嵌入式课程设计总结范文3篇

版权声明

《嵌入式系统》DIY自主实验指导方法研究

摘 要: 嵌入式系统课程是一门实践性要求很高的电子类专业基础课程。本文尝试总结一套指导学生如何在学习课程的同时快速地制作课程实验板并完成课程设计。实践证明,该方法对于提高教学质量和学生素质是很显著的。

关键词: 嵌入式系统 ARM μC/OS-Ⅲ

引言

嵌入式系统是一个很宽泛的概念,我们一般将以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统称为嵌入式系统。近十年来,随着当前各行各业对单片机能力的要求越来越高,如主频高、功耗低、外设多、互连方便、支持操作系统等,嵌入式处理器市场正在32位化,ARM芯片以其高性价比取代51芯片成为嵌入式系统设计的新宠,同时μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统因源码获取方便成为嵌入式系统学习的首选对象。

在实际教学中发现:(1)学生拘泥于嵌入式软硬件知识细节,不能从嵌入式产品的系统层面和设计过程中整体地动态地了解、理解和掌握嵌入式系统设计知识;(2)学生太过依赖学院实验室现有的嵌入式实验箱或自己购买的嵌入式开发板,不敢或很少尝试设计并制作自己的嵌入式开发板;(3)学生对嵌入式操作系统了解有限,忽视相关开发工具的使用与掌握。

本文将从嵌入式系统课程实验板DIY(Do It Yourself)开始,探索课程实验板DIY自主实验指导方法,尝试通过适当的适度的DIY实验操作指导,训练学生在规定的时间内和有限的成本下制作自己的嵌入式系统实验板,培养学生进一步自主探索学习嵌入式系统知识的兴趣。

1.研究目标与关键问题

1.1研究目标

依据《嵌入式系统》课程教学内容,研究课程实验板DIY教学方法,制定课程实验板DIY指导手册,指导学生逐步DIY自主制作自己的课程实验板,让学生在实践课程实验板DIY过程中亲身领会并掌握嵌入式系统软硬件设计方法,并最终基于ARM Cortex-M3微处理器和实时操作系统μC/OS-III搭建嵌入式系统的软硬件平台,完成课程实验并定制特色功能。

1.2关键问题

(1)如何让学生快速设计、投板、焊接并调试自己的ARM实验板,并且时间和成本可控。

(2)如何让学生在自己的ARM实验板上主动探索来完成课程实验,并且及时总结相关问题和对应的解决方案。

2.《嵌入式系统》DIY实践

借助当前便利的电路板PCB制作与生产工艺,在课程实验板DIY指导手册帮助下,指导学生逐步完成课程实验板DIY实践。

值得一提的是,当前电路板PCB打样双面板价格50元/款起,尺寸大小10cm*10cm以内,完全满足课程实验板制作要求。

2.1实践任务布置

在《嵌入式系统》授课之初,强调嵌入式系统课程实践的重要性,引导学生思索如何动手实践。然后课程设计任务,要求自己动手制作ARM最小系统板,运行μC/OS-III操作系统,满足课程各项实验要求,定制开发自己的特色功能。

说清楚两个限制:(1)必须使用ARM Cortex-M3微处理器和μC/OS-Ⅲ实时操作系统;(2)必须在一学期内完成(大约3个月)并且成本可控(100元左右)。

2.2实验板硬件制作

针对选定微处理器芯片(如ARM STM32F103),提供课程实验板原理图,仅涉及最小系统板硬件(包括ARM芯片、晶振、SWD调试、USB供电模块)和课程实验所需硬件支持(包括基于GPIO的LED和KEY,以及UART模块)。芯片管脚全部基于排线引出,便于学生后续的扩展实验。考虑到学生可能初次进行PCB制版,因此实验板PCB图提供半成品,完成最后的布线。

当然,学生完全可以部分或全部修改实验板原理图和PCB图,前提是学生必须有电路板制版经历。强烈建议初学者不要做太多的修改,而是完成剩下的PCB布线,并投板、焊板,进而编程与调试。

本阶段计划时间两周,可阶段验收成果为:(1)丝印学生姓名的PCB空板;(2)焊接完成的ARM实验板。

2.3实验板程序练习

实验板程序分为两部分,本着简单易学和循序渐进的学习原则,依据《嵌入式系统》课程教学内容,仅涉及LED、KEY和UART三个常见外设,训练内容包括ARM裸板程序和操作系统程序两部分,下表仅列举部分实验内容。

在此过程中,为了调动学生积极主动性,可以实行一定的奖励措施,如通过额外的平时分鼓励学生,将在硬件制作与软件编程实践过程中遇到的问题和对应的解决办法记录下来,并通过教师确认后集中给各位学生以参考。

本阶段时间持续整个学期,可阶段验收成果为课后作业和实验报告。

2.4特色功能实现

学生通过在ARM实验板硬件基础上扩展功能模块,基于μC/OS-III任务程序实现自己的特色功能,如红外测距、温湿度采集、小车控制等,并完成课程设计报告。

课程设计报告内容包括:(1)课程设计简述,阐述目的、内容和意义;(2)需求分析,阐述功能需求、技术指标、设计约束;(3)总体方案设计,涉及系统框图、功能框图、业务流程图等;(4)硬件设计,涉及硬件框图、器件选型、模块电路图等;(5)软件设计,涉及软件框图、关键数据结构、核心模块流程图等;(6)系统测试,包括测试目的、测试步骤、测试结果、结果分析;(7)附录,主要包括扩展的功能原理图和关键代码。

本阶段时间为学期的最后两周,可阶段验收成果为课程设计实物和报告。

结语

经过近三年的嵌入式系统课程教学实践,初步形成一套比较完整的自主实验指导方法和对应的实验板DIY指导手册,已成功指导百余名学生制作自己的ARM实验板,并实现自己设计的特色功能。

参考文献:

[1]石海贝,任秀峰.浅谈嵌入式系统的应用与开发[J].信息与电脑:理论版,2010(2).

[2]江维,桑楠.面向高等教育的嵌入式系统教学改革[J].计算机教育,2011(16).

[3]王振华,刘慧芳.嵌入式软件开发实践教学改革与探索[J].教育教学论坛,2016(34).

[4]杨晓敏,赵润林.《嵌入式系统开发》实践教学改革研究[J].福建电脑,2016,32(8).

[5]凌青华,韩飞,王长宝.翻转课堂教学模式在《计算机硬件技术基础》课程中应用初探[J].高教论坛,2016(8).

后MOOC时代基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学

摘 要:针对嵌入式课程的教学方法,指出现有教学方法存在的不足,提出一种基于SPOC和翻转课堂相结合的嵌入式课程教学方法,具体阐述基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法的四个阶段:前端分析、课程设计、课堂教学和评价。

关键词:MOOC;SPOC;翻转课堂;嵌入式课程

文章编号:1672-5913(2017)07-0077-03

中图分类号:G642

0 引 言

大规模在线开放课程(massive open online course, MOOC)是基于课程与教学以及网络和移动智能技术发展起来的新兴在线课程形式。MOOC是一种全新的、更公平的教育模式,它借助互联网,通过MOOC平台的课程讲座视频、嵌入式课程进行测试与评估以及师生在线互动,教与学随时随地都可以发生[1]。然而,MOOC在迅速发展的同时,由于其自身存在的一些不可避免的问题,使得MOOC饱受争议。没有规模限制、没有先修条件、MOOC注册率高而完成率低以及师生不能深入交流等问题日渐凸显,且难以得到有效解决[2]。因此,MOOC被不断改进,许多新的教学模式应用到MOOC中,弥补之前MOOC的不足,超越了原有的MOOC模式,MOOC已经进入后MOOC时代。

在后 MOOC时代涌现的一些新样式中,SPOC最为典型。SPOC(small private online courses,小规模限制性在线课程)表示小型的、私有的、在线课程,它是针对MOOC来说的,这一概念最早是由美国加州大学伯克利分校的阿曼多・福克斯教授提出的[3]。与 MOOC相比,SPOC吸收和传承 MOOC的先进思想,将 MOOC的潜能更好地发挥出来,变革传统的教学结构,实现对现行课堂的有效翻转,最终提高教学质量。SPOC把学习的人数进行了限制,通常限定在几十人到几百人之间,不同于MOOC同一课程拥有注册人数几十万甚至几百万,另外,SPOC在MOOC的基础上增加了教师和学生面对面的交流。相比之下, SPOC的学习活动更加灵活高效,能满足学习者个性化学习的需求[4]。

嵌入式课程是信息技术行业的核心课程,在国外信息类人才培养中尤其得到重视。目前,嵌入式软件市场的规模剧增,已形成一个充满商机的巨大产业,并且成为整个软件业的发展支柱[5]。在家电、手机、各种数码产品等都向智能化方向发展的今天,嵌入式技术越来越成为当前最热门、最具发展前景的IT应用领域,吸引越来越多的工程师投入到这一行业[6]。本文研究嵌入式课程教学模式,通过SPOC充分利用MOOC平台上的教学视频资源,并与翻转课堂有机结合应用到课堂教学中。SPOC与翻转课堂相结合的方式可以提高学生的学习主动性、增强学生的动手能力、培养学生的创新意识和创新能力,使学生能够独立地进行项目开发和编程。

1 传统教学模式存在的问题

嵌入式课程是计算机课程的重要组成部分,嵌入式课程包含Linux系统应用、嵌入式系统设计和嵌入式系统案例分析等实践性较强的多门课程,这些课程采用传统的教学模式存在以下问题:

(1)在传统的教学模式下,老师的授课时间有限,只能单方面把课程的内容传授给学生,没有与学生交流的机会。

(2)部分学生存在惰性,老师讲多少就听多少,并不实际动手练习,导致仅理解理论内容,却不会实际应用。

(3)大部分学生在实践活动中虎头蛇尾,一遇到困难就轻易放弃,没有解决难题的决心,从而也无法真正的掌握和理解所学知识。

(4)传统的教学模式只重视成绩和分数,泯灭了学生动手实践的欲望,导致学生缺乏创新能力。

SPOC和翻转课堂相结合的教学模式提供一个新的思路:如果学生能够在课前完成相关知识的学习,就会减少教师课堂讲授时间,从而留给学生更多的时间进行实践、参与交流讨论和获得教师的指导,解决学生只停留在对理论内容的理解、动手机会少、不会将所学内容应用到实际的项目开发中去的问题。

2 基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法

基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法可以分为四个阶段:前端分析、课程设计、课堂教学和评价,具体模式如图1所示。

2.1 前端分析

任何课程开始前都必须进行前端分析,这样设计出的教学资源才具有针对性、个性化,因此,前端分析对一门课程设计的成功与否起到非常关键的作用。本文中,前端分析涉及3个要素,分别为学习对象、教学内容和学习环境。

学习对象主要包括学生年级、学生已经学过的相关课程以及对学过课程的掌握情况。嵌入式课程分为硬件课程和软件课程,因此课程的设置应该分为3个阶段:第1阶段为嵌入式硬件开发,作为嵌入式软件开发的平台基础;第2阶段为嵌入式软件开发;第3阶段为嵌入式综合开发实践。单片机原理等基础理论课程是学好嵌入式硬件开发的基础,嵌入式软件课程包括嵌入式操作系统和Linux系统应用等课程,只有将以上课程学好才能进行嵌入式综合开发实践。

教学内容研究应该从理论和实际开发能力两方面入手。理论方面,对于C语言、数据库、数据结构、单片机原理、计算机网络等前导课程,教师要在保证理论授课学时的前提下,适当增加或强调嵌入式开发中必需的知识基础,以保证后续嵌入式开发课程的顺利进行。在实际开发能力方面,教师要强化和规范嵌入式硬件课程、嵌入式软件课程、嵌入式综合开发实践课程中的实践环节,为学生配备齐全的软、硬件开发环境,让学生通过动手实践掌握所学的内容。

学习环境主要包括传统的课堂教学环境和基于MOOC的在线学习环境,将课堂教学和在线学习结合起来,提高教学质量。

2.2 课程设计

课程设计主要包括教学视频、教学大纲、拓展资源、测试作业几个部分。根据教学需要,教师可以充分利用MOOC平台上优质丰富的教学资源,对其进行编辑和整合,设计成富有逻辑结构的视频资源上传到网络教学平台。教师还可以将电影录像、电子书、其他资料等作为拓展资源提供给学生。测试作业包含测试题和大作业,测试题至关重要,学生可以带着问题去观看教W视频,也可以看完教学视频后做测试题,这样有助于学生对重点、难点的理解与掌握,进而提高学生的学习效率和学习质量;大作业用来综合性的测试学生的学习情况,需要由一组学生来共同完成,大家一起讨论,相互激发灵感,这种方式可以提高学生们的创新意识和团队意识。

2.3 课堂教学

课堂教学阶段在整个教学模式中的地位十分重要。在课程开始前,根据学生原有的知识基础、学习个性和风格等信息将学生进行异质分组,并选出每个学习小组的组长。

课堂教学的实施过程借鉴翻转课堂模式,翻转课堂是推动师生互动、激发学生学习兴趣的有力手段,真正体现“以学生为中心”的教育理念。本文将翻转课堂分为两种形式:一种侧重于分析本次课的重点和难点;另一种侧重于对实际项目进行分析和讲解。

第一种形式要求学生在课前通过MOOC平台上提供的教学视频,学习嵌入式课程的基础知识,然后,通过完成测试题验证对知识点的掌握情况。在课堂教学过程中,学生针对教师在课前提出的问题进行讨论,并采用轮流的方式对本次课的重点和难点进行讲解。在该门课程的课堂教学中,每名学生至少有一次机会讲解知识点。最后,教师对课程内容的重点、难点进行说明,并对知识内容进行系统化的总结和梳理。

第二N形式通过大作业的方式,以小组为单位,共同完成一个项目。大作业是对学生学习本门课程的综合性考察,嵌入式软件开发的作业可以是多进程程序编写、管道通信、Linux环境下“生产者与消费者”的实现等。嵌入式实践开发的作业可以是智能家居、智能停车场等。在课堂教学过程中,小组组内成员之间、各小组成员之间针对大作业的内容相互讨论,并每组选出一个代表对自己组的作业完成情况进行汇报展示,学生之间共同鉴赏、互相评价。教师可以在每名学生展示作品或学习成果后进行逐一评价,也可在所有学生成果展示完毕后做最后的总结,教师最终对学生的学习成果进行总结和评价。

课后主要是学生对学习进行复习和巩固,检验自己掌握知识的情况,分享课中学习的感悟与收获。教师则针对大家课上提出的问题进行反思和总结,对课程知识进行系统化的梳理和总结,并根据学生课上的表现、反应以及学生在学习过程中的意见对课前、课中阶段进行及时调整。

2.4 评 价

评价环节既要体现评价主体的多元化又要注重评价样式的多样化,关注学生的效果,采用形成性评价和总结性评价两种评价相结合的方式。

形成性评价包括多个因素:登录网络教学平台的次数、下载教学视频的次数、课堂出勤情况、课堂讨论的积极程度以及小组成员间互评等多个方面。小组成员间互评主要从学生与对小组其他成员讨论问题的情况、参与小组活动情况以及对小组的贡献等方面出发,对自己和小组成员作出评价。这种评价方式有利于学生更好地参与到小组学习活动中,能够提高组内成员间合作学习的积极性,同时,教师对学生的评价也同等重要,教师应该根据以上因素对学生进行评价,给出学生的平时成绩。

总结性评价则主要包括学生的平时测验、作业完成质量和期末考试成绩。最后,教师根据形成性评价和总结性评价的一定比例给学生最终量化分数。

3 结 语

嵌入式产品已扩展到生活中的各个角落,嵌入式开发行业对从事嵌入式开发的技术人才有很高的要求。基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学模式,克服了MOOC与传统教育的弊端,促进MOOC资源在高校教学中的不断应用。这种教学方法能够在很大程度上提升了学生进行嵌入式系统开发的能力,进一步满足嵌入式开发行业的人才需求。

参考文献:

[1] 孙宇杰. 后MOOC时代基于SPOC的高校计算机基础课程的设计与实践研究[D]. 石家庄: 河北师范大学, 2016.

[2] 王冠军, 周勇, 江海峰,等.基于翻转课堂与MOOC的嵌入式软件工程实践教学研究[J]. 实验技术与管理, 2016(4):176-178.

[3] 曾明星, 李桂平, 周清平,等. 从MOOC到SPOC一种深度学习模式建构[J]. 中国电化教育, 2015(11): 28-34.

[4] 贺斌, 曹阳. SPOC: 基于MOOC的教学流程创新[J]. 中国电化教育, 2015(3): 22-29.

[5] 沈承舒, 杨波. 嵌入式课程教学方法的改革与探索[J]. 计算机教育, 2015(13): 76-78.

[6] 郭国法, 宫瑶, 张开生. 嵌入式课程递阶教学平台的设计与实现[J]. 电脑知识与技术, 2015(11):113-115.

嵌入式系统实践教学相关问题的研究

摘 要:嵌入式系统涵盖电子通信、计算机科学和软件开发三个相关行业的内容,属于多行业交叉的学科。对于从事软件开发的学生而言,计算机科学和电子通信的知识内容晦涩难懂,致使学生产生距离感和恐惧感。该项目通过对嵌入式市场技术需求及嵌入式系统产品发展走向进行了仔细的研究和考察,最终设计了南阳理工软件学院"偏软"课程体系的设定,制定了实践教学体系和实践教学平台,实现了在软件工程体系下与嵌入式系统知识完美的结合。

关键词:嵌入式系统 实践教学 教学体系

一、 研究的目的及意义

嵌入式系统已成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,从而能够适用实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的计算机系统。从嵌入式系统的定义可以看出,嵌入式技术是一门专业性强、实践性强的综合性技术。因此搞好嵌入式系统实践教学的研究对于培养学生的动手能力、创新思维能力,提高学生的就业竞争力具有重要的意义。[1]

二、研究的思路和方法

本项目的研究主要采取调查研究、总结及结合自己特色构建合理的嵌入式系统实践教学体系,并自主设计嵌入式系统实践教学平台,构建相应的综合实验室并指导学生参与项目实践。并通过引导学生参与竞赛,并创造条件使学生参与企业合作。

三、 研究的主要内容

本项目主要内容包括,实践教学体系、教学平台和实践教学实验室以及最后通过本项目的改革成果积极引导有能力的学生参加国家大赛等四个主要部分。

1嵌入式系统实践教学体系的构建

在嵌入式系统实践教学的建设中,要综合考虑实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动等实践环节,统筹实验教学项目的设置。在内容上,做到由浅入深、由单一到综合、由验证到设计开发。在时间上,由课内延伸到课外,充分发挥课外科技活动这一第二课堂的作用,使学生能够进行嵌入式系统方面的项目开发。该环节从整体出发,将实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动相结合,即验证性实验,设计性与综合性实验、创新性训练项目三个层次。

2.嵌入式系统实践教学平台的设计

移动专业实验室是有50套博创的ARM11开发板,可以搭建出与计算机科学和电子通信专业不同,但能体现嵌入式系统软件开发的实践教学平台,摆脱学生不需要思考而只重视重复操作的示例,也可以彼此构建成实验拓扑网络平台,使其用于与软件工程一致的嵌入式系统平台。

四、嵌入式系统实践教学综合实验室的建设及项目实践

移动专业实验室的开发板集成的示例操作过多,因此需要构建一些可以激发学生创新和与基础紧密结合的软件示例。比如:音频、视频、绘图、游戏等示例,可以使学生通过看、听等视觉冲击来感受嵌入式系统软件开发带来的效果。增强学生对嵌入式系统软件开发的感性认识,同时引发学生思考,从而进一步达到理性思考的程度,刺激学生进行实践,达到“感性认识-理性认识-实践”的两次飞跃,形成实践教学在综合实验室的一种良性循环。

本项目归纳起来可以简称为“一个体系,一个平台,反复实践,一个竞赛”,其过程管理包括“教,学,练,管”等四个内容,形成一个完整的实践教学体系框架。通过合理的实践教学平台,促使学生提高实践的欲望和兴趣,从而在大赛中获得成果的检验。

五、 研究的成果

该研究能够更加贴近了我校建设“应用型”本科专业的目标和办学特色。具体的可以从以下几个方面进行归纳和概括:

(1)改变了实验题目设计的指导思想

一方面整个实践课程的实施内容要以“学生兴趣”为导向,另一方面,教师在设计题目的时候,“按模块、分步骤”的方式要求学生完成实验的全部内容,最终能够把不同的模块整合起来就是一个完整的项目。

(2)课程设计题目自主化、验收形式和考核标准多样化

题目自主化主要是指:教师在参与课程设计题目命题时,遵循以“引导学生为主,鼓励和提倡自我命题”的原则。让学生有一个充分发挥自我的空间,这样有利于培养学生的创新意识和实践能力。

由于学生数量较多,很多教师在验收课程设计时由于时间等问题的因素,不可能做到人人公平、公正的给出验收成绩。所以在课程设计验收中,针对这些问题已经做出了进一步的修正:

a) 验收形式的改革:公开组织若干本方向或相关专业的教师在同一时间,对自愿参加提前验收的同学作品进行共同进行公开、公正的验收。验收的具体流程:验收学生本着完全自愿的原则参加提前验收(只要完成的学生都可以参加),先进行自己作品的展示和讲解,然后由各位“评委老师”进行提问,最后各位教师根据学生的综合表现,给出相应的成绩,该成绩在有课程设计的指导教师予以汇总,最终决定学生本次课程设计的成绩。

b) 考核标准多样化:标准的多样化是兼顾成绩公平的有效手段,在课程设计评分考核中,把以往全由一位指导教师把握的学生“验收表现”,增加至多位教师同时给出成绩,增加了成绩的参考尺度;另外,学生的最终成绩不再仅仅由学生的作品展示效果所决定,而是由学生在验收时的综合表现(如:语言的表达、作品的讲解、设计思路等)决定,从而使得成绩更加合理。

(3)充分利用了实验室

充分利用开放实验室的课余时间,完善开放实验室的使用和管理制度。[2]增加开放实验室的数量,让学生也参与到实验室的建设和管理中来,鼓励学生“从宿舍走出来”和在实验室中完成实验作业。

(4)鼓励学生参与各类竞赛,并引导学生与企业合作,提高动手能力和创新能力,并取得了显著成效。[3]

六、 结束语

该项目的实施,极大地提高了学生对嵌入式系统的兴趣和学习热情,一部分学生能够独立自主的思考,并独具匠心地设计出具有一定水准的产品。本项目思路清晰,效果明显,并在其它具有相关近似课程的学校中有推广应用的价值。

参考文献:

[1]付顺,姚圣国.高校实践教学工作思路的创新探索[J].实验技术与管理,2006年08期

[2]王光福.从传统的实验教学走向开放式实验教学[J].实验科学与技术,2004年01期

[3]彭志广,杨大鹏.实践教学体系创新与实践[J].实验技术与管理,2006年08期

作者简介:

邱雅(1981~),女,汉族,河南南阳人,南阳理工学院软件学院讲师,硕士,主要从事计算机相关教学研究。

注:本文为网友上传,不代表本站观点,与本站立场无关。举报文章

0

好文章需要你的鼓励

上一篇:钢结构课程设计总结范文 下一篇:演讲与口才课程总结范文

你需要文秘服务吗?

提供一对一文秘服务,获得独家原创范文

了解详情
期刊发表服务,轻松见刊

提供论文发表指导服务,1~3月即可见刊

了解详情