嵌入式系统教学中学生能力提升探索

摘要：在嵌入式系统教学中，如何提升学生能力，需要从各个角度分析嵌入式系统课程中知识框架。为了全面了解学生并提升学生能力，笔者从理论与实践、硬件与软件两个互补对立层面对嵌入式系统教学过程进行了探索研究。结合课堂理论教学、实验教学、实验实践等多种方式了解学生能力，并有针对性地对学生能力进行提升。改革结果表明，较大程度上激发了学生的学习兴趣，提升了教学质量和学生能力。

关键词：嵌入式系统；教学改革；能力提升

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0221-02

嵌入式系统是高等学校电子信息、计算机、自动化等本科高年级学生的一门专业技能课程，是以应用为核心、以计算机技术为基础、涉及微电子技术、电工电子技术、微机原理等多门学科的综合学科。从各个角度分析嵌入式系统课程中知识框架，与学生兴趣相结合，真正做到学以致用，提升学生能力，是目前所有工科类课程面临的一个重要问题。为此，笔者针对嵌入式系统教学过程，开展名为“嵌入式系统教学中学生能力提升探索”的教学改革尝试，并初步收到积极效果。该教学改革理念也可为微机原理、可编程逻辑器件、DSP技术原理等类似课程提供参考。

一、课程特点及主要存在问题

嵌入式系统是高年级课程，有很强的工程实践性和知识综合应用性，要求学生联系先修课程，结合新知识，灵活融汇分析并解决实际工程问题的能力。教学中，需要任课老师既重视理论知识的传授，又要培养学生的工程应用能力。笔者结合工作中对嵌入式系统教学的体会，对该课程特点及主要存在问题总结如下：

1.联系广，理解难。要较好地把握嵌入式系统内容，必须对先修课程有很好的学习基础，能较好地将从低年级以来的专业课联系起来，才能深入理解本门课程内容。比如要很好地理解嵌入式系统触摸屏的原理及编写相应程序，必须理解触摸屏内部结构。其内部结构框图中涉及多个MOS管组成的模拟电路，需要学生很好理解NMOS、PMOS不同的通断过程及对电路的影响。如果学生不熟悉MOS管的通断原理，而单纯靠记忆来使用触摸屏，则很难做到活学活用。

由于学生水平及能力各不相同，为了使大部分学生能较好地学懂所讲授内容，则需要老师在讲新知识之前花时间复习修课程的相关内容概念。然而这种做法势必导致第二个问题：占用本来有限的课时。

2.学时少，内容多。近年来，由于推广素质教育，各门课程理论教学时间不断缩减。以笔者所讲授的嵌入式系统课程为例，理论课时仅仅为22学时，该学时远远少于专业必修课，且随着嵌入式技术日新月异，该门课程除了课本内容外，还需要补充其他与现代技术接轨的新内容。因此，如何精选每节课授课内容，在有限的课堂时间内使学生掌握到尽量多的内容，且不感到枯燥无味，是嵌入式系统等工科类课程普遍存在的问题之一。

3.实验旧，扩展难。由于课时安排原因，本门课程仅配套3个实验，且实验与理论课程不对应，所使用的实验箱年代较久，不能与现代新技术接轨，且无法在原有基础上进行扩展，只能进行某些简单的功能性验证的实验。如何通过实验辅助理论教学，提升学生能力水平，也是课程教学中需要解决的问题之一。

二、教学过程学生能力提升探索

针对上述存在问题，必须在教学过程中克服客观困难，调动学生的学习兴趣及积极性，从而实现学生能力提升的效果。为此，围绕嵌入式系统教学中的两大难点，笔者开展了学生能力提升的探索改革。

1.学生理论知识与实践能力的提升探索。理论指导实践，实践验证理论，因此对于工科学生来说，不能一味注重实践，也不能只懂得纸上谈兵的理论，需要理论和实践能力相辅相成，才能得到能力提升。然而，笔者在教学过程中发现，由于学生个体差异，能力倾向不同，有些学生注重实践锻炼，然而理论知识并未提升，有些同学只注重理论知识，工程实践能力不足。且大部分学生理论与实践知识的反馈提升能力不够。

以笔者讲授嵌入式系统液晶屏内容为例，对于使用液晶触摸屏，设计的理论知识包括：液晶屏的分类――TFT屏和STN屏；显示颜色――单色和彩色；灰度等级――单色、4级、16级；彩色等级――STN屏为256色和4096色，TFT屏非调色板为64K色和16M色，TFT屏调色板为256色等等。如果学生不懂得上述理论知识，在实际操作中，则不能很好地编写合适程序调试出预期效果。然而，仅仅懂得上述理论内容也不够，还需要考虑其他实际工程问题，比如：TFT屏的电路连接方式与STN屏是否一致？STN屏的驱动电流需要多大才合适，且不至于导致液晶屏过亮或过热？采用何种驱动器性价比更高？等等。上述问题并不只是理论，而是跟实际工程实践相关。

鉴于此，针对如何提升学生的理论知识与实践能力的问题，首先，笔者在课堂上对于基础理论知识，如液晶屏的分类、灰度及彩色等级等内容均予以清楚阐述；另外，通过课程设计、创新实验项目、实验课程等环节，提升学生的动手能力；最后，针对实验中出现的问题及失败现象，鼓励学生从理论上找到原因后再反复实践验证，达到理论与实践相辅相成且共同提高的目的。

2.学生硬件与软件知识的提升探索。对于电子及自动化等专业学生来说，嵌入式系统课程不仅要掌握软件编程，而且要掌握硬件电路设计能力，软硬件知识结合，才能较好地完成工程项目。

然而，由于先修课程学生水平及倾向不同，面对同一个系统问题，有些同学在电路基础、模拟电子技术等课程上掌握较好且较有兴趣，会比较倾向使用硬件方法来解决问题，而有些同学对于C语言程序编程、数字电路等课程把握较好，会倾向于通过软件编程方法来处理问题。

对于简单系统，上述两种方法均是可取的。但是对于功能复杂的系统，不可能仅采用单一硬件或者软件解决问题，需要考虑各方面因素，软硬件结合起来应用。因此，要求学生不仅掌握硬件电路设计能力，对于软件编程能力的具备同样也是必须的。

在提升学生硬件和软件综合设计能力问题上，笔者首先在课堂上给出案例，启发学生提出各种不同软硬件设计方案；进一步，布置工程案例作为课后作业，要求学生设计或列举出多种设计方案，综合比较可行方案；最后，布置一个贯穿本门课程的课程设计，该设计需要涉及硬件电路及软件编程，通过该课程设计的完成，最终达到提升学生硬件电路设计与软件编程能力的目的。

三、教学成效

笔者将上述教学改革内容用于嵌入式系统教学过程中，收到了较好的效果。通过问卷调查和课后反馈访谈，学生普遍反映能将先修电子知识与嵌入式系统联系起来，且在此过程中，学生的学习兴趣和能力均得到了提升。通过课堂案例引入及分析，提升了学生对嵌入式系统的工程应用能力和设计能力。笔者相信，所开展的教学改革探索在一定程度上提升了学生对嵌入式产品进行软硬件综合设计的能力，增强了学生对嵌入式系统最新动态追踪的兴趣、对相关领域深入学习的信心。

四、结束语

在深入了解嵌入式系统课程特点、现状和不足的基础上，笔者结合自己的实际教学切身体会，对嵌入式系统开展了教学改革探索。着重从理论与实践、硬件与软件上对学生能力进行提升。实践表明，该类措施较大程度上激发了学生的学习兴趣及其主观能动性，提升了教学质量和学生能力。

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基金项目：国家自然科学基金（No.61307124），汕头大学科研启动基金（No.NTF12022），汕头大学青年科研基金（No.YR12005），汕头市科技计划项目（No.2013-14），2013年度汕头大学先进本科教育教学改革专项基金资助。

作者简介：叶玮琳（1984-），女，广东省潮州市人，博士，讲师，研究方向：电路系统、嵌入式系统、红外光电检测。