项目驱动在嵌入式系统实验教学改革中的初探

摘 要：从嵌入式系统实验教学现状出发，针对已存在的问题和实验总体目标要求，初探以项目驱动的嵌入式实验教学改革模式：项目激发学习兴趣，围绕项目需求合理安排实验内容，进而分组完成综合实验，最后总结项目并展望嵌入式新知识指引继续学习。该教学方法因材施教，能培养学生嵌入式系统项目开发的基本能力。

关键词：项目驱动 嵌入式系统 实验教学改革

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）05（a）-0023-02

随着不断更新的嵌入式技术在智能通讯、消费电子、医疗仪器、航天航空等领域的广泛应用，嵌入式技术正在成为高校学科方向建设或开设为选修课程，课程教学和实验内容紧跟技术前沿有了更高的要求，如何对嵌入式系统课程的理论与实验教学进行改革，期望形成适合本院校特色的课程内容和教学方法是当前各类院校共同探索的重点[1]。

本文结合本校应用型人才培养方案的教学实际，提出以项目驱动的嵌入式系统实验创新实践教学模式，围绕综合实验项目展开，培养学生掌握嵌入式系统的硬件基本体系和结构、系统运行模式、嵌入式软件开发流程、系统调试、验证和测试方法等，使学生具备基本的嵌入式项目开发知识和能力。

1 嵌入式系统实验教学现状

1.1 嵌入式系统实验教学的目标和特点

全面了解嵌入式系统实验教学特点对教学和改革非常必要，其主要特点有：（1）实践性。学生必须亲自实践，设计方案，动手操作，才能真正将知识为已所用，若没有认真完成实验，嵌入式系统课程学习犹如纸上谈兵；（2）系统性。嵌入式统课程涵盖面较宽，底层硬件是基本，嵌入式操作系统是重点，多种开发平台和多种软件使用是突破口，嵌入式系统开发应用的所涉及到的相关程序设计是关键……（3）创新性。嵌入式系统知识技术更新快，在实验内容上，应该加入创新的元素，学生也应需要在实验中有自己独立的见解和想法，而不是单纯完成教师分配的任务[2]。

总之，在嵌入式系统教学过程中，把握嵌入式技术应用性强、涉及领域广、技术更新快等特点，注重理论与实践教学环节紧密结合，强化实验教学落到细节，以培养学生动手实践能力、综合应用能力和创新能力为主要目标。

1.2 嵌入式系统课程实验教学的不足

虽然目前众多高校日益重视嵌入式系统实验教学，但效果一直欠佳，仍表现出很多薄弱和不足之处。首先，实验内容安排不合理，实验内容简单。验证性实验过多，学生自己动手的设计性实验少；单一性基础实验多，综合性开发实验少；基础实验多，反映嵌入式最先进技术的实验内容少，从而导致实验教学流于形式，造成学生学完课程之后不知道如何应用，对嵌入式技术还停留在理论阶段。其次，嵌入式实验设置与实验室资源配置不合理。部分实验设备落后，难以与快速发展的嵌入式硬件与软件开发同步；实验资源长期闲置，利用率低；实验室管理制度过于死板，课后作业无法到实验室完成或继续学习。再有，很多高校师资力量薄弱，学生知识水平参次不齐，实验教学往往辅导不到位，导致个别学生无法及时解决问题则中途放弃。最后，嵌入式实验课程体系陈旧，与企业要求严重脱轨，学生毕业后就业形式严峻，就业后不能很快进入工作岗位，有的甚至还需要进行第二次培训[3]……

2 项目驱动的嵌入式系统实验教学

针对嵌入式系统课程特点和现状，初步探索与尝试项目驱动的教学模式，合理设计实验项目内容和方式，让项目实践教学贯穿于课程体系结构，从而提高实验室资源，调动学生学习主观能动性，形成教学相长良性局面。具体的说，项目驱动化教学，就是以项目为载体，将课程讲授的主要内容穿插其中，注重课程理论体系的完整性，达到理论实践一体化、传授知识与培养能力一体化、“教、学、做”一体化的培养工程人才的教学方法，这种教学模式比较适合那些实践性较强的课程[4～5]。

教师选择项目应具有实用性、典型性、综合性、趣味性和可行性，采取“项目引导、任务驱动、边讲边做、讲做结合”的教学模式，且项目精心准备并成功实现，对各细节实现访求及理论知识比较熟悉。当然，项目化教学方法的实施过程中也存在一定的困难，它要求教学的硬件资源比较齐全，实验室管理方案合理、师资配备得力等。

3 项目驱动的嵌入式系统实验教学尝试

3.1 项目驱动激发学生学习兴趣

教育学家斯金纳曾言：“在教学中成功的设计问题，有利于激发学生积极主动去思考，有利于学生运用已有知识去获得新知识或解决新问题。”可见，问题设计是教学活动中促进学生实践创新能力主动发展的重要环节[5]。这里的项目驱动即是问题设计。

说明与课程相关的完整的项目详情，详细描述项目需求、主要功能、预期的目标，及当前项目的基本现状。重点演示项目实现后的效果，如果受实验条件或时间等因素的限制，课堂难以逐步展示实现过程时，可灵活借用其他方式，如图文并茂的详细文档、屏幕录制的视频、生动形象的动画片等。利用展示的实现结果为契机，通过生动的描述激发学生的学习兴趣，力图使学生产生强烈的求知欲望，让他们接下来的学习有目标，方向明确！

同时，在项目分析与描述时，根据项目实现的各个环节把课程理论与实践完整的串连起来，列举出各章节的重点难点，说明各重点难点在项目中是怎么实现的，学生对照课程目录及项目实现的过程，能初步理解嵌入式系统开发的基本流程，实现方法等。

3.2 根据项目需求合理安排实验内容

根据专业侧重点不同，随着理论课的进度，以项目内容和实验环境等方面，合理安排实验课，做到简单实验与复杂实验、验证性实验与综合性实验、课堂实验与课后实验全面且有代表性。下以设计实现“远程视频监控系统”为例，针对软件工程专业学生，硬件实验侧重硬件选择和简单调试，软件方面安排嵌入式操作系统（如嵌入式Linux）移植、文件系统移植、Boa服务器配置与移植等，除此而外，环境搭建实验、程序设计实验也必不可少[6]。基础实验安排不在多，而在于实用性，让学生顺利完成逐个实验，以此树立自信，在不断取得的小成就感支配下，进而主动强化理论学习并利用课后再实践，直到完成项目。

3.3 分组完成综合实验

全班同学完成系列简单基础实验后，综合实验则在此基础上稍做调整，并添加创新的元素，以实现项目主要功能。根据实验需要，把综合实验细分几大部分，全班同学按能力水平、兴趣爱好分组，把基础实验过程中发现基础较好、悟性较高、动手能力较强、在某些方面有优势的同学任命为小组长。如上项目可尝试以下分组方案：动手能力相对较弱、语言组织能力较好的学生分为一组，负责书写整理需求分析和设计文档，写文档时与其他成员相互沟通与交流，因此也可增强实践能力；操作系统方面基础较好的同学分为一组，主要搭建实验环境，并向下一组实验同学提供环境的详情，如共享文件（源码、库、工具软件等）放在什么位置，有哪些服务器，什么版本的交叉编译工具链及其他细节；硬件基础扎实的同学们分为一组，移植嵌入式操作系统内核（一定要在内核中加载USB摄像头驱动）；软件应用能力较好的同学们为一组，配置和移植Boa服务器制并作根文件系统；C/C++编程能力较好成为一组负责CGI脚本设计；最后一组是系统测试，这要求各方面能力较强的同学完成……这种分组实现、组长负责的实验教学方式，遵循因材施教的原则，各小组相互沟通，相互学习，且能增强同学们的团队精神。

3.4 项目总结与期望

综合实验的顺利完成并不代表是项目驱动的嵌入式实验教学的最终目标，对项目进行总结与展望能让一段时间的理论与实践学习取得事半功倍的进步。以讲座或报告的方式，各小组分别汇报各自的主要工作，各成员的经验，如何攻克遇到的什么难题，各自关键的技术在哪里……汇报的小组主要发言人不一定是小组长，但一定是集各成员的总结与收获。总结课堂师生畅所欲言，为项目提出新的期望，并讨论下一步如何去实现，去完善，为嵌入式系统相关知识再学习导航。

4 结语

本项目驱动的教学模式是嵌入式实验教学改革的初步探索与尝试，克服了当前嵌入式实验中不足的现象，合理安排实验内容，充分利用实验资源，且能调动学生积极性，基本做到了因材施教，教学相长。如何不断的实现项目创新的元素，是嵌入式实验教学一直追求的重点和难点。

参考文献

[1] 冯小燕，陈昌兴.地方高校嵌入式实践教学体系的构建[J].实验室科学与技术，2011，9（1）：98-100.

[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）：282-283.

[3] 张腾飞，郭前岗，王保云.嵌入式系统创新实验室建设与实践探索[J].中国电力教育，2013，25：163-165.

[4] 李妍.项目化教学在嵌入式系统实践课程中的探索[J].实验室科学，2012，15（5）：27-29.

[5] 张腾飞，王保云.基于问题设计的嵌入式实践创新人才境况体系研究[J].人才培养改革，2013，22：56-58.

[6] 韦东山.嵌入式Linux应该开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2011.