论文部分内容阅读
摘要：项目驱动教学法是以项目任务为教学单元、通过完成项目来开展的一种教学方式。文章将项目驱动教学法的学习模式引入到嵌入式系统技术的教学过程中，为应用型本科院校进一步深化实践教学改革提供参考。
关键词：项目驱动；嵌入式系统；创新型人才
作者简介：温如春（1972-），女，江西上犹人，江西理工大学电气与自动化学院，副教授；王祖麟（1954-），男，江西南昌人，江西理工大学电气与自动化学院，教授。（江西赣州341000）
基金项目：本文系“基于‘3个紧密结合+全面素质教育’的自动化专业人才培养模式创新实验区”（教高函[2009]27号）文件、2010年江西省教育厅基金项目“面向工程以创新创业能力培养为目标的自动化专业实践教学体系的改革与实践”（项目编号：JXJG－10-6-22）的研究成果。
中图分类号：G624.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）08-0077-02
一、背景与理念
嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。[1]汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等都是典型的嵌入式系统。学习嵌入式系统技术具有较好的市场前景，但是嵌入式是软硬件结合的技术，且该领域发展太快，学习掌握相关的知识和技术的难度较高。采用传统的教学方法教学，学生难以掌握嵌入式系统的开发技术。
嵌入式系统课程改革以“面向工程、项目驱动，能力培养、全面发展”的教育理念为指导，以教学内容改革、教学方法研究为切入点，抓好“三条主线”，即以培养学生的实践能力为主线、以素质教育为主线、以提高教学质量为主线，充分把学生转为学习的主动体，培养自主学习的能力，沟通、协作和组织能力。
二、“嵌入式系统技术”教学改革目标
“嵌入式系统技术”课程注重理论与实践相结合。“项目驱动”教学法具有针对性（针对具体工程项目），教学过程中将“项目引导、任务驱动”教学模式引入到“嵌入式系统技术”课程，将过去以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、表达情感、完成任务为主的多维、互动式的教学，有利于实现教学目标。[2]
教学改革的目标包括6个方面。一是完善并强化课程管理：组合课程教学模块、设计课程能力训练项目、收集课程活动训练素材是实现课程管理的关键；二是对课程内容的改进与开发：基本要求是依据市场和时代发展趋势取舍教学内容，安排教学模块，保证课程能力训练项目和训练素材切合实际；三是改进教学方式与方法：即破除“以讲为主、先讲后练、讲练分离”的传统窠臼，切实突出学生的主体地位，切实突出项目训练；四是改进并完善学习评价体系：教学过程控制和课程考核设计等方面要进行创新和发展，体现专业和课程特色，并具体规定课程成绩考核的项目、内容、时间、方式、分值，考核的方法与标准见表1所示；五是加强信息技术与课程的整合：在整合课程内容时注意课程间的衔接，避免重复，注意知识的更新和新知识、新技术、新工艺的补充，同时利用现代化教育技术和手段（网络更新最新的知识要点），增大信息量，使学生打下扎实的理论基础；六是强化教师培训与考核，促进教师专业发展：一名教师仅具有教育理论素养和学科教学知识是远远不够的，还必须掌握一定的教学方法和教育技术应用能力，通过这些方法和手段把先进的教育理念和教学内容贯彻到教育教学过程之中，融入到教学实践活动中去。
实现上述教学改革的目标需要学生亲自动手动脑，所以上课的地点不在教室，而在嵌入式系统实训室。项目驱动教学过程讲究师生互动，具体教学过程如图1所示。
三、“嵌入式系统技术”教学改革与实践
在学生对程序设计方法有了基本的了解和已经能够动手制作基本硬件电路的基础上，本项目的要求是设计一个“简易的人机接口界面”。尽管学生所学的知识还有限，但在老师的指导下，由学生完成一个小系统的设计还是可行的。
1.提出和展现项目要求
本项目要求：在单片机最小系统的基础上，制作一个简易的人机接口界面。按键输入数据能被单片机读取，而单片机处理的结果能显示在数码管上。
2.项目设计与任务分析
项目设计的关键是学生讨论项目实现的方法，教师归纳总结。教师要将一个班划分为多个项目小组，实行组长负责制。项目小组内每个学生畅所欲言，讨论该项目的实现方法，组长记录每个成员的观点，教师指点并归纳学生意见，然后分析和点评最优设计方案。例如，在该项目中，有学生提到：设计的难点是如何显示不同数据，如何在指定的位置同时显示不同数据。此时，教师应尽可能让每个学生发表意见，发挥想象力。在学生实现“单个LED灯点亮”与“单个按键的输入”的基础上，学生讨论两者间的区别与联系。最后，项目小组得出结论。实现该项目包括以下三个要点。接口电路设计与测试：硬件电路与“单个LED灯”类似，但是需要的数码管更多，因此需要控制每个数码管的显示位置；简易人机界面实现：“按键的输入”中，如果直接照搬使用单线控制按键，再加上显示数码管，占用的CPU的资源（GPIO口）太多；改进的可能性。
3.实现并改进项目
嵌入式系统设计一般包含硬件设计和软件设计。硬件电路设计指出，数码管显示方案一般包括静态显示方法和动态扫描方法。本次设计中需要显示的数据位较多，采用静态显示方案耗费的芯片太多，制版也更复杂，所以采用动态扫描方式较为经济可行，只是编程更复杂一些。教师特别指出：该“简易的人机接口界面设计”用2个共阴极数码管LN3461AS（或其他共阳极数码管）并联成8个数码管作为显示器。至少需要16个I/O（输入/输出）口才能实现对8个数码管的控制，使用两个74HC164即可实现数据的串并转换，节约了CPU的资源。其中8个I/O引脚控制数码管的段选位，另8个I/O引脚控制数码管的位选位。软件设计中，教师指出问题：因为不能采用变量直接计算的方式实现数据的显示，所以必须掌握一种很重要的程序设计方法——查表法，实现任意数值控制及显示。在“单个LED灯点亮”的电路与程序设计原理的基础上，学生分析和修改写出“任意多个数码管”控制的源程序。最后教师留下一些思考题，如怎么保证显示的亮度及不闪烁的效果呢？
4.交叉编译及调试
现行嵌入式系统的开发方法是“宿主机—目标机”的交叉编译方法。学生将设计的样品在嵌入式开发环境中进行交叉编译与调试。如果没有达到预期目标，则说明程序或者硬件有错误，需要仔细查找错误根源，直到实现了预期的效果。最后教师要注意知识的归纳总结。例如此次项目任务中关键的知识点是计算机的串并转换技术、数组的应用以及“查表法”。
5.项目拓展与深化
教师依据教学要求，设计教学内容，包括“基本任务”和“拓展任务”。“基本任务”一般是课程进行到一定阶段时学生必须掌握的基本理论和实践动手能力，项目小组的每个学生都必须完成；而“拓展任务”是较高要求，具体落实在项目中就是提高嵌入式产品的性能指标，这些任务可以在课后完成，教师要积极参与并适时点拨学生，让学生体会探索的乐趣并得到成功感，这可以进一步深化和培养学生的创造力。
6.防止任务型教学的缺点
任务型教学是将学习主动权交给学生，在大班教学的环境下，任务的实施可能因为过分依赖教师的教学能力和水平，导致学生的个体活动难以得到有效监督和控制，虽然教师可以根据实际情况进行调度，但是任务的执行效率难以得到保障。因此教师要适当布置课外任务难度，严格考核制度。[3]任务的完成情况要及时抽查，检查学生完成情况和解决所遇到的困难，并给予指导和辅导，帮助学生完成任务，享受成功的快乐，保护学生积极性。在“嵌入式系统技术”课程中引入项目驱动教学手段，对比传统教学模式，得到较好的效果。效果分析见表2。
四、结束语
为了实现教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”，培养适应社会经济需要的应用型人才、提升人才培养质量，有必要对高校教学进行一系列改革。[4]“项目驱动”教学法应用在“嵌入式系统技术”课程教学中，有效提高了教学效率，锻炼了学生积极思考、积极动手的能力，为培养高素质专业人才创造了有利条件，为高等院校进一步深化工程实践教学改革提供参考。
参考文献：
[1]周立功,王祖麟,陈明计,等.ARM嵌入式系统基础教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[2]高文,徐斌艳,吴刚.建构主义教育研究[M].北京:教育科学出版社,
2008.
[3]刘五一.加强课程考核促进学风建设[J].新课程学习,2011,(7):3.
[4]教育部.卓越工程师教育培养计划[EB/OL].http://www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：项目驱动；嵌入式系统；创新型人才
作者简介：温如春（1972-），女，江西上犹人，江西理工大学电气与自动化学院，副教授；王祖麟（1954-），男，江西南昌人，江西理工大学电气与自动化学院，教授。（江西赣州341000）
基金项目：本文系“基于‘3个紧密结合+全面素质教育’的自动化专业人才培养模式创新实验区”（教高函[2009]27号）文件、2010年江西省教育厅基金项目“面向工程以创新创业能力培养为目标的自动化专业实践教学体系的改革与实践”（项目编号：JXJG－10-6-22）的研究成果。
中图分类号：G624.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）08-0077-02
一、背景与理念
嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。[1]汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等都是典型的嵌入式系统。学习嵌入式系统技术具有较好的市场前景，但是嵌入式是软硬件结合的技术，且该领域发展太快，学习掌握相关的知识和技术的难度较高。采用传统的教学方法教学，学生难以掌握嵌入式系统的开发技术。
嵌入式系统课程改革以“面向工程、项目驱动，能力培养、全面发展”的教育理念为指导，以教学内容改革、教学方法研究为切入点，抓好“三条主线”，即以培养学生的实践能力为主线、以素质教育为主线、以提高教学质量为主线，充分把学生转为学习的主动体，培养自主学习的能力，沟通、协作和组织能力。
二、“嵌入式系统技术”教学改革目标
“嵌入式系统技术”课程注重理论与实践相结合。“项目驱动”教学法具有针对性（针对具体工程项目），教学过程中将“项目引导、任务驱动”教学模式引入到“嵌入式系统技术”课程，将过去以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、表达情感、完成任务为主的多维、互动式的教学，有利于实现教学目标。[2]
教学改革的目标包括6个方面。一是完善并强化课程管理：组合课程教学模块、设计课程能力训练项目、收集课程活动训练素材是实现课程管理的关键；二是对课程内容的改进与开发：基本要求是依据市场和时代发展趋势取舍教学内容，安排教学模块，保证课程能力训练项目和训练素材切合实际；三是改进教学方式与方法：即破除“以讲为主、先讲后练、讲练分离”的传统窠臼，切实突出学生的主体地位，切实突出项目训练；四是改进并完善学习评价体系：教学过程控制和课程考核设计等方面要进行创新和发展，体现专业和课程特色，并具体规定课程成绩考核的项目、内容、时间、方式、分值，考核的方法与标准见表1所示；五是加强信息技术与课程的整合：在整合课程内容时注意课程间的衔接，避免重复，注意知识的更新和新知识、新技术、新工艺的补充，同时利用现代化教育技术和手段（网络更新最新的知识要点），增大信息量，使学生打下扎实的理论基础；六是强化教师培训与考核，促进教师专业发展：一名教师仅具有教育理论素养和学科教学知识是远远不够的，还必须掌握一定的教学方法和教育技术应用能力，通过这些方法和手段把先进的教育理念和教学内容贯彻到教育教学过程之中，融入到教学实践活动中去。
实现上述教学改革的目标需要学生亲自动手动脑，所以上课的地点不在教室，而在嵌入式系统实训室。项目驱动教学过程讲究师生互动，具体教学过程如图1所示。
三、“嵌入式系统技术”教学改革与实践
在学生对程序设计方法有了基本的了解和已经能够动手制作基本硬件电路的基础上，本项目的要求是设计一个“简易的人机接口界面”。尽管学生所学的知识还有限，但在老师的指导下，由学生完成一个小系统的设计还是可行的。
1.提出和展现项目要求
本项目要求：在单片机最小系统的基础上，制作一个简易的人机接口界面。按键输入数据能被单片机读取，而单片机处理的结果能显示在数码管上。
2.项目设计与任务分析
项目设计的关键是学生讨论项目实现的方法，教师归纳总结。教师要将一个班划分为多个项目小组，实行组长负责制。项目小组内每个学生畅所欲言，讨论该项目的实现方法，组长记录每个成员的观点，教师指点并归纳学生意见，然后分析和点评最优设计方案。例如，在该项目中，有学生提到：设计的难点是如何显示不同数据，如何在指定的位置同时显示不同数据。此时，教师应尽可能让每个学生发表意见，发挥想象力。在学生实现“单个LED灯点亮”与“单个按键的输入”的基础上，学生讨论两者间的区别与联系。最后，项目小组得出结论。实现该项目包括以下三个要点。接口电路设计与测试：硬件电路与“单个LED灯”类似，但是需要的数码管更多，因此需要控制每个数码管的显示位置；简易人机界面实现：“按键的输入”中，如果直接照搬使用单线控制按键，再加上显示数码管，占用的CPU的资源（GPIO口）太多；改进的可能性。
3.实现并改进项目
嵌入式系统设计一般包含硬件设计和软件设计。硬件电路设计指出，数码管显示方案一般包括静态显示方法和动态扫描方法。本次设计中需要显示的数据位较多，采用静态显示方案耗费的芯片太多，制版也更复杂，所以采用动态扫描方式较为经济可行，只是编程更复杂一些。教师特别指出：该“简易的人机接口界面设计”用2个共阴极数码管LN3461AS（或其他共阳极数码管）并联成8个数码管作为显示器。至少需要16个I/O（输入/输出）口才能实现对8个数码管的控制，使用两个74HC164即可实现数据的串并转换，节约了CPU的资源。其中8个I/O引脚控制数码管的段选位，另8个I/O引脚控制数码管的位选位。软件设计中，教师指出问题：因为不能采用变量直接计算的方式实现数据的显示，所以必须掌握一种很重要的程序设计方法——查表法，实现任意数值控制及显示。在“单个LED灯点亮”的电路与程序设计原理的基础上，学生分析和修改写出“任意多个数码管”控制的源程序。最后教师留下一些思考题，如怎么保证显示的亮度及不闪烁的效果呢？
4.交叉编译及调试
现行嵌入式系统的开发方法是“宿主机—目标机”的交叉编译方法。学生将设计的样品在嵌入式开发环境中进行交叉编译与调试。如果没有达到预期目标，则说明程序或者硬件有错误，需要仔细查找错误根源，直到实现了预期的效果。最后教师要注意知识的归纳总结。例如此次项目任务中关键的知识点是计算机的串并转换技术、数组的应用以及“查表法”。
5.项目拓展与深化
教师依据教学要求，设计教学内容，包括“基本任务”和“拓展任务”。“基本任务”一般是课程进行到一定阶段时学生必须掌握的基本理论和实践动手能力，项目小组的每个学生都必须完成；而“拓展任务”是较高要求，具体落实在项目中就是提高嵌入式产品的性能指标，这些任务可以在课后完成，教师要积极参与并适时点拨学生，让学生体会探索的乐趣并得到成功感，这可以进一步深化和培养学生的创造力。
6.防止任务型教学的缺点
任务型教学是将学习主动权交给学生，在大班教学的环境下，任务的实施可能因为过分依赖教师的教学能力和水平，导致学生的个体活动难以得到有效监督和控制，虽然教师可以根据实际情况进行调度，但是任务的执行效率难以得到保障。因此教师要适当布置课外任务难度，严格考核制度。[3]任务的完成情况要及时抽查，检查学生完成情况和解决所遇到的困难，并给予指导和辅导，帮助学生完成任务，享受成功的快乐，保护学生积极性。在“嵌入式系统技术”课程中引入项目驱动教学手段，对比传统教学模式，得到较好的效果。效果分析见表2。
四、结束语
为了实现教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”，培养适应社会经济需要的应用型人才、提升人才培养质量，有必要对高校教学进行一系列改革。[4]“项目驱动”教学法应用在“嵌入式系统技术”课程教学中，有效提高了教学效率，锻炼了学生积极思考、积极动手的能力，为培养高素质专业人才创造了有利条件，为高等院校进一步深化工程实践教学改革提供参考。
参考文献：
[1]周立功,王祖麟,陈明计,等.ARM嵌入式系统基础教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[2]高文,徐斌艳,吴刚.建构主义教育研究[M].北京:教育科学出版社,
2008.
[3]刘五一.加强课程考核促进学风建设[J].新课程学习,2011,(7):3.
[4]教育部.卓越工程师教育培养计划[EB/OL].http://www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs.
（责任编辑：宋秀丽）