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嵌入式系统课程教学方式改革初探

2016-05-30张志勇徐杨刘淑雅

教育界·下旬 2016年2期
关键词:开放实验室教学方式改革

张志勇 徐杨 刘淑雅

【摘 要】本文针对当前嵌入式教学与人才培养的一些问题,提出了以“网络化”为窗口,以“专业项目模块”为驱动,以“开放性实验”为载体的创新实践教学活动,从完善课程网站、改革教学内容及手段和建设开放实验室等方面进行探讨,以期寻求合适的教学方式。实践证明,该教学模式的探索提高了学生的实际动手能力和创造力,提高了教学质量。

【关键词】嵌入式系统课程 教学方式 改革 开放实验室 专业项目

嵌入式系统作为当今IT应用领域最有发展前途的技术之一,现已被广泛应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器等众多领域[1]。其广泛应用及其良好的发展潜力促进了社会对该方面人才的需求。由于该领域入门门槛较高,既与计算机专业课程有关,也与电子、通信、自动化等诸多学科的课程有关,需要C 语言程序基础课、数/模电子技术课、嵌入式Linux 操作系统及嵌入式应用程序等课程的支撑,需要结合PCB 电路设计,在具体应用时还牵涉相关的应用背景知识[2-3]。而教学实验基本上都是基础性的验证实验学习,没有与实际的工程应用结合起来。学生在做完实验之后,动手能力依然欠缺,仍不具备独立开发的能力,仅依靠目前的教学模式,不利于较好地掌握嵌入式技术;加之软硬件技术知识更新很快,掌握新技术的人需要适时更新[4-5]。因此,如何开展嵌入式系统的教与学,以及通过什么样的教学方式进行知识的学习和提升,探索一种新的嵌入式教学模式的改革势在必行。为此,本文采用 “网络化”“项目化”“开放实验室”教学模式,对嵌入式系统的课程进行重新设计。具体而言,是以“网络化”为窗口,以“专业项目模块”为驱动,以“开放性实验”为载体,采用任务驱动的方法,通过老师和学生的共同参与来进行教学活动。在此基础上,依据对专业项目模块的学习和使用,以期探索一条嵌入式系统课程教学改革的新路。

一、完善课程网站

课题组在探索嵌入式技术教学与实验的基础上,提出了“多融合,重素质,到前沿”的专业教学目标。所谓“多融合”就是综合多个名校的嵌入式课程网站,选取有典型教学案例的课程实例并相应链接,引导学生在线学习。为此,我们对网络教学环节进行了大胆的探索,实现所有教案和较好的多媒体效果课件的电子化与网络化,包括网上作业的发布与提交、网上小测验、网上辅导与答疑、师生适时对话等,通过创新网络教学体系的构建、在网上公布创新性实验、结合工程实践、嵌入式设计竞赛、大学生科技活动和学生兴趣小组等一系列实践教学的创新,探索出培养大学生专业基础知识扎实、综合素质好、动手能力强、具有创新意识和能力的新途径,并取得了良好的效果,受到了学生的好评。

二、专业项目驱动

经过课题组努力,共完成了五个作品:(1)俄罗斯方块设计;(2)基于无线控制的贪吃蛇游戏;(3)基于ARM的音乐演奏器设计;(4)蓝牙控制小车;(5)基于蓝牙控制的ARM板。这些项目的开展均针对计算机专业特点,具有较强的趣味性和知识性。例如,利用蓝牙简化了移动通信终端设备之间通信的有效性,该项目根据基于Linux操作系统和ARM板,设计了基于蓝牙的ARM板控制系统,包含打开电机模块、调节电机模块、关闭电机模块、播放视频模块、监控播放录像模块等,不仅把读取的内容反馈在开发板上,而且可连接到手机上,或者连接到快速发展的因特网上,激发了学生学习嵌入式技术的积极性和创造力。俄罗斯方块运用在开发板上的LED显示和键盘驱动程序的结构,用数组模拟LED中的8×8点阵来实现。当方块显示的部分是1,不显示的部分是0;先将方块的形状按照当前的坐标(cx,cy)存放在数组中;然后将当前的方块从数组中删除,待改变了坐标值后重新将方块放入数组中;并在主方法中添加两个线程,分别让方块每隔一段时间向下移动一格;另一个线程接收键盘输入的字符,按照字符的值变换方块的坐标或形状;最后将数组中的值按照列转换成一个16进制的数,把这8个数分别送给LED显示;最后在宿主机上面将编写C程序编译成开发板上的执行程序,调试运行达到方块效果。该作品的完成有助于防止创伤后应激障碍的发生,能有效消除大脑储存视觉记忆功能产生的干扰,这样极大地增强了学生学习的趣味性。

三、建设开放实验室

为了提高计算机专业学生学习嵌入式技术的兴趣,依托学校的实验室建设经费,我院筹建了嵌入式系统实验室,以“自由、促进、创新”为理念,为对嵌入式技术感兴趣的学生提供了一个沟通交流、学习提高的良好环境。开放实验以嵌入式技术为研究主体,嵌入式技术开放实验题目具有应用性、先进性和趣味性,通过嵌入式技术开放实验途径,为学生提供学习、实践、交流、承担项目、就业对接等机会。从这几年的教学实践看,学生对嵌入式系统这种教学与实践相结合的课程非常感兴趣,尤其在综合实验中表现出很高的热情和积极性,所投入的精力和时间已远远超出课程的要求,教学效果非常明显,实现了课程的实验教学做到实验时间、实验内容和实验器材对学生的真正开放,使学生能够实现理论与实践相结合、验证型实验与设计型实验相结合、课内与课外相结合。不足之处是在开放实验室下的课程辅导、监管、考核方式都需要新的探索。

四、跟踪国际前沿,改革教学手段和方法

近几年来,本课程的建设一直注意跟踪国际先进水平,始终坚持对国际著名大学同类课程的比较分析研究,结合我校生源的实际情况,针对不同类别、不同层次的学生,认真研究讨论,及时修订调整培养方案,保证全面反映嵌入式系统领域的最新研究成果和发展趋势,使本课程内容始终保持其先进性和适应性。同时,为贯彻本课程的基本理念,建立以应用为主线,重系统设计、重典型系统的案例分析,重工程能力实践锻炼的教学方法,摆脱传统教学中重课堂授课轻实验实践、重技术学习轻总体设计而造成的学生系统设计能力弱、动手能力差的问题,在教学方式上进行了一系列改革,将“耳闻(授课听课)+目睹(课堂演示)+手动(学生做实验)”有机结合起来,突出重点,以点带面,为学生打下良好的实践基础。课堂讲授是课程教学的关键环节。为此,课程组在以下五个方面下功夫:(1)保证重点内容的精炼,讲解透彻,并能覆盖嵌入式系统各个主要组成部分;(2)每年举办专题讲座,介绍最新出现的思想和技术,并结合科研实际进行案例教学;(3)积极引导学生开展自主性研究式和讨论式学习,通过上网搜索、专题讨论、撰写报告的方式提升和扩大课堂教学效果,针对不同培养对象,因材施教,进行不同的教学安排;(4)通过采用将电子教案发给学生,实施动画和多媒体课件教学,增强学生学习兴趣,提高学生的自主学习能力;(5)通过网络课程建设,以在线答疑、思考提示、模拟考试等互动方式进行启发式教学。

五、结语

总之,嵌入式系统教学方式的转变永远都在路上,本文基于上述几个方面进行了初步论述。在具体实施过程中,需要因材施教,适应不同水平和能力学生的个性要求,给予学生选择、创造、表现、提高的机会,激发学生的主观能动性,调动学生参与实践活动的积极性,培养学生的工程素养和解决问题的能力。在以后的教学中,可进一步增加更多应用领域的实践。在具体开展过程中,我们要在参考成功案例的基础上结合专业实际情况不断思考,完善嵌入式教学方法,激发出学生所具有的强大潜力和主动学习、创新学习、批判性学习的意识,培养学生的团队合作精神和创新实践能力。

【参考文献】

[1]杨刚,白楒锋,石光明,等.新形势下以项目为中心的嵌入式教学与人才培养新模式探索[J].实验室研究与探索,2008,27(07):8-10,17.

[2]丁玲.嵌入式应用程序开发教学改革探讨[J].信息通信,2014(02):285-286.

[3]吴磊.嵌入式教学与实验的研究[J].实验室研究与探索,2011,30(11):102-104.

[4]孙敬武,范秀平,马雅超.“嵌入式教学模式”在软件专业教学中的研究与应用[J].河北师范大学学报(教育科学版),2009,11(02):110-112.

[5]龚芙蓉.国外高校信息素质教育之“嵌入式教学模式”的思考与启示[J].图书馆论坛,2010,30(03):147-149,178.

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