高职院校嵌入式系统课程教学改革研究

时间：2024-05-19

李俊

（1.浙江工业大学，浙江杭州 310000；2.江苏省常州技师学院，江苏常州 213000）

要求从业者掌握相关软硬件知识。社会对于嵌入式系统设计人才的需求非常大，目前很多高校多个专业都开展了嵌入式系统这门课程。嵌入式系统技术作为一门综合交叉性技术,涉及计算机、电子、通信等多门学科，并且与具体行业背景相结合，嵌入式系统及应用课程教学内容较多，硬件上涉及ARM处理器体系机构、接口技术；软件涉及汇编编程、C编程以及嵌入式操作系统的讲解，具有综合性强、实践性强的特点。因此，要想更好的发挥这门课的教学，需要我们在教法上不断突破创新。

1 课堂理论教学

1.1 比较式教学法

嵌入式系统课程教学内容包含软硬件两部分。硬件是以ARM处理器为讲解对象，这一部分内容理论知识偏多、难懂，涉及底层的ARM体系结构。如处理器模式、寻址方式、寄存器组织等；软件方面涉及汇编语言和C程序设计。其中汇编编程部分相对比较枯燥，也是学生容易产生抵触情绪的地方。这部分内容实际上与以往学过的“微机原理及应用”和“51单片机”课程有着一定联系的，这三门课程都是基于不同计算机处理器的教学，应该可以归为一个课程体系。在这一块内容的教学上引导学生把这三者加以比较，比如三种处理器的堆栈类型、寄存器结构、汇编程序，尤其是51单片机同ARM处理器一样同属于嵌入式处理器，在比较中学习会吸引学生注意力，更加印象深刻。而且引导学生站在一定的高度上整体的理解嵌入式系统各种不同类型的处理器，视野更开阔的看待问题，不要仅仅着眼于某一款芯片，更能够举一反三，触类旁通，达到教学目的。

1.2 嵌入式操作系统UCOS-II的教学

嵌入式操作系统内容讲授的是UCOS-II。操作系统是相对复杂的软件系统，需要学生具备一定的软件基础，而电子专业学生学过的软件课程有限,一般只修过C语言程序设计,没有学过“数据结构”、“算法分析”、“操作系统”等软件课程，这些都为他们学习、理解嵌入式操作系统增加了难度。如何让这些学生在有限的学时内能相对轻松的学习嵌入式操作系统UCOS-II这部分内容，是需要解决的问题。在讲解UCOS-II前可以先把UCOS源代码涉及的位图、链表等数据结构提出来强调，有利于为后续内容任务就绪表、任务控制块链表等做好铺垫。电子课件PPT的制作、讲解中尽量使用轻松易懂的风格教授学生，避免一般教材中“一本正经”的讲述风格，有利于降低这部分内容的枯燥性，提高软件功底不深的非计算机专业学生的学习兴趣。

2 课堂实验教学

2.1 实验教学的改进

嵌入式系统课程要求培养学生的实际动手设计、开发能力。在教学过程中目前主要是依靠课内实验的训练。目前的实验教学是采用学校购置的ARM实验箱，配套有相应的实验指导书，实验教学内容也就是根据该实验指导书安排相应实验项目。结合实际教学效果来看，本人认为通过这样的实验课程，学生的嵌入式系统设计能力不能得到足够的有针对性的训练。首先，嵌入式系统是软硬件结合的整体，既要有一定的软件编程能力，也要求有硬件电路设计、联合调试能力。目前选用的实验箱设备硬件上功能单元齐全，但最大的缺点是硬件电路已经设计好并已经固定，学生无法自己动手设计、连接硬件单元。实验箱硬件功能模块很全，对于初学者未必是好事，除少部分参加过电子大赛有一定基础的学生，很多学生对于硬件电路的搭建没有直观的感受，对于电路原理图不能去理解甚至不会关心。

学生无法亲自动手参与到硬件电路的设计、焊接及调试，硬件设计能力的训练得不到体现。

实验教学内容也是按照实验箱配套指导书按步骤进行软件实验，所以学生在系统接口扩展和电路设计方面能力较弱。另外由于箱体体积大，受到实验室的时间和位置的限制，学生的课外参与性大打折扣。本人认为可以换一种实验思路，通过购买小巧的开发板，涉及到硬件电路的实验由学生亲自动手设计、焊接元件，使学生有直观的感受，电路设计能力也能达到训练。开发板可以学院组织学生自费统一购买，也可以学院考虑资助一部分，课程学完学生归个人所有。以后可以自己做开发用，毕业设计时学生也能基于开发板做设计，可以说一次投资以后都受用。而且开发板体积小巧、携带方便，下课学生可以带回宿舍使用，不局限在实验室。这样既解决了实验学时不足的问题，又能使学生做复杂性的实验项目，使课外实验更实用、灵活、有效。

2.2 强化实验操作考核

每次实验课堂上根据学生的完成情况，每组学生完成实验时，通过对他们分别提出针对本次实验的相关问题。学生有没有亲自动手做实验，积极思考，结果一目了然，根据回答情况酌情打分，记录在平时实验成绩上，最后汇总整个课程成绩。通过这种方式给学生以适当压力，部分学生懒于动手，只等着其他同学作出实验结果坐享其成的现象得到解决，学生会认真对待实验项目，真正地投入到动手实验过程，从而提高实际动手能力。

3 项目化教学

各章教学内容讲解完后，学生掌握的还只是分散的、孤立的个知识点，嵌入式技术最终要应用到一个具体的系统中。在教学的最后要引入一个具体的嵌入式系统实例，“庖丁解牛”地将系统分解，将其中的技术分解落实到相关的章节中，让学生建立系统的概念，认识到学习这些知识的意义所在，不仅要掌握“学了什么”，更要知道“学了有什么用”，当要设计一个系统时如何下手，会将所学知识整合。

4 第二课堂活动的开展

课程的教学不应该紧紧局限在有限的课堂空间，积极开展有效的第二课堂也是巩固学生所学的重要并且有效的手段。

4.1 课后科研训练

在课堂外，引导能力突出的学生参与教师的相关研究课题，申报大学生创新项目，积极参加各类电子设计大赛,如“飞思卡尔”杯全国智能汽车大赛、全国大学生电子设计大赛等。在这些活动中，学生的动手能力、团队协作能力、新知识获取能力能够得到切实的锻炼，可以成为课堂教学的有效补充，而这些也是一名嵌入式系统设计人员必须具备的能力。从已有的学生参赛结果情况看，本专业学生在各类电子设计大赛中积极参与，也取得了不错的成绩。