基于虚实结合的嵌入式系统课程教学改革初探

朱一峰++杨絮++于林韬++朴燕

摘 要：随着近年来大众创新创业的发展，特别是2015年《国务院办公厅关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》再次指出鼓励大学生创业，孵化培育一大批创新型小微企业，致使高校创新创业竞赛也层出不穷。以单片机为基础的嵌入式系统是完成许多创新创业大赛的基本技能，学生们迫切需求掌握单片机一类的技术。笔者结合所在学校嵌入式系统课程教学改革，对这类课程提出了基于虚实结合的教改方案，鼓励学生动手实践，并且应用创新，取得了一定效果。

关键词：虚实结合 嵌入式系统 单片机 应用创新

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（b）-0078-02

随着近年来大众创新创业的发展，高校创新创业竞赛也层出不穷。以单片机为首的嵌入式系统课程是完成许多创新创业大赛的基本技能，学生们迫切需求掌握单片机一类的技术，不少学生大一刚进校就寻求该方面的技能学习，拥有了一定基础后，参加各类比赛，为自己的创新创业计划添加砝码。

而这类课程出于整体教学计划的安排及前驱后续课程的衔接考虑，一般学校都安排在第5学期，而此时已有不少学生参加了各类比赛，对单片机技术多少有了一定的了解和掌握，甚至有个别同学十分精通。这部分人在第5学期选修该课程无疑是浪费时间，而不选的话又没有这科在就业中份量较重的成绩。

综上考虑，在有限的课时内，让学生了解更多的知识，使课堂上的内容融入现实生产生活中，使有嵌入式基础的学生更能发挥其能力，无基础的学生也能快速地学到单片机技术的基本技能，笔者学校嵌入式系统课程进行了课程改革，突破传统的教学模式，探索新的教学方法，切实提高学生的独立动手和解决问题的能力。

1 教改方案

1.1 以案例引导的课堂讲解

单片机原理及应用是一门只有在探索、实践中才能学到东西的课程。在课堂上一味地灌输，不仅无法达到培养学生能力的目的，还会使学生提不起兴趣。

把具体的时尚创意产品拿到课堂上讲解，让学生对实际的单片机应用系统有一个感性认识，同时让学生经历单片机产品设计开发的过程，掌握单片机设计开发过程中用到的各种软件及其工具，这对培养学生的设计能力、与实际联系的能力是大有益处的，使学生真正地应用所学的知识去设计一个应用系统。

采用实体产品演示，另一目的是给学生引入市场价格观念。单片机在电子行业应用极其广泛，该课程又属于应用设计类课程，与实际紧密结合，所以一定要有市场和成本观念。在讲授有关设计方面内容时，应注重使学生树立起经济效益、性能价格比的观念，这对于工科的学生是十分重要的。不能只讲授设计而没有经济效益观点，要把几种设计方案加以比较， 注重工程上的可行性、性能价格比。

1.2 以虚实结合的半实物仿真教学平台

以笔者学校国家级“电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心”建设为契机，结合通信工程专业实验室资源，建立一个全方位的网络化单片机学习环境，包括一个拥有30套单片机最小开发系统板的硬件实验室，实验室计算机和学生电脑都配备Proteus仿真软件，同时建立一个学习网站和一个答疑提问QQ/微信群。

课程初期，学生可以通过Proteus仿真软件进行纯计算机仿真，满足一些基本概念和软件操作的练习；课程中期，学生可以在实验室完成基础的硬件实验，认识基本硬件的组成和功能；课程后期，学生在实验室独立完成综合设计实验，培养单片机综合应用能力。而在整个过程中，学生可以通过校内电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心、学习网站、QQ群/微信群随时地学习课程内容，与老师、学生进行信息交流，提供及时的帮助，让学生学有参考、问有答案、练有指导的全程陪护学习。

1.3 以学生独立自主的课后大型综合设计实验

单片机课程有一个显著特点，就是以兴趣为引导的立即求知性。当学生看到案例演示时，只要激发起兴趣，那么他马上就想学习，马上会自己动手去做，更想知道下一次课还能学到什么。而原本课程的安排一周一次，一次2学时，花4个月去学习，这无疑大大削弱了学生的积极性。

该课程整合授课时间，每周两次课4学时，8周时间讲完，紧凑的课时安排，让学生迅速地学完该课程，并立即开展应用。而后8周时间，由学生利用课余时间，经过独立思考和动手，完成一个贴近实际的项目，真正地做到学以致用。

大型综合设计项目以创新设计能力为主要培养目标，综合考察全面应用单片机各个知识点的能力，将原来分散的小型演示验证实验集成为一个大型的系统设计项目。首先，实验室准备大量的备选项目（2～3人1组，题目不重），并制订项目设计任务书，给出设计目标、总体设计思路、软硬件资源以及最后要達到的效果等。同时鼓励学生自创项目（需老师认可所应用到的知识点是否全面）。

学生分组选择项目后，组织学生讨论，使学生充分发挥想象力，引导学生思考并提出项目解决方案，描绘出设计蓝图；然后开始查找资料、论证方案、设计电路、焊接硬件、编写程序、最后调试，整个过程以学生为主，教师指导点拨为辅，注重培养学生的自学能力、单片机软硬件设计能力和团队协作能力。

1.4 因材施教，分层次地进行教学

该课程安排在第三学年第5学期，有不少学生已在大一大二时参加了一些培训或自学完了单片机，并参加了各类比赛。针对这样的学生，开展分层次教学法，引导有能力的学生不仅仅局限于51单片机技术，对AVR、K60、STM32、ARM等高端单片机进行学习，同时，在完成大型综合设计实验项目的时候，认可不同类型的单片机出现，使学生真正地活学活用，不拘泥于教材与课堂的约束。

1.5 建立考核新模式

打破原有笔试考核方式，注重考核学生的实践能力和创新意识，以改变学生的学习方法和思维方式。考核主要突出对知识的理解能力、综合应用能力以及解决问题的实践能力的考察，促进学生认真学习，以达到教学的主要目的。

考核的能力主要有：（1）专业知识应用能力，包括电路分析、电子技术、检测技术、计算机高级语言、计算机辅助设计、电路设计与制作。（2）实际应用能力，包括硬件焊接能力、各类技术文档撰写能力、PPT汇报与口头表达能力、团队协作能力。

另外，不同的项目，制作难度肯定存在差异，这就需要兼顾公平性，在出题阶段，就要考虑调整设计方案来减小不同题目间差异；在口试时，主要考察学生基础知识的掌握程度，避免演示操作看起来很好，一问却什么也不会的情况，同样，口试也要设定可量化的问题，以示公平。

2 结语

通过课后项目的方式，学生能将单片机的各个知识点融合到一个大型综合设计实验项目中，这样既巩固了相关知识点，同时提高了单片机的实践操作能力，为后续专业综合实验、毕业设计等环节奠定了一定的基础。更重要的是，让学生经历了单片机产品设计开发的全过程，知道了一个产品从无到有的设计与制作过程，开拓了学生在创业方面的眼界，培养学生的创新设计能力和强化现代工程意识，有助于大学生对创新创业的正确认识。

以学科竞赛为激励和培养目标，激发有基础的学生自主探索更高层次的单片机应用，参加更高级别的竞赛，更多地给学生展示自己的机会，这样不仅能激发学生的学习热情，还锻炼了能力，增强了自信心。几年来，该校学生在电子设计大赛、挑战杯创业大赛等各类学科竞赛中，屡获佳绩，收到了很好的效果，为走入社会工作打下很好的基础，提高了就业竞争力。

参考文献

[1] 张玉伽.虚拟实验平台在嵌入式系统教学改革中的应用[J].科学中国人，2016（3）：341.

[2] 王秀梅，杨红霞，米增强，等.加强课内外统合 建立大学生实践能力培养体系[J].中国高等教育，2013（11）：40-41.

[3] 李慧，王丽婕.论大学生自主学习能力培养途径[J].教育教学论坛，2015（2）：196-197.