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摘要：針對傳統嵌入式系統教學的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學為導向，提出嵌入式課程教學分層次人才培養，設計了實驗教學功能單元精細化、分模塊化平臺教學方案，優化了教學實踐環節，提升了教學效果，提高了學生嵌入式系統綜合應用能力。

關鍵詞：嵌入式系統；教學模式；課程體系；人才培養

科學構建嵌入式人才培養體系，深刻理解嵌入式系統的特點，培養出一大批創新型高素質嵌入式系統人才是當前地方應用型本科院校開設該專業亟待研究的課題。嵌入式系統課程知識關聯了電氣工程自動化、電子技術、計算機應用、通信工程等多個專業的相關內容，涉及單片機技術、C語言程序設計、嵌入式操作系統、模擬電子技術、數字電子技術、匯編語言等多門課程，對培養學生的寬基礎、寬專業有著較高要求。嵌入式系統課程培養規格決定了其實踐性強，課程設置大量的實踐環節，培養學生軟硬件設計和驅動程序設計能力，教學中需要搭建硬件、軟件開發環境[1]。當前嵌入式系統人才培養體系存在很多不足，如培養方案缺乏系統性，實踐過程中缺乏足夠的訓練規模與難度，理論講授與實驗演練不能有機結合等。嵌入式系統課程較多是以傳統的理論化、知識化的方法講授，學生無法直接感性認識嵌入式系統的軟硬件知識，不能做到“一堂化”學習中去。嵌入式系統教材大多是以知識點來組織相關的章節，缺乏實際案例引導學生理解教學內容，難以將抽象的知識和實踐教學環節緊密結合。本文根據計算機專業嵌入式系統實踐性、綜合性強的特點，提出合適的模塊化嵌入式系統課程教學方案。

1嵌入式系統模塊化教學設計思路

計算機嵌入式系統教學模式改革涉及嵌入式課程體系的設置、理論教學和實驗教學的開展、綜合設計與學生工程實訓等方面，教學體系設計以培養學生的系統分析、設計與驗證能力為出發點，以培養學生的軟硬件設計能力、驅動程序設計能力為導向，構建精講多練的模塊化課程體系和教學知識體系。1.1合理設置分層培養教學環節。嵌入式教學設計中體現分層次培養環節。在教學中可按照人才培養分類，分層次進行嵌入式人才培養：一是以面向應用為主，培養學生能夠針對某個具體的嵌入式系統的軟硬件平臺進行應用開發的能力，這屬于嵌入式系統教學的基本層次，培養嵌入式應用軟件人才；二是培養的學生能夠進行嵌入式系統的軟硬件系統平臺設計和開發，具有綜合系統開發和應用能力，因此，在教學過程中注重培養學生軟件、硬件設計開發能力[2]。1.2優化課程結構和創新教學內容。以人才培養與社會行業需求度為導向，以“創新創業能力培養”為目標，對嵌入式系統的課程結構、教學內容進行改革創新。做到課程結構“任務模塊化”、課程模塊“動態組合化”；使課程結構和教學內容不斷更新。實際教學中采用靈活多樣的教學方法體系，具體方法：(1)對于初級嵌入式系統各模塊按統一模式講解，有利于提高學生的學習效率，加深對嵌入式軟硬件結合的理解；(2)通過函數封裝等技術對外設、接口設置和操作進行模塊化設計，如在以NXP單片機為核心的初級嵌入式系統上，進行硬件和軟件模塊化教學設計；(3)針對實踐教學環節，保持課程實驗課之外，進一步加強綜合性的課程設計，加強獨立開設綜合性、設計性實驗安排，鍛煉學生的實際應用能力。對于部分章節采用討論式教學，老師引出問題，學生進行討論，共同設計。在不斷討論、解決問題的過程中，有利于學生獨立思考能力的培養和靈活、綜合運用基礎知識能力的提高。結束時，老師對設計原理、方法和注意事項進行總結，在此基礎上再進行較復雜的設計，這樣可以激發同學的學習興趣和學習熱情。

2嵌入式系統模塊化教學具體設計方案

嵌入式系統教學體系構建貫穿“以學生自主學習為中心”“實踐教學”等教學理念，模塊化教學設計具體如下。2.1精細劃分實驗課程功能單元。嵌入式系統課程因其自身特點，目前理論課按照不同的功能單元進行教學，相應地實驗系統也按功能單元進行劃分，但大多數實驗系統是采用最小系統板加底板形式的實驗箱，不易擴展和攜帶。筆者曾在教學過程中設計了嵌入式實驗系統的“口袋化”方案，即把整個實驗平臺分為最小系統板、輸入輸出單元板和交互接口板三塊，方便學生攜帶和課后學習演練。細化初級嵌入式課程的實驗系統，盡可能劃分成不可再分割的基本功能模塊，如單片機與電腦的異步串行通信模塊，制作以MAX232為核心的電路板，配有單片機和電腦數據接口以及電源接口；繼電器模塊，制作以繼電器為核心的小電路板，配有單片機開關信號接口和繼電器開合線路接口；最小系統板則根據所連的外圍模塊分別給出各模塊的數據接口。按功能需求連接需要配置的外圍模塊，進行可裁剪式的硬件設計。對不同的功能模塊在軟件上按照模式設置、數據讀寫操作進行封裝。教學上按照功能原理、操作接口和應用進行解析。課堂教學上，不同功能的模塊可按原理、操作、應用這種模式講解，便于學生歸納學習理解。理論課講解之后可以隨即分發最小系統板和相應的硬件模塊，實現理論講授、實驗演練的“一堂化”，讓學生能理論與操作相結合，當堂消化，提高學習和運用效率[3]。2.2設計嵌入式實驗系統的模塊化平臺。嵌入式實驗系統教學中努力做到硬件和軟件的模塊化設計，一方面便于后續系統的擴展與升級，另一方面方便與其他嵌入式實驗系統相融合。模塊化平臺設計體現易擴展性和可裁剪性，一方面便于教師對學生進行統一培訓，另一方面便于學生根據功能需求裁剪模塊，直接進行插件式、積木式系統搭建與實現，便于學生進行創新創意類的競賽或項目設計，有助于提高學生的系統搭建實現效率、培養創新興趣和團隊協作精神，具體步驟如下。（1）各硬件模塊的調用與規范化接口設計。各規范化硬件模塊接口設計包括：I/O接口模塊中的撥碼開關、小鍵盤、LED顯示燈、液晶顯示、蜂鳴器等各組件的模塊化設計與實現；模擬電路預處理模塊、片外A/D模塊與D/A模塊的設計與實現等；通信模塊：SCI、I2C、SPI各通信接口電路的模塊化設計與實現，以及常用無線通信模塊的接口規范化設計；中轉模塊：各種電平轉換接口模塊、驅動隔離模塊的設計與實現；存儲模塊：常用片外存儲設備的接口設計等模塊的設計與實現等[4]。（2）相應功能模塊的運行模式初始化設置和讀寫操作函數化封裝，并配以與該功能模塊對應的各硬件模塊的調用實例，如多路通用I/O口模塊初始化函數、讀寫操作函數，與之對應的撥碼開關、繼電器、小鍵盤、LED顯示等模塊的調用實例等。（3）撰寫硬件模塊功能原理和接口操作手冊。在進行各功能模塊軟件設計時，需詳細撰寫各模塊功能原理、讀寫操作原理、函數封裝說明、調用手冊及對應各硬件模塊的調用實例說明。以智能車模塊化平臺設計為例：首先設計硬件電路的各個功能模塊，然后編寫軟件模塊化功能代碼，最后實現整個實驗平臺的開發與調試，起到學生理論實踐“一堂化”的效果[5]，如圖1所示。首先是驅動電路設計，智能驅動采用L298N芯片，通過I/O口與STM32嵌入式處理器相連接，采用TLP521光藕隔離器技術，防止電機運行對嵌入式處理器及其他功能模塊產生電磁干擾；其次是硬件電路原理圖繪制、電路板PCB圖繪制、硬件電路元件的焊接、調試等；最后是軟件代碼編寫，按照模塊化設計，每個控制模塊的軟件代碼設計成相互獨立的頭文件，主要包括LED流水燈、蜂鳴器、按鍵、A/D轉換、串口通信、DS18B20、顯示屏、智能小車、WiFi模塊等單元的測試程序[6]。測試程序相互獨立，既能夠單獨控制某個功能模塊，也能相互融合實現復雜的功能控制。在設計過程中，教師積極引導，更多工作是讓學生自己動手，“一堂化”教學有利于學生加深對嵌入式系統的理解，更重要的是提高了學生對嵌入式系統綜合應用的能力。

3結束語

計算機嵌入式系統的人才培養要對學生開發設計和創新能力的培養給予重視。經過近幾年實踐探索，嵌入式系統模塊化教學取得了良好的教學效果，學生的學習興趣明顯提高，學生的實踐動手能力、系統綜合能力、團隊合作精神明顯增強，學習效率有了很大的提高。模塊化平臺設計為創新創業大賽項目類的教學提供了很好的平臺，在創新實踐教學環節上的應用取得了顯著成果，學生積極開展課程設計活動，創作了一批優秀的課程設計作品取得了不少成績。近年來，計算機嵌入式專業學生獲得了全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽國家三等獎、安徽省一等獎和二等獎，robgame比賽最佳技術獎，2016年獲得安徽省首屆自制教學儀器成果獎三等獎等好成績。并培植了多項國家大學生創新實驗項目。

參考文獻：

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[3]王應軍,高國紅,趙晨萍.計算機專業《嵌入式入式系統》教學探索[J].計算機教育,2010(2):35-37.

[4]李風云.計算機本科專業嵌入式系統課程體系研究與實踐[J].高教論壇,2007(4):71-73.

[5]殷偉鳳,方躍峰,孫德超,等.嵌入式系統課程體系的組織探索[J].高等理科教育,2010,94(6):81-84.

[6]王蘇峰,寧洪,陸洪毅,等.嵌入式系統課程體系及其創新實踐的探索[J].計算機教育,2010(7):45-48.

作者:鐘錦 單位:合肥師范學院