基于双线复合教学模式的“嵌入式实时操作系统”应用能力模块的研究

谢小云　邓达平　许艳

摘 要 基于岗位知识及能力需求，将模块化理念引入到“嵌入式实时操作系统”教学中，把理论教学和实践教学双条线复合于创新性课程设计之中，从而整合各教学环节，形成了“双线复合模块化教学模式”。该模式可有效地解决教学内容之间相互孤立，实验与理论相脱节等问题，从而提高学生的岗位适应能力和工程实践能力。

关键词 嵌入式实时操作系统 模块化 教学模式 双线复合

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.11.056

0 引言

在嵌入式系统中，嵌入式实时操作系统（Real Time Oprating System，RTOS）是其软件的核心，也是嵌入式系统教学的重点内容之一。要求学生在掌握RTOS基本原理的基础上，重点提高RTOS的应用能力。然而，在实际教学中，有很多高校将重点放在构建完整的知识体系上，课堂上灌输理论知识，实验则主要是验证理论，有的还存在理论与实验内容相脱节的现象，实验课时偏少也是较为普遍的问题，因此，无法达到提高学生RTOS应用能力的目的。要解决这些问题，应当从培养学生工程应用能力，满足行业对人才的需求出发，深化教学内容改革，实施以能力培养为目标的模块化教学模式。

目前，针对模块化教学模式的研究，已有很多的研究成果。如文献[2]介绍了合肥学院基于岗位群的专业要求，结合教学约束，将专业能力分解为能力要求和支撑知识点，然后反推建立能力模块。文献[3]介绍了南京邮电大学采用因材施教、个性化培养的原则，实施个性化和模块化的人才培养方案、教学模式和学习方式等。在嵌入式系统教学方面，虽然研究如何提升学生嵌入式系统实践能力的成果较多，其中较为典型的如文献[4]针对嵌入式系统课程，提出了能力递进式项目教学法以及边教边练教学模式，取得了较好的效果。文献[1]将嵌入式系统的课程分为三个层面，要求学生构建完整的知识体系，掌握基本技术和技能。然而，以整体的理念整合各教学环节，实行嵌入式系统模块化教学的研究成果较少，专门针对RTOS应用能力模块的研究就更少了。

本文从分析RTOS研发能力要求出发，结合教学目标和行业对人才的需求，围绕提高学生RTOS应用能力，提出了一个将教学、实验、设计、竞赛等有机整合的，实现理论教学和实践教学双线复合的教学模式，解决了多个教学环节彼此孤立，教学内容不成体系，无法形成人才培养合力的问题。

1 嵌入式实时操作系统开发能力分析

1.1 能力要求

RTOS被广泛地应用到嵌入式产品之中，借助它可以为应用程序提供稳定的平台、高效的运行环境，从而缩短开发时间，提高系统的稳定性，方便产品功能的扩展。因此，掌握RTOS的相关开发技术，是从事嵌入式系统开发的人员必须具备的能力，表1分析了其所需的能力要求，即在掌握RTOS基本知识和技术的基础上，突出基于RTOS的项目开发实践能力的培养。

1.2 主要教学内容分析

在实际应用中，常见的嵌入式实时操作系统有VxWorks、eCos、€%eCLinux、€%eC/OS-II等。由于€%eC/OS-II源码开放、注释详细、原理复杂度不高，因此国内很多高校都选取其作为教学范例，且它在工业控制、智能测控、物联网应用等领域应用广泛，学生掌握好它的相关开发，可以适应毕业后岗位需求。

结合表1给出的RTOS开发能力要求，可将€%eC/OS-II的教学内容分为原理、代码和应用。其中“原理”是指€%eC/OS-II所涉及的计算机操作系统的基本原理和算法，它是教学的基础；“代码”是指€%eC/OS-II原理和算法的具体代码实现，它是教学的重点；第三块的“应用”，则主要是使用€%eC/OS-II系统提供的API函数，进行应用程序的开发，这是教学的关键。教学内容的三个方面是相互关联、彼此联系的。只有掌握好原理，才能更好地理解的代码，在进行应用开发时，才能完成€%eC/OS-II系统的移植，以及准确应用API函数，构建多任务的应用软件。

2 双线复合模块化教学模式

在实际的教学过程中，如果采用传统的教学模式，€%eC/OS-II的原理、代码和应用三方面的内容，往往无法形成有机联系，无法达到提高学生应用能力的目标。因此，综合考虑教学过程和教学目标，本文提出了图1给出的将理论教学和实践教学相结合的“双线复合教学模式”。

图1 双线复合模块化教学模式

从图1可以看出，课程教学可分为理论教学和实践教学两条线，其中理论教学包括讲解€%eC/OS-II的原理与代码，结合案例介绍€%eC/OS-II应用软件开发方法，对学生的实践作品进行答辩与评价等；实践教学则包括课程实验和巩固性作业、综合作业和实践作品设计等。实践教学以理论教学为基础，是对理论知识的实际应用和深化。实践教学的作业和实验均应遵循从简单到复杂，从基础到综合的提升过程，包括巩固性作业和综合性作业、基础验证性实验和综合设计性实验等。

课程设计需要综合应用学生所学的课程知识和基础实验，是实现理论教学和实践教学的双线复合的复合点，也是对教学效果的综合评价点。理论教学和实践教学应以完成课程设计的项目作为最终目标，围绕这一目标引导学生逐步深入学习，完成理论教学和实践教学的各个环节，实现知识和能力的积累与提升。这就需要改变把课程设计看做独立的一门课的做法，而将€%eC/OS-II的理论教学、实践教学、课程设计等有机整合到一个模块之中，也就是通过双线复合的模式，形成一个“嵌入式实时操作系统”应用能力模块。

通过这一“双线复合”的模式，可以提高学生工程实践能力，获得质量较高的设计作品，可将其吸纳为教学案例和项目案例，充实到后续的教学之中，也可以在进一步深化完善之后，作为学科竞赛的作品参赛，通过比赛验证和评价这些成果。这样就形成了一个逐步深化、逐步综合的培养过程，遵循了循序渐进的原则，使得学生始终带着问题和项目投入到学习之中，从而激发出更大的求知欲，达到学以致用，在应用知识中提升能力的目的。

3 雙线复合教学模式的实施效果分析

本文所提出的“双线复合教学模式”，已应用到江西理工大学应用科学学院嵌入式系统实验班的RTOS的教学之中，取得了良好的效果。由于将理论教学、课外作业、综合作业、课程实验、课程设计、学科竞赛等进行了整合，学生既掌握了RTOS的原理、基本技能，又完成了项目的分析、设计、开发和测试，所获得的作品还参加了学科竞赛并获得了奖励。

自该班实施了“双线复合教学模式”以来，学生完成了一大批的设计作品，这些作品先后多次参加了全国信息技术应用水平大赛、全国大学生物联网设计竞赛等赛事，获得了国家级二等奖3项、三等奖2项、省级一等奖3项、省级二等奖2项的好成绩。此外，还获得多项实用新型专利和软件著作权。这些成果进一步证明了“双线复合教学模式”在提高学生的工程实践能力方面有较好的效果。

4 结论

从实施“双线复合教学模式”的效果来看，该模式对于学生掌握嵌入式实时操作系统的应用能力，起到了很好的促进作用。该模式从企业对人才能力需求出发，对嵌入式实时操作系统课程进行了知识和能力分解，将理论教学和课内外实践教学两条线复合在一起，形成了一个能力模块，对于学生适应岗位需求，掌握工程实践能力具有一定的作用。

参考文献

[1] 许童羽，曹英丽，郑伟.分层教学法在嵌入式系统课程中的应用[J].农业科技与装备，2012（10）：89-90.

[2] 袁暋，许强，王晓峰等.基于应用型人才培养的模块化教学改革研究——借鉴德国FH成功经验[J].合肥学院学报（自然科学版），2011.21（4）： 56-60，65.

[3] 陈鹤鸣，方萍，李俊等.基于大学生个性化发展的创新型人才培养模式改革[J].工业和信息化教育，2013（5）：3-6，49.

[4] 张其亮，王爱春，陈永生.能力递进式项目教学法在嵌入式系统课程中的实践[J].实验室研究与探索，2014.33（8）：185-188.