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摘要：針對傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學為導向，提出嵌入式課程教學分層次人才培養(yǎng)，設計了實驗教學功能單元精細化、分模塊化平臺教學方案，優(yōu)化了教學實踐環(huán)節(jié)，提升了教學效果，提高了學生嵌入式系統(tǒng)綜合應用能力。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學模式；課程體系；人才培養(yǎng)

科學構建嵌入式人才培養(yǎng)體系，深刻理解嵌入式系統(tǒng)的特點，培養(yǎng)出一大批創(chuàng)新型高素質嵌入式系統(tǒng)人才是當前地方應用型本科院校開設該專業(yè)亟待研究的課題。嵌入式系統(tǒng)課程知識關聯(lián)了電氣工程自動化、電子技術、計算機應用、通信工程等多個專業(yè)的相關內容，涉及單片機技術、C語言程序設計、嵌入式操作系統(tǒng)、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、匯編語言等多門課程，對培養(yǎng)學生的寬基礎、寬專業(yè)有著較高要求。嵌入式系統(tǒng)課程培養(yǎng)規(guī)格決定了其實踐性強，課程設置大量的實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生軟硬件設計和驅動程序設計能力，教學中需要搭建硬件、軟件開發(fā)環(huán)境[1]。當前嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)體系存在很多不足，如培養(yǎng)方案缺乏系統(tǒng)性，實踐過程中缺乏足夠的訓練規(guī)模與難度，理論講授與實驗演練不能有機結合等。嵌入式系統(tǒng)課程較多是以傳統(tǒng)的理論化、知識化的方法講授，學生無法直接感性認識嵌入式系統(tǒng)的軟硬件知識，不能做到“一堂化”學習中去。嵌入式系統(tǒng)教材大多是以知識點來組織相關的章節(jié)，缺乏實際案例引導學生理解教學內容，難以將抽象的知識和實踐教學環(huán)節(jié)緊密結合。本文根據(jù)計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)實踐性、綜合性強的特點，提出合適的模塊化嵌入式系統(tǒng)課程教學方案。

1嵌入式系統(tǒng)模塊化教學設計思路

計算機嵌入式系統(tǒng)教學模式改革涉及嵌入式課程體系的設置、理論教學和實驗教學的開展、綜合設計與學生工程實訓等方面，教學體系設計以培養(yǎng)學生的系統(tǒng)分析、設計與驗證能力為出發(fā)點，以培養(yǎng)學生的軟硬件設計能力、驅動程序設計能力為導向，構建精講多練的模塊化課程體系和教學知識體系。1.1合理設置分層培養(yǎng)教學環(huán)節(jié)。嵌入式教學設計中體現(xiàn)分層次培養(yǎng)環(huán)節(jié)。在教學中可按照人才培養(yǎng)分類，分層次進行嵌入式人才培養(yǎng)：一是以面向應用為主，培養(yǎng)學生能夠針對某個具體的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件平臺進行應用開發(fā)的能力，這屬于嵌入式系統(tǒng)教學的基本層次，培養(yǎng)嵌入式應用軟件人才；二是培養(yǎng)的學生能夠進行嵌入式系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)平臺設計和開發(fā)，具有綜合系統(tǒng)開發(fā)和應用能力，因此，在教學過程中注重培養(yǎng)學生軟件、硬件設計開發(fā)能力[2]。1.2優(yōu)化課程結構和創(chuàng)新教學內容。以人才培養(yǎng)與社會行業(yè)需求度為導向，以“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)”為目標，對嵌入式系統(tǒng)的課程結構、教學內容進行改革創(chuàng)新。做到課程結構“任務模塊化”、課程模塊“動態(tài)組合化”；使課程結構和教學內容不斷更新。實際教學中采用靈活多樣的教學方法體系，具體方法：(1)對于初級嵌入式系統(tǒng)各模塊按統(tǒng)一模式講解，有利于提高學生的學習效率，加深對嵌入式軟硬件結合的理解；(2)通過函數(shù)封裝等技術對外設、接口設置和操作進行模塊化設計，如在以NXP單片機為核心的初級嵌入式系統(tǒng)上，進行硬件和軟件模塊化教學設計；(3)針對實踐教學環(huán)節(jié)，保持課程實驗課之外，進一步加強綜合性的課程設計，加強獨立開設綜合性、設計性實驗安排，鍛煉學生的實際應用能力。對于部分章節(jié)采用討論式教學，老師引出問題，學生進行討論，共同設計。在不斷討論、解決問題的過程中，有利于學生獨立思考能力的培養(yǎng)和靈活、綜合運用基礎知識能力的提高。結束時，老師對設計原理、方法和注意事項進行總結，在此基礎上再進行較復雜的設計，這樣可以激發(fā)同學的學習興趣和學習熱情。

2嵌入式系統(tǒng)模塊化教學具體設計方案

嵌入式系統(tǒng)教學體系構建貫穿“以學生自主學習為中心”“實踐教學”等教學理念，模塊化教學設計具體如下。2.1精細劃分實驗課程功能單元。嵌入式系統(tǒng)課程因其自身特點，目前理論課按照不同的功能單元進行教學，相應地實驗系統(tǒng)也按功能單元進行劃分，但大多數(shù)實驗系統(tǒng)是采用最小系統(tǒng)板加底板形式的實驗箱，不易擴展和攜帶。筆者曾在教學過程中設計了嵌入式實驗系統(tǒng)的“口袋化”方案，即把整個實驗平臺分為最小系統(tǒng)板、輸入輸出單元板和交互接口板三塊，方便學生攜帶和課后學習演練。細化初級嵌入式課程的實驗系統(tǒng)，盡可能劃分成不可再分割的基本功能模塊，如單片機與電腦的異步串行通信模塊，制作以MAX232為核心的電路板，配有單片機和電腦數(shù)據(jù)接口以及電源接口；繼電器模塊，制作以繼電器為核心的小電路板，配有單片機開關信號接口和繼電器開合線路接口；最小系統(tǒng)板則根據(jù)所連的外圍模塊分別給出各模塊的數(shù)據(jù)接口。按功能需求連接需要配置的外圍模塊，進行可裁剪式的硬件設計。對不同的功能模塊在軟件上按照模式設置、數(shù)據(jù)讀寫操作進行封裝。教學上按照功能原理、操作接口和應用進行解析。課堂教學上，不同功能的模塊可按原理、操作、應用這種模式講解，便于學生歸納學習理解。理論課講解之后可以隨即分發(fā)最小系統(tǒng)板和相應的硬件模塊，實現(xiàn)理論講授、實驗演練的“一堂化”，讓學生能理論與操作相結合，當堂消化，提高學習和運用效率[3]。2.2設計嵌入式實驗系統(tǒng)的模塊化平臺。嵌入式實驗系統(tǒng)教學中努力做到硬件和軟件的模塊化設計，一方面便于后續(xù)系統(tǒng)的擴展與升級，另一方面方便與其他嵌入式實驗系統(tǒng)相融合。模塊化平臺設計體現(xiàn)易擴展性和可裁剪性，一方面便于教師對學生進行統(tǒng)一培訓，另一方面便于學生根據(jù)功能需求裁剪模塊，直接進行插件式、積木式系統(tǒng)搭建與實現(xiàn)，便于學生進行創(chuàng)新創(chuàng)意類的競賽或項目設計，有助于提高學生的系統(tǒng)搭建實現(xiàn)效率、培養(yǎng)創(chuàng)新興趣和團隊協(xié)作精神，具體步驟如下。（1）各硬件模塊的調用與規(guī)范化接口設計。各規(guī)范化硬件模塊接口設計包括：I/O接口模塊中的撥碼開關、小鍵盤、LED顯示燈、液晶顯示、蜂鳴器等各組件的模塊化設計與實現(xiàn)；模擬電路預處理模塊、片外A/D模塊與D/A模塊的設計與實現(xiàn)等；通信模塊：SCI、I2C、SPI各通信接口電路的模塊化設計與實現(xiàn)，以及常用無線通信模塊的接口規(guī)范化設計；中轉模塊：各種電平轉換接口模塊、驅動隔離模塊的設計與實現(xiàn)；存儲模塊：常用片外存儲設備的接口設計等模塊的設計與實現(xiàn)等[4]。（2）相應功能模塊的運行模式初始化設置和讀寫操作函數(shù)化封裝，并配以與該功能模塊對應的各硬件模塊的調用實例，如多路通用I/O口模塊初始化函數(shù)、讀寫操作函數(shù)，與之對應的撥碼開關、繼電器、小鍵盤、LED顯示等模塊的調用實例等。（3）撰寫硬件模塊功能原理和接口操作手冊。在進行各功能模塊軟件設計時，需詳細撰寫各模塊功能原理、讀寫操作原理、函數(shù)封裝說明、調用手冊及對應各硬件模塊的調用實例說明。以智能車模塊化平臺設計為例：首先設計硬件電路的各個功能模塊，然后編寫軟件模塊化功能代碼，最后實現(xiàn)整個實驗平臺的開發(fā)與調試，起到學生理論實踐“一堂化”的效果[5]，如圖1所示。首先是驅動電路設計，智能驅動采用L298N芯片，通過I/O口與STM32嵌入式處理器相連接，采用TLP521光藕隔離器技術，防止電機運行對嵌入式處理器及其他功能模塊產(chǎn)生電磁干擾；其次是硬件電路原理圖繪制、電路板PCB圖繪制、硬件電路元件的焊接、調試等；最后是軟件代碼編寫，按照模塊化設計，每個控制模塊的軟件代碼設計成相互獨立的頭文件，主要包括LED流水燈、蜂鳴器、按鍵、A/D轉換、串口通信、DS18B20、顯示屏、智能小車、WiFi模塊等單元的測試程序[6]。測試程序相互獨立，既能夠單獨控制某個功能模塊，也能相互融合實現(xiàn)復雜的功能控制。在設計過程中，教師積極引導，更多工作是讓學生自己動手，“一堂化”教學有利于學生加深對嵌入式系統(tǒng)的理解，更重要的是提高了學生對嵌入式系統(tǒng)綜合應用的能力。

3結束語

計算機嵌入式系統(tǒng)的人才培養(yǎng)要對學生開發(fā)設計和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)給予重視。經(jīng)過近幾年實踐探索，嵌入式系統(tǒng)模塊化教學取得了良好的教學效果，學生的學習興趣明顯提高，學生的實踐動手能力、系統(tǒng)綜合能力、團隊合作精神明顯增強，學習效率有了很大的提高。模塊化平臺設計為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽項目類的教學提供了很好的平臺，在創(chuàng)新實踐教學環(huán)節(jié)上的應用取得了顯著成果，學生積極開展課程設計活動，創(chuàng)作了一批優(yōu)秀的課程設計作品取得了不少成績。近年來，計算機嵌入式專業(yè)學生獲得了全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽國家三等獎、安徽省一等獎和二等獎，robgame比賽最佳技術獎，2016年獲得安徽省首屆自制教學儀器成果獎三等獎等好成績。并培植了多項國家大學生創(chuàng)新實驗項目。

參考文獻：

[1]殷建軍,張明武,尹令.嵌入式系統(tǒng)課程現(xiàn)狀分析與對策研究[J].計算機教育,2010(14):114-117.

[2]蔣偉杰.計算機專業(yè)本科嵌入式系統(tǒng)方向課程建設研究[J].計算機教育,2011(10):61-64.

[3]王應軍,高國紅,趙晨萍.計算機專業(yè)《嵌入式入式系統(tǒng)》教學探索[J].計算機教育,2010(2):35-37.

[4]李風云.計算機本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系研究與實踐[J].高教論壇,2007(4):71-73.

[5]殷偉鳳,方躍峰,孫德超,等.嵌入式系統(tǒng)課程體系的組織探索[J].高等理科教育,2010,94(6):81-84.

[6]王蘇峰,寧洪,陸洪毅,等.嵌入式系統(tǒng)課程體系及其創(chuàng)新實踐的探索[J].計算機教育,2010(7):45-48.

作者:鐘錦 單位:合肥師范學院