“硬”的方面，幾乎是“單片機和微機原理”課程的重復，都是在講授硬件結構和匯編語言。近幾年，改成以開發應用程序為核心，但學生前面的課程里只學習了“C程序設計”一門編程語言，學生的基礎比較薄弱，對程序開發的流程、規范，操作系統的基本概念，數據結構幾乎沒有涉及，特別是遇到一些抽象的知識點，一些學生繼續學習下去的興趣和信心都受到嚴重的打擊。

第二，在教學的過程中，發現學生學習興趣兩極分化的現象比較嚴重，大部分C語言和匯編語言基礎比較差的學生幾乎沒興趣學習;小部分基礎比較好的學生，發現linux和嵌入式的世界很精彩、很自由，想法很多，不論是應用開發、驅動程序開發，還是網絡應用開發、智能控制都涉獵，造成時間和精力分散，各方面都只學習到一點皮毛。

第三，“挑戰杯”、“電子設計大賽”、“博創杯全國大學生嵌入式物聯網設計大賽”、“智能汽車大賽”、“大學生創新性實驗計劃”等國家級、省部級各項賽事的頻繁舉辦，對學生嵌入式系統的知識及能力提出了更高的要求。

二、嵌入式系統教學改革方案

針對以上問題，提出對“嵌入式系統”課程教學改革采取以下的措施與探索?；舅枷耄涸诒ＷC達到教學大綱要求的前提下，對不同學習興趣的學生設計層次不同的教學方案和考核方案，實現教學內容的實踐化和差異化。

（一）教學方案設計

教學方案的設計分為理論教學和實踐教學，又各分為基礎性和綜合性兩個層次?；A性的內容要求每個學生都必須掌握，綜合性的內容主要是針對基礎比較好、學習興趣高的學生設置，不要求每個學生都掌握。

1.理論教學方案。根據教學大綱的要求，把知識點分為基礎性和綜合性，最終體現在筆試試題注明基礎性題目或綜合性題目。為保證大部分學生能夠掌握課程的基礎知識，課堂上著重講授交叉開發環境的搭建、嵌入式開發環境搭建、linux API等基礎知識。綜合性的知識點結合學生的專業課程講授課程里的經典算法和原理如何用嵌入式系統和C語言實現，例如，信息工程專業結合“數字信息處理”，自動化專業結合“自動控制”，通信工程專業結合“通信原理”等。并在結合的過程中講授軟件工程相關的一些知識。

2.實踐教學方案。實踐教學分為課內實驗和課外作品兩部分。課內實驗是所有學生都必須在實驗室內完成的驗證性實驗。課外作品分為基礎作品和綜合性作品，基礎作品是根據教學大綱要求，與基礎知識相配套，并且趣味性比較強的實踐項目（如讓學生編寫五子棋、貪吃蛇等小游戲），采取分組的形式，要求每個學生都必須完成。綜合性作品是提高性質的，由學生根據自己的水平和專業確定設計目標，教師結合實際情況確認作品題目，提供開發板和相關的外圍模塊讓學生在課余時間完成。

（二）考核方案設計

改革學生總評成績的計算方法。改變過去學生總評成績只由平時成績占30%，筆試成績占70%的計算方法。改革后的學生總評成績由平時成績、作品成績、筆試成績相結合的考核方式確定。筆試試題中基礎性題目占85%，綜合性題目占15%。改革前后總評成績比重計算方法如表1所示。

表1 ?改革前后總評成績比重計算方法

三、嵌入式系統教學改革策略

根據心理學相關研究表明，大二、大三學生在成就感低、行為不當和總倦怠上高于大一學生，大四學生的成就感低好于大一、大二、大三學生，說明大二、大三學生的學習心理更消極[2]。嵌入式系統課程一般開設在大二下學期或大三的上學期，正好處于學習消極期，學生自覺性低。為保證教學方案能順利進行，學生能夠有興趣、有耐心地堅持學習下去，在教學實施的各環節中采取了一些積極、主動的措施。

（一）精選教材

教材與參考書的選取是教學過程中第一個重要的環節，教材與參考書是否適合學生的水平直接影響到以后的教學。目前，由高等院校、研究機構編寫出版的教材和參考書大部分都注重理論知識;倒是由一些培訓機構編寫的教材在講解基本的、必要的理論知識基礎上把重點放在開發環境的搭建、Linux基本API函數的應用之上，使學生有具體的實踐對象。本課程選取華清遠見嵌入式培訓中心編寫、人民郵電出版社出版的《嵌入式Linux應用程序開發標準教程》作為教材，該書從Linux系統的基礎知識、搭建嵌入式Linux環境、嵌入式Linux應用開發三個方面可以幫助學生快速跨過嵌入式開發的門檻。參考書作為輔助，可以在課堂外開拓學生的眼界和輔助學生學習，為保證學生能夠在課余時間閱讀推薦的參考書，本課程只推薦《鳥哥的Linux私房菜：基礎學習篇》作為參考書，并要求學生在閱讀完以后寫一篇3000字左右的小論文。

（二）加強實驗教學

“嵌入式系統”是一門實踐性比較高的課程，要求學生花較多的時間進行課外實踐。但高校的實驗室由于各方面的原因，只能在規定的時間內為學生提供課程實驗，且實驗內容都是驗證性的，學生只要在實驗箱上連接幾條連線，寫幾行代碼，運行幾個命令就可以完成實驗內容，學生的主動性沒有得到調動，實驗效果很差。

為了充分調動學生的積極性和主動性，提高學生動手實踐的能力，使學生有更多自己動手的時間。電子信息工程學院從學校別的學院報廢資產中找到40臺性能可以滿足嵌入式系統和開發環境運行要求的PC，并購置了20套天嵌TQ2440開發板、20套友善之臂smart210開發板、40塊GPS和北斗星模塊、40塊zigbee模塊建立學生課外實驗室，并由學生管理，全天候開放，相關教師會不定期到實驗室指導學生。

（三）改變課程成績考核方式

引導學生學習，除了興趣之外，還需要成績評定作為保障手段，保證學生能夠投入足夠的時間去學習和實踐，積極動手。成績評定應該嚴格、公平、公開。

改革前，“嵌入式系統”課程的考核以平時成績加上期末考試成績作為課程的最終總評成績，這種評價方式造成學生平時上課懶散、作業抄襲、實驗應付、考前突擊復習等不良情況。導致總評成績不能反映學生真實水平，并且學生的動手能力很差。

改革后，主要是加強學生工作過程的監控。（1）“嵌入式系統”的平時作業主要是環境的搭建，簡單應用程序編寫，學生提交電子版。設計作業時，Linux操作系統安裝時主機名是學生的姓名拼音加上座號，編寫應用程序時變量名以姓名拼音作為前綴，并在完成的過程中保存3—5幅關鍵過程的截屏。從而，可以在很大程度上防止學生抄襲。（2）課程實驗要求學生在上課之前提交預習報告，實驗結果由實驗教師當場檢查，隨機提問，正確無誤后實驗教師簽名確認，才算完成實驗。（3）基礎作品要求學生按軟件工程過程，撰寫問題分析和需求分析文檔、概要設計和詳細設計文檔、實現活動和確認活動文檔。通過這些文檔撰寫的訓練有兩個好處：一是改變以往學生完成任務只有源代碼，其他文檔缺失的現象，規范應用程序編寫的過程。二是迫使每個學生只能夠自已完成作品，無處復制。

通過以上措施，半強迫地使學生入門，學生入門后會發現嵌入式跟他們的生活息息相關，對嵌入式系統的興趣得到激發。從而師生一起努力，使得教學質量、學生動手能力有了比較大的提高。學生利用所學的嵌入式系統知識結合其他專業知識參加各級各類的競賽取得了好成績。2011年第一次參加第七屆“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽，獲得賽區三等獎;2012年參加第四屆廣東省大學生“智慧城市”專題電子設計競賽，獲得1項一等獎，2項二等獎，2項三等獎;2014年參加第五屆廣東省大學生“智能可穿戴設備”專題電子設計競賽，獲得一等獎3項，二等獎5項，三等獎7項。

為改變“嵌入式課程”以講課為主的教學方式，提出一種層次化、實踐化方案，加強學生學習過程的監控，充分利用學生個人課外時間，保證學生掌握相應的知識點，為各種大學生比賽活動提供基本知識和基礎訓練。通過近幾年來的實施，取得了不錯的效果，學生基本達到了教學要求，參加各類比賽獲得了不錯的成績。

參考文獻：

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法研究[J].計算機教育，2010，（3）.

[4]李曦，周亦男，周學海.“嵌入式系統設計”系列課程建設

[J].教育與現代化，2004，（4）.