王 超，周海攀

（1.文山學(xué)院 信息科學(xué)學(xué)院，云南 文山 663099；2. 文山學(xué)院 人文學(xué)院，云南 文山 663099）

1 引言

電子技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今生活中不可缺少的一個(gè)部分，同時(shí)也加速了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及智能化概念的提出和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前IT行業(yè)最熱門研究領(lǐng)域之一，嵌入式課程也在不同層次的院校廣泛開設(shè)[2]。

嵌入式系統(tǒng)的定義是嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[3-4]。從定義可以看出，嵌入式包括硬件和軟件兩個(gè)部分，我們不僅要學(xué)習(xí)硬件方面的知識(shí)、還需要學(xué)習(xí)軟件方面的知識(shí)，同時(shí)要掌握通信技術(shù)、控制技術(shù)、圖像處理等，它是一門綜合性強(qiáng)、學(xué)科繁雜、需要多門技術(shù)支持的相互關(guān)聯(lián)、相互滲透的學(xué)科。按照地方應(yīng)用型本科院校的教學(xué)大綱所要求的情況來看，一般安排學(xué)時(shí)在50～70個(gè)課時(shí)左右，其中理論占一半課時(shí)，實(shí)驗(yàn)占一半課時(shí)。以這樣的課時(shí)安排來看，對(duì)于本身基礎(chǔ)比較薄弱的一般性本科院校的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)難度較大，實(shí)踐課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，學(xué)生難以從整體上對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程進(jìn)行全面的把握，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生是很難有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的，同時(shí)也無法滿足社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求[3]。

作為面向應(yīng)用型本科院校開設(shè)的一門新興課程，學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的主要目的就是為了讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理、開發(fā)方法和開發(fā)流程等，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、解決實(shí)際問題的能力以及創(chuàng)新能力，為以后的實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)和就業(yè)奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)，以滿足市場(chǎng)對(duì)嵌入式人才的初步需求。

2 教學(xué)中存在的問題

嵌入式不僅需要知識(shí)綜合性要求高，實(shí)踐性要求強(qiáng)的開發(fā)者，同時(shí)也要適應(yīng)知識(shí)更新快的特點(diǎn)，使得嵌入式教學(xué)面臨各種困難。隨著市場(chǎng)對(duì)嵌入式人才需要的不斷加大，不同層次的本科院校也紛紛開設(shè)了嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程。但在嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)過程中存在著以下的一些問題：

（1）課程內(nèi)容枯燥、教師“滿堂灌”，知識(shí)抽象，不易理解，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，自己對(duì)知識(shí)的理解以及動(dòng)手能力沒有得到真正的發(fā)揮，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性不高。因此教學(xué)質(zhì)量提高難度較大[4]。

（2）地方性應(yīng)用型本科院校學(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程又是一門門檻比較高的綜合性課程，要求學(xué)生具備扎實(shí)的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，而目前大多地方本科院校培養(yǎng)的學(xué)生在計(jì)算機(jī)操作及應(yīng)用軟件方面的能力較強(qiáng)，但是對(duì)于底層的知識(shí)及操作系統(tǒng)方面相對(duì)較弱，學(xué)生前期學(xué)習(xí)的課程無法達(dá)到嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的要求。雖然大多數(shù)理工科專業(yè)將C語言作為專業(yè)必修課程，但是所學(xué)知識(shí)與嵌入式開發(fā)的需要相差甚遠(yuǎn)，學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容無法滿足嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的需求[5-6]。

（3）學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程需要掌握大量的命令，眾多的工具，需要具備查閱繁雜數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力，知識(shí)面廣，課程難度大，需要記憶的內(nèi)容也比較多。在有限的課時(shí)內(nèi)，掌握這樣的一些知識(shí)具有很大的難度，同時(shí)也給實(shí)踐教學(xué)增加了一定的難度。課內(nèi)安排的實(shí)驗(yàn)通常更多是為了配合理論教學(xué)的需要，更多復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生花大量的力氣去學(xué)習(xí)，對(duì)于地方性本科院校的學(xué)生來說，自主學(xué)習(xí)積極性不高，只滿足課程教學(xué)，知識(shí)層面掌握系統(tǒng)性不強(qiáng)，缺乏整體的概念。

（4）地方應(yīng)用型本科院校在嵌入式教學(xué)方面面臨比較大的困難是師資力量的薄弱，對(duì)于大多數(shù)地方應(yīng)用型本科院校來說很少有在嵌入式方面有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師，大部分的教師都是一畢業(yè)就進(jìn)入高校工作，接觸的實(shí)際項(xiàng)目過少，開發(fā)經(jīng)驗(yàn)欠缺。要教好這門課程，需要教師投入大量的時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，新的技術(shù)。同時(shí)，也需要教師花很長(zhǎng)時(shí)間才能積累到豐富的嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 以嵌入式綜合實(shí)例為依托開展“整體-局部-整體”嵌入式課程教學(xué)

本校嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程采用北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司的UP-CUP S2410開發(fā)平臺(tái)，著重學(xué)習(xí)在Linux系統(tǒng)下面的綜合實(shí)例開發(fā)，通過“整體—局部—整體”的教學(xué)思路完成對(duì)嵌入式課程的教學(xué)。具體的教學(xué)模式如下圖1所示。

圖 1 嵌入式課程教學(xué)模式

3.1 從整體上認(rèn)識(shí)嵌入式

一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用實(shí)例需要學(xué)生能夠全面地掌握知識(shí)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了紕漏，都可能導(dǎo)致應(yīng)用程序的無法運(yùn)行。首先，讓學(xué)生了解嵌入式產(chǎn)品開發(fā)過程中的整體內(nèi)容，這有助于學(xué)生對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的全面認(rèn)識(shí)，同時(shí)有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有針對(duì)性的開展學(xué)習(xí)。通過對(duì)綜合實(shí)例的演示、介紹、講解，讓學(xué)生從整體上全面認(rèn)識(shí)，一個(gè)嵌入式產(chǎn)品在開發(fā)過程中所要用到命令、相關(guān)的開發(fā)工具包以及在嵌入式開發(fā)過程中所需要掌握的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而對(duì)于整個(gè)過程需要注意的地方要進(jìn)行著重說明。教師在介紹、講解應(yīng)用實(shí)例的過程中給出整個(gè)學(xué)期學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)主線。通過這種整體介紹的方式，學(xué)生普遍對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)全面的把握，讓學(xué)生能更好的投入該門課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中。

3.2 掌握每一個(gè)局部知識(shí)

局部教學(xué)的開展，就是對(duì)嵌入式綜合實(shí)例的各功能進(jìn)行分步實(shí)現(xiàn)的過程。一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用實(shí)例，往往包含很多個(gè)功能，每個(gè)功能又可以自成一個(gè)獨(dú)立的整體。在教學(xué)過程中將這些獨(dú)立的整體當(dāng)作嵌入式綜合應(yīng)用實(shí)例中一個(gè)局部的內(nèi)容來進(jìn)行講解、學(xué)習(xí)。通過每一個(gè)部分內(nèi)容的全面學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用實(shí)例的每一個(gè)功能的具體實(shí)現(xiàn)過程。該過程主要分為三個(gè)部分，分別是理論知識(shí)的掌握、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的掌握、綜合實(shí)例實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)，將理論知識(shí)學(xué)習(xí)貫穿于整個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每一個(gè)部分的具體實(shí)施內(nèi)容如圖2所示。通過“理論知識(shí)—實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)—實(shí)訓(xùn)”這一過程的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用“整體—局部—整體”教學(xué)方式的開展，有利于學(xué)生對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)有充分認(rèn)識(shí)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)以及自身實(shí)踐，打開了應(yīng)用開發(fā)思路，不再局限于局部的單一功能的應(yīng)用實(shí)例，而是開發(fā)實(shí)現(xiàn)具有多功能的應(yīng)用實(shí)例。這為學(xué)生做下一步整體開發(fā)綜合應(yīng)用實(shí)例及創(chuàng)新性綜合實(shí)例提供了基礎(chǔ)前提。

圖 2 嵌入式課程具體實(shí)施內(nèi)容

3.3 整體開發(fā)綜合應(yīng)用實(shí)例和自主創(chuàng)新性實(shí)例

每個(gè)小組的學(xué)習(xí)能力及接受知識(shí)的能力不同，經(jīng)過一定時(shí)間的積累，會(huì)出現(xiàn)層次不同的學(xué)生。根據(jù)每一個(gè)學(xué)習(xí)小組學(xué)習(xí)知識(shí)的情況，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，教師在設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用實(shí)例內(nèi)容及形式上不加以限定，但要求每組學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容及掌握的知識(shí)開發(fā)一個(gè)具有多個(gè)功能的嵌入式綜合實(shí)例作為期末考核的主要依據(jù)。通過這種方式的開展，學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)有全面的掌握和理解，為將來的學(xué)習(xí)和工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

4 以學(xué)生為中心，“自教自學(xué)”貫穿于教學(xué)之中

傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，最基本的教學(xué)方法是講授法，嵌入式技術(shù)與應(yīng)用這門課程本身就比較枯燥。如果教師一味地講，則無法很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。嵌入式技術(shù)與應(yīng)用是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)生的動(dòng)手能力及大量地閱讀課外知識(shí)。為了達(dá)到教學(xué)目的及調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，在開設(shè)這門課程之前，教師先講授基本知識(shí)后適當(dāng)?shù)貟伋鰡栴}，然后指導(dǎo)學(xué)生利用目前的網(wǎng)絡(luò)課程例如愛課程、慕課、微課等網(wǎng)絡(luò)資源及圖書館資料對(duì)問題進(jìn)行查閱。之后將學(xué)生劃分為3～5人的學(xué)習(xí)小組對(duì)問題進(jìn)行分析及探討，并隨機(jī)抽取一個(gè)小組的學(xué)生對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)，其他小組對(duì)其學(xué)習(xí)效果進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)則作為該門考核的重要手段之一。整個(gè)教學(xué)過程中，教師主要負(fù)責(zé)對(duì)問題的指導(dǎo)及對(duì)課堂紀(jì)律的維持。

對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師給出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟以及相關(guān)的一些資料，開放實(shí)驗(yàn)室，每次安排一個(gè)小組進(jìn)行自學(xué)，上課過程中由學(xué)習(xí)小組的成員進(jìn)行授課和輔導(dǎo)，教師負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生沒有辦法處理的問題進(jìn)行解答和指導(dǎo)。每次課程都預(yù)留一定的時(shí)間與教師進(jìn)行討論和總結(jié)。教學(xué)過程如圖3所示。

圖 3 教學(xué)過程

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，都是以教師講—教師演示—學(xué)生做—提交報(bào)告的形式完成，這樣的教學(xué)模式，由于理論課程難度大，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)多、實(shí)驗(yàn)過程步驟多，命令多、工具多等特點(diǎn)，只有少部分學(xué)生會(huì)積極地融入到學(xué)習(xí)當(dāng)中。大部分學(xué)生很難將精力投入到學(xué)習(xí)中，教師只要稍為督促力度不夠，就會(huì)出現(xiàn)“混水摸魚”現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)習(xí)效果非常不好。而通過這種“自教自學(xué)”以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)了每位學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的有效合作，更有利于學(xué)生對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的理解和把握。在整個(gè)課程的實(shí)施程中，學(xué)生通過自已查閱、收集、整理相關(guān)知識(shí)，對(duì)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用這門課程理解更加深刻，這充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，縮短了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)間，讓學(xué)生有更多的時(shí)間去實(shí)踐，這有利于學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的提高。

5 教學(xué)效果

地方應(yīng)用型本科院校大部分開設(shè)嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程是為了適應(yīng)時(shí)代的需求，吸引學(xué)生。但開設(shè)的前期課程大都是一些比較直觀且易于學(xué)習(xí)的應(yīng)用課程，而底層硬件相關(guān)的一些相對(duì)比較抽象、困難的課程開設(shè)比例嚴(yán)重偏低，導(dǎo)致在進(jìn)行嵌入式課程學(xué)習(xí)的時(shí)候，學(xué)生學(xué)習(xí)起來會(huì)比較吃力，找不到很好的入手點(diǎn)。

通過以上教學(xué)模式和教學(xué)方法的改進(jìn)與實(shí)施，嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程取得了良好的教學(xué)效果，并有效解決了教學(xué)過程中存在的問題。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到很大提高，大部分學(xué)生會(huì)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，查閱相關(guān)資料，問問題的學(xué)生不斷增加，基礎(chǔ)知識(shí)越來越扎實(shí)。對(duì)于教師來說，在指導(dǎo)學(xué)生的過程中，也需要教師進(jìn)行不斷地學(xué)習(xí)，不斷擴(kuò)充自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高自身的理論與實(shí)驗(yàn)水平，教師業(yè)務(wù)能力提高的同時(shí)也有利于教師開展嵌入式方向的研究，從而更好地投入到教學(xué)實(shí)踐中來。

從幾年的教學(xué)實(shí)踐情況看，學(xué)生能積極的融入到嵌入式課程的教學(xué)過程中，并能借助教師所提供的教學(xué)資料以及網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)資料來自主的學(xué)習(xí)。在這個(gè)過程中，不僅鍛煉學(xué)生自學(xué)的能力，并且有效地培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式課程的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生遇到困難、解決困難的信心。

通過幾年的教學(xué)效果來看，學(xué)生不僅具備了一定的開發(fā)能力，并能很好的參與到教學(xué)和科研當(dāng)中來，為今后更進(jìn)一步的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生通過小組的分配，小組成員之間相互配合能進(jìn)行一些綜合實(shí)例的開發(fā)。比如：遠(yuǎn)程嵌入Linux控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、簡(jiǎn)易聊天程序，QT界面控制程序開發(fā)等。對(duì)于地方應(yīng)用型本科院校自主學(xué)習(xí)能力不足、學(xué)習(xí)積極性不高、信息接觸相對(duì)閉塞的學(xué)生來說，能獨(dú)立完成這些綜合應(yīng)用實(shí)例的開發(fā)已經(jīng)是一件難能可貴的事情。

6 結(jié)論

嵌入式技術(shù)與應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)，要注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，讓每個(gè)學(xué)生都能得到利用知識(shí)，掌握解決問題和創(chuàng)新的能力。它是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性較強(qiáng)學(xué)科，課程容量大，學(xué)習(xí)難度高，要求學(xué)生具備良好的自主學(xué)習(xí)能力。通過“整體—局部—整體”“自教自學(xué)”這兩種相結(jié)合教學(xué)模式與教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。在最后考核過程中，每個(gè)小組都能按時(shí)按質(zhì)按量提交課程考核作品，學(xué)生從中獲得了滿滿的成就感。這種教學(xué)模式，改變了教師教的職能，使得教師不僅僅是教學(xué)過程的控制者、教學(xué)活動(dòng)的組織者、教學(xué)內(nèi)容的制定者和學(xué)生成績(jī)的評(píng)判者，也是學(xué)生的引導(dǎo)者和合作者，從滿堂灌轉(zhuǎn)變到引導(dǎo)、解答的角色當(dāng)中來。教師只需合理的規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)，整個(gè)教學(xué)過程形成一種師生互教互學(xué)，彼此之間形成一個(gè)“學(xué)習(xí)共同體”，創(chuàng)造了一種動(dòng)態(tài)的，發(fā)展的課程教學(xué)方式，強(qiáng)化教師的知識(shí)水平的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生合作共贏的學(xué)習(xí)機(jī)制。