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關(guān)鍵詞:項目驅(qū)動 嵌入式系統(tǒng) 實驗教學改革
中圖分類號:TP301 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)05(a)-0023-02
隨著不斷更新的嵌入式技術(shù)在智能通訊、消費電子、醫(yī)療儀器、航天航空等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,嵌入式技術(shù)正在成為高校學科方向建設(shè)或開設(shè)為選修課程,課程教學和實驗內(nèi)容緊跟技術(shù)前沿有了更高的要求,如何對嵌入式系統(tǒng)課程的理論與實驗教學進行改革,期望形成適合本院校特色的課程內(nèi)容和教學方法是當前各類院校共同探索的重點[1]。
本文結(jié)合本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的教學實際,提出以項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)實驗創(chuàng)新實踐教學模式,圍繞綜合實驗項目展開,培養(yǎng)學生掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件基本體系和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行模式、嵌入式軟件開發(fā)流程、系統(tǒng)調(diào)試、驗證和測試方法等,使學生具備基本的嵌入式項目開發(fā)知識和能力。
1 嵌入式系統(tǒng)實驗教學現(xiàn)狀
1.1 嵌入式系統(tǒng)實驗教學的目標和特點
全面了解嵌入式系統(tǒng)實驗教學特點對教學和改革非常必要,其主要特點有:(1)實踐性。學生必須親自實踐,設(shè)計方案,動手操作,才能真正將知識為已所用,若沒有認真完成實驗,嵌入式系統(tǒng)課程學習猶如紙上談兵;(2)系統(tǒng)性。嵌入式統(tǒng)課程涵蓋面較寬,底層硬件是基本,嵌入式操作系統(tǒng)是重點,多種開發(fā)平臺和多種軟件使用是突破口,嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的所涉及到的相關(guān)程序設(shè)計是關(guān)鍵……(3)創(chuàng)新性。嵌入式系統(tǒng)知識技術(shù)更新快,在實驗內(nèi)容上,應(yīng)該加入創(chuàng)新的元素,學生也應(yīng)需要在實驗中有自己獨立的見解和想法,而不是單純完成教師分配的任務(wù)[2]。
總之,在嵌入式系統(tǒng)教學過程中,把握嵌入式技術(shù)應(yīng)用性強、涉及領(lǐng)域廣、技術(shù)更新快等特點,注重理論與實踐教學環(huán)節(jié)緊密結(jié)合,強化實驗教學落到細節(jié),以培養(yǎng)學生動手實踐能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為主要目標。
1.2 嵌入式系統(tǒng)課程實驗教學的不足
雖然目前眾多高校日益重視嵌入式系統(tǒng)實驗教學,但效果一直欠佳,仍表現(xiàn)出很多薄弱和不足之處。首先,實驗內(nèi)容安排不合理,實驗內(nèi)容簡單。驗證性實驗過多,學生自己動手的設(shè)計性實驗少;單一性基礎(chǔ)實驗多,綜合性開發(fā)實驗少;基礎(chǔ)實驗多,反映嵌入式最先進技術(shù)的實驗內(nèi)容少,從而導致實驗教學流于形式,造成學生學完課程之后不知道如何應(yīng)用,對嵌入式技術(shù)還停留在理論階段。其次,嵌入式實驗設(shè)置與實驗室資源配置不合理。部分實驗設(shè)備落后,難以與快速發(fā)展的嵌入式硬件與軟件開發(fā)同步;實驗資源長期閑置,利用率低;實驗室管理制度過于死板,課后作業(yè)無法到實驗室完成或繼續(xù)學習。再有,很多高校師資力量薄弱,學生知識水平參次不齊,實驗教學往往輔導不到位,導致個別學生無法及時解決問題則中途放棄。最后,嵌入式實驗課程體系陳舊,與企業(yè)要求嚴重脫軌,學生畢業(yè)后就業(yè)形式嚴峻,就業(yè)后不能很快進入工作崗位,有的甚至還需要進行第二次培訓[3]……
2 項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)實驗教學
針對嵌入式系統(tǒng)課程特點和現(xiàn)狀,初步探索與嘗試項目驅(qū)動的教學模式,合理設(shè)計實驗項目內(nèi)容和方式,讓項目實踐教學貫穿于課程體系結(jié)構(gòu),從而提高實驗室資源,調(diào)動學生學習主觀能動性,形成教學相長良性局面。具體的說,項目驅(qū)動化教學,就是以項目為載體,將課程講授的主要內(nèi)容穿插其中,注重課程理論體系的完整性,達到理論實踐一體化、傳授知識與培養(yǎng)能力一體化、“教、學、做”一體化的培養(yǎng)工程人才的教學方法,這種教學模式比較適合那些實踐性較強的課程[4~5]。
教師選擇項目應(yīng)具有實用性、典型性、綜合性、趣味性和可行性,采取“項目引導、任務(wù)驅(qū)動、邊講邊做、講做結(jié)合”的教學模式,且項目精心準備并成功實現(xiàn),對各細節(jié)實現(xiàn)訪求及理論知識比較熟悉。當然,項目化教學方法的實施過程中也存在一定的困難,它要求教學的硬件資源比較齊全,實驗室管理方案合理、師資配備得力等。
3 項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)實驗教學嘗試
3.1 項目驅(qū)動激發(fā)學生學習興趣
教育學家斯金納曾言:“在教學中成功的設(shè)計問題,有利于激發(fā)學生積極主動去思考,有利于學生運用已有知識去獲得新知識或解決新問題。”可見,問題設(shè)計是教學活動中促進學生實踐創(chuàng)新能力主動發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[5]。這里的項目驅(qū)動即是問題設(shè)計。
說明與課程相關(guān)的完整的項目詳情,詳細描述項目需求、主要功能、預期的目標,及當前項目的基本現(xiàn)狀。重點演示項目實現(xiàn)后的效果,如果受實驗條件或時間等因素的限制,課堂難以逐步展示實現(xiàn)過程時,可靈活借用其他方式,如圖文并茂的詳細文檔、屏幕錄制的視頻、生動形象的動畫片等。利用展示的實現(xiàn)結(jié)果為契機,通過生動的描述激發(fā)學生的學習興趣,力圖使學生產(chǎn)生強烈的求知欲望,讓他們接下來的學習有目標,方向明確!
同時,在項目分析與描述時,根據(jù)項目實現(xiàn)的各個環(huán)節(jié)把課程理論與實踐完整的串連起來,列舉出各章節(jié)的重點難點,說明各重點難點在項目中是怎么實現(xiàn)的,學生對照課程目錄及項目實現(xiàn)的過程,能初步理解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本流程,實現(xiàn)方法等。
3.2 根據(jù)項目需求合理安排實驗內(nèi)容
根據(jù)專業(yè)側(cè)重點不同,隨著理論課的進度,以項目內(nèi)容和實驗環(huán)境等方面,合理安排實驗課,做到簡單實驗與復雜實驗、驗證性實驗與綜合性實驗、課堂實驗與課后實驗全面且有代表性。下以設(shè)計實現(xiàn)“遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)”為例,針對軟件工程專業(yè)學生,硬件實驗側(cè)重硬件選擇和簡單調(diào)試,軟件方面安排嵌入式操作系統(tǒng)(如嵌入式Linux)移植、文件系統(tǒng)移植、Boa服務(wù)器配置與移植等,除此而外,環(huán)境搭建實驗、程序設(shè)計實驗也必不可少[6]。基礎(chǔ)實驗安排不在多,而在于實用性,讓學生順利完成逐個實驗,以此樹立自信,在不斷取得的小成就感支配下,進而主動強化理論學習并利用課后再實踐,直到完成項目。
3.3 分組完成綜合實驗
全班同學完成系列簡單基礎(chǔ)實驗后,綜合實驗則在此基礎(chǔ)上稍做調(diào)整,并添加創(chuàng)新的元素,以實現(xiàn)項目主要功能。根據(jù)實驗需要,把綜合實驗細分幾大部分,全班同學按能力水平、興趣愛好分組,把基礎(chǔ)實驗過程中發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)較好、悟性較高、動手能力較強、在某些方面有優(yōu)勢的同學任命為小組長。如上項目可嘗試以下分組方案:動手能力相對較弱、語言組織能力較好的學生分為一組,負責書寫整理需求分析和設(shè)計文檔,寫文檔時與其他成員相互溝通與交流,因此也可增強實踐能力;操作系統(tǒng)方面基礎(chǔ)較好的同學分為一組,主要搭建實驗環(huán)境,并向下一組實驗同學提供環(huán)境的詳情,如共享文件(源碼、庫、工具軟件等)放在什么位置,有哪些服務(wù)器,什么版本的交叉編譯工具鏈及其他細節(jié);硬件基礎(chǔ)扎實的同學們分為一組,移植嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核(一定要在內(nèi)核中加載USB攝像頭驅(qū)動);軟件應(yīng)用能力較好的同學們?yōu)橐唤M,配置和移植Boa服務(wù)器制并作根文件系統(tǒng);C/C++編程能力較好成為一組負責CGI腳本設(shè)計;最后一組是系統(tǒng)測試,這要求各方面能力較強的同學完成……這種分組實現(xiàn)、組長負責的實驗教學方式,遵循因材施教的原則,各小組相互溝通,相互學習,且能增強同學們的團隊精神。
3.4 項目總結(jié)與期望
綜合實驗的順利完成并不代表是項目驅(qū)動的嵌入式實驗教學的最終目標,對項目進行總結(jié)與展望能讓一段時間的理論與實踐學習取得事半功倍的進步。以講座或報告的方式,各小組分別匯報各自的主要工作,各成員的經(jīng)驗,如何攻克遇到的什么難題,各自關(guān)鍵的技術(shù)在哪里……匯報的小組主要發(fā)言人不一定是小組長,但一定是集各成員的總結(jié)與收獲。總結(jié)課堂師生暢所欲言,為項目提出新的期望,并討論下一步如何去實現(xiàn),去完善,為嵌入式系統(tǒng)相關(guān)知識再學習導航。
4 結(jié)語
本項目驅(qū)動的教學模式是嵌入式實驗教學改革的初步探索與嘗試,克服了當前嵌入式實驗中不足的現(xiàn)象,合理安排實驗內(nèi)容,充分利用實驗資源,且能調(diào)動學生積極性,基本做到了因材施教,教學相長。如何不斷的實現(xiàn)項目創(chuàng)新的元素,是嵌入式實驗教學一直追求的重點和難點。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:項目驅(qū)動;嵌入式系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);教學改革
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)24-0101-02
隨著現(xiàn)代電子制造水平和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車電子、家電控制和消費類電子等產(chǎn)品的重要組成部分,由于其硬件部分體積小、價格便宜、集成度高,并且軟硬件都可以進行“按需定制”可裁剪,嵌入式系統(tǒng)有著十分廣闊的發(fā)展前景。
同時嵌入式系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化系統(tǒng)控制技術(shù)的日益成熟,把傳感器得到的各種數(shù)據(jù),通過互聯(lián)網(wǎng)的手段傳輸出去,使得世界的聯(lián)系從人與人的聯(lián)系,逐步轉(zhuǎn)變成物與人的聯(lián)系,物與物的聯(lián)系;使得現(xiàn)實世界與信息網(wǎng)絡(luò)更加的緊密結(jié)合。通過物聯(lián)網(wǎng)項目的開發(fā),更好的促進嵌入式系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)項目的載體的教學和改革工作。
1嵌入式系統(tǒng)教學的現(xiàn)狀
關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學過程中的課程定位、相關(guān)先導課程與基礎(chǔ)知識的準備、教學內(nèi)容(包括硬件平臺和軟件平臺)的選擇、實踐教學與實踐環(huán)節(jié)組織等問題,在目前,仍然存在爭論和探索。本環(huán)節(jié)就以下幾個方面進行分析:
1)嵌入式系統(tǒng)的課程定位
由于各個院校對于嵌入式系統(tǒng)的課程定位的不同,不同的院校對于本課程的應(yīng)用方向也不同。有的院校更加側(cè)重于底層硬件和系統(tǒng)文件的裁剪,偏向于基于單片機的應(yīng)用;有的院校更加側(cè)重于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,偏向于軟件開發(fā)與調(diào)試。
2)嵌入式系統(tǒng)教學的先導課程
基于上述不同院校之間課程定位的不同,嵌入式系統(tǒng)課程的先導課程也有所不同,針對偏硬件設(shè)計方向的,硬件電路設(shè)計作為重點。針對偏軟件設(shè)計方向的,則是把程序設(shè)計語言作為重點。
3)嵌入式系統(tǒng)教學的學時分配
不同院校的不同專業(yè)對于嵌入式系統(tǒng)課程的要求不同,有的專業(yè)是作為專業(yè)核心類課程,有的專業(yè)是作為專業(yè)通識類課程,有的專業(yè)是作為專業(yè)選修類課程。因此,對于嵌入式系統(tǒng)教學的學時,有著很大的不同。
4)嵌入式系統(tǒng)教學內(nèi)容的選擇
嵌入式系統(tǒng)課程由于對前期課程的要求較高,同時現(xiàn)有教學內(nèi)容中,理論偏多,各種概念和模型較難理解,學生動手去實踐相對較少,學生學習起來非常抽象和枯燥,無法形成自己的知識體系結(jié)構(gòu),缺乏直觀性,因此學生學習積極性會隨著課程的深入,逐步降低。
同時嵌入式系統(tǒng)教學需結(jié)合教學平臺設(shè)備來進行開展。在現(xiàn)有市場上,嵌入式系統(tǒng)教學平臺種類繁多,并且配套的軟件操作系統(tǒng)也有所不同,不同院校都根據(jù)自身的實際情況進行相應(yīng)選擇。
2嵌入式系統(tǒng)教學組織
根據(jù)本學院“5-3-3”課程體系構(gòu)建的思想,再結(jié)合江蘇省蘇州市吳江區(qū)地方經(jīng)濟具體特點的基礎(chǔ)上,以近年來國際工程教育改革CDIO工程教育模式為思路,將構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作貫穿在整個課程體系之中,以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,在不同的行業(yè)、企業(yè)及應(yīng)用背景下,將物聯(lián)網(wǎng)的項目案例,和嵌入式系統(tǒng)的課程體系融會貫通,強調(diào)職業(yè)教育教學行動的過程屬性,將典型物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計案例引入到教學中并進行重構(gòu),編排模塊化課程教學內(nèi)容,組織教學過程。使得學生通過本課程的學習,不僅能了解嵌入式系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計方法,同時能對嵌入式系統(tǒng)中的ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM指令系統(tǒng)進行應(yīng)用,選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)根據(jù)不同的需求進行相應(yīng)的裁剪、交叉編譯開發(fā)和移植應(yīng)用,同時根據(jù)學生的實際情況進行應(yīng)用程序和驅(qū)動程序開發(fā),服務(wù)地方經(jīng)濟。
3傳統(tǒng)教學中存在的問題
傳統(tǒng)教學過程中通常以教師講授為主,以教材對應(yīng)章節(jié)和知識點作為講授單元,理論基礎(chǔ)和實踐環(huán)節(jié)分離,無法做到“理實一體化”。在有限的課程授課時間內(nèi),設(shè)置與教學內(nèi)容配套的實踐環(huán)節(jié),通過課后實踐來強化教學內(nèi)容,激發(fā)學生創(chuàng)造性的能力比較有限。
嵌入式操作系統(tǒng)選擇非常多,在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中常用的軟件中間件,比如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、嵌入式平臺下的根文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、媒體壓縮與解壓縮庫、各種加密算法與協(xié)議等,更是令人眼花繚亂。
同時,作為授課對象的學生,由于來自不同的專業(yè)方向,前導課程的基礎(chǔ)知識參差不齊。具體表現(xiàn)為:電子類專業(yè)方向的學生,軟件基礎(chǔ)較為薄弱,計算機類專業(yè)方向的學生,電路與硬件基礎(chǔ)弱。
4基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學
以職業(yè)崗位能力為主線的高職教育體系需要構(gòu)建項目化教學課程體系,同時在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下,嵌入式系統(tǒng)的課程體系確實應(yīng)當有所調(diào)整,以適應(yīng)時代的發(fā)展和社會的需求。
項目驅(qū)動教學的理念認為:學生知識的積累和構(gòu)建,是在一定的條件下自主構(gòu)建而成的;學習是知識、技能與行為、態(tài)度與價值觀等方面的長進。
同時,以企業(yè)中真實的生產(chǎn)、研發(fā)和具有實際應(yīng)用價值的案例作為教學內(nèi)容的選擇,要求學生能夠通過自身的特點,獲取相關(guān)的資訊,指定真實的計劃,通過自身的決策和實施,并且進行檢查和互查來對項目進行評價。
1)項目的具體構(gòu)建
將嵌入式系統(tǒng)教學課程知識點進行碎片化和重組,以本院的校企合作單位物聯(lián)網(wǎng)智能家居企業(yè)真實案例為基礎(chǔ),將整個教學過程以項目的形式開展教學,再將物聯(lián)網(wǎng)智能家居項目中分成相應(yīng)子項目,對相應(yīng)子項目再進行具體的任務(wù)分解。在整個過程中,要求學生能夠以教學主體的身份參與進來,對真實案例從總體上進行把握,明確學習和構(gòu)建的內(nèi)容。
2)項目驅(qū)動教學組織形式
本院該課程在采用小班化教學的基礎(chǔ)上,對學生進行項目分組,將4~5名學生分配到一個項目團隊。在不同的項目中扮演企業(yè)開發(fā)過程中的不同角色,同時在不同的子項目中,學生的角色進行輪轉(zhuǎn)或互換,使得學生在完成本課程的學習之后,能對項目開發(fā)的整個過程相對熟悉。
學生在不同的子項目中,可以對項目團隊的不同角色進行體驗,根據(jù)自身的實際情況,為更好的走上工作崗位,融入企業(yè)項目團隊做準備。
3)具體項目教學的實施
在每一個具體項目教學的實施過程中,以本院的2014級計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為例,該專業(yè)有40人,將學生以5個學生為項目小組進行分組,共8個小組,根據(jù)學生的學情和實際情況進行項目任務(wù)書下發(fā),將CDIO中的構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)融入進來。
以物聯(lián)網(wǎng)智能家居企業(yè)真實案例中的智能窗簾子項目為例,通過任務(wù)分解,如下圖所示,可以分為嵌入式Linux系統(tǒng)裁剪、直流電機控制、交叉編譯、驅(qū)動文件加載和嵌入式平臺下移植應(yīng)用等五個子任務(wù),同時針對模塊化教學,進行相應(yīng)學習情境設(shè)計和教學方案設(shè)計,整合現(xiàn)有教學內(nèi)容,使得老師的教和學生的學都體現(xiàn)項目驅(qū)動模式下理實一體化的緊密結(jié)合。
首先要求每個項目小組的學生進行項目分析,將構(gòu)思(Conceive)采用行動導向中資訊的形式展現(xiàn)出來,給出工作任務(wù),提出任務(wù)要求,要求學生應(yīng)當把前導課程以及已做過的項目中已掌握的知識點和即將開展的項目中需要的知識點進行融合,使得學生溫故知新,同時也學會綜合運用新舊知識的技能;其次要通過實踐的方式,項目和任務(wù)必須能夠通過實踐來完成及驗證。
對于設(shè)計(Design)則要求學生在項目小組中指定相應(yīng)計劃,安排時間進度。
而實現(xiàn)(Implement),要求各小組通過決策和實施的方式,分別提出完成該項目的設(shè)計方案說明書,每個小組推選1名同學上臺進行本組實施方案的具體表述,授課教師與項目小組成員共同討論,進行分析和優(yōu)化,最終確定相對合理、科學的最佳方案,并進行下一步的實施。
運作(Operate),則是在之前所做工作的基礎(chǔ)上,結(jié)合項目方案說明書,對于項目內(nèi)容對照完成。在項目完成之后,對照最初提出的工作任務(wù)要求,逐項檢查項目完成情況。如存在不符的情況,進行分析和修改,直至滿足相應(yīng)要求。同時要求項目小組內(nèi)的同學和不同小組的同學進行自評和互評,進行相應(yīng)總結(jié)和考核。
5總結(jié)
基于物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的技術(shù)和應(yīng)用背景,如何精簡嵌入式系統(tǒng)課程的理論教學內(nèi)容,并擴寬學生的知識面,讓學生掌握設(shè)計與思考的方法,重點把與真實項目案例密切相關(guān)的內(nèi)容進行重構(gòu)與設(shè)計,同時進行層次化的實踐設(shè)計,在實踐環(huán)節(jié)中,讓學生真正參與到前沿發(fā)展的企業(yè)課題和項目中去,這是在嵌入式系統(tǒng)課程教學改革中要研究和具體實踐的方向。
基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學改革實踐教學過程中,學生對于企業(yè)項目開發(fā)的整個過程更加熟悉,學生參與項目團隊開發(fā)的積極性和主動性得到提高,同時,通過項目驅(qū)動的學習方法,學生也認識到團隊合作的重要性。項目驅(qū)動教學改革的實施,使學生學習的方式發(fā)生了很大的變化,學生能夠主動地去學習,更加善于發(fā)現(xiàn)問題和思考問題,解決問題的能力也得到了很大提高,學生的專業(yè)技能能力得到系統(tǒng)的鍛煉。項目驅(qū)動教學改革,為學生自主學習意識的養(yǎng)成和從學校到畢業(yè)頂崗實習、就業(yè)更好的“無縫”對接提供了保障。
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關(guān)鍵詞:軍事院校 嵌入式系統(tǒng) 教學體系 實驗型
1 嵌入式系統(tǒng)教學分析
盡管嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在當前社會生產(chǎn)生活等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但是許多院校并沒有針對本科教育開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程,而只是將其作為碩士研究生的選修課程,或在課題研究或畢業(yè)設(shè)計時,在老師的指導下,學生進行突擊性地學習,并沒有形成一個教學體系。這與高等教育的要求存在一定差距,且與信息社會的人才需求也不相一致。即便部分開設(shè)該課程的院校,面臨的困難較多,例如缺乏合適的教材、嵌入式系統(tǒng)師資力量較弱、設(shè)備不能滿足實驗教學需要、創(chuàng)新實驗項目難以實現(xiàn)等。課程如何設(shè)置、內(nèi)容如何安排、實驗如何配套等問題還在困擾著許多開始從事嵌入式系統(tǒng)教學的老師。
2 應(yīng)用型嵌入式教學體系的內(nèi)涵
應(yīng)用型嵌入式教學體系就是以社會需求為導向,以應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心,以“知識能力素質(zhì)”為主線,培養(yǎng)具有扎實的計算機專業(yè)基礎(chǔ),具有嵌入式專業(yè)核心能力和專業(yè)能力的實用型人才。
知識,就是學生通過系統(tǒng)地課程學習后,能夠掌握相關(guān)的嵌入式基本知識,包括嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識、編程語言在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的基本應(yīng)用和基本的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺。
能力,就是不同培養(yǎng)層次的學生,經(jīng)過系統(tǒng)地學習后,具有與其學歷相符合的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力,高職和大中專學生要能夠在別人的指導下具有開發(fā)能力,本科學生要具備獨立開發(fā)簡單系統(tǒng)的能力,而研究生學生還要具備系統(tǒng)設(shè)計能力。
素質(zhì),就是不同專業(yè)的學生要能夠根據(jù)個人的專業(yè),將嵌入式系統(tǒng)開發(fā)作為一種基本的工具,能夠解決本專業(yè)領(lǐng)域的實際問題。
3 構(gòu)建應(yīng)用型嵌入式教學體系的關(guān)鍵問題
3.1 改革創(chuàng)新教學方法
嵌入式系統(tǒng)教學的方法與傳統(tǒng)課程有所不同,應(yīng)更突出研發(fā)和應(yīng)用,要改革創(chuàng)新適應(yīng)課程特點的教學方法。
采用倒推法授課。第一次上課就讓學生“見識”嵌入式應(yīng)用實例。以這個典型的嵌入式設(shè)備為目標,將產(chǎn)品分解,倒推出一個設(shè)備的開發(fā)過程。從“設(shè)備”到“部件”的倒推,把歸屬于課程不同章節(jié)的內(nèi)容,放到相關(guān)的教學單元去講解完成。在每一教學單元中,以設(shè)備的“部件”為核心,提出實際開發(fā)中要解決的課題。通過在具體的學習解決問題,使學生學習和掌握基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)能力。在最后的綜合設(shè)計課中,讓學生完成一個正推過程,完成一個從設(shè)計思想,到部件,最終到設(shè)備的演變過程,從而從整體上建立嵌入式設(shè)備的開發(fā)規(guī)律和方法。
強調(diào)實際應(yīng)用。在講授理論課程時,要貼近實際應(yīng)用,要舉出實際的應(yīng)用例子,要提到具體的設(shè)備和應(yīng)用場合,不能泛泛而談,最好能夠?qū)嶋H的裝備帶到教學現(xiàn)場,如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、對講機、無人機、機器人等。在開設(shè)實驗課程時,要盡量開設(shè)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的實驗內(nèi)容,如常用到的RS232通信協(xié)議、LCD顯示實驗、以太網(wǎng)實驗等。
綜合使用多種教學手段。為了提高學生的學習,使教學內(nèi)容更可視化、直白化,應(yīng)該為嵌入式實驗系統(tǒng)配備相應(yīng)的實驗手冊和多媒體課件教學系統(tǒng)。使用現(xiàn)代的多媒體教學和傳統(tǒng)的實驗教學相結(jié)合,有些分析和試驗性的實驗可以在PC上通過仿真軟件實現(xiàn),這樣做雖然加大了備課成本,但是提高了教學效率,加快進程,減少重復無意義機械操作。
3.2 統(tǒng)籌教學與科研的協(xié)調(diào)發(fā)展
嵌入式系統(tǒng)涉及的知識面廣、綜合性強,嵌入式系統(tǒng)的教學并不是單純的知識傳授,還涉及設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng),嵌入式系統(tǒng)的教學有一定的難度。教師如果沒有實際的項目開發(fā)經(jīng)歷,很難對嵌入式系統(tǒng)有較深層次的理解,很難教好這門課。教師只有通過科研實踐活動,才能理解、掌握、發(fā)展嵌入式的理論,只有結(jié)合自己實際的項目開發(fā)經(jīng)驗,才能在教學活動中啟發(fā)學生的思維,培養(yǎng)他們的動手能力和創(chuàng)新能力。有時也可以讓學生參與到科研項目的開發(fā)中,給他們更多鍛煉的機會。
因此,學校必須大力發(fā)展嵌入式系統(tǒng)科研,想盡辦法讓從事嵌入式系統(tǒng)教學的老師多申請嵌入式系統(tǒng)方面的課題,使教學與科研協(xié)調(diào)發(fā)展。
3.3 加強實驗室及實驗課程建設(shè)
由于嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程,實驗是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分,缺乏實驗的嵌入式系統(tǒng)課程學習是紙上談兵,學生必須通過大量的實驗和實踐環(huán)節(jié),來加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解。因此,應(yīng)大力加強嵌入式系統(tǒng)實驗教學建設(shè),這對嵌入式系統(tǒng)的學習、研究與開發(fā)可以起到事半功倍的效果,更好地促進創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
嵌入式實驗室建設(shè)主要包括實驗開發(fā)平臺的選擇、儀器儀表的配置以及實驗課程的設(shè)置三個方面內(nèi)容。實驗開發(fā)平臺應(yīng)以學校自主研發(fā)為主,研發(fā)人員從事課程教學,做到“研教結(jié)合”,不僅節(jié)約了經(jīng)費,技術(shù)支持也可得到保障,還提高實驗課教學質(zhì)量。實驗開發(fā)平臺的研發(fā)需要全方位考慮,教學不用追求高級,但不緊跟時代就有失偏頗;在儀器儀表的配置上,要有一定數(shù)量的相關(guān)處理器仿真器、萬用表,示波器、邏輯分析儀和信號發(fā)生器;實驗課程設(shè)置,要立足實際應(yīng)用,由潛入深,設(shè)置“基礎(chǔ)型-綜合設(shè)計型-研究型”三個層次的嵌入式系統(tǒng)實驗課程,并采取開發(fā)式實驗教學的思路和方法,要少講授理論多指導操作。
要建立開放式實驗環(huán)境,就是實驗室全天候開放,學生可以預約實驗時間,在嵌入式系統(tǒng)課程學習結(jié)束后,學生仍可以繼續(xù)在實驗室做嵌入式系統(tǒng)方面的實踐,包括課外科技創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)。這樣實驗設(shè)備得到了充分的利用,同時學生可以根據(jù)自己的需要來選擇做實驗的時間,為創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供了條件。
4 總結(jié)
隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展,以及嵌入式系統(tǒng)在社會生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用,在各層次院校開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程,并建立科學的應(yīng)用型教學體系,對學生進行一定的理論教學和實踐能力的培養(yǎng),使學生了解和掌握嵌入式系統(tǒng)相關(guān)知識,乃至能夠獨立承擔一定的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)。
參考文獻:
1.物聯(lián)網(wǎng)背景下的嵌入式系統(tǒng)教學課程
1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念
物聯(lián)網(wǎng)的概念始于20世紀90年代末期。當時的物聯(lián)網(wǎng),主要是針對物與物、人與人之間的互聯(lián)互通,提供技術(shù)支持。這個新型的概念和技術(shù)出現(xiàn)后得到了理論和工業(yè)界的充分關(guān)注。
1.2嵌入式系統(tǒng)的理論教學內(nèi)容
嵌入式理論教學內(nèi)容主要包括ARMffC:入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用和前沿發(fā)展等內(nèi)容。以嵌入式開發(fā)技術(shù)掌握為教學目的。具體的授課內(nèi)容包括;系統(tǒng)概述、微處理器的原理;實用操作、移植交叉開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)在嵌入式系統(tǒng)教學中的應(yīng)用等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用背景下的嵌入式課程體系框架如圖1所示。
2.物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)實驗概述
2.1理論結(jié)合實踐
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)實驗設(shè)計采用的是層次化的實驗環(huán)節(jié),包含基礎(chǔ)知識、動手能力、創(chuàng)造性思維等等。例如,嵌入式實驗開發(fā)平臺上,主流的串行接口和以太網(wǎng)接口,GPS全球定位系統(tǒng)模塊,總線接口等等。這些接口和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景是通過層次化的實驗設(shè)計展開的。內(nèi)部包含了實驗的要求和實踐階段的不同設(shè)置,整體層次的設(shè)計從淺顯到深入,實驗層次不同,對應(yīng)的組織形式也不同。例如基礎(chǔ)性實驗的目的用于熟悉物聯(lián)網(wǎng),實驗層次的循序漸進,為了實踐的開發(fā)和設(shè)計打下了基礎(chǔ)。而綜合性的實驗和實踐是為了提高物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能力。
2.2實踐與合作相結(jié)合
在物聯(lián)網(wǎng)中間層的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計中,根據(jù)模塊接口的采集,終端的經(jīng)緯度信息得到無線數(shù)據(jù)手法模塊中的傳感器的溫度和日照等的環(huán)境信息,通過ARM處理器打包成UDP數(shù)據(jù)包,將之通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口傳送到基站的服務(wù)器中。
整個流程為,從以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行接入,將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式處理器,通過GPs模塊接口進行無線數(shù)據(jù)的收發(fā),再傳送到嵌入式處理器中,最后到達外部存儲器。
在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支持下,學校組織學生成立了第二課堂,組成了以物聯(lián)網(wǎng)為主題的學習小組,對項目進行模擬實踐和開發(fā)。例如GPS數(shù)據(jù)采集和處理的課題小組,要對操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的移植、多任務(wù)的GPS模塊的接口數(shù)據(jù)進行打包,UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)等眾多內(nèi)容進行實踐。在團結(jié)合作中,興趣小組的同學各自有分工合作,最終實現(xiàn)了將終端傳感器傳送了了基站的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的實驗?zāi)繕恕?/p>
3.嵌入式系統(tǒng)教學的現(xiàn)狀
堅持對嵌入式系統(tǒng)的教學的創(chuàng)新進行探索,包括課程設(shè)置、基礎(chǔ)知識的傳授、教學軟硬件平臺的搭設(shè)、實踐教學的組織等等。目前在教學中存在以下特點。
在嵌入式系統(tǒng)的教學中,課程定位的方向以及應(yīng)用不同。有的院校側(cè)重于底層和系統(tǒng)文件的構(gòu)建,有的院校側(cè)重于應(yīng)用以及軟件的開發(fā)。
在嵌入式系統(tǒng)教學的課程中,由于院校課程定位的不同,因此在課程設(shè)置上也有所不同,有的偏重于硬件的設(shè)計,有的以電路設(shè)計為主,有的偏重語言程序的設(shè)計。
在嵌入式教學的學時分配上,有的院校側(cè)重于課程的要求,有的院校側(cè)重專業(yè)的核心課程,有的院校側(cè)重專業(yè)的通識課程設(shè)置,有的院校將其作為輔修課程,因此在學時的安排上各有不同。
在教學內(nèi)容上。嵌入式系統(tǒng)課程中理論和概念較多,因此學生容易感到枯燥,對于知識體系的架構(gòu)來說,積極性不高會導致學習效果不佳,同時嵌入式教學平臺目前的種類偏多,但是配套的操作系統(tǒng)卻沒有跟上。
嵌入式教學體系具有若干缺點,首先,在傳統(tǒng)的教學模式中,教師的主導性地位過強,教師只會將教材中的章節(jié)進行講解。但是基礎(chǔ)理論往往于實踐脫鉤,使得理實一體化難以實現(xiàn)。有限的課程中,教學內(nèi)容多用于理論學習,能夠強化學生實踐能力的實踐課程較少。
嵌入式系統(tǒng)教學中以網(wǎng)路協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、媒體壓縮和解壓縮系統(tǒng)等等的數(shù)據(jù)實驗平臺眾多,但是真正能夠以為學生提高學習成效,加強軟件基礎(chǔ)為目標的課程設(shè)置不多。
4.基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學架構(gòu)
當前,高等院校的教育體系中,對教學項目進行構(gòu)建,對教學課程進行設(shè)置,往往是圍繞著工程能力的培養(yǎng)展開的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景下,嵌入式系統(tǒng)的課程教學體系必須也有相應(yīng)的調(diào)整,才能應(yīng)對當今時代和社會發(fā)展的需要。
企業(yè)的生產(chǎn)過程以及實際的應(yīng)用價值,是教學內(nèi)容在選擇上參照的依據(jù)。高等院校培育的學生,必須要獲取實踐機會,提升決策和實施的能力,并且能夠制定物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃,培養(yǎng)對物聯(lián)網(wǎng)項目的u估能力。
嵌入式系統(tǒng)教學的知識點一般較為碎片化,通過學校與企業(yè)合作的形式,將這些碎片加以重組。例如,在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的要求下,教學項目設(shè)立了一個以某企業(yè)的產(chǎn)品為主項目的子項目,在子項目中將任務(wù)具體化,分解到每個學生身上,學生參與到項目中,成為教學的主體,在真實的企業(yè)生產(chǎn)情景下,感受到物聯(lián)網(wǎng)學習的氛圍以及學習內(nèi)容。
項目啟動后,課程被分解為小組學習的模式,學生擔任項目中的角色,大約4~5個學生分為一個項目團隊。項目中,學生成為企業(yè)員工,擔任開發(fā)程序中的角色。在實習中,學生的角色可以進行輪轉(zhuǎn)和互換,以便于課程結(jié)束后,學生能夠?qū)椖康娜苛鞒逃猩羁陶J識。
在項目進行過程中,學生的實際能力表現(xiàn)都是項目考核和評價的內(nèi)容。每個學生在團隊中的表現(xiàn)以及工作成果都被記錄下來作為將來接受課程評價的依據(jù),學生的能力也通過項目的開展不斷提高,為將來進入社會成為工作崗位的中堅力量打下了牢固的基礎(chǔ)。
在具體的項目教學中,學生以開發(fā)成員的身份進入項目小組中,根據(jù)實際項目設(shè)計目標研究項目任務(wù)書,進行項目的需求分析、項目的設(shè)計、項目的實現(xiàn)和系統(tǒng)測試。
以具體的項目內(nèi)容為例,實踐項目要求通過嵌入式uNux系統(tǒng),進行各個計算機流程的操作,包括系統(tǒng)裁剪、電機控制、驅(qū)動文件加載、交叉下移,平臺嵌入式編譯等等。在模塊化教學的情景下,學生可以學習如何設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接口,在理實一體化的模式下將項目軟硬件系統(tǒng)通過設(shè)計和編碼進行實現(xiàn)。
在項目完成之后,教師、企業(yè)、學校組成專門的評價小組,對照工作任務(wù)要求,逐項檢查項目完成情況。對不足的部分要求學生進行分析和修改,并要求項目小組內(nèi)的同學和不同小組的同學開展互相評價、總結(jié),以綜合的考評成績作為對學生的考核結(jié)論。
關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);教學體系;教學方法;教學實踐
中圖分類號:G642文獻標識碼:A
1引言
網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體和信息家電時代的到來,無疑為32位嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用提供了空前巨大的發(fā)展空間;同時,也為力不從心的8位單片機向高端發(fā)展起到了接力作用。嵌入式技術(shù)及產(chǎn)品的快速成長成了全球IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的顯著特征,嵌入式技術(shù)是二十一世紀最有活力和生命力的新技術(shù)之一。然而在中國,嵌入式軟件復合型人才的缺乏,已成為嵌入式產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,作為對新技術(shù)研究和探索最活躍的群體之一――高等院校中獨立軟件學院,如何接受嵌入式技術(shù)帶來的挑戰(zhàn),學習嵌入式、研究嵌式、使用嵌入式,已成為一個重要的研究課題,加強與完善高校嵌入式系統(tǒng)教學迫在眉睫。由于國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)教學起步較晚,目前還沒有形成適應(yīng)高校教學的一個統(tǒng)一的教學體系和教學規(guī)范。由此強調(diào)要以信息技術(shù)為手段,深化教學改革和人才培養(yǎng)模式改革,如何根據(jù)社會的實際需要,培養(yǎng)具有一定專業(yè)特色的和特定能力強的軟件實用型、復合型人才是我們學院應(yīng)首要解決的問題。因此必須深入探究嵌入式系統(tǒng)課程體系結(jié)構(gòu),尋求各專業(yè)嵌入式系統(tǒng)實踐教學解決方案,積累教學實踐經(jīng)驗,建立較規(guī)范的嵌入式系統(tǒng)教學體系,使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)更好地融入到教學與科研活動中,以適應(yīng)社會對嵌入式系統(tǒng)人才的需求,對于深化我國高校的教學改革具有重要的現(xiàn)實意義。
2嵌入式系統(tǒng)教學體系探究
嵌入式系統(tǒng)作為一個新興的課程體系,目前在教學過程中相關(guān)先修課程與基礎(chǔ)知識的準備教學內(nèi)容(包括硬件平臺與軟件平臺)的選擇、實驗教學與實踐環(huán)節(jié)組織等問題依然處于爭論和探索階段。國內(nèi)高校對于嵌入式系統(tǒng)的教學研討從嵌入式課程體系的設(shè)置、嵌入式理論教學的開展、嵌入式實驗教學的開展、嵌入式綜合設(shè)計與學生工程實訓等幾方面展開。
2.1嵌入式系統(tǒng)教學分析
(1) 從應(yīng)用角度來分析,具有世界最大嵌入式技術(shù)市場的中國,嵌入式系統(tǒng)教學中更多的強調(diào)以“應(yīng)用”為中心。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序的開發(fā)還必須具有一定的行業(yè)領(lǐng)域知識,教學中最好要在一個實際的應(yīng)用項目開發(fā)環(huán)境中去實踐,提高嵌入式軟件開發(fā)方面的綜合應(yīng)用能力。
(2) 從學科專業(yè)角度來分析,嵌入式系統(tǒng)涉及多門交叉學科致使將嵌入式系統(tǒng)的教學大致分為三類:軟件學院專業(yè)嵌入式教學;計算機專業(yè)嵌入式教學;微電子、電子信息工程、自動化等相關(guān)專業(yè)嵌入式教學。在嵌入式系統(tǒng)教學中應(yīng)重視不同專業(yè)嵌入式課程體系建設(shè)、課程目標和內(nèi)容等方面展開。
(3) 從技術(shù)角度來分析,嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件有機的結(jié)合體。要考慮什么樣的硬件設(shè)計更容易編寫驅(qū)動程序,軟件處理效率等因素就必須要學習操作系統(tǒng)和驅(qū)動程序開發(fā)相關(guān)的知識,同時需要考慮如何取舍軟硬件設(shè)計。由此嵌入式系統(tǒng)教學中應(yīng)注重培養(yǎng)同時具備軟件和硬件兩方面及綜合性知識分析能力。
2.2嵌入式系統(tǒng)方向理論課程體系
本科階段的按專業(yè)方向課程規(guī)劃既要重視基礎(chǔ)理論的學習,又要注重實踐性,既要突出專業(yè)自身特點,又要把握嵌入式系統(tǒng)在多學科知識領(lǐng)域中相互滲透的規(guī)律。不同專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系如圖1所示。信息工程專業(yè)涉及的專業(yè)基礎(chǔ)課包括數(shù)字電路、微機原理與接口技術(shù)、單片機原理與接口技術(shù)、計算機組成原理、可編程邏輯器件、EDA設(shè)計等課程。而軟件工程專業(yè)涉及的專業(yè)基礎(chǔ)課則為C/C++語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機網(wǎng)絡(luò)編成、編譯原理、軟件工程、操作系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)課程體系包含兩個專業(yè)的相關(guān)內(nèi)容。數(shù)字電路的知識是從事嵌入式系統(tǒng)的必備,關(guān)鍵要增強邏輯思維能力。C語言作為一種“高級的低級”語言、易移植、易維護、可讀性強、具有強大的內(nèi)存操作能力,成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最佳選擇。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法在嵌入式系統(tǒng)教學中要作為重點,可適當增加實驗課時,無論學生以后從事嵌入式系統(tǒng)的軟件還是硬件開發(fā),這門課的思想將貫穿其中,這兩門課程教師應(yīng)當要求學生加強上機實驗的操作,鼓勵相互交流,體會編程的思想。
嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu):在嵌入式領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微處理器。ARM公司引發(fā)了嵌入式領(lǐng)域的一場革命,在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導地位,是目前32位市場中使用最廣泛的微處理器,學習以ARM為架構(gòu)的嵌入式技術(shù)具有非常廣闊的前景。對于嵌入式操作系統(tǒng):目前比較適合用于本院教學主要有VxWorks、Windows CE、Linux(uClinux)和μC/OS-Ⅱ等。基于Linux內(nèi)核穩(wěn)定可靠、源碼免費開放等優(yōu)勢成了教學和學習嵌入式操作系統(tǒng)的首選。嵌入式的軟件開發(fā)從智能手機開發(fā)(SYMBIAN)、J2ME程序設(shè)計、數(shù)字媒體終端等實踐編程。嵌入式軟件開發(fā)語言主要有匯編語言、C/C++語言、Java語言等。
2.3嵌入式系統(tǒng)方向?qū)嶒炚n程體系
嵌入式系統(tǒng)是實踐性很強的課程體系,學好嵌入式系統(tǒng)課程不僅有助于學生了解系統(tǒng)設(shè)計的基本方法,而且能提高學生對于相關(guān)學科的理解和實際應(yīng)用能力。在嵌入式系統(tǒng)教學中,實驗是最重要的環(huán)節(jié)之一,是學生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵。為滿足不同專業(yè)學生的學習要求,我校現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)實驗設(shè)備40套(XScale PXA270處理器)及相關(guān)配套實驗儀器及測試儀器,實驗教學內(nèi)容涉及微處理器系統(tǒng)設(shè)計、嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式中間件平臺開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)等內(nèi)容。為達到教學目標,將實驗教學體系分為基礎(chǔ)類實驗、系統(tǒng)設(shè)計類實驗和創(chuàng)新類實驗。基礎(chǔ)類實驗:采用理論授課與動手實驗相結(jié)合的方式,讓學生了解開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程,掌握實驗開發(fā)工具的使用方法,熟悉軟件編程環(huán)境,根據(jù)實驗指導書的內(nèi)容進行實驗的調(diào)試,讀懂實驗源程序和程序的運行過程,使學生能夠進行修改、組合和補充式的應(yīng)用編程。包括ARM集成開發(fā)環(huán)境ADS1.2的使用與仿真調(diào)試方法、ARM中的匯編程序與C語言調(diào)用的混合編成等15個實驗。系統(tǒng)設(shè)計類實驗:主要采取精講精練的方式進行,使學生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。教師指定幾個設(shè)計課題,并提供任務(wù)書,任務(wù)書內(nèi)容包括實驗題目、實驗所涉及的主要內(nèi)容、要實現(xiàn)的功能說明及實驗中應(yīng)注意的問題。學生自行設(shè)計實驗方案,編寫實驗程序,選擇硬件接口并調(diào)試,獨立進行課題設(shè)計,并寫出設(shè)計實驗報告,教師在設(shè)計過程中僅起指導作用。包括嵌入式Linux內(nèi)核分析、裁減、移植和燒寫在內(nèi)的10個實驗。創(chuàng)新類實驗:為了培養(yǎng)學生的科研能力、創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力,研究課題和內(nèi)容由他們自己提出,或是來自教師的科研課題,或是與企業(yè)相結(jié)合的科研項目,學生自己討論確定研究方法和研究手段,利用現(xiàn)有的實驗設(shè)備和條件進行課題研究,教師在一定階段給予必要的指導。
3嵌入式系統(tǒng)教學實踐
(1) 注重理論知識和實踐訓練相結(jié)合教學,著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。
結(jié)合實例講解理論,使理論來源于實踐,又進一步指導實踐。在課堂教學中,要求教師注重體現(xiàn)工科特色,突出本課程在嵌入式軟件開發(fā)中的基礎(chǔ)性作用。由于嵌入式系統(tǒng)是一個實踐性很強的課程體系,學生的動手能力的培養(yǎng)是嵌入式系統(tǒng)教學中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。在教學方式上,注重采用理論與案例相結(jié)合的課堂教學、系統(tǒng)的多級課程實踐、工程實習以及前沿技術(shù)講座等多種形式的教學與實訓,使學生在掌握扎實的嵌入式軟件基礎(chǔ)理論、開發(fā)技術(shù)和工具的基礎(chǔ)上,進行嵌入式軟件的設(shè)計和開發(fā)。實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)的感性認識和理性認識相統(tǒng)一。在實踐教學手段上,除了繼續(xù)加強畢業(yè)設(shè)計(論文)、畢業(yè)實習、課程設(shè)計和理論課內(nèi)實踐教學外,還提出了“實驗選修課”的新模式,要求各專業(yè)大學生必須修滿一定的實驗選修課學分。實驗選修課面向全校各專業(yè)開放,課程強調(diào)以實踐為主,進行綜合性、設(shè)計性的訓練。而該課程的教授中占據(jù)著核心地位的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng):采取學校與企業(yè)合作,企業(yè)中有工程經(jīng)驗豐富的一線工程人員和高水平的技術(shù)團隊,構(gòu)建這樣一個高水平的學生工程實踐環(huán)境,為學生提供實際項目開發(fā)機會,完善自身職業(yè)素質(zhì)和工程能力;通過大學生嵌入式設(shè)計競賽可以針對具體問題使學生在實踐中提高發(fā)現(xiàn)問題,解決問題的能力。
(2) 配套立體化教材,共享嵌入式系統(tǒng)教學資源。
如果僅僅是購買了一個開發(fā)套件而沒有相應(yīng)的配套技術(shù)資料,可想而知學習的效果肯定是很差的,因為只有配套的資料才能體現(xiàn)出設(shè)計者的原創(chuàng)思想,更為重要的是在學習過程中遇到了困難,配套的技術(shù)資料可以幫助老師和學生加深理解、解決問題。各硬件廠商提供的產(chǎn)品芯片說明和開發(fā)參考以及嵌入式操作系統(tǒng)的源代碼和相應(yīng)軟件環(huán)境使用說明是最好的教材。但資料多為英文,學生使用起來比較吃力,所以此時教材的選擇非常重要,課程開始給學生推薦經(jīng)典的教材,在此基礎(chǔ)上引導學生盡快過渡到英文資料的閱讀和使用上。多媒體教學比傳統(tǒng)教學的模式具有更大的優(yōu)勢,多媒體教學把枯燥的計算機內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動的圖像、交互和視聽媒體,把教學內(nèi)容直觀化,有利于學生更好地接受知識。同時,加強教師的培訓,提高教師應(yīng)用網(wǎng)上資源進行教學、整合網(wǎng)上資源的技能。
(3) 總結(jié)教學方法,提高實際教學效益。
運用“學教并重”進行課程教學設(shè)計、采取了互動式教學、采用啟發(fā)式、范例式課堂教學、現(xiàn)代與傳統(tǒng)教學手段相結(jié)合,直觀、生動的等多種教學方法,激發(fā)學生主動學習熱情,讓他們成為教學中的主體,并培養(yǎng)其收集相關(guān)領(lǐng)域信息、拓寬知識面的能力。將教學的重點放在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析問題、解決問題能力上。從而達到能理解嵌入式軟件設(shè)計文檔;獨立負責嵌入式軟件組件編碼和調(diào)試;執(zhí)行軟件組件的單元測試;符合嵌入式軟件開發(fā)企業(yè)的入職要求等教學效益。
4結(jié)語
嵌入式系統(tǒng)在國內(nèi)真正得到發(fā)展還是近幾年的事情,還沒有形成統(tǒng)一的教學體系和規(guī)范,加之社會對高素質(zhì)嵌入式系統(tǒng)人才的需求日益增加,各個高校迫切要求建立嵌入式系統(tǒng)課程體系、實驗體系、教材體系和教師培養(yǎng)體系,本文所探究的針對軟件本科專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)理論課程體系和實驗課程體系,積累嵌入式系統(tǒng)的教學實踐,融合了社會企業(yè)的需求和軟件專業(yè)的特點,符合實際應(yīng)用。當然,獨立軟件學院的嵌入式方向的教學還任重道遠,需要從事嵌入式系統(tǒng)教學的教師在實踐中不斷地進行研究、不斷地積累經(jīng)驗,不斷地創(chuàng)新,才能培養(yǎng)出社會所需要的高素質(zhì)嵌入式技術(shù)人才。
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The Teaching Research and Practice of Embedded System for the Software Speciality
HE Jian-feng, JIANG Lin, LIU Lin
(College of Software , East China University of Technology, Nanchang 330013, China)