嵌入式系统实验教学模式研究

【摘要】嵌入式技术是新世纪的高新技术，具有很强的实践性、综合性和应用性。通过对实验教学课程的特点进行分析，探讨了现阶段嵌入式系统课程实验教学的现状，并针对实验教学的特点改进实验教学方法，旨在更好的提高学生的动手能力和设计创新能力。

【关键词】嵌入式;实验教学;模式研究

随着电子技术和信息技术的快速发展及嵌入式硬件技术与软件技术的不断成熟，嵌入式系统的应用越来越广泛，对嵌入式产品开发人才的需求增大。因此，许多高校都开设了嵌入式系统开发方面的系列课程。由于嵌入式系统课程涉及的知识面宽、实践性强，对实验教学的要求较高，包括实验教师、硬件配置、实验项目的设置等[1]。因此，作为对新技术研究和探索最活跃的群体，高等院校如何接受嵌入式技术带来的挑战，尽快开设嵌入式系统的相关理论与实验课程，并逐渐形成较规范的教学体系已成为一个重要的研究课题。

1 嵌入式系统实验教学方法出现的问题

嵌入式系统课程有一定的难度，在实验环节上同其他成熟课程相比还有较大差距，现在的实验教学方法主要存在以下几点问题：

1.1 硬件知识和应用能力较差

由于软件工程专业的学生本身对硬件课程学习不够深入，因此学生无论是对嵌入式的理论还是还是实验都缺乏足够的了解，所投入的时间和精力远远比不上在软件方面的学习，结果造成软件工程专业学生的硬件知识和应用能力普遍较差。

1.2 实验课程和理论相脱节[1]

实验课程和理论课程不匹配，常常是实验课程和理论课程各自为战，成为两个互不相干的课程，如经常是理论课程还未学习的内容，而实验课程已经进行[2]，或者是理论课程正在学习利用嵌入式完成对键盘的识别等相关知识，而实验却是学习利用嵌入式完成对LCD的控制。此情况不利于学生对知识的接收和对知识系统掌握以及实际应用。

1.3 过分依赖现有的实验平台

随着实验平台的完善和丰富，很多本身需要由学生独立完成的部分，都由实验平台的某些模块所替代，因此在实验过程中很多步骤无需学生亲自动手，只要按照实验说明的步骤操作即可，而其中的某些原理学生在实验中根本不用理会，虽然降低了实验难度，但使学生对整个实验过程缺乏整体的理解，严重影响了学生的创造能力。

1.4 缺乏自主创新实验

在嵌入式实验体系中，多数实验都是按照实验手册提供的已有实验，并按照一定的顺序完成的一系列实验，很少是利用实验仿真开发系统平台开发的具有自己特色的实验，整个实验体系过于僵化和形式化[3]。嵌入式仿真系统不仅是一个实验系统，也是一个仿真开发系统，应当充分利用现有的软硬件资源和师资开发具有自己特色和方向的嵌入式系统实验。

2 嵌入式系统实验教学方法的改进

针对以上问题，为了提高实验教学的效果，有以下几点新建议：

2.1 引导基础较好、自学能力较强的学生组成兴趣小组激发、提高其他学生的求知兴趣

兴趣小组一般由2-3名专业教师和若干名学生组成，以学校成立的计算机创新基地为平台，开展嵌入式方面的技术探讨。对于课程学得好的学生，按照全国大学生电子设计大赛的要求，进行项目开发训练，也可参与到教师平时的科研中，增加手动机会，并在科研中进一步培养学生的科研兴趣，形成良性循环。对于取得的研究成果，可以引导学生撰写论文，并能在学生中起到表率作用。当完成某个项目后，学生会有很强的成就感，学习的主动性也大大增强，从而带动其他学生加入到兴趣小组。

2.2 规划好实验步骤，规范化实验课程程序，完善相关管理制度

将实验步骤以实验指导书的形式体现;实验时由老师讲解，并演示操作步骤;学生开始实验操作时教师要明确实验项目的目标和要求，在实验过程中适时提供指导;实验结束后要求学生按标准格式书写实验报告，教师及时批改和总结。

2.3 根据所学的理论课程，将实验项目合理组合搭配

由于嵌入式系统涉及到多门专业基础课，实验课时又有限，在理论教学中，将硬件电路设计和软件设计的要求，特点及处理器的端口选择、芯片的选择等除了在课上讲授之外，还要作为多个大作业布置给学生，学生可以自主选择大作业的不同内容，利用理论课为实验课做好充足的课前准备，力争提炼出设计、综合和创新层次。确保硬件电路正确，合理选择元器件。只有真正理解电路的原理，才会在实验课上，线路连结正确，焊接无误，才会在硬件电路出问题时，快速查处原因，及时采取正确措施，才会使实验课上知其然知其所以然，而不是盲目的跟着实验步骤做实验，从而真正提高学生掌握设计、制备、焊接和调试的系统流程[4]。

2.4 采用分层次实验项目设计的方法

在嵌入式系统课程实验项目的设置过程中，根据学生对所需知识的掌握程度、运用水平以及动手能力循序渐进地组织安排实验内容，而且前后实验内容要有一定的关联性。另外，由于学生的基础状况有差异，可将实验教学体系设计为几个层次，并且每个层次安排一定得必修实验和选修实验：

1）简单验证型（基础型）实验

这部分实验，是每个学生必须完成的，旨在使学生了解开发环境和开发流程，掌握实验开发工具的使用方法，熟悉软件编程环境，根据实验指导书的内容进行实验的调试，读懂实验源程序和程序运行过程，使学生能够进行修改、组合和补充的应用编程。

2）提高型实验

这部分实验安排从操作系统的移植到应用程序的设计和编程，循序渐进地让学生了解基于嵌入式操作系统的开发的全过程。

3）综合应用设计型实验

这部分实验是提供给基础较好、自学能力强的学生深入学习的，他们希望能够对嵌入式系统理论有更深入的掌握，并有更多的实践机会进行综合课题的设计。这种综合型课题设计，作为学生的毕业设计课题进行，内容涉及多门课程的知识。这部分学生不仅要进行软件的设计和编制，还要进一步进行软硬件的联合调试，建立起不同课程之间的知识的有机联系，掌握不同设备的联合使用与操作，培养综合运用各学科知识的能力，将嵌入式实验体系引入具有一定应用价值和具有自己特色的实验课题，扩大学生的知识面，加深学生对嵌入式知识领域的更深层次的认识。

3 结束语

本文通过对实验教学方法改进，提高学生对实验的积极主动性以及创新能力。同时考虑到学生的层次不同，让学生由浅入深，从而掌握嵌入式系统的基本知识和设计方法。总之，实验教学方案要紧跟嵌入式技术前沿的快速发展，及时更新嵌入式系统实验内容，灵活自主地选择和设计方案，培养出技术创新能力强的嵌入式软件工程人才。

参考文献：

[1]孙冬玲，石凡，于军.探究性学习实验环境的建设与探究[J].科技信息，2013（18）：439

[2]冼进，贾德良，毕盛.嵌入式系统实验课的教学改革初探[J].实验室研究与探索，2011，30（8）：282-284，288.

[3]谢东.嵌入式系统实验课程教学改革及实验装置开发[J].计算机教育，2010（10）：30-33.研究与探索，2009，28（4）：175-177，181.

[4]徐志江，王丽婷，孟利民.通信专业嵌入式系统实验教学设计[J].计算机教育，2011（17）：108-109，112.

基金项目：重庆师范大学高等教育教学改革研究项目“嵌入式软件工程综合创新实验培养模式研究”;重庆师范大学高等教育教学改革研究项目“基于CDIO、面向课程群的软件工程专业综合案例库建设与教学方法研究”。