项目驱动法在嵌入式系统课程体系实践教学中的应用

穆莉莉 张新 杨洪涛

摘要： 本文针对测控专业嵌入式系统课程体系实践教学中存在的动手能力、创新意识普遍不足的问题，提出采用项目驱动法实施嵌入式系统实践教学。以实例探讨项目驱动法进行实践教学的模式和方法，实践表明，项目驱动法能将测控专业嵌入式系统课程体系理论教学与实践环节有机地结合起来，可大大提高学生的工程素质和实践创新能力。

关键词： 项目驱动嵌入式系统教学改革

1.引言

嵌入式系统是以微控制器为核心，将其嵌入到产品或设备中以实现功能数字化和智能化的系统。应用领域十分广泛，覆盖了消费类电子、智能家电、工业控制、仪器仪表、汽车电子等行业。嵌入式系统已经成为后PC时代研究和应用的热点，国家及企业对嵌入式人才的需求巨大。嵌入式系统已经成为电子信息学科的一个新的重要分支，国内许多高校已经开设了相关课程。

在本科阶段如何培养具有专业工程意识，较强实践能力的大学生是当前二十一世纪高等教育人才培养中的一个重要研究课题[1]。嵌入式系统课程体系所涉及的知识具有综合性强、实践性强两大特点。传统教学模式采用的还是一些重理论、轻实践的授课方式，工程背景不强，综合训练程度不够，无法培养学生学习的兴趣，实践动手能力普遍较弱，使得学生在课程结束后面对一个实际的嵌入式系统开发问题，仍然无从下手。针对上述问题，本文结合嵌入式系统课程体系的特点，从激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力，提高学生实践能力、创新能力的角度，提出采用项目驱动法对嵌入式系统课程体系进行实践教学改革[2]。

2.嵌入式课程体系内容

将本专业或跨专业培养方案中若干门在知识、方法、问题等方面有逻辑联系的课程加以整合而形成的课程体系，因而课程体系所含的各门课程应具有相关性和整合性[2]。本科阶段的课程体系既要重视基础理论的学习，又要重视实践性[3]。嵌入式系统课程体系包括专业基础课、核心课及实践课，其中基础课程包括《电路》、《模拟电路》、《数字电路》、《C语言基础》、《传感器技术》、《电子线路CAD-PROTEL》等；核心课程包括《单片机原理及应用》、《ARM嵌入式系统原理》、《微机原理》等；实践课包括核心课程的实验和课程设计等。可见，嵌入式系统课程体系综合性强，涉及的知识面广，实践性强，因此在实践教学的时候必须将这些课程有机地组合在一起，综合应用，从而融会贯通[4]。

3.项目驱动法的特点

项目驱动教学是一种建立在教学理论基础上的实践教学新方法，它是以学生为中心，在整个教学过程中由教师充当导师的角色，利用老师科研课题、各类创新课题或竞赛项目同时具有嵌入式系统代表性的题目对学生进行实践训练，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，最终达到使学生有效地实现对所学知识进行巩固的目的[5]。在这种模式中，学生是知识的主动建构者；教师是教学过程的组织者、指导者。与传统的教学方法相比，“项目驱动法”能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望，促使学生主动学习，充分发掘学生的创造潜能，提高学生的工程思维能力、实践动手能力及团队协作能力。

4.单片机课程项目驱动法教学的实施

4.1实施方法

项目实施时，一般由3人组成1个团队，由教师下达统一的任务书，每人分工各有侧重，如分别负责机械设计及制造、控制系统硬件设计、软件设计、系统搭建与调试等部分。实施过程中，要求团队成员通力协作，最终形成一套完整的装置。项目选题是项目驱动法教学重要的研究内容之一，应满足应用性、趣味性和启发性的要求，精选适合学生实践训练的若干具体实际工程项目，例如2011年的实践训练项目为：激光自动循迹智能车、锅炉自动给水系统、智能超声波测距系统、智能门窗防盗应用系统、火车站台警戒线警示应用系统、滚动电梯节能控制系统、商场客流量导购系统、单片机MP3系统。

通过解决具体工作任务，经历嵌入式系统开发必需的几个典型工作过程：设计要求分析、解决方案、硬件电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计、软硬件联调、撰写设计任务书、项目验收答辩等。

4.2项目驱动法案例

在实践教学中，选择“激光自动循迹智能车”作为训练项目是切实可行的。智能车的组成包括：机械和控制两大组成部分。其中机械部分包括激光传感器的支架设计、电路板的支架设计、舵机的转向机构设计等；控制部分包括转向控制、驱动控制、无线通信等，跑道有直线、直角弯、蛇形弯，智能车可通过安装在车身上的激光组自动识别跑道上的黑线，确定自身位置，然后调整转向和速度，不偏离跑道以最快速度跑完全程。该项目的控制系统以MC9S12G单片机为核心[6]，[7]，设计将涉及“电子技术”、“传感与测试技术”、“自动控制基础”、“微机原理与应用”、“计算机接口技术”等课程知识。该项目强调多门课程知识的有机融合，可以给学生提供较大的发挥空间。

智能车系统结构如图1所示，硬件设计主要包括：①主控板；②用于识别跑道的激光传感器模块；③控制智能车转向的舵机模块；④控制智能车速度的电机控制模块；⑤键盘和液晶显示器的人机交互模块；⑥智能车与计算机通信的无线发射模块。

图1智能车系统结构

总控软件采用模块化设计思想，如图2所示。主程序系统初始化后，执行一次键盘扫描程序，然后反复运行液晶显示程序，当2ms、4ms、6ms定时程序到时，则进入各自的中断服务程序。

图2软件设计原理框图

经过学生和老师的共同努力，该项目已在09级学生中完成车模机械制作、电路板设计及制作、软件开发、顺利调试通过。图3为已调试成功的实物装置。

图3智能车实物图

5.教学效果

“兴趣激发、项目驱动、实践教学”，让学生亲自动手完成工程领域的具体项目，最终完成产品开发的全过程，使学生通过项目实施促进对理论知识的掌握，并融会贯通，提高工程实践能力和创新能力是项目驱动法最大的优势。经过近年来的研究与实践，我校测控专业学生在嵌入式系统课程实践环节取得了较好的教学效果，学生的综合素质得到大幅度提高，表现在学习主动性、积极性、动手能力、创新能力、团队协作精神和协调能力等的全方面提高。测控专业的学生从2011年起组队参加“飞思卡尔全国智能车竞赛”以来取得了二等奖两项，三等奖三项的好成绩。

6.结语

通过项目驱动法实施嵌入式系统实践教学改革，可全面培养学生在科学技术、个人与专业素质、人际能力等各个方面的能力，从而培养出本科层次的具备终身学习能力的高素质测控及机电专业应用和开发人才。

参考文献：

[1]教育部.教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见，教思政[2012]1号.

[2]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].北京：实验室研究与探索，2010，29（5）：130.

[3]姚遥，耿文波，徐坤，等.以市场为导向的嵌入式系统课程群建设.电子设计工程，2011，19（17）：137.

[4]梁宜勇，王晓萍，赵文义，等.“嵌入式系统”课程教学与实践探讨[J].北京：中国大学教学，2009（5）：36.

[5]葛芬.项目驱动的嵌入式系统教学探讨[J].北京：科技信息，2011，33：38.

[6]王威.HCS12微控制器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007，10.

[7]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京.清华大学出版社，2004.

安徽理工大学重点教研项目资助（2012jyxm）。