浅谈学术兴趣驱动的嵌入式系统教学论文

2022-09-25 论文

　　随着微电子技术、通信技术和软件技术的飞速发展，嵌入式系统正在成为各个行业新技术应用的重要平台，也逐步成为研究生进行科学研究的重要实验载体。在传统的嵌入式系统课程教学中，教师进行集中式教学，学生接受的知识点和经历的实验环节都相同。然而由于每位学生的学术方向及研究兴趣不尽相同，该方法的教学成果并不明显，甚至有时候会削弱学生的学习兴趣。因而需要一种以学术兴趣为驱动的教学方法。该方法的要点是: 课程讲授内容涉及范围较广，实验平台及实验内容多样，以促进学生根据自己的兴趣及研究方向来选择嵌入式系统学习方向及相关实验内容。通过这样的课程的学习和实验，学生能够更快速、更深入地开展学术研究，取得自己的成果。

　　1 传统嵌入式系统教学存在的问题

　　鉴于嵌入式系统的重要性，我院为全体研究生开设了公选课“嵌入式系统设计”。在该课程的传统教学中，选择32 位ARM 处理器作为唯一的平台。教师讲授ARM 的相关知识并在对应的实验平台上完成各种通用的实验。该教学方法通过大面积授课及实验，提高教学效率，降低教师的课程负担。但是还存在如下的缺点:

　　( 1) 教学目的性不强。课程授课的目标是通过ARM 处理器相关知识的系统学习，使学生掌握该处理器工作的基本原理，掌握常用的嵌入式处理器应用开发的一般方法。但是根据教学结果来看，由于知识陈旧，教学目的性不强，存在部分学生直到课程结束时尚不明白为何要学习该处理器，为何要做课程安排的实验内容。

　　( 2) 学生的接受效率较低。由于学生对课程的教学目的不甚了解，不了解在后续的科研工作中如何应用课程讲授的知识，因而对课程的学习兴趣不高，存在着为考试而学习的现象。同时由于该课程学习内容和实验内容量比较大，容易使学生产生厌学心理，因而降低了课程的学习效率。

　　( 3) 和学科前沿知识融合度较低。课程以讲授基于ARM 嵌入式系统的设计和开发为主，对于当前热门的物联网、无线传感器网络以及基于Android系统的高性能嵌入式系统等相关知识都没有涉及。其内容和学科前沿知识融合度较低。

　　针对上述问题，结合笔者多年的嵌入式控制系统教学经验，本文提出基于学术兴趣驱动的嵌入式系统教学方法的探讨。

　　2 学术兴趣驱动教学的思路

　　目前，在高校教学实践中已经有了一些对嵌入式系统传统课程的探索性改革。其中比较突出的有“竞争驱动”和“项目驱动”两种手段。这两种手段分别以不同层级的大学生电子设计竞争、课外设计竞争以及参与教师的科研项目为载体，教学过程和内容结合这些载体展开。这两种方法能够有效的提升学生特别是本、专科生的学习积极性，但是该方法并不能很好地适用于研究生教学。这是因为:

　　( 1) 一般选定某一种平台的嵌入式系统展开教学并针对部分学生展开竞赛培训。由于教师个人精力限制，除了选定的平台，其他类型的嵌入式系统一般不会涉及，而这个选定的平台不一定适合研究生的研究方向。

　　( 2) 教师个人的科研项目与研究生的研究方向也不一定吻合。方向差距颇大的项目不仅不能引起学生的学习兴趣，甚至可能会适得其反。

　　本文提出的以学生的学术兴趣为驱动的嵌入式系统教学方法其要点是: 在授课内容上，以阐述嵌入式系统软、硬件设计的基本原理为基础，重点通过讲授各种嵌入式系统方案的基本组成、使用领域及各自优缺点，使研究生了解和熟悉多种平台，增加其选择机会。在实验内容上，按照学生的学术兴趣组成多个实验团队，按照选择的实验平台( 如，ARM 组、DSP 组、FPGA 组、无线通信组和物联网组等) 学生根据自己的学术研究兴趣，选择相应的( 一个或多个) 实验平台; 每个实验平台配备具有相应知识背景的授课教师; 教师对所负责的平台理论授课、实验授课和考核负责。

　　3 学术兴趣驱动教学中注意的问题

　　在上述研究内容中，相对于传统的单平台嵌入式系统教学需要着重解决如下三个关键问题:

　　( 1) 教学方案的实施。由于学术驱动的教学中，理论教学着重阐述嵌入式系统的基本原理以及各个嵌入式平台的特点，促进学生选择最适合自己需要的学习平台。鉴于学生对各种处理器平台使用重点不一样，譬如有学生关注某处理器的运算性能，有学生关注某处理器的串行总线控制器，有学生关注某处理器图像编解码等，因而我们对于多个具体的嵌入式平台应依照广而浅的原则做全面讲授，将各个嵌入式平台更高层次的理解和应用留给学生结合实验内容以及自身的科研兴趣进行自学。

　　( 2) 资源的高效整合。在教学过程中，教师资源需要能够充分满足研究生各种不同的学术兴趣。因此本教改项目的实践需要多位教师的协同工作。换句话说，为了保证教学改革的顺利开展，除了拓宽任课教师的知识面之外，还需要统筹安排不同科研方向的多位教师的教学资源。

　　本方案需要配套多种实验教学平台，需要相应的下载器、调试器等教学设备。但是由于这些实验设备一般分属不同的实验室，因而需要统筹调度这些实验设备才能保证教学实验有条不紊地开展。

　　( 3) 课程评价体系的建立。由于在课程教学中各位研究生采用的实验平台不同，从而导致其学习内容也不尽相同。因而传统的以课程考试为主要手段的评价体系并不能适应本方案。而教学成效的科学评价是完善项目内容的一个基本支撑。因而如何客观、科学的评价课程的教学成效也将是另一个关键问题。

　　4 结语

　　本文提出一种基于学术兴趣驱动的研究生嵌入式系统教学方案。该方案依据学生的学术兴趣，组织多位教师展开多平台的嵌入式系统教学。通过该方案的实施，能够有效整合学生的学习积极性和现有的教学资源，提升嵌入式系统课程的教学效率。进一步的，学生在学习的过程中带着明确的科研问题，因而课程的学习又能促进科研的进展。

　　与传统的教学模式相比，学术兴趣驱动的嵌入式系统教学在提高学生学习兴趣、提升学习效果方面都发挥了很好的作用。但与传统教学方式相比，其运作难度较大，尤其是组织多名教师联合教学，对教案设计、教学资源整合和评价体系建立等环节要求较高。但是作为一种能增强教学效果、提高教学质量的教学模式，值得进行进一步的尝试和研究。

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