【摘要】本文以应用型本科的嵌入式系统课程改革为出发点，以学习用人单位所需的嵌入式相关开发技能为教学内容。提出了用大量的演示性实验和设计性实验支撑整个教学过程，强调阅读专业文档，在实践中学习的教学方式。从而调动学生的学习积极性，并使学生在嵌入式系统方面的综合应用能力得到有效训练。
【关键词】嵌入式系统；ARM；教学改革
引言
嵌入式系统及应用是笔者所在学校的电子信息类，计算机类高年级本科生的专业课。该课程强调培养学生的软硬件协同操作能力[1]，是一门知识覆盖面广，综合实践性强的课程。由于这门课具有很强的实践应用背景，所以学生对课程中软硬件技能的掌握程度能够反应其在工程实践中应用能力的水平高低。虽然学校开设了嵌入式系统的理论课程和课程设计，但一些想以嵌入式为就业方向的学生还会选择参加职业培训机构的课程，觉得这样才能学到工作中需要的嵌入式开发技能。这一现象值得我们应用型本科高校的教育工作者反思我们的教育模式和教学内容。很多嵌入式课程的教改研究都提出了基于项目驱动的CDIO教学模式[2-4]。这种教学模式强调“边学边做”，将某个项目的开发过程贯穿于整个教学过程，使学生在工程实践中掌握理论知识强化开发技能。本文在基于项目驱动的教学实践中提出以下教改思路。
1教学方式的改革
1.1激发学生的学习兴趣学生自身对某门的感兴趣程度是学生能否学好这门课的关键因素之一。可以在第一堂课播放嵌入式产品的视频，如车载导航、智能手表、iPad等相关嵌入式产品的广告，用嵌入式产品的科技感调动学生的学习积极性。同时可以在课堂上罗列嵌入式相关工作岗位的招聘条件，并阐明招聘条件与课程内容的对应关系，让学生对课程的学习内容有学以致用的感觉。1.2强化学生查阅专业文档的能力嵌入式系统及应用是一门强调查阅PCB原理图和专业文档的课程。而很多嵌入式教材由于篇幅的限制仅将专业文档中的部分相关资料列出，这样虽然可以加快教学进度，但学生结合PCB原理图查阅专业文档的能力并未得到锻炼。当参加竞赛或课程设计时，换一款不是教材中的芯片就不知如何查阅芯片手册进行项目开发。所以上课时可以直接带领学生阅读原版的芯片手册和硬件原理图。教材的内容与之互补，相互参考，帮助学生举一反三。1.3合理安排ARM汇编的课时在许多嵌入式教材中ARM汇编的内容占一到两个章节，若全部学完则需要安排3到6个课时甚至更多。而在课程中ARM汇编主要集中在Bootloader的开始阶段中使用，可以挑选常用的汇编指令花1到2个课时进行介绍，然后马上进入Bootloader的学习，让学生在配置MCU寄存器的过程中掌握ARM汇编。着重强化学生对常用汇编指令的运用熟练度，当遇到不常用的汇编指令时可以让学生自行查阅汇编指令手册。1.4完善用于演示的验证性程序讲解MCU中各控制器对应的硬件是嵌入式课程中分析驱动程序的重要环节。涉及到的硬件如内存芯片，网卡芯片，声卡芯片，LCD，触摸屏等。在讲解这些硬件的工作原理和对应控制器的寄存器设置之前先安排演示性程序，让学生能直观地看到硬件的工作现象。以现象验证硬件的工作原理从而引导学生去理解掌握硬件的驱动方法，并在之后指导学生编写出驱动程序。如在讲解网卡芯片时，可以用实验箱发送实际的ARP包和TFTP包到PC并用抓包软件获取网卡收发数据的过程现象。讲解MMU的工作原理时可以编写裸机程序，用虚拟地址点亮MCU核心板上的LED进行说明等。这些与教材配套的演示程序需要任课教师根据学校的实验平台逐一完善。1.5课余时间开放实验室在基于项目驱动的教学过程中，若将项目讲细讲透，往往会遇到课时不够的情况。这种“边做边学”的教学形式必然会涉及到许多软件操作的细节和参数配置。从虚拟机，keilMDK，DS-5等软件的运用，到DNW烧录，超级终端，Wireshark等辅助软件的使用。这些内容学生反复练习就能孰能生巧。教师在编写操作文档的基础上还可以将操作过程录制成视频，以作业的形式让学生利用课余时间在实验室自行练习，以达到节省课时提高教学效果的目的。
2课程体系的改革
2.1理论课时与实验课时相结合在教改之前，嵌入式课程共48个课时，理论教学36个课时，实验教学12个课时。这样将理论教学与实验教学明显地划分开不适合具有应用背景性质的课程。课程体系的改革思路是让学生在“摸实验箱”，在编程调试的过程中学习。所以将48个课时全部安排在嵌入式实验室中进行，每次课讲完知识点立刻安排知识点对应的实验。这样可以让学生在调试软硬件的过程中产生类似于练习乐器的“肌肉记忆”，有利于学生牢记课程知识点。2.2按专业制定教学大纲嵌入式课程的综合性强涉及面广，涉及了电子、计算机、机械等多个学科的系统。因此在制定课程教学大纲时需针对不同专业的专业方向，找准各专业学习嵌入式系统的切入点和侧重点。如嵌入式系统与计算机专业的计算机体系结构、微机原理及接口技术、操作系统原理等诸多课程的知识内容存在关联。大纲的安排是从通用计算机PC引入到嵌入式这种专用计算机，采用类比的方式安排硬件原理和硬件驱动的教学内容，再从嵌入式操作系统（Linux）和嵌入式GUI（QT/Embeded）这两方面深入展开学习。由于计算机专业的专业方向偏向软件应用，所以教学内容侧重于嵌入式Linux的移植与裁剪和嵌入式应用软件的开发与设计。而对于非计算机专业，如自动化专业的专业方向更偏向硬件应用。学生在学习嵌入式这门课程前已经学习了单片机，大纲的制定思路是让学生从单片机过渡到嵌入式。所以大纲的教学安排是让学生先掌握在无操作系统环境下的底层核心硬件和外设接口部件的裸机编程，再将这些裸机程序组合成Bootloader，完成嵌入式操作系统的移植。最后再学习基于Linux操作系统的驱动程序。教学内容侧重于底层的Bootloader和驱动程序。2.3开放性的课程设计在48个教学课时过后，教学计划安排了为期1周的课程设计在嵌入式实验室中进行。我院的嵌入式实验室使用面积90平方米，配有30台基于CortexA8的实验箱和30台实验电脑，每个实验箱上除了集成了摄像头，LED点阵，按键，RJ45接口，USB，触摸屏等常规硬件模块外，还配有步进/直流电机，GPS，GPRS，蓝牙，RFID，指纹等多个功能扩展模块。实验箱上丰富的硬件资源已具备开发项目的硬件条件。课程设计的题目不设统一标准，让学生3到4人为一组，利用实验箱现有的硬件资源自拟题目，采用“搭积木”的方式将硬件资源组合实现自拟题目的项目功能。经过48个课时的学习，学生对实验箱的部分硬件模块的工作原理和驱动程序已有一定程度的掌握。在课程设计中遇到教学课没有介绍的硬件模块可以让学生自行查阅实验箱配套的产品手册和示例代码进行学习，教师从旁协助指导。这种开放性的课程设计题目，学生的学习积极性更高。并且课程设计的题目是一组一题，不能重复。相比之前由教师指定的课程设计题目，杜绝了一组学生做出来，其他小组借鉴下就能够完成课程设计的情况。通过这种方式模拟工作中的项目开发环境，使学生有自己在开发项目的感觉，并使其实践应用能力得到真正的锻炼。
3课程考核方式的改革
合理的考核方式可以激发学生的学习动力，正确引导学生的努力方向[5]。在教改之前，考核方式为平时成绩占30%，实验成绩占10%和期末考试成绩占60%。平时成绩多以作业本做题目的形式考核，考试采用闭卷笔试。这样的考核方式导致学生把大部分时间花在死记硬背上，在课程结束后学生对课程内容遗忘得很快。教改后，平时成绩由每堂课的验证性实验的调试情况和实验报告的质量构成，占的考核总评的20%。课程作业占考核总评的30%，课程作业以设计性实验的形式布置，学生以录制视频说明实验原理和设计思路的方式上交。如在讲中断处理时，介绍完中断处理流程后通过按键中断举例，给出相关寄存器的设置顺序。让学生设计一个按键中断点亮LED灯的实验，学生将实验录制成视频，并配上解释说明的旁白。这样有助于学生理清思路，并可以杜绝学生抄作业的现象。期末考试占考核总评的50%，期末考试采用开卷上机考核的方式。考试题目与实验箱上各硬件模块相关，学生可以查阅硬件模块的相关电子档手册，避免学生为了应付考试死记硬背。课程设计的考核采用答辩考核的形式，学生准备描述项目的PPT，由任课教师提问并打分。
4结束语
本次教改本着充分利用我院实验室现有资源条件的目的，经过半年的准备和一年的实施，按教改思路完成了嵌入式课程的学生在学习过程中学习热情明显提高。并在课程结束后掌握了独立开发一些小项目的基本技能，这些基本技能也与用人单位的招聘条件基本相符。有学生因为这门课的关系在大四实习时有意愿从事嵌入式方向的工作，用人单位也愿意接受我院的学生进行进一步地培养。
参考文献：
［1］鄢秋荣,王玉皞,王艳庆,陈荣伶.面向软硬件协同设计的嵌入式系统教学改革与实践［J］.实验室研究与探索,2016,06:190-193.
［2］崔永利,唐远新,陈德运,林克正.项目驱动模式下嵌入式方向实践教学探索［J］.实验室科学,2016,02:119-121,125.
［3］杨伟力,李伟民,杨盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系统课程改革实践［J］.科教导刊(上旬刊),2016,06:56-57.
［4］王琳,马晓娜,孙峰,等.嵌入式系统专业中Linux操作系统教学研究与设计［J］.计算机教育,2014,24:77-81.
［5］吕燚社会医学论文,刘伟,叶立威.嵌入式工程实践课程与实践教学平台建设［J］.计算机教育,2016,7:159-162.
作者：宋鑫宏 方光辉 张乐 单位：无锡太湖学院物联网工程学院 江南大学物联网工程学院
