嵌入式設(shè)計(jì)教學(xué)的強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)法研究

劉春+王中齊

摘 要：分析目前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，提出在嵌入式設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中引入系統(tǒng)級(jí)硬件設(shè)計(jì)與軟硬件聯(lián)合仿真方法，遵循“小系統(tǒng)設(shè)計(jì)—驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)—應(yīng)用層設(shè)計(jì)—綜合設(shè)計(jì)”的脈絡(luò)，以培養(yǎng)能力和信心為宗旨，以“強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法”為教改思想，對(duì)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改編，增加設(shè)計(jì)型仿真實(shí)驗(yàn)，編排虛實(shí)結(jié)合的軟硬件組合接口設(shè)計(jì)、游戲設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)多階目標(biāo)滿(mǎn)足不同強(qiáng)化訓(xùn)練需要。通過(guò)對(duì)4屆學(xué)生的成績(jī)綜合分析發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)法對(duì)提升整體成績(jī)效果明顯。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)；嵌入式系統(tǒng)；仿真實(shí)驗(yàn)；Proteus

1 背 景

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟硬件開(kāi)發(fā)工作呈現(xiàn)出更寬廣的市場(chǎng)需求。從培養(yǎng)計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)能力角度來(lái)看，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式常常偏“軟”，硬件層與系統(tǒng)層設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。針對(duì)這一問(wèn)題，許多高校都進(jìn)行了教改嘗試。如電子科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)等引入項(xiàng)目案例教學(xué)法力求增強(qiáng)課程吸引力[1-2]，而同濟(jì)大學(xué)、華中科技大學(xué)等則自行研制開(kāi)發(fā)教學(xué)開(kāi)發(fā)板和配套教材[3-6]，以求從內(nèi)容上突破。上述方法取得了一定的成效，但對(duì)普通應(yīng)用型高校和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，均不易普及。嵌入式設(shè)計(jì)課程具有技術(shù)性強(qiáng)、軟硬結(jié)合、內(nèi)容寬廣的特點(diǎn)，但也面臨總體課時(shí)不足、實(shí)驗(yàn)器材落后、教師經(jīng)驗(yàn)缺乏等諸多限制。經(jīng)過(guò)多次更換教材、改編實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等嘗試，我們認(rèn)識(shí)到要在諸多限制下教好這門(mén)課程，需要回歸到學(xué)習(xí)和教育的本源，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力，設(shè)計(jì)并利用強(qiáng)化方法引導(dǎo)學(xué)生逐步深入，并解決以下3方面的問(wèn)題。

（1）學(xué)生有條件在脫離學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材限制的情況下自主反復(fù)實(shí)驗(yàn)。

（2） 教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)既要循序漸進(jìn)，又要連續(xù)保持高度壓力，驅(qū)動(dòng)學(xué)生強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

（3）把考試目標(biāo)分解為單元目標(biāo)并以一定的成就機(jī)制吸引使學(xué)生自我正反饋學(xué)習(xí)。

例如，華中科大自行研發(fā)了綜合實(shí)驗(yàn)箱，在大一階段就發(fā)給學(xué)生自主學(xué)習(xí)，大四再收回。這種方法解決了實(shí)驗(yàn)器材的限制，但大多數(shù)學(xué)校尚不具備這種條件。Proteus仿真軟件早已在單片機(jī)、微機(jī)原理、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)組成原理等專(zhuān)業(yè)課中被引入作為先進(jìn)的自我學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)手段[7-8]，8.4以上版本已能支持ARM7、ARM9、CORTEX M3等CPU。通過(guò)引入這一最新適用于嵌入式CPU的仿真軟件，筆者以ARM7為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一系列的軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)型教學(xué)內(nèi)容，推行強(qiáng)化式自主學(xué)習(xí)，最后再基于硬件實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行綜合強(qiáng)化設(shè)計(jì)。

2 教改思想：強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)

引導(dǎo)性學(xué)習(xí)以老師講、學(xué)生聽(tīng)，老師出題、學(xué)生備考為基本學(xué)習(xí)形式，這一典型教學(xué)方法并不太適用于嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)。首先嵌入式教學(xué)內(nèi)容覆蓋廣泛，從電子技術(shù)基礎(chǔ)、原理圖設(shè)計(jì)、ARM芯片原理、匯編設(shè)計(jì)，到嵌入式操作系統(tǒng)、交叉編譯、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、上層應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，很難在規(guī)定課時(shí)內(nèi)完整講解所有內(nèi)容。其次，嵌入式課程大量?jī)?nèi)容還是技術(shù)性和設(shè)計(jì)型的，課堂講授效果比純理論類(lèi)課程差，需要補(bǔ)充大量實(shí)驗(yàn)來(lái)強(qiáng)化教學(xué)效果。

自主性學(xué)習(xí)（self-dominated study）一般是指?jìng)€(gè)體自覺(jué)確定學(xué)習(xí)目標(biāo)、制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃、選擇學(xué)習(xí)方法、監(jiān)控學(xué)習(xí)過(guò)程、評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)習(xí)。自主學(xué)習(xí)不是放任不管，結(jié)合嵌入式學(xué)習(xí)要求，在自主式學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上需要引入教師的強(qiáng)化引導(dǎo)要求，以使自主學(xué)習(xí)增加以下3個(gè)要求。

（1）有目標(biāo)。 布置的學(xué)習(xí)任務(wù)均帶有明確的課題目標(biāo)或階段性目標(biāo)，學(xué)生在完成任務(wù)后能得到階段性評(píng)分，并形成自我反饋。

（2）有強(qiáng)度。每個(gè)階段布置的學(xué)習(xí)任務(wù)都具備一定的復(fù)雜度，需要學(xué)生花費(fèi)一定時(shí)間思考和嘗試，在完成任務(wù)后有成就感，并獲得繼續(xù)深入的動(dòng)力。

（3）有意義。具化為能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能感受到自身進(jìn)步，培養(yǎng)解決問(wèn)題的信心。

3 教改內(nèi)容：體系的沿襲與內(nèi)容的創(chuàng)新

美國(guó)硅谷圣何塞州立大學(xué)是硅谷地區(qū)重要的IT工程師搖籃，經(jīng)過(guò)訪問(wèn)考察發(fā)現(xiàn)其嵌入式課程由CMPE 241： Embedded System Development Tools、CMPE 242： Embedded Hardware Design、CMPE 243： Embedded Systems Applications和CMPE 244： Embedded Software共同組成。其內(nèi)容涵蓋了軟硬件設(shè)計(jì)和編程開(kāi)發(fā)，并額外開(kāi)設(shè)了IEEE 802/11BGN課程（CMPE 245： Embedded Wireless Architecture），選用教材包括自編材料和廠家芯片手冊(cè)，芯片體系架構(gòu)主要講述ARM Cortex M3核的LPC1769，實(shí)驗(yàn)方法是要求學(xué)生自購(gòu)模塊化LPC1769開(kāi)發(fā)板和外圍模塊，逐步添加和深入，在美國(guó)當(dāng)?shù)刭?gòu)齊材料成本約為每人160美金，軟件為L(zhǎng)PCXpresso集成環(huán)境。

從課程體系的設(shè)置以及教學(xué)內(nèi)容的編排看，大多數(shù)國(guó)內(nèi)高校與其主要不同之處在于自購(gòu)實(shí)驗(yàn)板和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)評(píng)分。筆者講授過(guò)針對(duì)ARM7、ARM9、CORTEX M3和A8的課程，從教學(xué)經(jīng)驗(yàn)看，比較合適本科層次的還是ARM7，其難易適中，教學(xué)材料豐富，學(xué)生就基本原理與基本技術(shù)的學(xué)習(xí)容易上手和深入。嵌入式操作系統(tǒng)方面則各有偏重，有從適宜理解方面選擇UCOS操作系統(tǒng)教學(xué)，還有從與實(shí)用對(duì)接角度考慮選擇Linux系統(tǒng)。筆者認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)沿襲現(xiàn)有成熟課程體系，但其教學(xué)內(nèi)容的編排應(yīng)進(jìn)行必要的變革創(chuàng)新。

首先，以ARM7+ Embedded Linux組合的教學(xué)內(nèi)容是比較合適的選擇。內(nèi)容應(yīng)包括ARM7的體系結(jié)構(gòu)、匯編與C混合編程應(yīng)用、無(wú)操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、交叉編譯環(huán)境設(shè)置、嵌入式圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等。至于Android、iOS等應(yīng)放到后置課程中學(xué)習(xí)。課程總體目標(biāo)是以綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)的方式，配以案例教學(xué)和大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到一個(gè)項(xiàng)目的提出、方案選擇、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試等一系列過(guò)程，達(dá)到各種所學(xué)知識(shí)的高度融合。以上內(nèi)容體系與課程目標(biāo)與大多數(shù)學(xué)校的教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)是基本一致的。

其次，嵌入式系統(tǒng)學(xué)科是典型的工科學(xué)科，是在基礎(chǔ)理論科學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合理論研究、應(yīng)用研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累而發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用學(xué)科，其目標(biāo)是培養(yǎng)在工程領(lǐng)域中從事設(shè)計(jì)、研究、制造、管理等方面的工程技術(shù)人才，尤其強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為此嵌入式系統(tǒng)課程，特別是實(shí)驗(yàn)課程，內(nèi)容的安排應(yīng)從被動(dòng)的觀察思考類(lèi)，轉(zhuǎn)到主動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)類(lèi)，這就需要結(jié)合學(xué)校條件，采取虛實(shí)結(jié)合的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，重新改編實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。表1比較了傳統(tǒng)的依托ADS CodeWarrior IDE的嵌入式實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，和以Proteus8 IDE為依托的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

ADS實(shí)驗(yàn)一般設(shè)計(jì)10課時(shí)，受客觀條件限制基本上難以展開(kāi)。Proteus實(shí)驗(yàn)則可以完全擺脫實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)驗(yàn)室課時(shí)的限制，以課外自主式學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)為主，以課堂實(shí)驗(yàn)檢查為輔，從第三個(gè)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始即進(jìn)入設(shè)計(jì)型模式，設(shè)計(jì)難度從2機(jī)時(shí)到15個(gè)機(jī)時(shí)不等，涉及的軟件工具還包括Vmware、Ubuntu Linux、QT、SQLite、Skyeye等，不但對(duì)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成必要的補(bǔ)充，而且充分覆蓋對(duì)學(xué)生的整體應(yīng)用設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

4 教改方法：虛實(shí)結(jié)合的軟硬件組合設(shè)計(jì)強(qiáng)化訓(xùn)練

由于硬件條件受限，目前國(guó)內(nèi)大部分高校沿用的還是ADS環(huán)境結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是ADS是純粹的軟件環(huán)境，只能將最后編譯結(jié)果下載到實(shí)驗(yàn)箱建立與硬件的聯(lián)系，欠缺軟件到硬件中的必要聯(lián)系。一些大學(xué)在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中引入了Verilog設(shè)計(jì)工具進(jìn)行仿真，該工具的使用與C語(yǔ)言環(huán)境有較大不同，要求先學(xué)習(xí)硬件描述語(yǔ)言，適用于電子或自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)，對(duì)計(jì)算機(jī)類(lèi)等本科專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)門(mén)檻較高。而Proteus仿真與設(shè)計(jì)軟件可以在PC上完成從原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB設(shè)計(jì)到軟件代碼調(diào)試、實(shí)時(shí)仿真、測(cè)試和PCB 3D視圖驗(yàn)證的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，8.0以上的版本不但直接對(duì)Keil等編譯環(huán)境進(jìn)行集成設(shè)置，還增加了Arduino流程圖設(shè)計(jì)集成環(huán)境，可以做機(jī)器人仿真設(shè)計(jì)，大大豐富了軟硬件之間的直接聯(lián)系。利用Proteus，學(xué)生可以完成從硬件電路設(shè)計(jì)到軟件代碼聯(lián)調(diào)仿真的綜合，他們可在自己的電腦上充分自主地設(shè)計(jì)、聯(lián)調(diào)和觀察結(jié)果，不但彌補(bǔ)了硬件設(shè)計(jì)的短板，而且能克服實(shí)驗(yàn)箱引起的諸多限制，是絕大多數(shù)工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行自主式學(xué)習(xí)的有利工具。

大多數(shù)ADS實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是驗(yàn)證和思考型的，比如大多數(shù)GPIO控制實(shí)驗(yàn)是要求控制IO引腳點(diǎn)亮LED燈，實(shí)驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，難以對(duì)學(xué)生產(chǎn)生足夠的刺激。增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度，在實(shí)驗(yàn)中布置個(gè)性化檢查點(diǎn)，事前充分輔導(dǎo)講解，事后嚴(yán)格逐個(gè)檢查，這些措施是使學(xué)生從自主式學(xué)習(xí)邁向強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。

如筆者在設(shè)計(jì)GPIO實(shí)驗(yàn)中，加入了更多復(fù)雜條件，要求一組LED燈被控制進(jìn)行至少3組以上的變換顯示效果，并增加一個(gè)喇叭，對(duì)每種輸出效果配上不同的音效。檢查時(shí)，要求每個(gè)學(xué)生對(duì)喇叭隨機(jī)變調(diào)，或?qū)︼@示效果隨機(jī)修改并加以解釋。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與室外廣告燈箱效果近似，因此學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)興趣大增，利用課余時(shí)間自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，取得了明顯的進(jìn)步和滿(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)效果。

再如在中斷實(shí)驗(yàn)中，ADS實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是使用S3C2410實(shí)驗(yàn)箱的定時(shí)器0實(shí)現(xiàn)0.5秒的定時(shí)并產(chǎn)生中斷，每產(chǎn)生一次中斷即控制蜂鳴器的I/O口狀態(tài)取反，實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪^(guò)于單調(diào)。在Proteus的中斷實(shí)驗(yàn)中，筆者將ADC和字符顯示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了結(jié)合，要求設(shè)計(jì)一個(gè)電子秤，對(duì)傳感器進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換取得數(shù)值，然后用矩陣式鍵盤(pán)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，并顯示結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)時(shí)在15個(gè)小時(shí)左右，學(xué)生們一邊抱怨難度太大，一邊興致勃勃地加班加點(diǎn)，最后完成的學(xué)生都覺(jué)得很有成就感，未能自主完成的學(xué)生在參考其他同學(xué)的成果后，也有自己的收獲，圖1為本實(shí)驗(yàn)的學(xué)生作業(yè)圖。

5 教改層次：逐步深入，設(shè)計(jì)多階目標(biāo)滿(mǎn)足不同需要

教學(xué)梯度應(yīng)遵循“小系統(tǒng)設(shè)計(jì)—驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)—應(yīng)用層設(shè)計(jì)—綜合設(shè)計(jì)”的脈絡(luò)，并注意從縱向和橫向進(jìn)行多階次設(shè)計(jì)，使其可以由淺入深，由易到難，滿(mǎn)足不同學(xué)習(xí)能力學(xué)生的需求。具體實(shí)施如下：

（1）小系統(tǒng)設(shè)計(jì)是指在訓(xùn)練之初，每一步的復(fù)雜度都限制在小型組合系統(tǒng)框架內(nèi)，如設(shè)計(jì)ARM CPU+存儲(chǔ)器組合系統(tǒng)、 CPU+矩陣鍵盤(pán)系統(tǒng)、CPU+串口通訊系統(tǒng)、 CPU+IIC實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)等，這些獨(dú)立的小系統(tǒng)設(shè)計(jì)均覆蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)方面，由于限制了系統(tǒng)規(guī)模，在設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)造成各個(gè)模塊之間的干擾，學(xué)生容易上手。

（2）驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)則提高了難度，要求在軟件的設(shè)計(jì)中融合特定硬件的用法，如CPU+LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，是編程點(diǎn)亮12864LCD液晶屏幕顯示點(diǎn)陣和字符（學(xué)生姓名學(xué)號(hào)）。

（3）通過(guò)上述兩個(gè)階段的訓(xùn)練，學(xué)生具備了基本的完整應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，可以布置應(yīng)用層的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如電子秤系統(tǒng)、貪食蛇游戲機(jī)等，這些實(shí)驗(yàn)均由多個(gè)小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組合而成，只是范圍更大、難度更深了。

（4）綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步在上述各種實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以課程設(shè)計(jì)的形式，實(shí)現(xiàn)多科目融合設(shè)計(jì)，如將網(wǎng)絡(luò)通訊、界面開(kāi)發(fā)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件工程包含在一起，設(shè)計(jì)無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)。這樣的設(shè)計(jì)任務(wù)接近實(shí)用化需求，學(xué)生在完成最終的綜合設(shè)計(jì)訓(xùn)練后會(huì)有極大的成就感，開(kāi)發(fā)信心倍增。

具體到編排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，還要注意縱橫結(jié)合?？v向多階是指教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的逐次遞進(jìn)，橫向多階是指編排的內(nèi)容在同一個(gè)階層有不同的難度要求和分?jǐn)?shù)獎(jiǎng)勵(lì)。目前采用的方法是在同一個(gè)層次編排兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)，以適應(yīng)普通學(xué)生和學(xué)有余力的學(xué)生。如表1所示，Proteus實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階實(shí)驗(yàn)。在組建交叉編譯環(huán)境實(shí)驗(yàn)時(shí)，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)只要求建立環(huán)境，而進(jìn)階實(shí)驗(yàn)要求安裝skyeye模擬器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。又如在接口實(shí)驗(yàn)中，IIC與SPI接口實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)器，而進(jìn)階實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)基于TFT LCD屏幕的貪食蛇圖形游戲，如圖2所示，用矩陣鍵盤(pán)控制蛇的移動(dòng)方向，其挑戰(zhàn)性非常強(qiáng)，完成時(shí)間需要15個(gè)機(jī)時(shí)。設(shè)計(jì)這些進(jìn)階實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)優(yōu)秀學(xué)生的努力與成就展示，帶動(dòng)普通學(xué)生更加努力投入自主鉆研的學(xué)習(xí)中。

上述所有的Proteus內(nèi)容雖然適于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，但是最終還應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)與真正的硬件實(shí)物進(jìn)行連接，最合適的安排就是學(xué)期結(jié)束前的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在學(xué)生已經(jīng)建立了基本的嵌入式基礎(chǔ)知識(shí)后，以課程設(shè)計(jì)的形式，進(jìn)行一個(gè)集成各個(gè)模塊的大型設(shè)計(jì)，再將編譯后的可執(zhí)行文件下載到實(shí)驗(yàn)箱上，最終使得學(xué)生通過(guò)這樣的完整設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程達(dá)到課程培養(yǎng)目標(biāo)。筆者設(shè)計(jì)的強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)《基于ARM的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)》獲得學(xué)生好評(píng)，課程采風(fēng)《開(kāi)發(fā)達(dá)人是怎樣煉成的》還被湖北日?qǐng)?bào)荊楚網(wǎng)報(bào)道。

為了配合上述的各階層目標(biāo)，筆者將課程總評(píng)成績(jī)拆解為一系列的小目標(biāo)成績(jī)，其中期末考試占30%，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)考核都按難度不等計(jì)入5～10分，對(duì)高難度設(shè)計(jì)設(shè)立獎(jiǎng)勵(lì)分。也可以按周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃，并設(shè)置提交時(shí)間區(qū)間，按區(qū)間給起評(píng)分。

6 教學(xué)效果檢驗(yàn)與展望

為了檢驗(yàn)上述強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)的教學(xué)效果，筆者對(duì)連續(xù)4屆的學(xué)生進(jìn)行了成績(jī)跟蹤與回訪，將各分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得分和最終在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)完成的目標(biāo)項(xiàng)數(shù)對(duì)比，并以此作為判別依據(jù)。其中第一屆采用的是ARM7+ADS實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；第二屆采用ARM11+ADS；第三屆采用ARM7+LINUX+課堂Proteus；第四屆采用強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法，內(nèi)容為ARM7+LINUX+課外Proteus，其對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可看出，經(jīng)過(guò)課程與實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化，學(xué)生的成績(jī)逐漸提高，但是對(duì)ADS型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生成績(jī)起伏不大，既無(wú)興趣的提高也無(wú)明顯降低，基本上依賴(lài)學(xué)生自覺(jué)。對(duì)于第四屆的教學(xué)改革，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)有強(qiáng)化性的提高，最終的課設(shè)成績(jī)也有大幅度的改善。進(jìn)一步分析第三屆引導(dǎo)式學(xué)習(xí)法與第四屆強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法取得的分段成績(jī)（見(jiàn)表3），強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法對(duì)低分段學(xué)生有明顯的提升效應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)難度不是特別大的情況下（如實(shí)驗(yàn)3—4），整體能取得最好的成績(jī)；在難度最大的時(shí)候（如實(shí)驗(yàn)5），整體仍然能取得穩(wěn)定的成績(jī)，這些比較充分地說(shuō)明了該種教改方法對(duì)學(xué)生成績(jī)的促進(jìn)。

基于Proteus仿真軟件，我們對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法進(jìn)行了改革，克服了課時(shí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，以強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法取得了較好的教學(xué)實(shí)踐效果。需要注意的是，由于軟件仿真能力的限制，目前可以仿真的uclinux系統(tǒng)功能微弱，圖形和網(wǎng)絡(luò)能力很少，還不足以支撐實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)仿真，所以最后一個(gè)連接實(shí)驗(yàn)箱的環(huán)節(jié)目前仍然不可或缺。此外采取上述方法的前提是學(xué)生對(duì)Proteus設(shè)計(jì)調(diào)試方法有一定基礎(chǔ)，筆者在講授計(jì)算機(jī)組成原理時(shí)，已經(jīng)引入和設(shè)計(jì)了相應(yīng)的組成原理Proteus實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行了準(zhǔn)備性訓(xùn)練。強(qiáng)化自主式學(xué)習(xí)法從學(xué)習(xí)的本源出發(fā)對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的嘗試，未來(lái)的工作包括需要進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難度以適應(yīng)不同階層的學(xué)生，以及進(jìn)一步設(shè)法解決系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)完整仿真的問(wèn)題。

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（編輯：彭遠(yuǎn)紅）