嵌入式系統實(shí)驗教學(xué)的探討
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為了使我校培養的學(xué)生適應社會(huì )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理論與實(shí)驗課程。兩年來(lái)，通過(guò)對這門(mén)課程的探討與實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。
1 嵌入式系統教學(xué)的特點(diǎn)
本校開(kāi)設的嵌入式系統教學(xué)課程主要是針對目前流行的基于A(yíng)RM架構的嵌入式微處理器與源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)操作系統，選擇μC／OS～II進(jìn)行詳細剖析，并結合具體的嵌入式系統開(kāi)發(fā)實(shí)驗，使學(xué)生能夠熟練掌握嵌入式系統的設計與開(kāi)發(fā)方法。在教學(xué)過(guò)程中，強調以學(xué)生為認知的主體，通過(guò)學(xué)生的“感受”產(chǎn)生問(wèn)題，在教師的引導下“理解”產(chǎn)生問(wèn)題的本質(zhì)，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習理論知識、掌握操作技能，并將理論和實(shí)踐結合在一起，從而大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣，增加了學(xué)生的創(chuàng )新意識。嵌入式系統教學(xué)主要體現以下3個(gè)特點(diǎn)：
①基礎性。嵌入式系統技術(shù)涉及多個(gè)專(zhuān)業(yè)。如計算機工程、軟件工程、工業(yè)自動(dòng)控制、機電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術(shù)與各個(gè)專(zhuān)業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學(xué)科研究方向，因此，嵌入式系統可作為上述各專(zhuān)業(yè)的基礎平臺課，以強化專(zhuān)業(yè)基礎知識。
②綜合性。嵌入式系統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(dòng)控制等諸多專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的內容，如C語(yǔ)言、微機原理、單片機設計和操作系統等課程，有很強的綜合性，因此，可以有效地對學(xué)生進(jìn)行綜合能力的培養。
③實(shí)踐性。嵌入式系統是理論與實(shí)踐結合密切的課程。實(shí)驗是嵌入式系統課程的重要組成部分，缺乏實(shí)驗的嵌入式系統課程學(xué)習是紙上談兵，因此，學(xué)生必須通過(guò)大量的實(shí)驗和實(shí)踐環(huán)節，來(lái)加深對嵌入式系統理論知識的理解。
2 實(shí)驗教學(xué)體系的建立
為培養學(xué)生的實(shí)際應用能力與刨新能力，以達到“學(xué)習嵌入式，使用嵌入式”的實(shí)驗教學(xué)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實(shí)驗教學(xué)體系，并根據課程的特點(diǎn)，采取開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的思路和方法。
(1)第一層次基礎型實(shí)驗
這部分實(shí)驗采用理論授課與動(dòng)手實(shí)驗相結合的方式，讓學(xué)生了解開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)流程，掌握實(shí)驗開(kāi)發(fā)工具的使用方法，熟悉軟件編程環(huán)境，根據實(shí)驗指導書(shū)的內容進(jìn)行實(shí)驗的調試，讀懂實(shí)驗源程序和程序的運行過(guò)程，并能進(jìn)行修改、組合和補充應用編程。
(2)第二層次綜合設計型實(shí)驗
這部分實(shí)驗是在基礎型、驗證型實(shí)驗的基礎上，綜合整個(gè)課程的知識，盡可能多地利用實(shí)驗系統上的資源，構造一個(gè)具有實(shí)際意義的嵌人式應用系統，即做一個(gè)較為復雜的綜合實(shí)驗。
(3)第三層次研究型實(shí)驗
這部分實(shí)驗是提供給基礎較好的學(xué)生深入學(xué)習的，目的是使他們能夠更深入的掌握嵌入式系統的理論知識，并有更多的實(shí)踐機會(huì )進(jìn)行綜合課題的設計，從而培養學(xué)生的科研能力、創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力。
3 實(shí)驗教學(xué)內容的設置與實(shí)踐
3．1 實(shí)驗內容的設置
嵌入式系統的實(shí)驗教學(xué)內容的設置旨在使學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作掌握嵌入式系統基本、實(shí)用的設計與開(kāi)發(fā)技能。實(shí)驗中心于2003年建立了嵌入式系統實(shí)驗室，并配置了ARM嵌入式實(shí)驗教學(xué)平臺、PC機、ARM JTAG實(shí)時(shí)仿真器等。實(shí)驗教學(xué)平臺分為兩部分：一部分為核心板，它提供了MC9328MXl系統的最小系統、音頻接口及擴展連接線(xiàn)等模塊；另一部分為擴展板，它提供了用來(lái)完成各項不同實(shí)驗的功能模塊。實(shí)驗教學(xué)系統主要目的是為32位CPU及嵌入式操作系統的使用者提供一個(gè)強大的硬件功能平臺，并且移植目前最為流行的實(shí)時(shí)、開(kāi)放源碼的μC／OS-II操作系統。實(shí)驗教學(xué)內容及學(xué)時(shí)分配如表1所列。
3.2 實(shí)驗教學(xué)體系的實(shí)踐
在實(shí)際教學(xué)中，我校的做法是理論教學(xué)方面側重于嵌入式操作系統原理的學(xué)習和嵌入式應用軟件的開(kāi)發(fā)方法；實(shí)驗教學(xué)方面基于上述三層實(shí)驗教學(xué)體系。
①基礎型實(shí)驗采用理論授課與動(dòng)手實(shí)驗驗證相結合的方式，要求學(xué)生獨立完成基礎知識和基本技能實(shí)驗。指導教師在每次實(shí)驗結束后或在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中檢查實(shí)驗的結果。檢查結果及實(shí)驗報告的考核成績(jì)占整個(gè)課程成績(jì)的10％。
②綜合型實(shí)驗由指導教師指定幾個(gè)設計課題或讓學(xué)生自由選擇自己感興趣的課題進(jìn)行設計，教師在這個(gè)過(guò)程中僅起指導作用。學(xué)生每人一題，自行設計實(shí)驗方案、編寫(xiě)實(shí)驗程序、選擇硬件接口及調試。實(shí)驗結束后，提交書(shū)面報告并由教師對實(shí)驗中技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行提問(wèn)，其考核成績(jì)占整個(gè)課程成績(jì)的90%(其中，完成質(zhì)量占30%、難度占30%、創(chuàng )新占20%、書(shū)面報告占10%)。
③研究型實(shí)驗是作為學(xué)生的畢業(yè)設計課題進(jìn)行的，研究課題和內容來(lái)自教師的科研課題，或是與企業(yè)相結合的科研項目。學(xué)生不僅要進(jìn)行軟件的設計和編制，而且還要進(jìn)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(xué)生建立了不同課程之間知識的有機聯(lián)系，培養了學(xué)生綜合運用各學(xué)科知識的能力。研究型實(shí)驗也可作為學(xué)生課外科技活動(dòng)的組成部分，學(xué)生2～3人自發(fā)組成嵌人式系統興趣小組，利用現有的實(shí)驗設備和條件進(jìn)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(xué)生的課題設計在全國大學(xué)生嵌入式系統大賽中獲獎，今年又有部分學(xué)生參加了國際跨國公司組織的嵌入式系統設計大賽。該層次的實(shí)驗充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng )造性，使學(xué)生盡早進(jìn)入了科學(xué)研究領(lǐng)域，為創(chuàng )新型人才的培養奠定了基礎。
結語(yǔ)
三層次實(shí)驗教學(xué)體系較好地培養了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及綜合應用知識的能力，受到了學(xué)生的熱烈歡迎，提高了教學(xué)效果?？傊?，理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)只有不斷改革、創(chuàng )新和實(shí)踐，才能共同提高嵌入式系統教學(xué)的水平。
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