以培养实践能力为切入点的嵌入式课程教学改革探讨

摘要：嵌入式课程的目标是培养学生实践能力，以嵌入式课程的改革为切入点，以广西民族师范学院通信工程专业为例，探讨了如何从理论知识、实践项目以及以科学竞赛带动课程等多个方面进行课程改革，以达到充分培养学生的专业实践能力，提高学生职业能力的目的。

关键词：嵌入式教学；实践能力；实践教学

作者简介：梁冀（1985-），女，广西贵港人，广西民族师范学院物理与电子工程系，讲师；蒋志年（1965-），男，壮族，广西宾阳人，广西民族师范学院物理与电子工程系，副教授。（广西 崇左 532200）

基金项目：本文系广西民族师范学院2013年教育教学改革研究项目（项目编号：JGYB201322）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0119-02

近年来，随着嵌入式系统在通信、电子、工业、网络等领域的应用越来越广泛，人才需求也越来越旺盛，各高校都相继开设了嵌入式系统相关课程。[1]嵌入式系统是通信类和电子信息类专业的一门实践性很强的后续课程，是专用于培养学生实践能力的系统课程中很重要的一门。但由于嵌入式系统所包含的基础知识非常多，涉及的知识内容相当广，学科随着应用的发展迅猛，知识的更新相当快，开设课程课时偏少尤其是实践课时严重缺乏，[2]导致了高校中嵌入式系统课程的学习远远跟不上嵌入式系统技术的发展趋势，直接造成了学生实践能力跟不上实际生活领域的应用和相关实践人才的缺乏。

根据嵌入式系统课程的特点，结合广西民族师范学院（以下简称“我校”）通信类和电子信息类专业实践能力、职业能力的培养目标以及学生的学习特点，在嵌入式系统课程教学过程当中，以培养学生实践能力为切入点，在嵌入式系统教学内容、教学方式和教学方法等方面，遵循由易到简、由基础过渡到综合的原则基础上，进行了一系列的教学改革与探索，[3]使得嵌入式系统教学分别从理论知识、实验操作、实际应用的设计三方面相互提携，全面提升课程的教学效果，提高学生的实践能力，提升学生的职业能力。

一、软硬件理论方面知识教学改革

嵌入式系统是一门实践应用性很强的课程，在课程理论知识的深度上，并没有也不需要知识深度的要求，更多是介绍处理器的各个模块各种功能的性能特点、相关寄存器以及使用要求、步骤。但是课程所需要的知识广度要求却相当高，如课程需要学生具备有“电路基础”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“微机原理”、“汇编语言”、“C语言”、“单片机”等相关方面的知识，而学生在学习过程当中广度远远不够，这就要求在理论知识的教学方面，根据课程的特点，做出相对应的调整、改革，以满足课程教学的要求。

1.教材

目前，市场上关于嵌入式系统方面的教材种类相当多，内容分布各具特点，但缺乏一本权威的教材。而因为嵌入式技术更新相当快的特点，想要选择一本内容和难度方面都非常合适的教材很难，为了更好完成教学目标，同时结合我校的实验设备，笔者选择了周立功先生主编的《ARM嵌入式系统基础教程》作为教参。结合实际情况，添加相关部分的内容，教参只是教学内容的参考，不拘泥于教材，具体的教学内容必须要跟学生的具体知识结构、专业基础结合起来。在51单片机的基础之上，开展软硬件协同开发的理论教学，主张缺什么补什么，有什么省略什么，多本教材多方面知识协同，强化教学内容。

2.教学模式、方法

传统的教学，往往是教师在授课前先设置好教学大纲，然后按照教学大纲设置内容，通过教师的讲解、授课，让学生能够掌握相关知识点，做好理论准备。然而，这种教学模式并不适合实践性很强的嵌入式系统教学，不能激发学生的学习兴趣，学生的学习能动性较差，不能学以致用，这对培养学生的实践能力非常不利。

针对这些实际情况，笔者在嵌入式系统教学的过程当中更加注重理论与实际的结合，教学内容尽量做到一边讲解知识点，一边对该知识点的相关原理过程进行演示，加强教学立体效果。因此，在我校的嵌入式系统教学过程当中，笔者主要通过在理论教学中采用现代计算机仿真技术，如proteus加IAR软件仿真等，将嵌入式系统各个模块各种功能的工作原理、工作过程等看不见摸不着的抽象过程具体化、形象化，让学生更加直观了解、掌握课程的重点、难点；同时充分利用现代教育技术的辅助作用，利用多媒体技术容量大、图文并茂的生动特点，将课本中一些难以理解的知识点，通过动画演示，是学生能够形象地理解一些抽象的理论知识，调动学生视觉、听觉等各方面的感观，变抽象为具体，充分调动学生的学习兴趣、积极性；而在理论教学的方法上，笔者主要采用的是分类法、比拟法，把嵌入式系统的众多知识点按照模块进行分类，把种类繁多的知识点分成有序的模块。同时，将各个分类好的模块与之前开设的51单片机进行一个类比学习，充分利用之前学习51单片机的知识、经验，以达到提高教学效果的目的。

3.共享学习资源

在课程教学过程当中，笔者主要通过自己建立的网络课堂进行学习交流，同时给学生介绍一些著名的学习网站，如21IC网、电子工程师网等。通过这些网络资源，使同学们能充分了解行业的发展情况，通过与工作经验丰富的工程师进行在线交流，也能培养学生的专业兴趣，提高学生课外解决问题的能力；而另外一方面，在课余的时间，笔者也尽可能地邀请行业内的嵌入式系统开发技术工程师来校做一些相关方面的学术报告，使学生能更直接地接触专业技术人员，更深入体会行业的风范。课外与课堂的有机结合，充分保证学习的效果，为培养学生的实践能力、职业能力做好理论铺垫。

二、实践操作教学改革

实践能力的培养体现在通信工程专业学生身上，就是通过教学和训练，使得学生具有实际产品设计的总体意识，依据这种意识掌握、运用相关科学技术，实现产品的总体设计。这要求在实践课程教学当中有目的有意识地引导、培养学生，因此，实践操作的教学在嵌入式课程教学当中更为重要。

基于以上因素的考虑，在我校的嵌入式系统实践教学当中，主要依托嵌入式系统开发实验室，利用ARM7开发系统，将嵌入式实践教学融入“两种模式，三个阶段”的团队学习模式。所谓两种模式，就是课堂必修训练模式和课外开放实验室训练模式。而三个阶段，指的是基础验证实验阶段、综合实验阶段和设计性实验阶段。

在实践教学阶段，笔者将整个教学过程分为三个阶段，其中基础性试验阶段主要用于熟悉和巩固嵌入式系统各个模块的功能。初步掌握独立模块使用的方法、步骤，这部分的实验课时设置相对缩短，保证只占整个实践课时的五分之一左右。掌握独立模块的使用后，紧接着要进入综合实验阶段，在这个阶段主要设置一些综合性较强的实验，在一个实验当中，将会同时使用三个或者三个以上的模块，这样，通过这部分实验主要培养学生的调节能力，使学生逐渐掌握同时使用多个模块时，各个模块之间该如何调节，如何关联，这阶段较为关键，主要占据实践教学的一半课时。最后，为了巩固学生的综合能力，同时也为了培养学生的实际应用能力，笔者将设置1～2个的设计性实验，让学生利用嵌入式技术去动手设计一个小产品，完整地体验一个小产品的开发过程，达到课程教学的真正目的，这一部分的课时占据课程的大概2/5的课时。

当然，在这三个阶段实施的过程当中，不仅仅只是在课堂上利用课堂教学时间让学生在实验室真正地学习、操作，更重要的是必须要提供一个课外的实验室开放学习模式。不仅只是在嵌入式的教学期间，在整个大学生涯期间嵌入式实验室利用专人负责管理，全天候开放环境的模式，为广大的学生们提供一个开放式学习环境。学生可以在任何有空余的时间，有学习想法的时候，随时进入实验室进行开发学习，展宽他们的学习机会以及为学习提供必要的帮助。同时，考虑到学生的实际基础各有不同以及嵌入式系统所需知识的广度太大，学生单人实践，学习效果将会产生参差不齐的状况，效果非常有限，因此，在实施两种模式，三个阶段的实践教学过程当中，将学生分成若干个团队进行实践练习。一方面，可以促进学生之间的学习交流，使他们能够取长补短，彼此之间深入探索问题，共同合作，增进学习效果的同时，也逐渐培养学生一种团队合作的意识和习惯，为将来走上职业岗位做好充分的准备。

三、以赛带练，强化实践

嵌入式系统是一门实践为主的课程，尽管笔者在课程教学过程中有意识地偏向实践教学，但毕竟实践教学都处于实验室教学，实验室操作开发阶段，即使在实践教学过程中为了弥补这个缺点加入了设计性试验的环节，但实践教学证明，这个过程虽然具备一定的效果，但由于设计性实践教学课时较短，只能设置一两个较为简单的小应用设计，与实际应用当中真正做一个嵌入式系统开发的过程差别较大。因此需要为学生提供一个更加具备挑战性，更加接近实际应用的一种锻炼机会，那就是组织学生参加各种学科设计竞赛，[4]比如全国大学生电子设计竞赛、广西区电子设计竞赛等。在这些权威的学科竞赛当中，每一年都有嵌入式系统相关的开发设计，并且严格规定设计要求、设计时间，学生的参与面非常广。通过组织学生参加这样一些设计比赛，以比赛带动练习，使学生能够学会应用自己所学的知识去解决产品开发的问题，同时充分体会产品设计过程，掌握产品设计过程当中应该怎么做，遇到问题该如何解决等，参加学科设计竞赛，以赛带练。通过这样一种延伸式的实践教学，真正使学生的实践能力、职业能力得到很好的锻炼，从根本上提高我校通信工程的人才培养质量。

四、总结

为了适合社会的需求，也为了使得学生能够更好地进入社会，笔者在通信类及电子类专业的培养过程中必须时刻调整，注意培养学生的实践能力、职业能力。作为通信类及电子类专业实践课程的最后一类课程，嵌入式系统课程的教学有着十分重要的作用，嵌入式系统的教学改革，从一定程度上，影响着学生的培养质量。我校通过一系列理论、实践及延伸式实践的改革，在理论教学时，注意抓重点，抓知识广度，理论与实践相结合，将抽象的理论知识具体化、形象化。在实践教学上，根据我校的实际采用了“两种模式，三个阶段”的团队式学习模式的改革，不仅从教学的角度，更重要的是在实践的角度进行改革，并且通过权威性的学科设计竞赛，充分带动学生的学习、训练，使学生的实践能力、职业能力得到了最充分的锻炼。实践证明，这样的教学改革深得我校通信类及电子类学生的认可及肯定，带动了学生的学习兴趣。组织学生参加各类的学科竞赛都有省部级、地厅级等各方面的奖励，毕业生走向工作岗位也受到了用人单位的一致肯定，这使得我校的人才培养质量得到了进一步的提高。

参考文献：

[1]王慧娟.嵌入式课程中实践教学的探讨[J].北华航天工业学院学报，2011，21（5）：54-56.

[2]陈小梅.加强实践教学培养应用型技能人才[J].科教文汇（中旬刊），2007，（3）：109-110.

[3]刘书勇，武俊鹏，张国印.基于嵌入式技术的计算机接口实验课教学改革[J].计算机教育，2009，（8）：93-95.

[4]姚有峰，张斌，聂丽.从电子设计竞赛谈实践教学改革与创新能力培养[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：140-142.