嵌入式系统课程教学模式探索.doc

文章编号：1672-5913(2011)13-0076-04中图分类号：G642文献标识码：B嵌入式系统课程教学模式探索于晓海，金建设(大连理工大学 城市学院，辽宁 大连 116600)摘要：针对嵌入式系统应用型人才的培养需要，结合五年的教学实践，设计并总结嵌入式系统课程的教学培养模式。该模式在具体教学过程中收到较好的效果。本文详细阐述了这一探索过程。关键词：嵌入式系统；教学模式；教学改革；人才培养随着 21 世纪信息技术的发展，后 PC 时代已经到来，各种智能化的数字产品逐渐深入到人们日常生 活的各个领域。目前，嵌入式系统技术作为后 PC 时 代的关键技术之一，正在国内外得到快速应用，成为 应用前景非常广阔的热门信息技术。入式系统的研究计划。目前，我国已经有很多高校开设了嵌入式系统专业方向以及相关课程，蕴含着巨大 的发展空间和潜力。在未来，嵌入式系统技术将向设 备的网络化、小型化、智能化、低功耗以及完善的开 发工具和友好的人机界面方向发展。如表 11所示， 近年来，从大连市嵌入式系统的从业情况来看，嵌入 式系统人才的需求呈高速增长态势，所以需要高校培 养大量的嵌入式系统应用型人才。如何培养，如何针 对学生的实际特点设计出一套合适的教学培养模式， 就是摆在广大教师面前的具体问题。作者结合五年的 教学实践，针对这些问题进行了有益的尝试。1嵌入式系统发展概况为了适应嵌入式系统人才培养的需要，IEEE(国际电气与电子工程师学会)制定了新版计算机学科的 课程体系，把嵌入式系统列为本科生的重要专业方向课程。与此同时，欧盟也面向其高校和企业推出了嵌表 1 大连嵌入式软件的从业情况表2教学对象与目标首先，要从学生实际出发，分析教学对象的特点，这样才能更有针对性，提高效率。通过以往的教育教 学实践，我们了解到广大青年学生的特点是思维灵 活、善于动手、勇于创新，但对于抽象理论的理解能 力有待提高。针对学生的这些特点，我们提出的培养 理念是“以学生为中心，教师为主导，理论联系实际， 重点加强实践环节”2。嵌入式系统作为一门理论性、实践性很强的学科，包含内容较为广泛。它既可以将软件、硬件技术 综合应用，又可以将计算机、电子、自动化等相关专 业融为一体。因此，它具有一定的综合性和难度。那 么，如何使学生逐渐入门，并且对嵌入式系统的学习 产生兴趣呢？作者简介：于晓海，男，讲师，研究方向为单片机与嵌入式系统；金建设，男，教授，研究方向为单片机与嵌入式系统。2005 年2006 年2007 年2008 年2009 年2010 年从业人员3 000人4 500人7 000人11 000人15 000人20 000人产值6亿元9亿元14亿元22亿元30亿元40亿元于晓海，等：嵌入式系统课程教学模式探索第 13 期77其次，在深入研究加拿大 BCIT、新加坡南洋理工学院、美国哥伦比亚大学以及国内一些高校相关课 程体系的基础上，我们提出了嵌入式系统课程的培养 目标使学生能够掌握嵌入式系统设计过程中的 基本概念和原理，掌握和使用最新的嵌入式系统设计 方法和典型开发工具，从而解决实际工程中的应用问 题，适应人才市场的需求。针对这个目标，我们设计 了嵌入式系统课程的教学培养模式，主要由五个模块 构成，即“基础理论课+基础实验课+专业实践课+实 训课+项目实战”，重点突出对学生工程实践能力的培 养。在这种“模块法”的教学模式中，学时学期的分 配情况如图 1 所示。在各个模块的具体教学内容选择 上，我们遵循以下原则。各模块之间内容相互衔接、融汇贯通、循序渐进、 由易到难、逐渐提高，不违背基本的认知规律，重点 突出对创新思维以及实际应用能力的培养，从而使学 生熟悉一种典型的嵌入式处理器的体系结构，掌握一 套主流开发工具和两种嵌入式操作系统，熟练使用一 门开发语言。式系统课程的“模块法”教学模式，同时遵循教学内容选择原则以及人才培养理念，我们主要实践了 以下内容。3.1基本理论模块实践技能的提高离不开理论基础，理论与实践两 者是紧密联系的，缺一不可。这就好比一个大楼，如 果地基不牢固，即使盖起来了，也可能随时会倒塌。 因此，培养学生的实践能力，首先要重视理论基础。 只有理论基础牢固，才能使学生的实践能力逐步提 高。在这个模块中，教师主要讲解嵌入式系统基础课 程，使学生掌握嵌入式系统的基本概念、基本结构以 及软、硬件的设计原理和应用方法。3.2基础实验模块在传授基本理论的同时，还要重视实验环节。如 果条件允许，应该将基本理论与基础实验的比例至少 配制为 21，并在基本理论教学内容的安排上注意 与基础实验的内容协调配合。在这个模块中，教师主 要讲解嵌入式系统基础实验课程，使学生理解嵌入式 系统基础硬件电路的工作原理；掌握 ADS 嵌入式开 发软件的基本使用方法，并能够在 ADS 软件下设计 简单的汇编和 C 语言程序；同时初步掌握第一种嵌 入式操作系统 UCOS 的设计原理与应用开发方法。 前面这两个基本模块的教学，重点使学生练好基本 功，为实践能力的进一步提高打下基础。3.3专业实践模块这个模块在实践人才的培养过程中承上启下，起 到了桥梁作用。实践内容的深度和广度较前面两个模 块有所增加。在这个模块中，教师更加深入全面地讲 解 UCOS_II 嵌入式操作系统课程，并要求学生设计 具有一定综合性的应用课题。在专业实践的具体教学 过程中，教师首先布置实践任务，通常是一个项目或 者一个项目下的子课题，然后进行必要的讲解。接下 来，教师要求学生查阅和调研相关资料，提出应用问 题的解决方案，并独立完成实践项目，写出设计报告， 最后以小组的形式进行现场演示和答辩。这部分实践 内容使学生加强了实践技能的训练，同时不局限于书 本，拓宽了学生的视野。图 1 “模块法”嵌入式系统教学模式的学时学期分配3教学模式实践在具体的教学实践过程中，为了更好地探索嵌入计 算 机 教 育Computer Education7820113.4实训模块通过前面三个模块的教学，学生已经对嵌入式 系统有了较全面的理解和掌握。接下来，要进一步 提升学生对嵌入式系统的实际设计与应用能力。在 这个阶段，教师主要讲解 Linux 嵌入式系统和嵌入 式系统应用开发两门课程，使学生掌握第二种嵌入 式操作系统 Linux 的应用设计方法。为了让学生充 分接触 IT 应用领域的前沿和热点技术，在选择实 训项目的时候，教师应充分发挥指导作用在阅 读了大量国内外参考文献的基础上，选择具有实际 应用价值的课题，确定为实训项目。学生通过参与 这些有实用价值的项目训练以后，增强了信心，提高 了应用开发水平，实现了对项目的全过程开发与管理 训练。3.5项目实战模块在以上实训模块的基础上，按照实际应用需求， 将使用到的新技术进行归纳、总结、分类，为项目实 战做好准备工作。在项目实战阶段，可以将实战项目 与学生的毕业论文设计相结合。对于许多实训过程中 的研究课题，由于实用价值高、应用广泛，很适合进 行项目实战。在实战教学过程中，注意创造条件积极 开展大学生科技创新活动，不断吸收学有余力，并且 对应用、实践、创新感兴趣的不同专业、不同年级的 学生参加科技创新活动，形成科技创新梯队，为取得 高水平的研究成果奠定基础。近年来，我校多次组织 学生参加一系列 IT 类全国大学生嵌入式系统科技竞 赛，取得了较优异的成绩。综上所述，“模块法”教 学模式的实践内容如图 2 所示。图 2 “模块法”教学模式的实践内容安排4教学方法改革为了更好地培养嵌入式系统应用型人才，我们在 嵌入式系统课程的教学方法、考核办法、管理模式以 及指导方式等方面进行了相应的改革。首先，我们引入了“以项目为驱动，边做边学”的教学方法，摆脱传统的“填鸭式”教学。在嵌入式 系统的教学过程中，教师仅对项目的必要知识点进行 讲解，然后给学生布置相应的实践任务要求，让学生于晓海，等：嵌入式系统课程教学模式探索第 13 期79以项目为驱动，边做边学。在做项目的过程中，提倡学生与学生之间的讨论与交流。这样，学生在做项目 的同时，对相关知识就有了更深入的理解和掌握，并 且提高了积极性和团队合作意识。在考核办法上，我们以“各项目小组集体答辩演 示”的模式取代了传统的笔试考核。在考核过程中， 更注重考核学生的实际动手能力以及分析问题、解决 问题的能力。这样的考核办法就要求学生平时勤于动 手实践，并且投入很多的时间考虑如何解决问题，从 而提高了学生的学习热情和自主学习意识。在对学生的管理模式上，我们模拟公司的运作。 对学生采取“员工化”的管理，使学生能尽快转变角 色，树立员工意识，不再把自己作为一名学生对待， 而是作为一名公司职员，要严格遵守工作流程、规范 以及考勤制度等。在指导学生的方式上，传统的做法是学生遇到困 难，老师立刻给予讲解，直到给学生讲明白为止。这 样并不利于学生创新思维以及独立实践能力的培养， 会使学生形成较强的依赖心理。而当他们踏上工作岗 位以后，缺少独立克服困难并解决实际问题的信心和 毅力。针对这种情况，我们改变做法，当学生在技术 上遇到困难时，鼓励他们到图书馆查找资料，阅读相 关论文、书籍或上网等，独立解决问题。对于确实无 法独立解决的问题，通过学生间集体讨论、老师提示 的方式找出解决方案。与此同时，通过模拟答辩的形 式，定期让学生走上讲台，把自己的实际开发内容、心得体会讲给大家分享，这就培养了学生的表达能力以及换位思考意识，有助于培养学生的创新能力。5结论我校的嵌入式系统课程经过“模块法”教学模式的实践，近年来主要取得了以下成果。1) 提高了学生独立动手的实践能力，激发了学 生对嵌入式系统的学习兴趣，使学生对嵌入式系统的 应用开发有了全面的认识，培养了学生良好的团队合 作意识和创新思维能力。学生多次获得全国各类科技 创新竞赛的优异成绩。2) 建立了一整套嵌入式系统课程的教学模式、 教学内容、考核管理办法，并且形成了教学梯队以及 科技创新团队，为今后“物联网”专业的发展打下了 良好的基础。3) 促进了学生的就业工作。由于在教学模式上 突出应用，鼓励学生自主创新，进行目标管理，因此 我校培养出了一批动手能力强、专业素养高的应用型 创新人才。近三年来，本专业一直保持 92%以上的就 业率，为毕业生的就业工作作出了一定的贡献。综上所述，嵌入式系统应用型人才的培养，是新 世纪现代化社会的必然选择。只有不断跟踪嵌入式系 统应用技术的前沿和热点，不断改进和完善教学理念 与培养模式，才能抓住机遇，与时俱进，培养出更多 的优秀人才，从而为嵌入式系统学科的发展作出更大 的贡献。参考文献：1 王绍斌. 大连嵌入式软件发展战略R. 大连:第二届中日嵌入式软件研讨会,2005.2 于晓海,金建设. 单片机课程教学方法的探索与实践J. 沈阳教育学院学报,2010,12(64):59-61.Exploration on Teaching Model of Embeded SystemYU Xiaohai, JIN Jianshe(City Institute of Dalian University of Technology, Dalian 116600, China)Abstract: Based on the development requirement of applied talents of Embeded System, authors design andsu