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摘要:独立学院的理工类学生,基础较弱,理解能力有待提高,个性较强,有其特别的地方;而嵌入式课程是一门综合性很强的学科,在特殊的教学背景下,讲授这种综合性强、对专业知识要求性高的课程,传统的教学模式的适用性较低。文章阐述探讨了如何转换教学思路,调整学生的知识结构和教师的教学方法。
关键词:独立学院;嵌入式课程;转换教学思路
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)30-0132-02
独立学院是依托一个公办大学母体,独立设置,按民营机制运作的应用型本科,它把学生毕业后能否找到好的工作作为学校改革发展的龙头,因此它有一种内在的动力去培养社会需求的应用型人才。而近几年嵌入式软件行业迅猛发展,国内外企业纷纷加大了对嵌入式业务的投入,这导致嵌入式人才需求也迅速增加,嵌入式开发已成为当前最热门最有发展前途的行业之一。根据此情况,在独立学院开设嵌入式课程是顺应社会需求的。
嵌入式课程是一门综合性很强的学科。独立学院的理工类学生,基础较弱,理解能力有待提高,学习起点比公办母体院校学生低,但相对于高职院校学生,还是有一定的自学能力。对于独立学院的此类特殊情况,如何转换教学思路,调整学生的知识结构和教师的教学方法,让学生学好这门课程,就成了我们要讨论解决的一大问题。
笔者结合独立学院嵌入式教学的经验,从嵌入式教学的特点出发,根据独立学院的嵌入式教学特点及存在的问题,探讨一些解决这些问题的方法。
1嵌入式教学的定义及特点
谈到嵌入式教学,要先弄清到底什么是嵌入式系统。很多教师在这个定义上有一个根本的误区,片面地认为嵌入式就是某种有操作系统的32位芯片,嵌入式课程教学的开展也应当直接就从32位芯片开始,并拆成硬件和软件两部分学习;有些教师更片面地认为嵌入式就是ARM+Linux。
关于嵌入式系统,国家标准给出的定义是:置入应用对象内部起操作控制作用的专用计算机系统。也就是说任何能置入一个大的对象内部,起到控制作用的芯片都可以叫嵌入式系统。实际上单片机系统就是一个最典型的嵌入式系统。学生开始学习8位的单片机系统,就是开始嵌入式教学的初步了。只是由于应用的范围越来越广,在8位嵌入式芯片的存储容量和处理速度等方面出现局限时,才开始向16位、32位系统进展,最后出现支持操作系统的嵌入式芯片。而对于32位带有操作系统的嵌入式芯片,也根据不同厂家,有多种选择,不仅仅局限于一个厂家的某个产品。而Linux仅是一类Unix计算机操作系统的统称,它可以放在很多硬件上应用,并不局限于ARM或某种嵌入式芯片。
2独立学院理工科学生的特点
理工类的学习大多需要数学、电子类知识和较好的逻辑思维能力。比起公办母体院校学生,独立学院的学生理工方面学习起点较低,基础较弱,再加上大部分学生来自条件较好的家庭或为独生子女,从小到大处于被动接受或被动关注的方面,容易以自我为中心,学习的主动性和求知欲望不强。非动手的抽象数学类或理工类课堂知识,不少学生,不容易理解,不是采用死记硬背的方法,遗忘速度非常快,就是索性不读。这类学生,自我约束能力也较弱,课后自学能力,如果没有良好的氛围或外部督促作用,是比较弱的。所以在教学方面要根据其特点,精简理论部分,偏重应用,删减部分难以理解但不影响全局的章节,增加实验。
3独立学院嵌入式教学的注意点
嵌入式课程是一门综合性很强的学科,涉及许多硬件和软件及应用领域的知识,一般是放在高年级课程或研究生课程中。
而对于独立学院这些本身起点就不高的学生,如果要学习32位嵌入式课程,笔者认为应当先通过学习简单的8位的单片机系统,把嵌入式系统的硬件基础和软件基础打好,再学习这种综合性颇高、程度较为复杂的系统。以下的探讨,着重于开设32位带有操作系统的嵌入式课程教学当中的问题。
3.1嵌入式教材的选择问题
大多数学校买书喜欢购买教育部重点推荐或十一五规划的本科教材,看到内容简单或出版社一般的教材往往不愿意选择。
一本涵盖大部分嵌入式知识的书籍,对于普通大学生来说,的确是一个良好的学习和进阶的帮手。但独立学院的学生,能力差,学习主动性不强,接受知识大多在课堂,课后自我学习提升能力差。学习8位的嵌入式系统都比较吃力,如果32位的系统学习,还是用这样的教材,课后学生看不下去,对教育资源也是一种浪费,教学效果事与愿违。
对于此类学生的教材选择,我的建议是,实事求是,量力而行,尽量选择简单的、原理少、指向性高的一些教材。其实有很多职业专科教材反倒通俗易懂,针对实际应用,很适合能力一般的独立学院的学生学习。现今嵌入式教材大多深奥复杂,所以编写适合独立学院学生的通俗简化的应用型教材也是当务之急,此外嵌入式课题组也可以根据教学的需要,编写相应的教辅材料及实验指导书,以供学生把握重点,加深理解。
3.2硬件和软件的问题
32位带有操作系统的嵌入式系统,是一个软件、硬件协同设计工程,不能像通用计算机那样分开来看。但是由于其复杂性等原因,一般学校在教学规划上,是把其拆成硬件芯片和软件系统两门课程进行教授,这有一定的实际意义。
但教授硬件的教师要避免单纯从电子角度认识嵌入式系统,认为嵌入式系统就是MCU硬件系统。早期的嵌入式内部RAM小,需要扩展外接,所以程序设计量比较小,使人们认为是硬件为主,软件程序为辅;而今学习的32位嵌入式系统内部RAM越来越大,也出现越来越多的以太网等复杂接口,改变了传统的嵌入式系统开发与调试方法,很多程序可以在线调试,与开发PC程序几乎一样方便,而且传统的软硬件设计方法也发生了根本改变。
教授操作系统的教师一定要详细阐明引入操作系统的原因及必要性,引入操作系统达到什么样的效果。要避免单纯从嵌入式操作系统软件开发角度认识嵌入式系统,认为不需要关注硬件;要认识到嵌入式系统的特性,比如针对特定的硬件对象,资源受限等问题。避免忽略基本规范,软件工程的错误认知方式,忽略底层的硬件电子原理等基本问题。
所以嵌入式系统是硬件和软件的集合体,没有对硬件的理解,写出的软件程序是不理想的,同样,对软件不掌握,也是不能设计好硬件的。
3.3嵌入式学习过程中的问题
系统地学习一门课程,本来是应该从原理、组成、工作特点一步步往下教授的,但是独立学院的学生能力有限,加上学生的学习兴趣点低,学习动力不足。根据教学试行来看,如果还按照普通的教学方法,照本宣科从头开始教,贪多贪快,一开始的原理部分或一些术语就会使得学生丧失学习兴趣和动力,往往挫伤学生学习嵌入式系统的积极性,整门课程形同虚设。所以对此门课程,学生的知识结构应侧重于通识,而不侧重于精深,学生的技术方法要侧重于实用,而不侧重于理论。
如何激发学生兴趣,改变授课重点,舍弃传统教学的模式,也是此门课程面对的一大问题。使用生动的方法,激发学生的原动力和探索欲是一种较好的方法。比如可采用,先编写生动的上位机动画效果,吸引学生注意,让学生产生好奇、求知欲和探索欲。当学生的情绪被触发时,一定要在第一时间里把一些经过提炼的简单易懂的核心基础概念穿插进去,进行解释。因为据本人观察:女生的关注度在20分钟左右,男生可以持续得更长点。超过这个最佳时间,如果没有激发起学习动力,学生又会产生疲软心态。
此外,还需要降低对学生的要求,比如对学生编写程序的要求。以C语言编程为例,很多头文件和通用的函数定义,只要简单介绍其在程序中的作用。主要的可替换部分,缩减到几条语句。这样学生就可以动手,通过简单修改,达到完成一个自己做的程序的目的。在观察自己做的成果后,学生也会产生信心和动力,进而拓展。
例如要求编写一个用I/O口控制小灯闪烁的程序。要求三盏灯交替闪烁。
头文件部分,针对这个硬件芯片的端口设置等固定内容的定义和声明的通用头文件,在教学初步,对学生只要简单提点。面向硬件对象头文件,是对本个文件所用的灯控制引脚,灯状态的定义及灯控制相关函数的声明,需要花一定时间介绍。程序体部分,建议都函数化和子程序化,这样移植性好。
学生入手时,只需要掌握:本例主程序的核心部分,只有一个循环体,一个亮灯函数,一个延时函数。循环体是为了反复执行闪烁;亮灯函数Light_Control有三个参数:PORT, Run, Light_ON。三个参数中,PORT指定使用的端口,可以赋任何一个端口,Run指定运行指示灯使用的引脚,也可以赋某个端口的任何一个引脚,Light_ON是灯状态宏定义,高电平有效,表示灯灭,教师可以演示,改变PORT端口的赋值,达到控制不同端口灯亮的效果,此外还可以演示通过在main.c文件中改变延时参数,调整闪烁的快慢,继而让学生自己来操作。在确定学生掌握主要部分后,再解释小灯驱动函数文件,通用函数文件,中断等有涉及到的程序。
通过这个工程的讲解,学生可以了解工程文件的组织方式,汇编程序文件的编写规范,软硬件模块的合理划分等内容,在以后的编程实践中,按照这种方式,养成良好的编程习惯。
在课程建设的后期,还可以开展实训课程教学,挖掘学生的动手能力及创新的积极性。与此同时,鼓励学生尽量参加一些比赛,以赛促学,也可以增加教师及教学团队对参赛经验的积累,充实课题组的嵌入式系统开发的案例库。
4结束语
独立学院是一个新生事物,独立学院学生的特点决定了其教师在进行嵌入式的教学中,要从激发学生学习兴趣及动力入手,不但要注意教材的选择和教师的教学方法的转换,还要注意降低教学起点及教学难点,简化教学,丰富教学方式,加强实践等。
参考文献
1 王宜怀、刘晓升.嵌入式技术基础与实践[M].北京:清华大学出版社,2007
2 陶 陶.嵌入式教学改革的研究与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2009(1):137～138
3 陈国荣、向 毅.“嵌入式软件和系统”专业教学改革思路探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2009(12):203～204
Embedded Teaching and Discussion on the Issue of Independent Colleges
Li Yang
Abstract:The Independent Institute of Science and Engineering students, foundation is weak, needs to be improved understanding, strong personality, has its special place; and embedded course is a very complex subject, in the context of special education, teaching This comprehensive, high professional knowledge required for the course, the applicability of the traditional teaching model is lower. This paper describes ideas of how the switch to adjust the knowledge structure of students and teachers in teaching methods.
Key words:Independent Institute; embedded courses; the switch idea
关键词:独立学院;嵌入式课程;转换教学思路
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)30-0132-02
独立学院是依托一个公办大学母体,独立设置,按民营机制运作的应用型本科,它把学生毕业后能否找到好的工作作为学校改革发展的龙头,因此它有一种内在的动力去培养社会需求的应用型人才。而近几年嵌入式软件行业迅猛发展,国内外企业纷纷加大了对嵌入式业务的投入,这导致嵌入式人才需求也迅速增加,嵌入式开发已成为当前最热门最有发展前途的行业之一。根据此情况,在独立学院开设嵌入式课程是顺应社会需求的。
嵌入式课程是一门综合性很强的学科。独立学院的理工类学生,基础较弱,理解能力有待提高,学习起点比公办母体院校学生低,但相对于高职院校学生,还是有一定的自学能力。对于独立学院的此类特殊情况,如何转换教学思路,调整学生的知识结构和教师的教学方法,让学生学好这门课程,就成了我们要讨论解决的一大问题。
笔者结合独立学院嵌入式教学的经验,从嵌入式教学的特点出发,根据独立学院的嵌入式教学特点及存在的问题,探讨一些解决这些问题的方法。
1嵌入式教学的定义及特点
谈到嵌入式教学,要先弄清到底什么是嵌入式系统。很多教师在这个定义上有一个根本的误区,片面地认为嵌入式就是某种有操作系统的32位芯片,嵌入式课程教学的开展也应当直接就从32位芯片开始,并拆成硬件和软件两部分学习;有些教师更片面地认为嵌入式就是ARM+Linux。
关于嵌入式系统,国家标准给出的定义是:置入应用对象内部起操作控制作用的专用计算机系统。也就是说任何能置入一个大的对象内部,起到控制作用的芯片都可以叫嵌入式系统。实际上单片机系统就是一个最典型的嵌入式系统。学生开始学习8位的单片机系统,就是开始嵌入式教学的初步了。只是由于应用的范围越来越广,在8位嵌入式芯片的存储容量和处理速度等方面出现局限时,才开始向16位、32位系统进展,最后出现支持操作系统的嵌入式芯片。而对于32位带有操作系统的嵌入式芯片,也根据不同厂家,有多种选择,不仅仅局限于一个厂家的某个产品。而Linux仅是一类Unix计算机操作系统的统称,它可以放在很多硬件上应用,并不局限于ARM或某种嵌入式芯片。
2独立学院理工科学生的特点
理工类的学习大多需要数学、电子类知识和较好的逻辑思维能力。比起公办母体院校学生,独立学院的学生理工方面学习起点较低,基础较弱,再加上大部分学生来自条件较好的家庭或为独生子女,从小到大处于被动接受或被动关注的方面,容易以自我为中心,学习的主动性和求知欲望不强。非动手的抽象数学类或理工类课堂知识,不少学生,不容易理解,不是采用死记硬背的方法,遗忘速度非常快,就是索性不读。这类学生,自我约束能力也较弱,课后自学能力,如果没有良好的氛围或外部督促作用,是比较弱的。所以在教学方面要根据其特点,精简理论部分,偏重应用,删减部分难以理解但不影响全局的章节,增加实验。
3独立学院嵌入式教学的注意点
嵌入式课程是一门综合性很强的学科,涉及许多硬件和软件及应用领域的知识,一般是放在高年级课程或研究生课程中。
而对于独立学院这些本身起点就不高的学生,如果要学习32位嵌入式课程,笔者认为应当先通过学习简单的8位的单片机系统,把嵌入式系统的硬件基础和软件基础打好,再学习这种综合性颇高、程度较为复杂的系统。以下的探讨,着重于开设32位带有操作系统的嵌入式课程教学当中的问题。
3.1嵌入式教材的选择问题
大多数学校买书喜欢购买教育部重点推荐或十一五规划的本科教材,看到内容简单或出版社一般的教材往往不愿意选择。
一本涵盖大部分嵌入式知识的书籍,对于普通大学生来说,的确是一个良好的学习和进阶的帮手。但独立学院的学生,能力差,学习主动性不强,接受知识大多在课堂,课后自我学习提升能力差。学习8位的嵌入式系统都比较吃力,如果32位的系统学习,还是用这样的教材,课后学生看不下去,对教育资源也是一种浪费,教学效果事与愿违。
对于此类学生的教材选择,我的建议是,实事求是,量力而行,尽量选择简单的、原理少、指向性高的一些教材。其实有很多职业专科教材反倒通俗易懂,针对实际应用,很适合能力一般的独立学院的学生学习。现今嵌入式教材大多深奥复杂,所以编写适合独立学院学生的通俗简化的应用型教材也是当务之急,此外嵌入式课题组也可以根据教学的需要,编写相应的教辅材料及实验指导书,以供学生把握重点,加深理解。
3.2硬件和软件的问题
32位带有操作系统的嵌入式系统,是一个软件、硬件协同设计工程,不能像通用计算机那样分开来看。但是由于其复杂性等原因,一般学校在教学规划上,是把其拆成硬件芯片和软件系统两门课程进行教授,这有一定的实际意义。
但教授硬件的教师要避免单纯从电子角度认识嵌入式系统,认为嵌入式系统就是MCU硬件系统。早期的嵌入式内部RAM小,需要扩展外接,所以程序设计量比较小,使人们认为是硬件为主,软件程序为辅;而今学习的32位嵌入式系统内部RAM越来越大,也出现越来越多的以太网等复杂接口,改变了传统的嵌入式系统开发与调试方法,很多程序可以在线调试,与开发PC程序几乎一样方便,而且传统的软硬件设计方法也发生了根本改变。
教授操作系统的教师一定要详细阐明引入操作系统的原因及必要性,引入操作系统达到什么样的效果。要避免单纯从嵌入式操作系统软件开发角度认识嵌入式系统,认为不需要关注硬件;要认识到嵌入式系统的特性,比如针对特定的硬件对象,资源受限等问题。避免忽略基本规范,软件工程的错误认知方式,忽略底层的硬件电子原理等基本问题。
所以嵌入式系统是硬件和软件的集合体,没有对硬件的理解,写出的软件程序是不理想的,同样,对软件不掌握,也是不能设计好硬件的。
3.3嵌入式学习过程中的问题
系统地学习一门课程,本来是应该从原理、组成、工作特点一步步往下教授的,但是独立学院的学生能力有限,加上学生的学习兴趣点低,学习动力不足。根据教学试行来看,如果还按照普通的教学方法,照本宣科从头开始教,贪多贪快,一开始的原理部分或一些术语就会使得学生丧失学习兴趣和动力,往往挫伤学生学习嵌入式系统的积极性,整门课程形同虚设。所以对此门课程,学生的知识结构应侧重于通识,而不侧重于精深,学生的技术方法要侧重于实用,而不侧重于理论。
如何激发学生兴趣,改变授课重点,舍弃传统教学的模式,也是此门课程面对的一大问题。使用生动的方法,激发学生的原动力和探索欲是一种较好的方法。比如可采用,先编写生动的上位机动画效果,吸引学生注意,让学生产生好奇、求知欲和探索欲。当学生的情绪被触发时,一定要在第一时间里把一些经过提炼的简单易懂的核心基础概念穿插进去,进行解释。因为据本人观察:女生的关注度在20分钟左右,男生可以持续得更长点。超过这个最佳时间,如果没有激发起学习动力,学生又会产生疲软心态。
此外,还需要降低对学生的要求,比如对学生编写程序的要求。以C语言编程为例,很多头文件和通用的函数定义,只要简单介绍其在程序中的作用。主要的可替换部分,缩减到几条语句。这样学生就可以动手,通过简单修改,达到完成一个自己做的程序的目的。在观察自己做的成果后,学生也会产生信心和动力,进而拓展。
例如要求编写一个用I/O口控制小灯闪烁的程序。要求三盏灯交替闪烁。
头文件部分,针对这个硬件芯片的端口设置等固定内容的定义和声明的通用头文件,在教学初步,对学生只要简单提点。面向硬件对象头文件,是对本个文件所用的灯控制引脚,灯状态的定义及灯控制相关函数的声明,需要花一定时间介绍。程序体部分,建议都函数化和子程序化,这样移植性好。
学生入手时,只需要掌握:本例主程序的核心部分,只有一个循环体,一个亮灯函数,一个延时函数。循环体是为了反复执行闪烁;亮灯函数Light_Control有三个参数:PORT, Run, Light_ON。三个参数中,PORT指定使用的端口,可以赋任何一个端口,Run指定运行指示灯使用的引脚,也可以赋某个端口的任何一个引脚,Light_ON是灯状态宏定义,高电平有效,表示灯灭,教师可以演示,改变PORT端口的赋值,达到控制不同端口灯亮的效果,此外还可以演示通过在main.c文件中改变延时参数,调整闪烁的快慢,继而让学生自己来操作。在确定学生掌握主要部分后,再解释小灯驱动函数文件,通用函数文件,中断等有涉及到的程序。
通过这个工程的讲解,学生可以了解工程文件的组织方式,汇编程序文件的编写规范,软硬件模块的合理划分等内容,在以后的编程实践中,按照这种方式,养成良好的编程习惯。
在课程建设的后期,还可以开展实训课程教学,挖掘学生的动手能力及创新的积极性。与此同时,鼓励学生尽量参加一些比赛,以赛促学,也可以增加教师及教学团队对参赛经验的积累,充实课题组的嵌入式系统开发的案例库。
4结束语
独立学院是一个新生事物,独立学院学生的特点决定了其教师在进行嵌入式的教学中,要从激发学生学习兴趣及动力入手,不但要注意教材的选择和教师的教学方法的转换,还要注意降低教学起点及教学难点,简化教学,丰富教学方式,加强实践等。
参考文献
1 王宜怀、刘晓升.嵌入式技术基础与实践[M].北京:清华大学出版社,2007
2 陶 陶.嵌入式教学改革的研究与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2009(1):137～138
3 陈国荣、向 毅.“嵌入式软件和系统”专业教学改革思路探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2009(12):203～204
Embedded Teaching and Discussion on the Issue of Independent Colleges
Li Yang
Abstract:The Independent Institute of Science and Engineering students, foundation is weak, needs to be improved understanding, strong personality, has its special place; and embedded course is a very complex subject, in the context of special education, teaching This comprehensive, high professional knowledge required for the course, the applicability of the traditional teaching model is lower. This paper describes ideas of how the switch to adjust the knowledge structure of students and teachers in teaching methods.
Key words:Independent Institute; embedded courses; the switch idea