高职嵌入式Linux驱动程序开发课程教学改革探析

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  【摘 要】针对高职嵌入式Linux驱动程序开发课程难度大的特点,从如何引起学生的学习兴趣,如何从并行的课程移植相似的项目,以及如何培养学生的创新精神和团队协作精神等方面探讨高职嵌入式Linux驱动程序开发教学改革。
  【关键词】高职 嵌入式Linux驱动
  程序开发 教学改革
  【中图分类号】G【文献标识码】A
  【文章编号】0450-9889(2013)05C-
  0154-02
  ARM+Linux是目前构成嵌入式产品的主流架构,分别构成了嵌入式产品的硬件平台和软件平台,一个完整的嵌入式产品开发团队一般由应用程序工程师、系统工程师、驱动工程师和硬件工程师组成。嵌入式Linux驱动程序开发课程教给学生一个完整的嵌入式项目的驱动程序部分的知识,是高职计算机应用(嵌入式方向)专业的一门专业必修课。该课程是软件和硬件衔接的部分,需要的前导课有C语言程序设计、嵌入式Linux操作系统、模拟电子、数字电子等课程,并且需要熟悉合适的硬件平台,所以,学生学习起来一般难度较大。高职教育强调根据学生的学习特点进行教学,特别强调教学内容的实用性以及学生实践技能的培养,以便学生走出校门之后就能适应工作岗位的需求。笔者在嵌入式Linux驱动程序开发课程的教学过程中进行了初步的探索和实践,获得较好的教学效果。
  一、明确教学目标,模块化整合教学内容
  嵌入式Linux驱动程序开发因为涉及软件和硬件,并且使用的是一些编程的高级应用技巧,鉴于高职学生的特点,这门课的教学目标定为:能够看懂设备的数据手册,掌握Linux下设备驱动程序的基本原理和编程的步骤;注重基本理论,基本概念的掌握,以便学生在实习及面试工作时有一个基本概念;能够模仿标准的驱动程序架构编写出自己的驱动程序,养成良好的分析问题的能力和编程习惯以及团队协作精神。因而对全书的内容进行了整合,分为几大模块。模块一是编译工具gcc和makefile的使用,模块二是编写驱动程序所需的Linux内核基础,模块三是字符设备驱动程序,模块四是块设备驱动程序,模块五网络设备驱动程序。
  二、加强课程的横向联系,以引起学生的兴趣
  一般认为,高职学生不大适应系统性、理论性的学习,对较抽象的理论学习普遍有困难,而且高职学生知识积累有限,独立思考、自我学习和解决问题的能力相对而言较差,缺少学习的主动性和自觉性,业余活动丰富,自我约束能力不强,容易受短期目标驱动,所以,为了激起他们对这门课的兴趣,笔者主要进行了如下几点的改革:
  (一)上好第一堂课,让学生对本课程有一个完整清晰的定位。在第一堂课中,如果能够使学生聚精会神、兴趣勃勃地听讲,那么教师讲课的目标也就达到了。在第一堂课中,笔者会讲述该专业是如何通过开展企业,行业调研而设立的,它与企业的哪些工作岗位对应,嵌入式开发团队的组成,开发一个嵌入式产品所需要的知识体系;系部为同学们所制订的培养方案中开设了哪些课程来对应这些工作岗位,以及本课程在课程体系中所处的位置,它所需的前导课有哪些,需要哪些基础知识,通过本课程的学习,可以在一个完整的项目中完成哪些具体的工作,它面对工作岗位群中的哪一个具体的工作岗位,可以列举一个具体的实例如mp4播放视频功能或是手机摄像机的功能来讲。另外,跟学生介绍本课程的教材、知识模块、教学方式以及考核方式,让学生对这门课有一个整体的认识。
  (二)引入可视化的图形界面,以一个完整的项目呈现给学生,以增强学生的兴趣。一个人对图形的敏感度要比对数字或程序代码的敏感度要高,图形界面编程更容易引起学生的学习兴趣,嵌入式Linux驱动程序开发属于整个嵌入式开发团队的一部分,仅对这一部分,它全部是字符界面,面对的是一些程序代码和硬件的电路,涉及软件和硬件方面的知识,所以学生通常觉得知识压力大,枯燥无味,极易放弃。笔者在教学过程中,根据这一特点,及时补充linux下图形界面编程的知识,把图形界面编程和驱动程序开发结合起来,用图形界面控制驱动,这样学生会感到更直观和更有趣,从而增加学生的积极性。而且,图形界面编程也是嵌入式开发团队不可缺少的部分,有直接对应的工作,学生学习的动力就更大了。因此,把图形界面编程和驱动程序开发有机地结合在一起,穿插讲解,对学生掌握一个完整项目的过程是非常有好处的。
  (三)和并行课程联系,让学生学习思维产生迁移,降低学习的难度。学生在学习嵌入式Linux设备驱动程序开发时,已经学习了单片机技术这门课程,或是正在学习这门课程,在上课时,可以设置和单片机课程相似的实验给学生,让学生学习的思想产生迁移,模仿单片机课程中做实验的思路来做本课程的实验。单片机课程和本课程都是实践性很强的课程,都包括硬件和软件两个方面,只是本课程是在Linux操作系统下编程驱动硬件,而前者是由软件直接驱动硬件,所以本课程相对来说是更复杂一点,学生需要的前导课比较多,但如果抓紧这两门课的对照关系,则让学生相互对照着学习,则学习的难度会大大下降。比如学生在单片机课程中学过LED灯、数码管实验,以及温、湿度感应实验,在本程课的arm+linux的环境下,也可以设置实现同样的功能的实验,并且再加上图形界面,可以实现在图形界面下控制一些功能,从而引发学生的兴趣,并在此基础上扩展一些别的功能。
  三、多种教学方法并用,改进实验实训方法
  本课程采用基于项目的教学方法,一个驱动程序就是一个小的项目,多个驱动程序组成一个大一点的项目,后续的嵌入综合项目实训中,再去实现一个完整的嵌入式产品。一个小的项目又分成多个任务,每个任务由多个教学环节组成。根据每个任务的大小,再安排到每次课中去,从而形成教学进度表。把知识模块细分为小的知识点,再把每个知识点用程序代码来实现讲解。在程序代码中讲解嵌入式设备驱动的原理是教这门课的一个大的特色。例如在单片机课程中,并不是先把所有的指令讲完后,再去讲解程序,而是项目使用到哪些指令,就去讲哪些指令,在本课程中,完成某个项目需要什么知识点就讲解什么知识点,用到多少就讲解多少,这样学生带着任务,带着目的来学习,接受起来就比较快。   实验实训是高职高专教育培养学生应用技能非常重要的一个环节,在传统的实验实训教学中,往往以ARM实验箱为器材,开设一些实验箱匹配的验证性实验,老师把匹配来的光盘上的实验文档发给学生,学生按照上面所讲的步骤,一步一步完成相应的内容,在整个教学过程中,学生往往是被动的,而且与实际应用不接轨,实践教学没有层次,阶段不明确。在这一部分,笔者借用单片机课程的方法,先用虚拟软件portues设计,仿真好电路图后,焊接在万能电路板上,再和ARM核心板连接起来,整个项目分为核心板和扩展板,因为扩展板可以设计的多种多样,所以这样可以制作多种多样的应用项目,从而增强学生自己动手的能力,使他们真实感受到软件驱动硬件的过程,实现了“教学做”一体化的模式,培养了学生的创新精神。
  四、改进考核方式,促进团队协作精神
  考核不仅是对教师教学效果的检验和学生水平的测试,同时也是对学生的学习习惯和学习方法的导向。嵌入式Linux驱动程序开发是一门实践性很强的课程,传统的卷面理论考试已经不能全面反映学生对该课程的掌握程度,尤其是应用能力、动手能力和创新能力很难从试卷上反映出来,常常会出现理论考试得高分,实验和实训得低分的现象。因此,本课程注重过程考核,突出能力考核,考核内容主要包括理论考核、实验实训项目考核和平时成绩考核三个方面。其中,基础理论考核占20%,主要考核学生掌握所学课程的基本理论,基本知识和必备的常识;实验、实训、动手能力考核占60%,主要考核学生对Linux下的外围设备的驱动程序的编写过程,运用编程软件的能力,看懂硬件手册的能力,运用所学的知识和技能进行专项实验实训的能力;一般是把全班分为多个小组,3~4人一个团队,让他们互补技能,为了共同的业绩目标,相互承担责任,采取小组实验成绩代替个人成绩的方法,每次实验采取小组实验结果和业绩的方式进行考评,促使团队成员相互提醒,协作。平时成绩考核占20%,主要考核学生平时的学习态度及表现,包括出勤情况、课堂表现及作业情况等。
  这样的考核比重也是与高职高专培养高端技能型人才的目标是相吻合的。
  五、编写适合实训室现有硬件平台的教材,申报网络课程
  现在从外面公司购买的实验箱,一般只是配备一个光盘,没有教材对应,而高职高专学校教材选用的原则是优先选用教育部推荐的优秀高职高专教材以及一些优秀职业技能培训鉴定教材,所以往往教材和实验器材是不对应的,至少在实验上通常是不对应的。一本好的教材可以大大省去学生做笔记的时间,从而为学生降低学习的压力,为此,我们针对实验室的实验箱和开发板,编写了一本实验手册,里面有基本的实验、扩展的实验,教材上给出了程序的框架,具体做实验时,再由学生补充完整。
  学生上课学习的时间是很短的,大部分时间是在课余,因为该课程有一定的难度,所以,我们拟向学校申报一个网络课程,在学校的网络平台上,申报一个空间,上传一些学习视频、电子书或是其他的学习资料,共享一些学习心得和行业动态等。而且这也是学生上交作业、交流讨论和答疑的地方,这样,让学生在课余有兴趣放在这门课上面。
  【参考文献】
  [1]李秀忠.“单片机应用技术”课程教学改革研究与实践[J].中国电力教育,2010(4)
  [2]王静霞.单片机应用技术[M].北京:电子工业出版社,2011
  [3]张光建,刘政.嵌入式Linux驱动程序开发实例教程[M].北京:清华大学出版社,2011
  【作者简介】龙 华(1973- ),男,江西奉新人,广东理工职业学院计算机技术系教师,硕士,研究方向:人工智能,神经网络,嵌入式系统。(责编 黎 原)
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