《中职学校嵌入式系统实训课程教学设计》9100字（论文）

【内容摘要】本文主要探讨嵌入式系统实训课程的教学设计，本文的课程设计主要包括两个部分内容：一部分是对STM32F030C8T6硬件外设的基本操作的实训课程教学设计，另一部分是对STM32F030C8T6处理器进行µC/OS-II的移植的实训课程教学设计。首先，分析了嵌入式系统实训课程的背景、目的和意义，其次，分析教学内容，分析STM32F030开发板的环境搭建、外设结构以及原理图，分析µC/OS-II实时操作系统的特点以及实训内容分析。然后对中职学校嵌入式系统实训课程进行现状以及问题的分析，结合所出现的问题在教学设计中体现出来，最后进行教学设计的展示。【关键词】嵌入式系统；教学设计；STM32；µC/OS-II移植；中职教育一、前言（一）教学设计背景伴随着芯片技术和单片机技术的快速发展，嵌入式系统技术越来越受到人们的关注，它涵盖了硬件和软件的结合，实践性特别的强，其应用领域广泛,J几乎遍布了所有的电子产品，为了适应社会和行业的更广泛需求，全国各高校以及中等院校都纷纷开设嵌入式系统课程。嵌入式系统作为一门实训性很强的课程，提高教学质量的一个重要环节是就是进行实训，所以本课程的教学设计基本都是实践的内容周全生.任务驱动,标准管理,提高电工实训教学的成效[J].教育现代化,2019,6(89):185-186.，并且对于许多的中职学生来说，嵌入式系统实训课程还是有一定的难度的，下面是我根据前人研究总结出来的嵌入式系统实训课程的特点：（1）嵌入式系统入门比较难，因为需要同时兼备软件和硬件知识，所以对不同层次的学生来说是很有其教学的不同且难度比较大的。它要求学生不仅要懂硬件还需要具有软件知识和水平，在有限的学时里同时掌握好软硬两方面，对学生来说压力很大；（2）实验环节复杂：系统实验难度大，过程复杂，学生遇到的问题多，需要教师投入很多的精力和时间，所以做好嵌入式系统实训课程的教学设计是很重要的；（3）实验设备比较少，实验资源使用有一定的限制性。嵌入式系统开发板、仿真工具等实验器材价格昂贵，对学生来说不经济，学生无法自行购买，学生只可以到实训室进行操作，而这就限制了学生创意和灵感的发挥，而很多学校在这方面的投入不多，设备不多，开发板的数量不多，所以嵌入式系统实训课程得不到很好的实践；（4）重理论，轻实践。目前，嵌入式系统实训课程开设的理论和实践学时比重普遍2:1或者更高，理论学时明显超出实践学时，并且普遍理论与实践分离李亚兰,陈淼,李翔,曹菊英,陆汝华,姚敏.培养实践动手能力的嵌入式系统教学方法改革[J].计算机教育,2020(03):141-144.。所以在做嵌入式系统实训课程教学设计需要做到理论知识与实践操作的结合。周全生.任务驱动,标准管理,提高电工实训教学的成效[J].教育现代化,2019,6(89):185-186.李亚兰,陈淼,李翔,曹菊英,陆汝华,姚敏.培养实践动手能力的嵌入式系统教学方法改革[J].计算机教育,2020(03):141-144.教学设计目的和意义嵌入式系统实训教学课程是一门电子类专业的专业课，在中职中开设嵌入式系统实训课程旨在培养学生的实践动手能力，并且让他们拥有一门技能。而且，从嵌入式系统问世以来它已经在很大的程度上改变了人们的生活、工作等方面，而且嵌入式系统还在一直改变着人们生活上的方方面面。并且中职生来说，学好一门技能是一笔很大的财富，而嵌入式系统主要是兼并硬件和软件，对学生的要求很高，所有中职生学好这一技能对他们未来的发展是起着很大的作用的。并且，嵌入式系统是电子类专业的一门专业课，主要是用过实验来提高学生的实践动手能力，并且来提高学生的创新意识于秀敏,张红新,赵明明,贠小波,李杰.高校“思政课程”到于秀敏,张红新,赵明明,贠小波,李杰.高校“思政课程”到“课程思政”的实施路径研究[J].河北科技师范学院学报(社会科学版),2020,19(01):87-90.教学设计内容本课程主要包括理论教学和实训教学两个主要教学环节。主要实践教学为辅，理论教学为辅刘莫尘,宋月鹏,娄伟,闫银发,刘平.《嵌入式系统技术与应用》优质课程设计与实践[J].农业工程,2021,11(01):104-107.。理论教学主要是普及嵌入式系统的基本知识及设计方法，通过对本理论课程的学习，学生可以了解嵌入式硬件软件的设计与开发，并且对所要用到的硬件和软件有最基础的了解；实训教学是软硬件结合的教学，对学生的动手实践和理论应用的能力有很大的提升，让学生在实践中学到知识并理解知识。实训教学主要包括硬件设计和软件设计两个部分，在教学设计的时候怎样把两者进行很好的结合是本课程教学设计的关键。并且让学生把学到的知识进行实际应用是本课程设计所需要做到的。本次嵌入式系统教学设计内容主要分为以下两个部分：第一部分是对STM32开发板外设的基本操作实训课程的教学设计，另一部分是对µ刘莫尘,宋月鹏,娄伟,闫银发,刘平.《嵌入式系统技术与应用》优质课程设计与实践[J].农业工程,2021,11(01):104-107.1、STM32硬件外设的基本操作实训课程对开发板STM32的教学套件进行学习并且实验，在本次设计中我们主要用到的是STM32F030处理器，在进行嵌入式系统实训课程教学设计的过程中，我们主要分为以下三个部分内容来进行教学设计：STM32F030开发板外设的基本元件以及原理图、STM32实训环境的搭建、STM32F030C8T6硬件外设基本功能的实训。（1）认识开发板STM32F030主要包括STM32F030的外围元件器的认识，以及STM32硬件的原理图介绍。STM32开发板选择的是STM32F103RBT6作为MCU，对STM32F030C8T6处理器的外设的基本操作进行实训课程的设计，下图1为STM32F030的外围元件，包含有蜂鸣器，数码管，DS18B20型号的数字温度感应器，RGB灯，红外接收器，LED灯，可调电位器，按键等各种模块其中，图2为STM32F030C8T6开发板的原理图。黄培灿,赵铁柱,陶铭.STM32嵌入式系统实验教学方案的设计与实践[J].计算机时代,2020(08):112-114+117.图1STM32开发板图2STM32开发板原理图（2）STM32实训环境的搭建（1）下载固件库STM32F0xx_StdPeriph_Lib_V1.5.0，固件库完整版是在ST官网下载的，如图3所示图3STM32F0xx_StdPeriph_Lib_V1.5.0固件库（2）安装MDK514，打开KeiluVision5,创建一个新工程，点击project菜单下的第一个选型，创建新的工程，命名工程，点击保存，在弹出的对话框中选择型号STM32F030C8T6，点击OK，如图4所示，将标准库文件导入工程中。并且，还要安装驱动程序CH340。图4选择STM32F030C8T6（3）STM32F030C8T6硬件外设基本功能的实训在嵌入式系统实训课程教学设计中，主要包括点亮LED灯实验、蜂鸣器实验、按键输入实验、串口实验、外部中断实验、独立看门狗实验、窗口看门狗实验、定时器中断实验、PWM实验、ADC实验、内部温度传感器实验、数码管实验、DS18B20数字温度传感器实验以及综合测试实验等实训的课程教学设计。2、对µC/OS-II进行STM32硬件的移植实训课程设计第二部分是对µC/OS-II进行STM32硬件的移植实训课程设计。在课程设计中，实训课程主要包括µC/OS-II系统实验、µC/OS-II信号量的实验、µC/OS-II时间中断的实验、µC/OS-II邮箱的实验、µC/OS-II利用邮箱实现任务之间的通讯的实验、µC/OS-II消息队列的实验、µC/OS-II动态内存分配的实验、µC/OS-II互斥信号量的实验、µC/OS-II时间管理的实验、µC/OS-II事件表示组实验等实训的课程教学设计。滕艳平,贾思禹,金梅,李丽丽.基于ARM11的μC/OS-II操作系统内核移植实验的设计[J].实验技术与管理,2016,33(03):142-146.中职学校嵌入式系统实训课程教学现状分析（一）教学对象特点教学设计所针对的对象是电子类专业中职二年级的学生，他们大多数都在中考落榜，所以他们想通过学习一门技术来提升自己的能力。他们学习成绩差，但是他们的智力并不差，并且他们接受新事物的很快，动手实践能力比较强。而且他们的性格特点都是不太服输的类型，相信自己能出人头地，对自己不够自信但是却相信自己并不比别人差。并且经过一年的学习，他们从迷茫期走过来，对自己所学的专业有了更深入的理解，更加的知道自己所需要的是什么，对自己的学习也有着一定的追求，但是大部分学生觉得嵌入式系统实训课程难以理解，听了一节课之后听不懂就不愿意学了，所以做嵌入式系统实训课程设计时我们需要注意怎么样来调动学生学习的热情以及积极性，怎么样用最通俗的语言让学生理解知识。并且中职生对理论课不敢兴趣，对实践课一般都充满兴趣，他们喜欢在同伴中竞争，所以在上嵌入式系统实训课程的时候，要多给学生自主练习的机会，并且还要定期给他们进行测试，让他们的知识得以进行巩固。（二）教学学情分析嵌入式系统实训教学课程是一门电子类专业的专业课，中职电子类专业二年级的学生是我所要教授的对象，这些学生在中职一年级已经上过了一些电子类的专业课，比如PCB设计、C语言程序等专业课程，并且有了一定的C语言基础，有了一定的实践能力，对嵌入式系统实训教学课程的学习有一定的促进作用。中职二年级的学生对自己的目标也比一年级的时候更加的明确，对自己的能力也有了一定的了解，并且对自己的本专业也有了更深入的了解，实训课程对他们来说还是比较受欢迎的课程。（三）教学学时分析中职院校对嵌入式系统实训课程的课时安排是不多的，一周大概是4-6个学时，如果是以嵌入式系统为专业课的电子类专业来说这个学时的安排是远远不够的，学生基本得不到锻炼，并且许多中职院校由于资源的匮乏或者师资的紧缺等问题，大部分的学时安排基本都是嵌入式系统的理论课，给实训课安排的学时是不多的。中职学校嵌入式系统实训课程教学问题（一）教学方法传统且单一在现在许多的中职学校中，老师教授课程的时候通常采用的是传统且单一的讲授法，基本上都是“老师讲，学生听”的方式，但讲授法对于活泼好动并且喜欢实践的中职生来说是没有什么教学成效的，而且大多数的中职生在理论课的时候是不听的，基本都是实践课的时候进行学习，所以传统且单一的讲授法对于嵌入式系统课程来说是不适用的，所以在制作教学设计的时候需要特别注意这一点。（二）学校物资匮乏由于嵌入式系统实训课程需要软硬件的结合，所以在上实训课程时候我们需要准备STM32实验开发板以及PC机，许多院校是不具备的。稀少的实验设备，实验资源使用有一定的限制。嵌入式系统开发板、PC机等实验器材价格昂贵，学生无法自行进行购买，只有去到实训室才可以进行实验，学生的灵感和创意不能得到充分的发挥，而一般院校在这方面的投入不多，开发板的数量很少，所以嵌入式系统实训课程得不到很好的实践。（三）专业老师稀缺由于许多人对中职生有误解，一提到中职生都是一些“成绩差，打架多，调皮捣蛋”等不好的词语，所以导致很多的人对中职生都没有什么好印象，所以很多老师都不愿意去中职教书，导致很多有着专业技术的老师都不去中职教书，所以中职学校的很多专业老师是很缺乏的。一个任课老师代很多专业的课是许多中职学校都普遍存在的现象，所以很多老师在上嵌入式系统课程时也是半懂不懂的状态。所以师资力量的紧缺也是中职学校嵌入式系统实训课程教学中遇到的一个问题。（四）重理论，轻实践虽然嵌入式系统实训课程是一门实训课程，但是许多的中职院校由于学校物资的稀缺以及教师队伍的缺乏，所以很多的嵌入式系统实训教学还是较于“重理论，轻实践”的，这对学习嵌入式系统实训课程的学生来说是一个很大的问题，嵌入式系统实训操作作为一门实践性非常强的实践课程，如果不进行实际的操作的话，学生的实践能力是很难得到锻炼的，这方面的能力也很难得到提升。所以这也是许多中职院校在进行嵌入式系统实训课程教学时遇到的问题。（五）评价方式单一嵌入式系统主要包含硬件和软件两方面的知识，有一些学生在硬件上比较厉害，有一些学生在软件上比较的在行，所以我们在教学的时候通常利用小组讨论的方式来进行教学。但是在很多中职院校，教学的评价方式都比较的单一，基本都是教师点评的形式，这很难去挖掘每一个学生的优点，所以我们在教学评价方式上可以采用多种教学评价方式。中职学校嵌入式系统实训课程教学设计（一）多种教学方法的结合嵌入式系统是一门实训类的专业课，它集多种技术于一体，需要软硬件相结合，有软件设计和硬件调试，它能训练学生在电子设计方面的动手能力，针对大二学生在教学过程中理论知识比较好，但是实践能力不足的情况，在做教学设计的时候应该以“教师引导，学生主导”为主，教师引导学生进行实训，学生通过实训进行学习，在“学中做，做中学”。并且在做实训的过程当中难免会遇见一些关于硬件调试上的问题，这一方面所涉及的理论知识很杂，一般来说学生独立完成的难度很大，老师不但要给学生当一个正确的引路人，还要辅助其他的教学手段，比如使用演示法或者小组讨论法等教学方法来减轻学生的学习压力。在日常教学设计的环节过程中，课堂上主要运用到的教学方法有：演示法、小组讨论法、项目教学法以及任务驱动法等，通常都是这几种教学方法结合使用。1、演示法教师在课前对实训需要的操作进行相关的软硬件的演示叫演示法，在学生实训之前先对实训的内容进行演示，在演示结束后让学生进行演示，让学生先对基本的实训操作有一个最基本的了解，然后让学生在实训的过程中可以发现问题，遇见问题，然后对学生的情况进行分析，帮助他处理问题。在处理问题的时候学生可以学会知识，理解知识，加深学生对实训课内容的了解，并且使学生可以更好的了解实训的基本步骤。并且在教学的时候，可以多结合讲授法和小组讨论法来进行教学设计。2、小组讨论法把整个班的学生按人数以及各阶段成绩的学生分成若干人一组的小组，在实训开始之前对向小组布置任务或者问题让小组进行讨论，要求小组共同完成，共同解决，这样有助于学生更快的解决问题，可以让学生集思广益，互相启发，加并且让学生在小组学习中得到进步，加深对实训的理解。小组在编排的时候最好是按照各阶段层次的学生来进行分配，并且每组各层次的学生都是均等的，尽量要做到分配均匀。在教学设计中使用小组讨论法，有利于小组之间处理问题的方式多样化，让已经理解的学生可以和尚未弄懂的学生进行相互的交流。常言道，“先富带动后富，人人致富不迷路”，对于学习来说也是如此。利用先驱者效应促进小组间的交流学习，并且小组之间可以集思广益，对每个学生来说都是有益的。在教学设计中，小组讨论法可以结合项目教学法或者任务驱动法来进行教学。3、项目教学法在嵌入式系统实训课程的教学设计时，可以多采用项目教学法来进行编写教案。学生在教师的指导下，学生可以自己处理一个相对比较独立的项目，包括搜集资料、设计方案、实现项目以及最终的评价都由学生自己负责，学生自己通过对本项目的了解来进行实训，让学生在教学中得到成长REF_Ref11792\r\h。项目教学法主要以项目为主线，教师为引导，学生为主体王玉婷.基于人才培养的高职院校项目教学模式探索[J].成才之路,2021(12):10-11.REF_Ref4879\r\h。通过项目教学法，学生可以取得很大的进步，对自己的能力可以有一个很大的提升，在教学设计的过程中，项目教学法主要运用在中等难度的实训中，帮助学生提升自己的能力。王玉婷.基于人才培养的高职院校项目教学模式探索[J].成才之路,2021(12):10-11.4、任务驱动法任务驱动法是指学生在进行学习活动时，通过教师的启发，学生紧密围绕着教师布置的任务来进行实训课的操作学习。教师在上课的最开始就给学生布置所需要实现的项目，让学生有一种紧迫感，学生在问题以及任务的驱使下进行自主探索或者小组讨论互助学习。任务驱动法主要以任务为主线，教师为引导，学生为主体来进行学习王伟娜.王伟娜.“任务驱动法”教学策略指归[J].发明与创新(职业教育),2020(10):172-173.5、练习法在做嵌入式系统实训课程的教学设计时，可以使用练习法来进行教学设计。学生在教师的的指导下，运用所学到的知识进行实训练习，并且可以要求学生进行举一反三。在教学设计的过程中，教师讲授完基本知识或者演示过一遍之后，让学生进行练习。在用练习法进行教学设计时，教师要严格地要求学生，并要学生及时地向教师反馈联系的情况。在运用练习法的同时，我们还可以与前文提到的前两种教学方法来进行教学设计。多种评价方式结合使用使用多中评价方式进行评价，比如“学生自评，小组互评，教师点评”等多种评价方式进行评价。如以“LED灯的点亮”实验的评价方式为例。如下表1所示：表1：评价表项目内容分值评分标准学生自评小组互评教师总评得分扣分得分扣分得分扣分续表1理论知识40认识STM32的IO口（5）了解STM32的IO口操作流程（10）认识电路原理图（10）认识代码流程及含义（15）操作技能50掌握使用STM32的IO口操作（10）熟悉编译代码（20）熟练进行代码烧录（10）调试硬件成功（10）课堂纪律10小组纪律有序（10）总分100从“重理论，轻实践”转变为“重实践，轻理论”嵌入式系统作为一门动手实践能力很强的课程，所以在教学的时候需要大量的时间去实践，所以要加强实践课的学时安排，并且在上课的时候要注重学生的主导位置，教师只是起引导的作用，并且在做教学设计的时候要注重学生实践能力的培养，要多加强学生的动手能力，理论课应该少于实践操作课。教师自我提升现在许多中职院校的教师都是身兼数职的教师，导致许多教师的课是并非被专业课老师上的，所以教师应该多提高自己的专业知识专业水平，不断地提升自己的知识面，在中职教育中，应该持双证上岗，争做优秀且专业的“双师型”教师，并且在课余的时间还应该提升自己的专业知识，多去交流实习，加强自己的专业水平，争做学无止境的教师。中职学校嵌入式系统实训课程项目式教学设计本次嵌入式系统实训课程教学设计主要分为两个部分：一是基于STM32F030开发板外设的基本操作的实训课程教学设计，二是基于STM32的µC/OS-II的移植的实训课程教学设计。所以最后所设计出来的教学设计也分为两个部分：一是STM32F030实训教学手册，其中STM32F030实训教学手册包括点亮LED灯实验、蜂鸣器实验、按键输入实验、串口实验、外部中断实验、独立看门狗实验、窗口看门狗实验、定时器中断实验、PWM实验、ADC实验、内部温度传感器实验、数码管实验、DS18B20数字温度传感器实验以及综合测试等实验；二是µC/OS-II的移植实训教学手册。两个部分都包含了所需要学习的实训内容的课程设计，包括µC/OS-II系统实验、µC/OS-II信号量的实验、µC/OS-II时间中断的实验、µC/OS-II邮箱的实验、µC/OS-II利用邮箱实现任务之间的通讯的实验、µC/OS-II消息队列的实验、µC/OS-II动态内存分配的实验、µC/OS-II互斥信号量的实验、µC/OS-II时间管理的实验、µC/OS-II事件表示组等实验。嵌入式系统实训课程教学设计最后以项目书的形式呈现，并且每个任务都会给学生配备一个项目书，下表2是“LED灯的点亮”的项目书设计表2：项目书项目名称学习小组组长小组成员激励口号目标实施计划：续表2组长职责：纪律制度：具体任务：分组；打开编程软件，练习使用STM32基本IO口；小组成员合作探究STM32开发板的原理图，画出硬件LED的连接方式；小组分工了解跑马灯各步骤的代码，并进行编译代码；把各部分的代码结合，打开烧录软件进行下载到开发板上；下载好后，调试硬件；小组合作分析结果以及遇见的问题，最后提交实验报告；学生学我评价、小组互相评价和教师总结评价。有关要求：按照各阶段成绩的成员进行分组。确定组名和口号，对纪律提出要求。选出小组长，生成明确组长职责。探讨交流制订小组的项目分工。小组在学案的引导下，了解从项目要求一项目原理图一代码流程—编译代码—调试硬件的整个操作过程。及时记录实验过程中存在的问题，并及时向老师提问并解决。认真记录并且写好项目书，课后收上来。教学设计总结跟我所分析的学情一样，中职学生对《嵌入式系统实训课程》这一门科目的了解其实也不多，都认为它有一定的难度，所以只有小部分的院校开设这一门课程，所以我在刚开始做设计的时候是蛮困难的，但是经过我一段时间的学习，我对嵌入式系统有了一定的概念。了解之后我才开始结合学生的特点来进行教学的设计，在设计的过程中遇到了许多的问题，比如在设计的时候代码显示错误，调试不出来的等问题，通过网上学习以及导师的指导，问题才得以解决。下面我来对我的论文进行总结。内容总结表3：内容总结主要内容对STM32F030开发板进行研究学习1、STM32F030外设的学习、环境的搭建、开发板原理图的学习2、建立STM32F0标准库文件、安装KeiluVision5对µC/OS-II的移植实训进行学习对中职院校嵌入式系统实训课程教学现状进行分析对STM32开发板外设进行实训设计、对µC/OS-II进行STM32开发板的移植的实训进行设计存在的不足虽然在做教学设计之前我已经学习过一些关于嵌入式系统课本上的内容，但是理论课和实践课的教学设计往往还是有一定的差距，刚开始拿到题目的时候真的没有一点头绪。但是后来经过上网查询与学习，我对教学设计有了一定的思路。在最开始的时候，搭建STM32的环境上我都花去了好多的时间，最后经过网上视频教程的学习和导师的指导才得以解决，但是在做的过程中还是遇到了许多问题，比如说代码有问题并且调试不成功等问题，并且没有做到把许多实验结合在一起，并且实训内容想以项目的形式展现出来，但是在制作教学设计的时候并没有把知识给整合在一起，这是我的不足之处。在进行中职学校嵌入式课程的研究的时候，并没有很深入的去进行实践，并没有找到很好的去解决中职生实践课程的方法，这是我的不足之处。并且很多学校因为嵌入式系统的课程比较难，所以许多学校都不开设嵌入式系统实训过程，所