嵌入式系统:教学改革（通用12篇）
嵌入式系统:教学改革 篇1
一、嵌入式系统教学现状与问题
嵌入式系统一般被理解为“以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁减,功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用系统”[1],是典型的软硬件综合体。嵌入式技术被称为后PC时代的核心技术,是信息电子产品及网络通信产品开发、自动控制、物联网的关键技术。嘉应学院电子信息工程学院早在2005 年就开设了“嵌入式系统”课程。特别是随着物联网的发展,“嵌入式系统”更成为电子信息工程、自动化、通信工程专业的一门重要的专业课。但在以往的教学中,发现存在以下问题。
第一,刚开设“嵌入式系统”课程时,比较偏重“硬”的方面,几乎是“单片机和微机原理”课程的重复,都是在讲授硬件结构和汇编语言。近几年,改成以开发应用程序为核心,但学生前面的课程里只学习了“C程序设计”一门编程语言,学生的基础比较薄弱,对程序开发的流程、规范,操作系统的基本概念,数据结构几乎没有涉及,特别是遇到一些抽象的知识点,一些学生继续学习下去的兴趣和信心都受到严重的打击。
第二,在教学的过程中,发现学生学习兴趣两极分化的现象比较严重,大部分C语言和汇编语言基础比较差的学生几乎没兴趣学习;小部分基础比较好的学生,发现linux和嵌入式的世界很精彩、很自由,想法很多,不论是应用开发、驱动程序开发,还是网络应用开发、智能控制都涉猎,造成时间和精力分散,各方面都只学习到一点皮毛。
第三,“挑战杯”、“电子设计大赛”、“博创杯全国大学生嵌入式物联网设计大赛”、“智能汽车大赛”、“大学生创新性实验计划”等国家级、省部级各项赛事的频繁举办,对学生嵌入式系统的知识及能力提出了更高的要求。
二、嵌入式系统教学改革方案
针对以上问题,提出对“嵌入式系统”课程教学改革采取以下的措施与探索。基本思想:在保证达到教学大纲要求的前提下,对不同学习兴趣的学生设计层次不同的教学方案和考核方案,实现教学内容的实践化和差异化。
(一)教学方案设计
教学方案的设计分为理论教学和实践教学,又各分为基础性和综合性两个层次。基础性的内容要求每个学生都必须掌握,综合性的内容主要是针对基础比较好、学习兴趣高的学生设置,不要求每个学生都掌握。
1.理论教学方案。根据教学大纲的要求,把知识点分为基础性和综合性,最终体现在笔试试题注明基础性题目或综合性题目。为保证大部分学生能够掌握课程的基础知识,课堂上着重讲授交叉开发环境的搭建、嵌入式开发环境搭建、linux API等基础知识。综合性的知识点结合学生的专业课程讲授课程里的经典算法和原理如何用嵌入式系统和C语言实现,例如,信息工程专业结合“数字信息处理”,自动化专业结合“自动控制”,通信工程专业结合“通信原理”等。并在结合的过程中讲授软件工程相关的一些知识。
2.实践教学方案。实践教学分为课内实验和课外作品两部分。课内实验是所有学生都必须在实验室内完成的验证性实验。课外作品分为基础作品和综合性作品,基础作品是根据教学大纲要求,与基础知识相配套,并且趣味性比较强的实践项目(如让学生编写五子棋、贪吃蛇等小游戏),采取分组的形式,要求每个学生都必须完成。综合性作品是提高性质的,由学生根据自己的水平和专业确定设计目标,教师结合实际情况确认作品题目,提供开发板和相关的外围模块让学生在课余时间完成。
(二)考核方案设计
改革学生总评成绩的计算方法。改变过去学生总评成绩只由平时成绩占30%,笔试成绩占70%的计算方法。改革后的学生总评成绩由平时成绩、作品成绩、笔试成绩相结合的考核方式确定。笔试试题中基础性题目占85%,综合性题目占15%。改革前后总评成绩比重计算方法如表1 所示。
三、嵌入式系统教学改革策略
根据心理学相关研究表明,大二、大三学生在成就感低、行为不当和总倦怠上高于大一学生,大四学生的成就感低好于大一、大二、大三学生,说明大二、大三学生的学习心理更消极[2]。嵌入式系统课程一般开设在大二下学期或大三的上学期,正好处于学习消极期,学生自觉性低。为保证教学方案能顺利进行,学生能够有兴趣、有耐心地坚持学习下去,在教学实施的各环节中采取了一些积极、主动的措施。
(一)精选教材
教材与参考书的选取是教学过程中第一个重要的环节,教材与参考书是否适合学生的水平直接影响到以后的教学。目前,由高等院校、研究机构编写出版的教材和参考书大部分都注重理论知识;倒是由一些培训机构编写的教材在讲解基本的、必要的理论知识基础上把重点放在开发环境的搭建、Linux基本API函数的应用之上,使学生有具体的实践对象。本课程选取华清远见嵌入式培训中心编写、人民邮电出版社出版的 《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》作为教材,该书从Linux系统的基础知识、搭建嵌入式Linux环境、嵌入式Linux应用开发三个方面可以帮助学生快速跨过嵌入式开发的门槛。参考书作为辅助,可以在课堂外开拓学生的眼界和辅助学生学习,为保证学生能够在课余时间阅读推荐的参考书,本课程只推荐《鸟哥的Linux私房菜:基础学习篇》作为参考书,并要求学生在阅读完以后写一篇3000 字左右的小论文。
(二)加强实验教学
“嵌入式系统”是一门实践性比较高的课程,要求学生花较多的时间进行课外实践。但高校的实验室由于各方面的原因,只能在规定的时间内为学生提供课程实验,且实验内容都是验证性的,学生只要在实验箱上连接几条连线,写几行代码,运行几个命令就可以完成实验内容,学生的主动性没有得到调动,实验效果很差。
为了充分调动学生的积极性和主动性,提高学生动手实践的能力,使学生有更多自己动手的时间。电子信息工程学院从学校别的学院报废资产中找到40 台性能可以满足嵌入式系统和开发环境运行要求的PC,并购置了20 套天嵌TQ2440 开发板、20 套友善之臂smart210 开发板、40 块GPS和北斗星模块、40 块zigbee模块建立学生课外实验室,并由学生管理,全天候开放,相关教师会不定期到实验室指导学生。
(三)改变课程成绩考核方式
引导学生学习,除了兴趣之外,还需要成绩评定作为保障手段,保证学生能够投入足够的时间去学习和实践,积极动手。成绩评定应该严格、公平、公开。
改革前,“嵌入式系统”课程的考核以平时成绩加上期末考试成绩作为课程的最终总评成绩,这种评价方式造成学生平时上课懒散、作业抄袭、实验应付、考前突击复习等不良情况。导致总评成绩不能反映学生真实水平,并且学生的动手能力很差。
改革后,主要是加强学生工作过程的监控。(1)“嵌入式系统”的平时作业主要是环境的搭建,简单应用程序编写,学生提交电子版。设计作业时,Linux操作系统安装时主机名是学生的姓名拼音加上座号,编写应用程序时变量名以姓名拼音作为前缀,并在完成的过程中保存3—5 幅关键过程的截屏。从而,可以在很大程度上防止学生抄袭。(2)课程实验要求学生在上课之前提交预习报告,实验结果由实验教师当场检查,随机提问,正确无误后实验教师签名确认,才算完成实验。(3)基础作品要求学生按软件工程过程,撰写问题分析和需求分析文档、概要设计和详细设计文档、实现活动和确认活动文档。通过这些文档撰写的训练有两个好处:一是改变以往学生完成任务只有源代码,其他文档缺失的现象,规范应用程序编写的过程。二是迫使每个学生只能够自已完成作品,无处复制。
通过以上措施,半强迫地使学生入门,学生入门后会发现嵌入式跟他们的生活息息相关,对嵌入式系统的兴趣得到激发。从而师生一起努力,使得教学质量、学生动手能力有了比较大的提高。学生利用所学的嵌入式系统知识结合其他专业知识参加各级各类的竞赛取得了好成绩。2011 年第一次参加第七届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛,获得赛区三等奖;2012 年参加第四届广东省大学生“智慧城市”专题电子设计竞赛,获得1项一等奖,2 项二等奖,2 项三等奖;2014 年参加第五届广东省大学生“智能可穿戴设备”专题电子设计竞赛,获得一等奖3 项,二等奖5 项,三等奖7 项。
为改变“嵌入式课程”以讲课为主的教学方式,提出一种层次化、实践化方案,加强学生学习过程的监控,充分利用学生个人课外时间,保证学生掌握相应的知识点,为各种大学生比赛活动提供基本知识和基础训练。通过近几年来的实施,取得了不错的效果,学生基本达到了教学要求,参加各类比赛获得了不错的成绩。
摘要：文章从嵌入式系统教学现状出发,设计出一种满足不同层次学生要求的教学方案,把理论教学和实践教学都分为基础性和综合性两个层次,并提出了进行嵌入式系统教学改革的策略。
关键词：嵌入式系统,教学改革,策略
参考文献
[1]马忠梅.ARM&Linux嵌入式系统教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008:1.
[2]连榕,杨丽娴,吴兰花等.大学生专业承诺、学习倦怠的状况及其关系[J].心理科学,2006,(1).
[3]邓春健,李文生,杨亮等.“ARM嵌入式系统”课程教学方法研究[J].计算机教育,2010,(3).
[4]李曦,周亦男,周学海.“嵌入式系统设计”系列课程建设[J].教育与现代化,2004,(4).
嵌入式系统:教学改革 篇2
嵌入式系统设计(Design of Embedded Systems)
一、课程教学目的和基本要求
教学目的：
嵌入式系统技术已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域。如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式系统无处不在。本课程讲述当前主流的嵌入式处理器—ARM的微处理器和实时操作系统µC/OS，介绍嵌入式系统的基本原理和应用及设计方法。通过本课程的学习，着重培养学生的实际动手能力，使学生掌握ARM的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、应用及开发技术等。使学生在工作中具有利用嵌入式系统开发产品和解决实际问题的基本能力。
基本要求：
1、掌握嵌入式系统技术的基本原理。
2、了解并掌握ARM的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、应用及开发技术等。
3、比较熟练地用ADS进行ARM实验箱的编程及调试。
4、了解并掌握实时操作系统µC/OS，并学会用µC/OS开发小型应用系统。
二、先修课程及本课程总学时
先修课程：C程序设计语言、单片机原理 本课程总学时：36
三、课程章节及各章节学时安排
第一章 嵌入式系统概述（2学时）
第二章 嵌入式系统硬件基础（2学时）
第三章 设计方法及ADS集成开发环境（4学时）
第一节 嵌入式系统的设计方法（2学时）第二节 ADS集成开发环境（2学时）第四章 ARM7体系结构（4学时）
第一节ARM7体系结构介绍（2学时）第二节ARM7TDMI(-S)指令集简介。（2学时）第五章 ARM指令集（8学时）
第一节 ARM处理器寻址方式。（2学时）第二节ARM指令集。（2学时）第三节ARM汇编程序设计。（2学时）第四节C与汇编混合编程。（2学时）第六章 硬件结构与功能（12学时）第一节 LPC2106/2105/2104结构（2学时）第二节 GPIO及引脚连接模块。（2学时）
第三节 UART0和UART1、I2C接口、SPI接口。（2学时）第四节 定时器0和定时器1。（2学时）第五节 脉宽调制器（PWM）。（2学时）
第六节 看门狗及Flash存储器系统和编程。（2学时）第七章 µC/0S－II程序设计（4学时）
第一节 µC/0S－II简介及移植（2学时）第二节 移植µC/0S－II。（2学时）
四、课程主要内容
第一章 嵌入式系统概述（2学时）
1、嵌入式系统简介（包括什么是嵌入式系统，嵌入式系统的特点，嵌入式系统的分类）。
2、嵌入式系统的应用领域。
3、嵌入式系统的现状和发展趋势。
4、嵌入式微处理器和嵌入式操作系统。
5、嵌入式系统中的一些重要概念。难点：什么是嵌入式系统。
第二章 嵌入式系统硬件基础（2学时）
1、嵌入式系统的总体结构。
2、与嵌入式系统相关的硬件知识。难点：总体结构。
第三章 设计方法及ADS集成开发环境（4学时）第一节 嵌入式系统的设计方法
包括嵌入式系统的设计流程，嵌入式系统的一般设计方法，嵌入式系统的硬件/软件协同设计技术。第二节 ADS集成开发环境
1、ADS 1.2 集成开发环境的组成
2、工程的编辑
3、工程的调试
4、仿真器的安装与应用 难点：调试、仿真器。
第四章 ARM7体系结构（4学时）第一节ARM7体系结构介绍
1、处理器模式。
2、内部寄存器。
3、程序状态寄存器。
4、异常。
第二节ARM7TDMI(-S)指令集简介。难点：异常。
第五章 ARM指令集（8学时）第一节 ARM处理器寻址方式。第二节ARM指令集。
第三节ARM汇编程序设计。第四节C与汇编混合编程。难点：ARM汇编程序设计。
第六章 硬件结构与功能（12学时）第一节 LPC2106/2105/2104结构
1、存储器寻址。
2、系统控制模块。
3、存储器加速模块。
4、向量中断控制器。
第二节 GPIO及引脚连接模块。
第三节 UART0和UART1、I2C接口、SPI接口。第四节 定时器0和定时器1。第五节 脉宽调制器（PWM）。
第六节 看门狗及Flash存储器系统和编程。
难点：存储器重新映射，编程实现功能部件的初始化和控制。本章实验：LPC2106/2105/2104功能部件基础实验。
第七章 µC/0S－II程序设计（4学时）第一节 µC/0S－II简介及移植
1、移植规则。
2、编写LPC2106/2105/2104的启动代码。第二节 移植µC/0S－II。难点：移植µC/0S－II。本章实验：学习移植µC/0S－II。
五、教材及主要参考书
教材：
《嵌入式系统设计与开发》，马文华，科学出版社，2006年
主要参考书：
[1] 田苗苗．嵌入式控制系统．北京航空航天大学出版社，2002年 [2] 吕 骏 译．嵌入式系统设计．电子工业出版社，2002年
[3] 周立功等．ARM微控制器基础与实战．北京航空航天大学出版社，2003年
[4] 李驹光等．ARM应用系统开发祥解．清华大学出版社，2003年
[5] 劭贝贝译．uCOS-II－源代码公开的实时嵌入式操作系统．中国电力出版社，2001年 [6] 田苗苗．嵌入式系统设计与实例开发．清华大学出版社，2002年 [7] 袁勤勇等译．嵌入式系统构件．机械工业出版社，2002年 [8] 田苗苗．《实用嵌入式系统设计与开发—基于ARM微处理器与μCOS-II实时操作系统》(第二版)，清华大学出版社，2003.9 [9] 邵贝贝译．《源代码公开的实时嵌入式操作系统——μCOS-II》，北京航空航天大学出版社，2003年
六、其他需要说明的情况
1．采用多媒体教学。
2．实验课单列，每周2学时。
3．每周作业量2～3小时，主要针对基本概念、开发环境的操作和编程。
七、成绩评定
1.理论考核
占60% 2.实践考核
嵌入式系统:教学改革 篇3
关键词：Android操作系统 教学体系 课程改革
以ARM为核心的Android操作系统涉及计算机、电子及自动控制等诸多专业知识，是现代通信终端的主流操作系统。在电气信息类专业引入和强化Android操作系统相关课程，使学生掌握Android操作系统嵌入式系统的设计方法，是十分必要的。
一、嵌入式Android操作系统课程特点
目前，嵌入式系统教学以ARM为主，而主流的终端操作系统已经由微软的Windows mobile和Linux转移到Android操作系统。其特点主要体现在：
1.综合性强。Android操作系统课程要求有一系列前修课程，包括：数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统结构、微型计算机原理、接口技术、单片机、C/Java语言程序设计、操作系统等课程。涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，专业性强。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合，可以有效训练学生的综合能力。
2.实践性强。嵌入式Android操作系统技术基本特征是以实际应用为主，实践环节是嵌入式系统课程的重要组成部分，学生需要通过大量的实验和实践环节，来加深对嵌入式系统理论知识的理解、掌握和运用。学生对嵌入式知识的深入理解和掌握往往是在亲手连接硬件线路、编程、调试等的实际动手实验的过程中逐步完成的。
二、实践教学改革
实践教学在嵌入式Android操作系统课程教学中处于非常重要的地位。本文主要结合我们的教学经验介绍嵌入式系统课程实践教学环节的实施过程。我们采取循序渐进、由浅入深，以应用为主的实践教学环节。具体如下：
1.课内基本实验。课内基本实验是必修实验，它包含三部分内容：验证性实验、设计性实验、综合性实验。验证性实验是以实验箱为主，配合理论课学习，这部分实验采用理论授课与动手实验相结合的方式。自己动手，实际操作，验证课堂上的理论知识，使学生加深对理论知识的掌握和理解，了解嵌入式Android操作系统集成开发环境、调试工具、测试工具的使用方法，了解嵌入式系统开发手段。设计型实验是针对理论课所学知识，设置设计型实验。在验证理论课所学知识的同时，培养学生动手能力和自主设计能力。实验中，给出实验题目，要求在学生掌握嵌入式微处理器架构、嵌入式微处理器指令系统、外围接口等知识的基础上，自主设计实验方案，包括选择硬件接口，编写实验程序，调试运行，使学生具备在嵌入式平台上对于嵌入式微处理器做汇编语言编程、C语言编程及汇编语言和Java语言混合编程、调试及对外围接口编程、运用的能力，掌握基本的嵌入式系统编程能力。综合性实验是在课程设计中进行的，在验证性实验、设计性实验基础上，课程结束时进行课程设计：给出综合性实验题目，要求学生综合整个课程的知识，利用实验台资源，制订出实验方案，通过设计、调试等各环节，独立完成一个较为复杂的综合性实验项目。通过综合性实验，使学生掌握嵌入式系统的开发流程，对嵌入式系统理论有更深入的理解，并初步具备进行具体应用和综合设计的能力。
2.课外开放型实验。课外开放型实验是选修实验。在课内实验基础上，实验室为学生开放，提供课外选修的开放型实验。学生根据老师给定的选题，自由选择感兴趣的题目，自行制订实验方案，设计硬件电路、编程、调试并实现。
3.面向应用的创新型课题。有一定基础和开发能力的学生，通过选拔参与教师的横向项目的开发队伍中。培养学生的科研能力和自主创新能力，使学生有机会参与研究型、应用型课题，从而培养学生的科研能力、创新能力和工程实践能力。下面以基于ARM的嵌入式无线监控系统的设计为例介绍具体的实现过程。
三、案例分析
1.系统设计。开发应用项目的首要工作是根据用户需求，进行系统的总体设计。本设计通过GPRS/GSM网络对现场设备进行远程监控，以实现监控中心对远程设备的状态监测，提供便捷灵活的工作模式。系统采用三星公司的S3C2440嵌入式处理器和Android操作系统。S3C2440使用ARM920T内核，主频是400MHz，除了集成通用的串口控制器、USB控制器、A／D转换器和GPIO等功能之外，还集成了一个摄像头接口（CAMIF），这个接口可用于视频图像采集；集成了液晶显示屏，用于软件交互的软件设计。系统检测外部输入的模拟信号和数字信号，通过GPRS通信单元传送到监控中心，并根据监控中心的指令或预设的指令对输入信号的异常做出反应，通过继电器输出控制声光电等开关或报警。系统在S3C2440处理器的控制下从CCD摄像机采集模拟视频信号，然后经过编码、DMA传输到内存缓冲，接着由软件对内存中的数字视频数据进行压缩和打包，最后通过GPRS通信单元将图像以IP包的方式发送到监控中心的服务器。
2.硬件设计。硬件平台由核心板和底板两部分组成。核心板电路采用S3C2440芯片作为CPU，外部采用两片同为三星公司的K4S561632C-TC75芯片实现64MB的SDRAM和一片K9F1G08实现128MB容量的NAND FLASH，为应用研发提供了足够的空间。
底板电路又分为输入输出单元、视频输入单元、以太网接口、串口扩展单元、LCM显示模块和GPRS模块单元，以及电源单元。
3.软件设计与实现。经过几年的发展，Android操作系统技术和产品日趋成熟，有越来越多的公司了解了Android操作系统的优点而选用Android操作系统作为主要的平台，数字视频监控应用亦不例外。Android操作系统以其独特的特性，在数字影像监控领域已经有了一段时间的应用，其可针对不同硬件设备（PC或单晶片）与数字影像监控应用需求而量身订制，不仅可免去制式系统的复杂性，并可有效减少对硬件资源的需求。Android操作系统具有内核微小、资源丰富、硬件支持广泛等特点，而且它本身开放性的架构与弹性（Scalable）设计，可针对数字影像监控应用量身定做，去除與监控无关的多余功能，因此在本文实现的平台上，使用的操作系统是对Android操作系统进行了定制。系统的应用模块，包括A接口（现场监控单元与被控设备接口）通信协议，B接口（现场监控单元与区域监控中心接口）通信协议，GSM Modem通信协议，视频应用，配置应用，告警应用等应用和内核分开，以便于更好地支持远程升级。现场监控主机与区域监控中心之间的通讯接口为GPRS，在传输协议上有UDP和TCP可供选择。为了现场监控主机与区域监控中心之间的通讯的可靠性，确定选用TCP协议。而为了保证告警事件的及时上报，考虑每个现场监控主机与区域监控中心之间都采用两个独立的TCP链接，一个链接为区域监控中心发送命令及现场监控主机上报告警信息的通道，这个通道的数据量少，以保证传输的实时性，另一个链接为现场监控主机应答区域监控中心命令的通道，包括一般命令应答和大数据传输的应答，数据量比命令通道大，实时性不做特别限制。通过两个TCP链接的组合搭配来实现传输效率和性能的更佳平衡。区域监控中心提供两个不同的TCP服务端口以区分不同的传输通道，缺省状态下，提供10037端口，用于建立命令和告警通道，10038端口，用于建立应答和大数据传输通道。现场监控主机上电后应该自动向区域监控中心请求建立链接，如果发生链路失效的情况，现场监控主机应该以一分钟为间隔周期，自动重新建链。监控主机上电以后，初始化GPRS，建立和监控中心的链接并且向监控中心发送全局标识号，进入监控网络的过程。
4.系统调试。系统实现后在GSM/GPRS网络环境下进行测试，对静态JPEG编码方式的图像进行实时监控，功能基本符合要求。系统可用于交换机房、新建基站、改造的边际网和直放站、部分搬迁未监控基站等进行监控。
本文介绍了嵌入式Android操作系统课程的实践教学具体实施过程。为了突出嵌入式系统课程的特点，同时要密切关注嵌入式Android操作系统技术的发展趋势，不断修改、补充、完善实践教学体系，使培养出来的学生能够适应社会发展的需求。
参考文献：
[1]王向辉，等.Android应用程序开发[M].北京：清华大学出版社，2010.
[2]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[3]文志成.GPRS网络技术[M].北京：电子工业出版社，2005.
嵌入式系统课程教学改革研究 篇4
关键词：嵌入式,实践,改革
嵌入式系统在家用电器、工业控制、智能仪表以及航空航天等领域中都有广泛的应用。随着物联网的趋热, 作为物联网的底层技术之一的嵌入式智能技术将具有巨大的市场前景。因此, 各院校都将嵌入式系统课程作为计算机、电子、通信工程等相关专业学生的必修课程。嵌入式系统应用技术涉及到电路、电子、计算机和通信等多学科的知识, 实践性很强。嵌入式系统课程对于学生掌握专业技术知识, 获得实用职业技能, 增强就业竞争力具有重要的意义。
1 嵌入式系统课程介绍
嵌入式系统课程是一门软硬结合、偏向于实践与应用的技术课程[1]。通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习, 使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解, 对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识, 通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习, 使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识, 提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力。
在理论教学中, 一般基于ARM9的嵌入式系统为基础, 讲述ARM9的中断、输入输出、UART、时钟、WDT等内容。而实验教学中, 由于Linux具有开源、网络功能强大、内核稳定高效等特性, 在产品开发周期、产品的功能可扩展性、开发时的人力投入等方面都具有显著的优势。一般采用基于ARM9的试验箱, 采用嵌入式Linux系统进行开发。
2 嵌入式系统课程改革探讨
由于“嵌入式系统”这门课程知识内容多、综合性强、对学生动手实践能力要求高等特点, 它的教学也就带来了困难和挑战。尤其是在地州院校中, 对于嵌入式技术这类强调实践性的学科, 面临更大的挑战。在此我们对嵌入式系统课程进行研究和探讨:
(1) 注重教学内容选择针对性和合理性, 理论与实验相结合。
在教学中, 理论的教学增加针对性, 通过实践来增强学生对理论知识的理解。通过以实验为主的教学方法, 打破传统的课堂教学理论与实验单独上的方式, 改为以实验为主线, 实行讲授与实验一体化的教学。根据嵌入式系统课程的知识体系, 开发出与各项内容相适应的实验内容[2,3], 由任课教师事先调试通过后, 整理成实验项目的形式, 以实验内容为教学内容编成课件, 以讲义为主。课堂上首先演示实验项目, 先让学生看到实验的过程及其结果, 变抽象为具体, 变枯燥为有趣。然后再围绕本次实验内容, 讲解该实验中涉及的硬件、软件以及实验目的。最后, 让学生自己动手做该实验, 即学即用, 使学生在自主实验中逐渐加深理解, 进一步体会该实验中所学到的知识, 以取得事半功倍的教学效果。
(2) 结合生活实例, 用启发式教学方法。
启发式教学的真谛就是要充分体现学生在教学过程中的主体地位, 活跃课题气氛, 激励学生主动思考, 使课堂达到“师生互动”的完美效果[4]。在嵌入式系统及应用课程的教学中大量使用启发式教学方法, 让学生带着疑问听讲, 最大限度的吸引学生注意力。当然对实例的选择, 最大限度的结合生活实例。
在教学过程中, 尽量选择一些学生平时能见到的生活问题作为引起学生兴趣的话题。比如我们的家用电器里面一般都嵌入了嵌入式系统作为控制的核心, 那么课堂上就可以引用这些实例来给同学们举例, 并将讲授的知识与学生自己动手实践相结合。
(3) 注重学生实践能力, 培养应用型人才。
传统的嵌入式教学几乎完全脱离实践操作, 只是在课堂上向学生讲解枯燥的原理和概念, 没有具体的操作和动手实践。结果, 很多原本简单的概念都很难被学生理解, 造成了培养出的学生“会考试, 不会做”的尴尬局面, 导致学生参加工作后走重新从头学起的弯路。
从嵌入式系统的课程特点出发, 该课程要求学生具有良好的动手能力。这就要求本课程的教学中, 应该注重学生实践动手能力的培养。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识系统。结合嵌入式系统的特点, 在教学过程中, 对嵌入式系统的硬件和软件进行详细阐述, 确立以教学试验箱为物理基础, 以软件应用设计开发为主。对嵌入式软件开发, 增加一些综合性实验, 比如在综合性实践包括Boot Loader引导、内核烧写、交叉环境搭建、应用开发等。把一些基础实验与应用相结合, 通过综合性实验的方式来加强学生动手能力。这样, 一方面, 可以加强学生对专业基础知识的理解和综合, 另外一方面, 确实的提高了学生嵌入式开发的实践能力。
(4) 鼓励学生参加各种竞赛, 提高学生的学习热情。
学生是学习的主体, 不是知识的容器。教师传授知识、技能, 只有充分发挥学生积极性, 引导学生自己动脑、动口、动手, 才能变成学生自己的财富。适当开展竞赛, 是激发学生学习积极性的有效手段, 在竞赛条件下比在平时正常条件下往往能更加努力学习。学生竞赛中总希望争第一, 利用这种心理可以使学生学习兴趣和克服困难的毅力大增。教师要把学习的主动权交给学生, 激发和调动学生的学习积极性, 让学生有进行深入细致思考的机会、自我体验的机会。在教学中可以鼓励学生各种嵌入式系统相关的比赛, 激发学生的学习兴趣。在参与的过程中他们会积极思考, 努力探索, 有针对性地去学习、讨论, 这对培养学生的应用能力和积极参与竞争的意识有很重要的意义。
3 结论
本文通过分析嵌入式系统课程的特点, 对嵌入式系统的教学进行了研究, 结合教学实际, 给出了一个教学改革方案。
参考文献
[1]舒展.嵌入式系统综述[J].现代计算机 (专业版) , 2011, 05:44-46.
[2]李宁, 宋薇, 库少平.项目化嵌入式教学方法研究[J].单片机与嵌入式系统应用, 2010, 02:5-8.
[3]李文生, 邓春健, 吕燚.案例驱动的嵌入式系统教学改革探索[J].计算机教育, 2011, 02:22-25.
机械电子工程专业嵌入式系统教学 篇5
嵌入式系统在工业现场应用广泛，对于机电专业本科生而言，因其在机电设备开发、控制于维护方面有着较强的应用背景知识，且具有一定的先修课程基础，因此嵌入式系统课程较适合机电专业本科生的学习。
但同时，与电类专业不同，机械类专业电基础较为薄弱，导致了机械电子专业嵌入式系统教学具有以下特点：
1.1 课程内容综合性强
嵌入式系统是一个软硬件系统的综合体[4]，在课程中要向学生讲解嵌入式微处理器的基础知识以及其他相关硬件知识，包括处理器结构、指令系统、寄存器设置等，又要讲解嵌入式软件方面的知识，包括Linux系统、交叉编译、设备驱动程序、多进程通信等。
1.2 课程的课时有限
作为一门专业选修课，嵌入式系统课程设置的教学时长为32学时，而电类专业该课程一般有48学时以上的课时，甚至达到72学时，在这其中，实验课时又有8个。
由于课内学时数偏少，较容易发生学生能够听懂某些细节但缺乏整体认识，或者能够把握大框架但实际动手时一筹莫展的情况。
1.3 先修课程基础薄弱
尽管机电专业本科生已经有C程序语言设计、模拟/数字电子技术、微机原理、单片机接口技术、电子CAD等先修课程基础，但受到大学教学活动短学程化的影响，学生在背景知识的掌握上存在不够全面或不够深入的情况。
嵌入式系统教学模式的研究 篇6
关键词 嵌入式系统教学 教师教学能力 实践能力
0 引言
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物。现已广泛应用于工业控制系统、通信设备、医疗、航空等众多领域，可以说嵌入式技术无处不在。①随着嵌入式系统的市场快速增长，嵌入式人才缺口急剧增大，所以很多高校纷纷开设嵌入式系统课程，但实际效果却不尽如人意，其中的问题有待解决。
1 嵌入式系统教学存在的突出问题
1.1 教师执教能力较弱，特别是实践教学能力差
嵌入式系统课程是一门难度较大的专业课程，主要有门槛高、综合强和实践强三个特点，而且技术更新快，要教好这类课，就要求教师具有很高的综合素质。②由于高校嵌入式系统教育开设时间短，师资质量得不到保证，主要存在以下问题：（1）学历高，教学能力不强；（2）偏向硬件或者软件其中一方面，知识结构单一；（3）理论教学不错，缺乏具体实践经验。
1.2 学生实践环节薄弱
嵌入式系统根本目标在于应用，需要动手能力和一定的创新能力，所以实践就是掌握嵌入式系统的唯一钥匙，但是高校实践教学比较薄弱。（1）高校教师在进行实践教学时，通常会选择嵌入式系统教学实验平台。这些平台上的验证性实验过多，学生自己动手的设计性实验少；单一性实验多，综合性开发实验少；反映嵌入式最先进技术的实验内容少；实验内容多偏基础性与社会需求的嵌入式技术应用联系较少。（2）由于缺少经费而实验设备无法及时更新，现有的嵌入式平台功能远远不能跟上嵌入式技术的发展。学生即使有好的想法，由于无匹配的实验条件，也只好半途而弃。
2 提高教师嵌入式教学能力的措施
2.1 加强管理、完善制度，提高教师基本教学能力
（1）灵活的教师职务聘任机制。对不合格的教师实行降岗使用或离开教师岗位，这样促使教师不断地进行学习，提高专业教学能力。③（2）改革教师薪酬制度，健全激励机制。加大对优秀教师的奖励力度，极大地激发教师的潜能，激励教师自觉提升专业教学能力。（3）建立科学的考评标准，促进教师教学能力的提升。定期对教师进行教学方面的综合评价，将评价结果反馈给教师，以便其采取相应措施改进教学。
2.2 紧密结合教师教学工作实践，提高教师嵌入式教学实践能力
教师教学实践能力的提升是一个动态、持续、无止境的过程，只有经过长年累月的积累，在实践中学习，在实践中提升，在实践中发展，不断思考与总结，才能持续地提高自身的教学实践能力。④
（1）鼓励并资助教师参加各种嵌入式培训，跟上嵌入式技术更新换代的脚步，促进其不断改变知识结构，使教师自身素质由单一性转向多元性，软件、硬件的运用都能得心应手。
（2）加强学校与嵌入式产品研发企业的合作。①加强联合办学。联合办学是提高教师实践教学能力的最有效的方法。联合办学的形式多种多样，包括订单培养、企业短期培训，技能鉴定及比赛等。教师教学“理实一体”，课程内容设置 “真枪”、“真刀”。②开展嵌入式研发课题的研究。学校教师如与企业科技人员共同开展嵌入式方向的课题研究，进行嵌入式科研项目开发，为教师从事深度融合的实践活动创造了条件，无疑对教师实践应用能力提高起到巨大的促进作用。③实行教师到企业学习的制度。了解嵌入式方向的新设备、 新技术，分析企业用人需求从而调整课程内容。
（3）鼓励教师个人承接嵌入式研发项目。没有实际项目实践经验的教师是无法指导学生的实际操作，是无法培养出合格的嵌入式研发人才。学校应制定各项制度，鼓励刺激教师承接嵌入式研发项目。让教师成为项目责任人，解决项目实施中具体的技术问题，并能进行问题的诊断、处理。
3 提高学生实践能力的措施
3.1 实验室的建设
建设专门的嵌入式系统实验室，设置必要的实验设备，有老师进行管理和指导；成立一定额度的基金，专供有需要的教师和学生购置最新的实验器材。
3.2 实验内容的改革
（1） 为体现嵌入式技术的特征，必须调整或取消内容陈旧过时的基础实验，而保留能确实提高学生基础技能的实验。⑤（2）开设嵌入式系统软、硬件设计综合实验，从被动学习到积极主动地学习，有利于促进学生个性的发展，提高其创新能力和综合运用知识的能力。（3）增加与企业嵌入式应用技术紧密联系的实验内容，尽量让学生零距离接触国内外的嵌入式系统开发实践，使学生能深入理解知识点、大大提高学习的积极性。⑥
3.3 嵌入式系统课程设计的改革
课程设计的任务是完成一个具体嵌入式系统的开发，完成的时间可适当延长，至少为一个学期，甚至为一个学年。学生三人一组，经过教师的审核、修改，量身裁衣选择合适的题目， 最终在老师的指导下完成。如此可大大提高学生的综合素质以及团队协作意识。
3.4 发动学生积极参加科技竞赛
为提高学生的动手和创新能力，鼓励学生走出去，参加业界各类嵌入式科技比赛。现在很有影响力的科技比赛有“博创杯嵌入式比赛”、“微软嵌入式大赛”、“美国爱特梅尔公司嵌入式大赛”等。⑦通过这种方法，一方面可使这些学生加深对嵌入式技术的理解和认识， 另一方面更为重要的是使他们体验了嵌入式系统开发与应用的一般流程，为其今后的工作和科研打下了良好的基础。⑧
4 结束语
民办院校嵌入式系统教学改革研究 篇7
1 合理安排理论课时数
嵌入式课程是实践操作很强的课程, 不能像传统的教学那样, 以教师为核心的课堂上讲解, 学生都是被动接受知识。学习一段时间后, 由于学生缺乏学习的主动性, 也就渐渐失去了兴趣[3]。针对这样的情况, 应加大实践课时数。首先, 理论课时和实践课时要达到1∶1, 原先, 笔者所在系采用的教学方式是2节课在多媒体教室进行理论教学, 2节课在实验室做实验, 虽然理论与实践课时数达到要求, 但是这样做相当于把理论与实验割裂开, 有些实验现象由于多媒体教室不具备实验室环境, 教师只能干讲, 没办法让学生看到实验效果。学生上完理论课, 有的时候要过一两天才能安排实验课, 理论课讲的内容基本忘得差不多了。所以, 教学效果不太好。后来想到, 嵌入式实验室配备有32台高性能电脑, 可利用凌波或其他教学软件以屏幕广播的方式来进行教学, 所以, 如今系里的嵌入式系统课程全部在实验室上课, 这样做有如下好处:首先, 可以满足理论教学的需要, 采用传统大屏幕, 播放PPT的方式, 坐在后面的同学可能看不清, 采用屏幕广播则不存在此问题。其次, 老师在讲授的过程中, 随时可根据需要, 引导学生进行实验, 不用必须等到实验课在实验室才能做实验。采用这样的方式, 理论与实践教学的课时比例实际可达到1∶3, 这样的教学方式受到学生的好评。
2 根据学生情况安排教学内容以及实验内容
嵌入式系统所包含的领域非常广阔, 需要学生对许多技术都有深入的了解。要求学生既要懂得硬件, 也要懂得软件, 相关的课程, 比如电路、数字逻辑电路、软件工程、C语言程序设计等[4]。笔者曾经对学生进行过调查, 普遍的学生认为硬件比软件学习起来要难。另外, 系里和河南智游公司有相关的培训合作, 智游公司主要从事苹果IOS的应用程序开发, 学生经过培训后, 公司负责安排就业, 很多学生第一份工作的月薪过万。有这样的学长做榜样, 学生更愿意从事嵌入式系统顶层应用程序的设计和开发, 不愿意进行底层的驱动和电路板的设计。而传统的教学大纲和实验大纲或者是相关教材, 面向硬件相关的内容比较多, 与之对应的实验项目也是面向硬件的内容较多, 所以, 学生学起来比较吃力, 而且学习积极性不高。针对这样的情况, 从学生实际出发, 改变授课的相关内容, 实验项目也主要面向软件层面。在实际教学中, 主要以ARM9系列S3C2410微处理器为核心, 以Linux为主要平台来讲授[5], 讲授过程中发现学生没有Linux基础, 又增加了很多关于Linux操作系统的内容, 此学期实验项目如表1所示。
从表1可以看出, 对于硬件的内容, 并没有过多的涉及, 只在最后介绍了一下ARM的I/O和中断。当然, 这些实验内容并不是一成不变的, 教师会根据学生的情况, 对授课内容和实验项目进行更新, 因材施教。
3 师资力量薄弱
由于学院是一所民办院校, 并没有财政投入, 学院的运转都是以学费为基础, 每一笔钱都要用到更需要的地方, 学院对于教师培训等方面并不是太重视。随着教育部对于高校转型的要求, 学院也在向应用技术性大学转变, 但是转变不是一朝一夕就能实现的。这几年学院对于理工科院系实验室的投入上力度较大, 有了先进的实验室, 还要有能上实验课的教师, 这些课程都是由系里的年轻教师担任, 虽然能满足日常教学活动, 但是, 已经感觉到力不从心。系里要求要加大实习和实践的综合设计环节, 也就是要领着学生做一些产品或者设计, 对教师来说难度很大。教师自己都没有做过相关的项目或者设计, 如何引导学生来做?解决方法要么引进更高水平的人才, 要么对现有的师资进行培训, 针对第一种情况, 高水平的人才不愿意来三本院校发展, 那只能从现有的师资来解决。根据这样的情况, 系里决定和实习基地或者有合作关系的公司或者校友的企业来进行师资的培训, 让教师在暑假可根据需要到相应的单位来进行学习, 让教师参与到企业实际的项目中去, 反过来, 教师水平提高以后, 可以带着学生承接企业的相关项目, 而且也能培养出企业急需的人才, 使得高校的教学与企业实现对接, 最终实现双赢的目的。
4 未来工作
下一步, 系里准备开设Linux C程序设计课程, 一方面解决学生没有学习过Linux操作系统, 在学习嵌入式课程时还要补基础知识的情况;另一方面可加强学生C语言的编程能力, 学生普遍编程能力不强。这样的话嵌入式系统课程体系就更加完善, 后续准备增加一些QT程序设计的内容, 主要还是面向软件层面。再有一点, 就是要编写适合于学院学生情况的教材。目前市场上的教材并不适合与我院学生的情况, 硬件内容比较多, 比如现在所采用的教材《ARM9嵌入式系统设计——基于S3C2410与Linux (第3版) 》, 硬件介绍内容达到了1/3强, 剩余内容又与实验指导书内容重复, 所以急需编写一本适合笔者学院情况的教材。目前, 系里的嵌入式系统课程教师很少, 教材编写任务较重, 短时间内无法解决。学生想要在课下进行嵌入式的学习或者开发比较难, 主要是因为开发要具有嵌入式开发的试验箱或者开发板, 购买嵌入式开发板比较昂贵, 学生不愿意花钱, 那就只能从学校的实验室方面想办法解决, 主要是建立开放的实验室, 对应的就要建立配套的实验室管理机制, 对实验室的设备和财产有效进行管理, 使实验室能24 h开放, 以便学生能随时使用实验室里面的设备进行设计或开发。
5 结语
嵌入式系统作为应用性极强的课程, 其教学体系建设是一项复杂而艰巨的任务, 包括完整的课程设置、不断地改进的实践教学内容, 以及更多的实践项目[6]。
技术的发展日新月异, 这就要求教师要及时更新自己的知识, 对课程不断改进, 只有这样才能跟上技术发展的脚步, 才能培养出满足企业需要的应用技术型人才。
参考文献
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[4]车明, 于华, 张钢.嵌入式系统设计课程实践教学改革研究[J].实验科学与技术, 2015, 13 (6) :204-206.
[5]李妍.项目化教学在嵌入式系统实践课程中的探索[J].实验室科学, 2012, 15 (5) :27-29.
嵌入式系统:教学改革 篇8
关键词：实践教学改革,创业启蒙,嵌入式系统教学
全国各高校都在大力开展大学生就业创业观念教育, 促进大学生创业, 以创业带动就业。如何加强跨专业学生的交流, 提高学生创业能力;如何建设创业实训技术平台, 帮助大学生在模拟环境下演练创业过程、积累创业经验, 这些都是每一所高校都在积极思考的问题。
本文围绕这些问题进行积极探索研究, 利用嵌入式系统设计课程应用性强的特点, 结合该课程的实践教学环节, 以创业启蒙的方式对学生进行相关的培训和技术性指导。
一、教学改革目标
作者开展了多年的嵌入式系统设计实践教学, 对如何开展启发式、探究式、开放式、讨论式、案例式等教学方法进行了深入研究和尝试, 积极思考如何真正实现“做中学 (Learning by doing) 、做中教 (Teaching by doing) ”。
由此确立本教改的目标是:利用嵌入式系统设计课程应用性强的特点, 结合该课程的实践教学环节, 以创业启蒙的方式对学生进行相关的培训和技术性指导。总结出一整套完善的创新、创业型实践教学系统平台模式, 使得学生能在此平台上进一步发挥, 迅速地提高实际开发能力, 形成一个以创新、创业为导向的实践教学系统平台。
我通过提供一些成功的项目模板, 激发学生创新、创业热情, 提高学生对本课程的学习兴趣, 促进学生改进学习方式, 努力解决问题的能力及综合素质, 培养学生的创新能力和意识。
二、教学改革内容
在嵌入式系统设计课程期间, 我注重培养学生软件及硬件的整体设计能力, 指导学生利用所学和将要学到的专业知识, 甚至跨学科的知识, 组建创业团队, 引导学生完成创新、创业计划书。随后指导学生按照其设计产品的要求, 完成相应的软件系统的设计, 基本完成新产品的设计任务。拟解决的关键问题在以下两方面: (1) 制作完善的创新、创业计划书及实施过程文档, 为开展学生创新、创业指导工作提供很有价值的参考。 (2) 实践教学系统平台的建设, 总结实践教学改革和教师科研项目的经验, 增加反映科技发展最新成就的实验内容, 激发学生创业热情, 培养学生的创新能力, 提高学生分析问题和解决问题的能力。
三、教学改革的实施
针对创业启蒙式嵌入式系统实践教学改革的特点, 作者采取以下措施:
(1) 对国内电子类学生的创新、创业项目开展情况进行广泛调研, 结合嵌入式系统的学科特点, 总结出嵌入式系统创业指导的实施经验。
(2) 重点组织三个学生创业团队, 指导学生进行创业项目的设计、创业计划书的撰写。指导学生开展项目产品的设计和各项相关的创业活动。
(3) 制作完善的创新、创业计划书及作品模板, 设置专题设计项目。组织学生组建创新、创业团队, 选择适合的课题, 激发学生创新、创业的热情, 组织学生进行创业项目的讨论、交流, 充分发挥学生参与创新、创业的积极性, 培养学生团队合作精神, 提高学生分析问题、解决实际问题的能力。
(4) 对学生所做的项目进行评估、总结、代码优化, 将电路原理图及实现代码新增加入到实践教学系统平台中, 为下一届学生提供参考, 使得这个平台一直不断地发展, 使学生的创新、创业项目一直处于高起点。
经过筛选, 作者确立了三项创业项目:“基于PC机的示波器”“便携式无创伤水果糖度检测仪”“高分辨率摇摇显示棒”, 组建了三支学生开发团队, 都成功获得了学校的大学生科研项目立项, 学生创业热情很高, 在嵌入式系统课程教学期间学习热情极高, 边学边做, 边做边学, 积极实施项目开发。最后各小组都取得了一定的成功, 完成了相关的设计和总结报告。
本教改的特色与创新之处在于:把创新、创业的辅导与具体的课程相结合, 并制作完善的创新、创业计划书及作品模板, 逐年累积, 为开展学生创新、创业指导工作提供很有价值的参考。从实施的情况看, 执行效果非常理想, 在教、学、做三方面都取得了很好的成果, 但其中也存在许多困难, 比如课程时间短而开发周期相对较长;产品开发环节容易解决, 但生产、销售以及售后服务等环节难以有效实施……当然这些困难在学校强力支持下还是容易妥善解决的。
嵌入式系统教学方法研究 篇9
嵌入式系统的教学主要分为两个阶段, 第一个阶段就是传统的单片机教学阶段。目前, 各个高校的计算机专业都已经普及了单片机的教学, 主要是51系列单片机的教学及相应的汇编语言编程。随着计算机技术的发展, 目前主流的ARM芯片已经取代了原来的单片机, 并占据了嵌入式系统的主导地位, 同时嵌入式Linux系统也成为教学的重点。因此, 嵌入式系统的教学进入了第二个阶段——基于Linux系统的嵌入式教学。但是, 从目前的情况来看, 由于常年采用理论课程教学, 使得目前针对嵌入式Linux的教学缺乏经验。为了解决这种情况, 本文着重从以下几个方面来介绍嵌入式Linux系统的教学改革, 希望能够起到抛砖引玉的作用。
1 教学模式
基于嵌入式Linux 专业性强, 传统的授课模式已不适合, 采取理论课程和实验相融合的教学模式, 授课地点也由传统的教室更换成嵌入式实验室。实验室不仅配备PC、Linux实验板以及多媒体设备等, 实验室授课教师通过PPT进行理论讲解, 同时通过投影仪现场演示程序, 让学生对Linux知识的学习更具画面感, 有助于提升学生的记忆以及加强理解。
2 兴趣导向
嵌入式Linux课程涉及内容广、专业性强, 学生需要由简单到难、循序渐进的实践过程, 在这过程中不断积累, 不断完善对Linux的理解。由于这个过程比较长, 不少学生往往容易失去耐心, 无法深入地了解这门课程。因此, 在课程设置中如何激发学生的兴趣显得尤为重要。在教学过程中, 授课教师适时地插入与学生们生活息息相关的实验演示, 诸如即时对话系统、多媒体播放器、智能手机应用程序系统等, 将现实生活的应用与课程内容相结合, 大大吸引了学生的听课兴趣, 同时引导他们自发地进行深入探索, 达到事半功倍的效果。
3 实践提升
在教学实践中, 遵循循序渐进的原则, 实验分为三大类:基础性实验、基础技能性实验、综合应用性实验。基础性实验主要用于学生对开发工具、编程工具操作以及操作规范, 常见于单个命令的操作实践;基础技能性实验主要用于强调实验内容的覆盖以及强化程序开发技能, 使学生掌握基本的开发技能, 常见于单个功能的程序实现;综合应用性实验主要用于强调实验内容的综合程度, 训练学生的独立思考能力, 常见于开放题目的课程设计。基础性实验和基础技能性实验的核心代码在教材上均有提供, 主要目的就是引导学生巩固上课的内容, 养成编程规范化的习惯。综合应用性实验一般采用课程设计的模式, 时间周期为2～3周, 采取开放式命题, 学生可以独立完成, 也可以2～3人组成小组模式共同完成。主要考察学生的知识融合应用能力、创新能力以及逻辑思维严密性等, 实验完成后采取演示答辩的模式, 学生阐述自己的构思以及思考模式, 指导老师对其进行点评, 进行提升。基础性实验和基础技能性实验注重教材的学习, 巩固知识点;综合应用性实验强调在学生掌握基本知识后, 能够摆脱教材的束缚, 融合应用, 这正是我们学习嵌入式Linux需要达到的目的。
4 考评模式
考试是教学评价的重要模式, 针对嵌入式Linux系统自身的特点, 增加对学生实践能力的考核。嵌入式Linux理论考试占40%, 实践考核占50%, 平常学习占10% (出勤、作业) , 这样才能真正反映学生对这门课的掌握能力, 切实反映出教学的质量。
总之, 嵌入式系统的教学改革, 要结合当前嵌入式发展的现状, 在介绍理论知识的同时培养学生的实践能力。做到边授课边实践, 使学生不仅掌握嵌入式相关的理论知识, 还要重点培养学生的动手实践能力, 同时还能调动学生进一步学习的积极性。
摘要：分析了嵌入式系统教学的现状, 提出了一些看法和建议, 为从事嵌入式开发教学的同行提供借鉴。
关键词：嵌入式系统,教学方法,linux
参考文献
[1]盛琳阳, 李丽萍.嵌入式系统开发实验课程教学设计[J].计算机教育, 2011 (1) .
嵌入式系统:教学改革 篇10
嵌入式系统是面向软件、计算机、通信、电子等专业本科生和研究生的一门普及型技术基础课程。它是一门交叉学科,既与计算机专业课程有关,又与电子电气、通信、自动化、化工、材料等诸多专业课程有关,并且还与具体的应用背景相关联。涉及到的基本知识有:硬件知识(如嵌入式微处理器及其基本的接口知识、扩展的人机接口、网络通信接口等)、Linux操作系统(至少了解Linux操作系统的中断、优先级、任务间通信、同步等知识)、程序设计知识(C、C++、尤其需要精通C语言);同时,还需涉及一定的数字电路知识[1,2]。
嵌入式系统学科的特点决定了学生需要学习大量相关课程方能做出优秀的作品,其成果见效周期长,学生在系统学习过程中会普遍因为缺少相应成绩而丧失学习兴趣。针对这种情况,我院在传统嵌入式系统教学中加入了一些新颖的、能够有效激发学生学习动力的相关课程,以此提高对嵌入式系统学习的兴趣,并且取得了显著的成绩。
2 嵌入式系统教学课程改革措施
C语言作为学习其他编程语言的基础,同时也是传统嵌入式系统基础学科之一,需要重点强化学生实际动手能力。在嵌入式的高级应用部分我院将其与新兴的智能手机操作系统—Android相结合,取得了良好的教学效果。
2.1 基础课程改造
我院嵌入式系统教学对学生采用“厚基础,宽口径”的教学特色,着重强调学生对基础知识的掌握。为强化学生的实际动手能力,我院将C语言的课时设置为80课时,并辅以大量的实践内容。针对嵌入式系统偏重于Linux编程的特色,在C语言讲授时直接开展基于Linux下编写C语言的教学。通过实践教学表明,学生只需两周即可掌握相应方法;而且学生由于没有Windows下VS编程经历,反而更加容易掌握接受。
在后续课程中重点加强Linux下高级C语言编程学习,如内存问题、宏问题、调试与优化等,部分学生在大二即可做出优秀作品。在刚刚结束的2012年NOC网络与信息安全技术大赛中,我院嵌入式系统学生获得了全国二等奖的好成绩。
2.2 Android课程教学
Android作为一个新兴的智能手机操作系统,在国内外广受欢迎,学生范围内也有大量从事Android学习。Android学习起点低,只需学完Java课程即可从事开发,针对嵌入式传统教学内容容易使学生丢失学习兴趣的现象,将其加入到嵌入式教学体系当中,作为学生实践技能的有益补充。学生很容易通过Android做出优秀的作品,从而激发其自信心和兴趣,再以此为基础,指引其从事跟嵌入式系统方面相结合的研究,比如完成Android系统的裁剪,功能的定制及将其移植到ARM板中,甚至还可以同物联网等新兴领域相结合。
3 其他措施
除了嵌入式系统课程改革外,我院还广泛开展校企合作,建立开放实验室和鼓励学生参加全国大赛。
3.1 与CSDN,GOOGLE开展校企合作
为了激发学生的创造思维,发扬团队精神,锻炼学生编程能力,我院与CSDN合作建设了CSDN高校俱乐部,并举办了多场Android开发交流会。同时还积极与GOOGLE开展深入合作,成立了南阳GTUG,每月举办GOOGLE Android开发者技术交流活动。通过校企合作,不仅提高了学生学习的积极性,也极大扩展了视野,为今后嵌入式系统教学进一步拓展创造条件。
3.2 建立开放实验室
为了提高嵌入式系统学生学习嵌入式技术的兴趣,我院开设了Android、嵌入式开放实验室,鼓励学生踊跃参加。开放实验室是一个以“自由、促进、创新”为理念,为对Android、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。开放实验室以Android技术和嵌入式技术为研究主体,实验题目具有应用性、先进性和趣味性,通过开放实验室,为学生提供学习、实践、交流、承担项目、就业对接等机会。为此,定期举办术开发技术讲座,促进不同水平和层次小组成员之间的沟通交流、实践锻炼机会、努力拓宽学生毕业时就业机会[3]。现在,开放实验室作为开设嵌入式系统课程的实验基地,从带领实验室的经验中总结出学生培养模式,并且通过“学生带学生”的模式,不仅使学生能力进一步提高,也为我院嵌入式系统教育培养计划课程的执行进行前期探索。
3.3 积极鼓励学生参加大赛和做项目
我院为锻炼学生实际动手能力,积极鼓励学生参加各种竞赛,在全国信息技术大赛(Android方向)和河南省移动MM大赛中都取得了优异的成绩。经过实践证明,竞赛模式能够将对Android感兴趣的学生集中起来培养,这样学生之间能够方便的学习交流沟通,形成良好的互动氛围。通过做项目和积极参加各种比赛,不仅可以快速提高学生的知识水平,还可以使学生的组织能力和团队协作能力得到很大提升。
4 需进一步加强的地方
虽然我院在嵌入式系统教学方面取得了不小的成就,但是仍然有一些问题需要进一步加强。
4.1 教材建设
Android诞生没有太长时间,目前国内研究大多都是从国外借鉴而来,市场上的很多书籍存在相互抄袭甚至通篇代码的情况,而且也不太符合嵌入式系统学生的自身特色。可以集中力量,从实践教学出发,以工程实践为核心,根据嵌入式系统自身特点,编写几本优秀高质的、适合本教学特色的Android教材,将其与传统嵌入式教学体系有机结合起来。
4.2 师资建设
由于嵌入式系统教学的特殊性,需要教学人员具有教育教学能力和工作经验兼备的复合型人才,但目前高校嵌入式教学领域普遍缺少“双师型”人才,这需要以后学院加强对青年骨干教师的外出培训力度和政策支持。
4.3 转变教学手段
在传统教学中,教师普遍采用以“PPT为中心”的教学模式,授课时使用大量PPT,这种做法容易使学生产生上课不认真听讲的心理,而且也会容易引起课堂枯燥等问题,不利于激发学生的兴趣。教师在授课时应转变思路,将PPT作为一种补充手段,采用多种教学模式[4],“以学生为核心”,将学生作为授课时的主体,从而激发学生学习兴趣。
5 结论
该文针对嵌入式系统传统课程存在的在教学过程中学生容易丢失学习兴趣的问题,针对嵌入式学科特点和学生学习的特点提出了一些实践教学改革方法,以此努力构建嵌入式系统教学课程新模式。
摘要：传统嵌入式系统教学内容容易使学生产生厌学、畏难的现象,严重影响了教学质量。该文提出基于调整实践教学体系的设想,并具有针对性地提出基础课程投入力度、分阶段培养学生Linux下编程能力、改革实践内容的方法,实现即可与传统嵌入式教学方式相结合,又可与当前嵌入式发展趋势相吻合的实践教学改革方案;从而达到提高学生学习兴趣和教学质量的目的。
关键词：嵌入式系统,教学内容,教学质量,实践教学,Linux
参考文献
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[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):103-104.
嵌入式系统应用课程教学方法实践 篇11
关键字: 网络 多媒体技术 嵌入式系统 应用课程 教学方法
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.052
随着信息化,智能化,网络化的发展,嵌入式系统技术也获得了广阔的发展空间。嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。它的发展给社会带来了巨大的经济效益,与此同时,社会对嵌入式专业人才的需求也逐步扩大。据有关部门不完全统计,国内每年嵌入式系统技术人才紧缺达40多万人左右[1]。
为社会培养人才正是高校办学的宗旨,嵌入式系统作为一个新兴的技术领域,正逐渐成为许多高校的重点建设课程,如何尽快培养出满足社会发展需要的各种嵌入式技术高级人才,是高校从事嵌入式技术教学的老师必须面临的问题[2]。已有嵌入式系统教育工作者在嵌入式系统教学现状[3]和教学模式[4]方面做了一些研究。
但对嵌入式系统教学方法的研究也不容忽视,好的教学方法会起到事半功倍的效果。嵌入式系统可以认为是软件和硬件的综合体,它涉及计算机体系结构、操作系统、微机原理、接口技术、计算机编程等诸多知识内容,是一门综合性和实践性都很强的课程。如何有效的提高课堂教学效果,达到预期的教学目标,是高校教师应该思考的问题。
1 嵌入式系统应用课程设置
嵌入式系统应用课程[5]是整个嵌入式系统教学中最重要的部分,其设置的合理性,直接关系到嵌入式系统教学的成败。嵌入式系统应用课程的设置要具有针对性,下面就这一问题从以下四个方面进行讨论。
(1) 嵌入式微处理器的选择
嵌入式技术发展到今天,嵌入式微处理器的种类也日益繁多,单从嵌入式微处理器的架构来讲,目前市场上流行的就有ARM、MIPS、PowerPC以及68000等架构。
但在高校教学领域推广十分广泛的就属ARM架构嵌入式微处理器,它是由ARM(Advanced RISC Machines)公司推出的32位RISC处理器。毫无疑问,ARM芯片嵌入式微处理器中的佼佼者,是很多数字电子产品的核心。如95%的手机里面的核心处理器使用的都是ARM芯片,而ARM在整个手持市场上占有90%以上的份额,这是一个惊人的比例。目前,全球已有超过700多家的软硬件系统公司加入了ARM Connected Community,其中中国本土公司也已有超过70多家公司加入了ARM生态伙伴系统[6]。
而且ARM公司提供了一套完整的产业链,确保了ARM芯片的开放性和通用性。因此,高校开设嵌入式系统专业课程,ARM芯片应是首选的学习对象,其相关的学习资料和开发工具较多。比如三星公司ARM7内核的S3C44B0X,以及ARM9内核的S3C2410等。
(2) 嵌入式操作系统的选择
嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂,它使得嵌入式系统的应用更加广泛。目前在市场上流行的嵌入式操作系统多达十几种,常见的有uC/OS II,ucLinux,Arm-Linux,Windows CE,VxWorks,Palm OS,Symbian,Windows Mobile,Android等等。
在嵌入式系统教学上,应从市场对人才需求来考虑,这里建议选择Linux操作系统作为教学内容。因为该操作系统是内核代碼开源的,可以免费下载使用。可根据应用情况进行内核裁剪,具有很好的移植性。
(3) 实验平台的选择
嵌入式系统实验平台是嵌入式系统教学不可缺少的教学资源,目前推广嵌入式系统实验教学平台的公司也比较多,比如北京博创兴业科技有限公司、英蓓特信息技术有限公司、亿道电子技术有限公司等。
每个公司所推出的实验平台有所不同,主要是所采用的处理器平台、操作系统平台、以及外围硬件资源的不同。在教学实验平台的选择上,应根据教学培养目标来进行选择。建议在嵌入式系统基础实验上要重点考虑。
(4) 应用课程教材的选择
在嵌入式系统教学中,嵌入式系统应用课程教材的选择也尤为重要。目前市场上关于嵌入式系统的教材可以说是琳琅满目、百家争鸣。选择一本合适的教材,对于学生学习和掌握嵌入式系统起着关键的作用。如果所选教材太难,或者太简单,那么学生会觉得学习起来没有意思,缺乏激情。所以,教材内容的难易度,要根据教学目标和学生的实际情况来进行选择,并且应与嵌入式系统实验平台相配合,通过实验加深对知识的理解和掌握。
2 传统的教学方法
嵌入式系统应用课程是嵌入式系统专业的核心课程,它具有综合性强和实践性强的特点。不仅在课程设置上对教学提出了挑战,更是在教学方法上提出了更高的要求。采用何种教学方法以达到较好的教学效果,成为了嵌入式系统教学成败的关键。
教学方法是指教师在教学过程中为完成教学目的、任务而采取的活动方式的总称。但它不是教师孤立单一的活动方式,它包括教师“教”的活动方式,还包括学生在教师指导下“学”的方式,是“教”的方法与“学”的方法的统一。
讲台—实验室教学方法是一种传统的教学方法,它注重的是在新知识的传授过程中,以老师讲授为主,老师的注意力集中在自己“教”的内容上,而无暇顾及学生实际“学”的情况。而是教学之后,通过实验来巩固所学知识。在这样的教学过程中,学生就会觉得十分乏味,以致对嵌入式的学习产生厌倦的情绪。而且,学生在真正做实验的时候,已经是很被动的去完成相关任务,而失去了挑战新知识的动力。
3 一种新的教学方法
改进教学方法[7],提高教学质量是教育界一直都关注的问题。面对嵌入式系统应用课程综合性和实践性的特点,传统的教学方法显得心有余而力不足。高校培养合格的嵌入式技术人才是高校办学的宗旨。结合嵌入式系统应用课程特点和学院实际情况,通过研究讨论,提出了一种创新型的教学方法——网络多媒体技术教学方法,该教学方法有别于一般的多媒体教学法。
如何有效地组织实施该教学方法,是获得理想教学效果的关键。下面从三个方面来阐述这种新的网络多媒体技术教学方法的实施步骤。
(1) 网络多媒体环境的布置
网络多媒体环境的布置是这种新型的教学方法有效实施的前提。如图1所示为网络多媒体环境的平面图。第一,要构建一个局域网络。在这个局域网络里,以教师机主机控制端、学生机为受控端,安装好“红蜘蛛”多媒体教学软件;第二,要组装好嵌入式系统实验平台。要求在教师和每一位学生座位上组装配置好实验教学平台;第三,要在教师机配有扩音器和话筒。
(2) PPT课件的制作
PPT课件的制作,在形式上要新颖、多样化,给学生以一定的视觉冲击,以防止学生视觉单调而疲劳乏味;在内容上要结合课本、联系实际,给学生带来除课本之外的知识享受。
(3) 示例演示与互动
嵌入式系统课程是一门应用性、实践性很强的课程。所以在教学过程中,要特别注意示例演示,以加强学生对新知识的理解和掌握。并要考虑学生的主体地位,留有一定的时间给学生,让他们自己动手操作。
该新的教学方法,教师和学生都可以处于主体地位,教师在传授新知识过程中,以边讲边操作的方式进行,让学生能够直观的理解知识难点。学生也可以在课堂剩余的时间里,对新知识进行验证理解。
4 两种教学方法的对比
我们对嵌入式系统课程教学进行了研究讨论,并对上课的184名学生进行调查统计,得到表1所示的统计数据。
从这些数据表明,网络多媒体教学方法在嵌入式系统教学上是可行的,也是十分有效的。
5 结束语
随着嵌入式应用的迅猛发展,企业对嵌入式人才需求的缺口越来越大,越来越多的高校开始加强嵌入式系统的教学和科研,培养更多的适应社会需求嵌入式系统人才。嵌入式系统应用课程教学是嵌入式系统教学的核心,针对嵌入式系统应用课程的特点,本文在讨论了如何设置嵌入式系统应用课程的基础上,讨论了传统教学方法在嵌入式系统应用课程教学中的不足,并提出了一种新的教学方法,教学实践证明,该教学方法获得了显著的教学效果。该教学方法具有一定的参考价值,可以在其它高校进行推广和借鉴。
参考文献
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[6] 2010年ARM技术研讨会(上海/北京/深圳)[C].http://www.arm.com/chinese/.2010.
[7] 雍克勤.?基于现代科学技术发展下的高等学校教学方法改革研究[J].兰州大学报.2007.
作者简介:
谭华(1983-),男,助教,硕士研究生,研究方向为嵌入式系统应用、形式化方法、模型检验;
嵌入式系统教学的探索与实践 篇12
1 常见的嵌入式操作系统
1) Palm OS
Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统,专门用于掌上电脑,是3Com公司的Palm Computing部开发的。由于其充分考虑了掌上电脑的的资源问题,因此,其占用的内存很小,基于其开发的应用程序占用空间也不大。现在,为Palm OS专门编写的应用程序多达数千种,因此软件支持非常丰富,应用范围也很广。
2) Windows CE
Windows CE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础,它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统。它所有的源代码全部由微软自行开发,因此Windows CE和Windows 95/98上的编程工具具有很强的兼容性,操作简单、图形用户界面出色是它最大的特点。
3) Vx Works
Vx Works是美国Wind River System公司推出的一个实时操作系统,提供了更丰富的调试、仿真环境和工具。Vx Works良好的可靠性和卓越的实时性无与伦比,因此目前在商业嵌入式操作系统中的占有率最高,它主要应用与通信、军事、航空和航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。
4) μC/OS-Ⅱ
μC/OS-Ⅱ是一款相对比较简单的开源嵌入式操作系统,可裁剪、源码开放、结构小巧、抢占式的实时多任务内核,主要面向中小型嵌入式系统,具有执行率高、占用空间小、可移植性强、实时性能优良和可扩展性强等特点。
5) 嵌入式linux
Linux是1991年芬兰的Linus Torvalds所写的,它是一个开源的、功能强大的、设计完善的操作系统。嵌入式Linux是对Linux经过小型化裁剪后,能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中,应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。它和一般的linux区别集中在Linux内核上:前者的内核为嵌入式目标平台将通用Linux做了专门设计和修改,后者的内核应用于通用PC平台。
2 嵌入式linux系统的开发流程
学习嵌入式系统,就要首先了解其开发流程,一般的嵌入式linux的开发流程有下面几个步骤:
1) 嵌入式linux系统开发环境的构建
嵌入式开发板的资源往往比较有限,没有足够的资源来运行开发调试工具。所以,通常嵌入式系统的软件开发需要采用交叉编译的方式来完成。为了使宿主机上开发的程序能够方便的下载到目标板上运行,一般还要早宿主机上配置好网络,使它能够支持网络服务,从而达到两台机器之间的文件共享。
2) bootloader的移植
移植bootloader的目标是为了能够正确的调用linux内核。在加载内核之前,bootloader会对一些硬件初始化并配置寄存器。用户可以在一些网站上下载一些公开源代码的bootloader,然后根据用户的需要进行修改并移植。
3) linux内核的定制、裁剪和添加
可以从官方网站下载内核,并对其解压以后,根据自己的需要对linux内核裁剪后安装到目标板上。
4) 文件系统的构建
文件系统包含两大类:根文件系统和附加的文件系统。需要构建的是根文件系统,通常会使用busybox来生成所需要的根文件系统。
5) 应用程序的编写
当以上的嵌入式linux环境构造好以后,就可以编写相应的应用程序了。嵌入式linux系统下编写应用程序一般是在宿主机上完成的,然后经过交叉编译和文件挂载,形成可以在目标板上运行的应用程序。
6) 程序的烧写
引导程序、文件系统以及应用程序都可以通过烧写的方式固化在目标板上。
3 嵌入式linux系统教学方式的探索
嵌入式linux系统的教学目标一般是:理解解嵌入式系统原理的基本概念;了解嵌入式系统软硬件的基本构成;熟悉嵌入式系统开发的流程;能够独立完成嵌入式linux内核的定制裁剪和添加;并能进行嵌入式linux下的应用程序的编写、调试及固化,培养学生成为嵌入式系统开发的实用型人才。
基于以上的教学目标,嵌入式linux系统的教学应该是实验与理论并重,因此,嵌入式linux系统的教学应该采取理论课程和实验相融和的教学模式。也就是说,将理论课程放到实验室来完成,利用实验室已有的设备和多媒体环境,将理论融入到实验中去,并通过实验来加深学生对理论的理解。
同时,根据linux的开发流程可将将教学步骤分为以下几个部分:第一部分,应该从简单的应用程序编写入手,让学生掌握GCC编译器的使用、交叉编译环境的建立以及文件挂载的方式。通过对简单的linux C程序的编写,可以让学生从直观的角度了解嵌入式系统软件的开发流程,同时也可以培养学生对本课程的新鲜感,保持继续学习的欲望。第二部分,掌握对文件的操作以及对库的使用,了解动态库和静态库的特点以及使用方式。第三部分,掌握嵌入式linux系统的定制与裁剪,以及应用程序的烧写等的内核相关的操作。
4 结束语
通过以上教学步骤的设计,让学生从易到难,一步步的引导学生掌握嵌入式系统的开发,成为能够独立开发嵌入式系统的实用型人才。
参考文献
[1]俞辉,李永,刘凯,王晓虹,等.ARM嵌入式Linux系统设计与开发[M].北京:机械工业出版社,2010.
[2]殷荣庆.嵌入式Linux系统的探索与设想[J].合肥师范学院学报,2009,27(6).
[3]林粤江.嵌入式Linux与嵌入式Linux开发[J].科教文汇,2007(6).