“嵌入式系统与应用”教学模式探索

王晓华 秦伦明 孙锦中

[摘 要] 针对嵌入式系统理论内容广泛且难以理解以及传统教学中实践教学不足等问题，该文重点从改革教学方法和考核方式进行了探索，提出了层层递进、逐步深入的“搭梯子”教学模式。通过”验证、修改、整合、设计”四步曲，细化设计台阶，让学生对嵌入式系统与应用设计实践产生成就感，提高学生学习的兴趣与热情。同时在后续课程设计实践教学过程中采用项目化教学，并以过程化考核方式代替传统考核模式，加强学生对实践部分的重视，培养学生创新与实践的能力。

[关键词] 嵌入式系统与应用;教学模式;过程化考核;课程设计实践教学

[作者简介] 王晓华，就职于上海电力大學电子与工程学院。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）23-0212-02    [收稿日期] 2019-11-15

一、引言

近年来，嵌入式系统技术已经渗透到工业生产、国防军事、日常生活各个方面，应用领域非常广泛。嵌入式技术的日益发展，也对人才培养提出了更高的标准，迫切要求高校进一步加强教学建设、深化教学改革，以适应新技术的发展。

本专业“嵌入式系统与应用”课程理论课16课时、实验课16课时。另外在期末考试结束配套20课时的课程设计实践内容。课程教学内容较多，硬件包括ARM处理器体系结构、硬件电路、接口技术、硬件开发平台;软件包括指令系统、汇编语言程序设计、C编程、嵌入式操作系统[1]，涵盖了基础理论、工程实践和综合创新等不同层次的教学目标[2]。传统教学比较重视理论架构与原理讲解，考核方式以笔试为主。理论部分的课堂教学又过于枯燥，同时也给学生造成理论重于实验的误解，不利于培养学生的实践动手能力，也很难考察出学生实际能力水平。针对以上问题，嵌入式系统与应用课程着重从教学方法和考核方式进行了教学模式探索，进行了一系列教学改革。

二、多种教学方式

在嵌入式系统与应用课程教学模式探索过程中，首先调整了理论课教学内容，把部分理论课内容搬到实验室进行;在实践教学部分采用层层递进、逐步深入、为学生“搭梯子”的方法，按照“验证—修改—整合—设计”的步骤，建立学生自信心，提高学生学习兴趣;在课程设计实践教学环节采用项目化教学，以学生为主体进行项目设计;在整个实践教学过程中时时反思理论教学内容，真正做到理论联系实际。

（一）把理论课搬到实验室

在嵌入式系统与应用理论教学过程中，首先从整体上了解嵌入式系统基本原则、架构、特点等;对于硬件原理与软件使用部分，尝试把理论课搬到实验室上。这不是单纯地换个上课地点，而是充分利用实验室软硬件环境让学生对硬件平台、软件环境有一个感性认识的基础上再学习理论知识，对照着真实的硬件平台来讲解硬件的架构、原理。针对某个模块的原理讲解，可以先做验证实验，学生观察到实验现象就会产生浓厚的兴趣，这时再讲解模块的控制原理会有水到渠成的感觉，确确实实做到理论与实际相结合。

（二）实验教学四步曲

以往教学过程中，学生上完一学期的实验，等课程结束，稍有点难度的工程就无处下手，很难完成。对于学生来说，题目要求太难做不出来，太简单又难以提高能力。

在嵌入式系统与应用教学过程中，教学团队经过多次讨论，尝试“验证—修改—整合—设计”四步曲的教学模式，将实验教学目标细化，分成一个一个学生能够跨越的台阶，通过问题作为导向，为学生最终完成实验教学目标“搭梯子”。

验证实验结合硬件与软件理论教学部分进行，既丰富了理论教学，又让验证实验有了理论支持，学生了解了实验现象背后的原理，掌握了模块控制方式，为第二步“修改”提供了基础。在验证实验的难度基础上提出一些修改要求，引导学生思考，在已经理解验证实验原理的基础上，学生经过努力能够完成修改要求，让他们有了一点点成就感，对该课程慢慢产生兴趣。几次实验课之后学生掌握了几个模块“修改”的方法，此时进入第三步“整合”，在修改要求难度不变的情况下让学生把几个模块整合在同一个工程中，完成一个难度相当于“修改”程度但是有多个模块的项目。最后在实验课程的综合设计性实验环节，让学生自己设计场景并用学过得几个模块实现，完成第四步“设计”环节。

（三）项目化教学

创新设计能力的培养要遵循循序渐进的原则，在实验教学过程中注重单个模块的控制与多个模块之间的综合，在配套的20课时课程设计实践中由模块化转换为项目化。将学生分成几个小组，让小组成员一起讨论分析工程项目要求，把整体功能细分，细分后的功能通过已掌握的模块来实现。在实现过程中先实现单个模块，然后整合成系统。

为了锻炼学生自学的能力，项目要求中特意增加一条要求，需要用到课题上没有讲到的模块来实现（该模块是常用模块而且比较简单，但由于课时原因未纳入课堂内容），学生通过例程，仿照“验证—修改—整合—设计”四步曲的步骤，自学该模块的应用。

三、过程化考核方式

嵌入式系统与应用最初的考核方式为笔试70%，平时成绩（包括考勤、作业、实验报告）30%。对学生来说，考核方式是指挥棒，虽然实验课需要考勤并撰写实验报告，但是由于对实验实际效果没有考核，造成学生对实验课不重视，实验课的教学目标最终实现程度差，到期末考试结束后的课程设计实践就会出现学生无处下手的困惑。

为了引导学生重视实验课，嵌入式系统与应用课程团队教师经过思考，采用过程化考核方式，30%的平时成绩保持不变，70%的笔试成绩改为每次实验课进行考察，四步曲教学模式中“修改”模块任课教师一对一验收，不仅仅看修改后的实验现象，而且要现场随机提问修改原因，即考察学生动手能力的同时亦重视学生对原理的掌握程度。

四、总结

四步曲的教学模式“验证—修改—整合—设计”让学生从简单的验证实验到综合性设计不步一个台阶，不超出学生能力范围，实现了在实践中培养学生解决问题能力的目标，经过多次反复练习过程，学生的能力得到螺旋式上升。过程化考核将考核分值贯穿整个教学过程，不仅仅局限在以教材、课堂和教师为中心的应试教育考核方式，重点关注学生动手能力以及对理论的运用，考核方式发生变化，学生就从日常学习中开始转变学习重点的方向。嵌入式系統与应用课程建设与改革在课题组成员和学生的共同努力下取得了满意的效果。

五、展望

嵌入式技术是应用性很强的学科，为培养应用型人才，对学生的培养最终需要企业的检验，以保证学生中长期的个人发展为前提，以企业应用需求为导向[3]。课题组下一步计划“学生走出去、专家请进来”的改革方向，邀请企业精英工程师来指导学生，让学生到企业中得到锻炼。

（感谢上海电力大学电子与工程学院对“嵌入式系统与应用课程建设与教改”的资助！）

参考文献

[1]朱铭琳.嵌入式系统开发教学改革创新[J].计算机时代，2017（1）：63-65.

[2]刘威，常瑞，谢耀滨.面向系统能力培养的嵌入式系统课程教学模式改革与实践[J].计算机教育，2019（1）：39-41.

[3]朱斐.卓越应用型人才实践嵌入式教学改革的探索[J].教育教学论坛，2018（48）：82-83.

Exploring the Teaching Model of Embedded System and Application

WANG Xiao-hua，QIN Lun-ming，SUN Jin-zhong

Abstract：In view of the problems of the theoretical content of embedded systems，such as the difficult theories，which are not easy to understand，and the lack of practical teaching in traditional teaching，this article focuses on the exploration of teaching methods and assessment methods，and proposes a step-by-step "scaffolding" teaching model.The four steps of "verification，modification，integration and design" were adopted to enable students to have a sense of achievement in practice and design，as well as to improve their interest and enthusiasm in learning.Project-based teaching was adopted in the practical teaching design of the subsequent courses.The traditional assessment model was replaced by formative assessment so as to draw the students' attention to practice to train their ability in innovation and practice.

Key words：Embedded System and Application;teaching model;formative assessment;practical teaching design