嵌入式系統(tǒng)實驗教學的探討
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為了使我校培養(yǎng)的學生適應社會需要，掌握最新的知識結構，我校于2004年新增設了嵌入式系統(tǒng)理論與實驗課程。兩年來，通過對這門課程的探討與實踐，取得了良好的教學效果。
1 嵌入式系統(tǒng)教學的特點
本校開設的嵌入式系統(tǒng)教學課程主要是針對目前流行的基于ARM架構的嵌入式微處理器與源碼公開的實時操作系統(tǒng)，選擇μC／OS～II進行詳細剖析，并結合具體的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實驗，使學生能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的設計與開發(fā)方法。在教學過程中，強調以學生為認知的主體，通過學生的“感受”產生問題，在教師的引導下“理解”產生問題的本質，學生在實踐過程中學習理論知識、掌握操作技能，并將理論和實踐結合在一起，從而大大激發(fā)學生學習的興趣，增加了學生的創(chuàng)新意識。嵌入式系統(tǒng)教學主要體現以下3個特點：
①基礎性。嵌入式系統(tǒng)技術涉及多個專業(yè)。如計算機工程、軟件工程、工業(yè)自動控制、機電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術與各個專業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學科研究方向，因此，嵌入式系統(tǒng)可作為上述各專業(yè)的基礎平臺課，以強化專業(yè)基礎知識。
②綜合性。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件設計的完美結合。它涉及電子信息、計算機、自動控制等諸多專業(yè)相關課程的內容，如C語言、微機原理、單片機設計和操作系統(tǒng)等課程，有很強的綜合性，因此，可以有效地對學生進行綜合能力的培養(yǎng)。
③實踐性。嵌入式系統(tǒng)是理論與實踐結合密切的課程。實驗是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，缺乏實驗的嵌入式系統(tǒng)課程學習是紙上談兵，因此，學生必須通過大量的實驗和實踐環(huán)節(jié)，來加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解。
2 實驗教學體系的建立
為培養(yǎng)學生的實際應用能力與刨新能力，以達到“學習嵌入式，使用嵌入式”的實驗教學目的和作用，我校建立了“基礎型一綜合設計型一研究型”三層次的嵌入式系統(tǒng)實驗教學體系，并根據課程的特點，采取開放式實驗教學的思路和方法。
(1)第一層次基礎型實驗
這部分實驗采用理論授課與動手實驗相結合的方式，讓學生了解開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程，掌握實驗開發(fā)工具的使用方法，熟悉軟件編程環(huán)境，根據實驗指導書的內容進行實驗的調試，讀懂實驗源程序和程序的運行過程，并能進行修改、組合和補充應用編程。
(2)第二層次綜合設計型實驗
這部分實驗是在基礎型、驗證型實驗的基礎上，綜合整個課程的知識，盡可能多地利用實驗系統(tǒng)上的資源，構造一個具有實際意義的嵌人式應用系統(tǒng)，即做一個較為復雜的綜合實驗。
(3)第三層次研究型實驗
這部分實驗是提供給基礎較好的學生深入學習的，目的是使他們能夠更深入的掌握嵌入式系統(tǒng)的理論知識，并有更多的實踐機會進行綜合課題的設計，從而培養(yǎng)學生的科研能力、創(chuàng)新能力和工程實踐能力。
3 實驗教學內容的設置與實踐
3．1 實驗內容的設置
嵌入式系統(tǒng)的實驗教學內容的設置旨在使學生通過實際操作掌握嵌入式系統(tǒng)基本、實用的設計與開發(fā)技能。實驗中心于2003年建立了嵌入式系統(tǒng)實驗室，并配置了ARM嵌入式實驗教學平臺、PC機、ARM JTAG實時仿真器等。實驗教學平臺分為兩部分：一部分為核心板，它提供了MC9328MXl系統(tǒng)的最小系統(tǒng)、音頻接口及擴展連接線等模塊；另一部分為擴展板，它提供了用來完成各項不同實驗的功能模塊。實驗教學系統(tǒng)主要目的是為32位CPU及嵌入式操作系統(tǒng)的使用者提供一個強大的硬件功能平臺，并且移植目前最為流行的實時、開放源碼的μC／OS-II操作系統(tǒng)。實驗教學內容及學時分配如表1所列。
3.2 實驗教學體系的實踐
在實際教學中，我校的做法是理論教學方面?zhèn)戎赜谇度胧讲僮飨到y(tǒng)原理的學習和嵌入式應用軟件的開發(fā)方法；實驗教學方面基于上述三層實驗教學體系。
①基礎型實驗采用理論授課與動手實驗驗證相結合的方式，要求學生獨立完成基礎知識和基本技能實驗。指導教師在每次實驗結束后或在整個實驗過程中檢查實驗的結果。檢查結果及實驗報告的考核成績占整個課程成績的10％。
②綜合型實驗由指導教師指定幾個設計課題或讓學生自由選擇自己感興趣的課題進行設計，教師在這個過程中僅起指導作用。學生每人一題，自行設計實驗方案、編寫實驗程序、選擇硬件接口及調試。實驗結束后，提交書面報告并由教師對實驗中技術點進行提問，其考核成績占整個課程成績的90%(其中，完成質量占30%、難度占30%、創(chuàng)新占20%、書面報告占10%)。
③研究型實驗是作為學生的畢業(yè)設計課題進行的，研究課題和內容來自教師的科研課題，或是與企業(yè)相結合的科研項目。學生不僅要進行軟件的設計和編制，而且還要進行一部分硬件電路的設計和制作，以及軟硬件的聯(lián)合調試，這樣使學生建立了不同課程之間知識的有機聯(lián)系，培養(yǎng)了學生綜合運用各學科知識的能力。研究型實驗也可作為學生課外科技活動的組成部分，學生2～3人自發(fā)組成嵌人式系統(tǒng)興趣小組，利用現有的實驗設備和條件進行課題研究，教師在一定階段給予必要的指導。去年已有兩組學生的課題設計在全國大學生嵌入式系統(tǒng)大賽中獲獎，今年又有部分學生參加了國際跨國公司組織的嵌入式系統(tǒng)設計大賽。該層次的實驗充分發(fā)揮了學生的創(chuàng)造性，使學生盡早進入了科學研究領域，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定了基礎。
結語
三層次實驗教學體系較好地培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題以及綜合應用知識的能力，受到了學生的熱烈歡迎，提高了教學效果。總之，理論教學與實驗教學只有不斷改革、創(chuàng)新和實踐，才能共同提高嵌入式系統(tǒng)教學的水平。
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