计算机专业嵌入式系统课程教学改革

摘 要：嵌入式系统是计算机专业的核心课程,本文从教学内容、方法和评估体系三方面进行课程教学改革的探讨,并对两批学生使用不同教学方法进行比较,结果表明,本文教学方法有助于学生对知识点的理解,提高了教学效果.

关 键 词：嵌入式系统；计算机专业；教学改革；教学效果

中图分类号：G642.0?摇文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）36-0026-02

近年来,嵌入式系统相关电子产品和产业需求都面临快速的增长,而目前的大中专院校,尤其本科阶段以上的高等院校,嵌入式系统工程人才培养相对落后.在这种情况下,许多高校为自动化、电子信息、计算机等专业设置了嵌入式系统等课程,甚至有的高校开设了针对嵌入式方向的计算机本科专业.

从嵌入式系统的课程内容上看,本课程特点是概念多、例子多、内容涉及面较广.同时本课程实践性较强且对计算机编程知识要求都较高.由于受本专业的课程设置、师资队伍、实验室软硬件等条件的限制,很多学生对课程掌握得不够好,导致对本课程的学习有较大难度.因此,很有必要通过详细调研,掌握学生的学习基础,针对本课程的特点,进行课程教学方法和教学手段的完善和改进.

一、教学内容的改革

1.突出软件的基础上保证软硬件学习相结合.由于嵌入式系统课程的教学知识点比较多,涉及的软硬件资源也比较多.而本课程一般都是安排一个学期内,课时数相当有限,很多老师往往会把各章节的内容做一些删减,这样容易在一定程度上造成课程知识的中断或者跳跃,使学生学习过程中增加难度.因此,很有必要在考虑教学实际情况的基础上,对本课程的教学知识点进行优化.具体情况如下：硬件上,针对嵌入式微处理器芯片的典型应用,重点学习嵌入式微处理器的体系结构和硬件电路资源；软件上,以嵌入式汇编语言和高级语言为基础,在掌握一定嵌入式硬件知识的基础上,学习嵌入式启动引导程序、操作系统、驱动和应用软件的开发.

2.理论与实践学习相结合.在传统嵌入式系统教学过程中,一般安排每周2至3课时的理论课和1至2课时的实验课.在实际的教学过程中发现,这种方法的教学效果并不好,因为理论和实验课的安排不连贯,学生在课堂上学到的知识无法得到及时的巩固、理解和加深,经常会发现理论教学时,学生经过认真学习后对知识点掌握得还不错,但经过一天或者几天时间后到实验课上,总有不少学生因忘记了相关知识而导致对实验无法完成的情况.

3.分层次的多种类型实验课.由于本课程实践性较强,因此实验课显得异常重要.这里针对课程内容将嵌入式系统实验分为验证型、综合型和设计型三个层次.在验证型实验中,要求熟悉嵌入式系统开发软硬件开发环境、开发流程与方法.验证型实验之后,学生可进行综合型实验.通过综合型实验,学生可达到由浅入深、由简单到综合、由验证到系统综合开发的嵌入式学习过程.最后是设计型实验,设计型实验重在让学生系统掌握嵌入式系统的设计方法,尽快具有嵌入式系统设计开发的实践能力及独立分析、解决问题的能力.

二、教学手段灵活多样

1.引导式教学.引导学生积极思考,会让学生在接收到有用的信息或好的内容时快速记忆结果,也有利于启发学生脑中一闪而过的灵感.将课堂的知识转化为学生自己的知识,才达到知识点教与学的目的.成功的教学,能够引发学生的想象力和好奇心,能够引导学生从课外学习相关的知识和内容,并且对所学的课程知识进行补充和扩展.

2.类比教学.由于嵌入式系统课程中经常会出现一些比较抽象的知识点,此时采用类比教学可使得学生对这些知识点有一个比较形象的认识和体会,很容易就将这些知识点掌握.比如为了使学生能够理解嵌入式系统组成部分时,就可采用类比教学法.这些知识点对于刚开始学习嵌入式系统的同学往往都是难点,但很多同学在学习计算机的基础课程时已经学习了通用计算机的相关知识点,因此可采用类比教学法把嵌入式实时操作系统与通用的计算机进行类比,以加快学生对嵌入式系统的理解.

3.拟人化教学法.由于本课程涉及到不少抽象的概念,相当一部分同学在学习的时候会感到无法理解和掌握,影响学习进度甚至失去学习兴趣,因此我们采用拟人法进行教学.

与一般案例教学法不同的是,这里的教学案例并不是嵌入式系统的应用程序和软硬件产品等,而是实际生活中容易简单的一些实例,如人际关系、管理方法等.这也是拟人化教学法的由来.

三、改善评估体系

由于嵌入式系统课程实践性较强,因此考核方式采用平时考核与期末测试相结合,其中平时成绩包含作业、实验及课堂学习等,占总评的40%,期末测试为理论考试,占总评的60%.理论知识的考核主要是期末的考试环节,目的是督促学生学习的自觉性.在实践部分考核中,除考虑学生做实验和课程设计时的表现外,还要求学生按课题要求设计出程序并调试通过,撰写设计报告并进行答辩.答辩时学生不仅要在几分钟时间之内简要阐述所完成的工作,还要回答教师的提问.这种考核方式可在减轻学生期末考试压力的同时引导学生学习的积极性和主动性.

四、教学效果

为验证本次教学改革的教学效果,这里以本校2009级计算机专业大三两个班级学生为样本进行实验.两个班级都为41名学生,共82名学生.对两个班级分别采用两种不同的教学方法开展教学实验,一个班级采用传统原理讲解方式教学,一个班级采用拟人化教学.讲解结束后,当场在课堂上通过简单的测验方式,验证学生对内容的一次学习掌握情况.

本次教学内容选取“微处理器对外部设备的访问方式”这一知识点.针对微处理器对外部设备的访问方式有四种,分别是：轮询方式、中断方式、DMA方式和通道方式.通过两种教学方法的教学后,两个班级学生对该知识点的一次掌握情况,如表1所示.

表1列出了采用两种教学方法后,学生对知识点的一次掌握情况,包括不同掌握程度的人数和占该班级总人数的比例.其中掌握程度定义为在四种访问方式中正确掌握的访问方式数.从表1的实验结果可看出,传统试验方法有半数以上学生能正确区分其中的三种以上方法,但仍有约一半学生只能正确区分其中二种以下的方法,相当于基本没有掌握该知识点.而新方法中,超过80%的学生能正确区分其中的三种以上方法,超过30%的学生能完全正确区分所有四种方法,也就是完全掌握了该知识点,超过传统方法结果近一倍.实验结果表明,本文的教学方法在一定程度上提高了学生的学习效果,保证了其对知识点的掌握.

五、总结

嵌入式系统作为知识更新速度极快、教学内容越来越多的一门课程,需要教师在不断的教学实践和教学探索过程中,不断发现适合本校学生的教学方法和教学模式.本文从优化教学内容,改革教学方法和手段及改善评估体系三方面进行探讨对本课程的教学改革.并在拟人式教学方法上,选取课程中的一个典型知识点,选取一定数量具有大致相同基础的学生,采用不同教学方法教学,比较其教学效果.实验结果表明,本文的教学方法能使学生更好地掌握相关知识点,显著提高了教学效果.本次实验仅针对一个知识点在两个班级之间进行,实验结果有一定局限性.之后将会在更多的班级和更多的知识点上设计更多的案例,考察不同教学方法的教学效果.使得学生更好地更快地学好本课程,为学习后续课程和培养相关专业技能打下良好基础.