嵌入式系统课程教学方法研究

嵌入式系统课程教学方法研究
作者：孙晓玲郑勉刘建生
来源：《科技创新导报》 2013年第28期
作者简介：
孙晓玲（1978-），女，山东青岛人，讲师，硕士，研究方向为嵌入式系统应用及无线传感器网络。

郑勉（1980- ），女，硕士研究生，讲师，主要研究方向为光纤通信网络及光信号信息处理。

刘建生（1981- ），男，实验师，主要研究方向为嵌入式技术应用及信息处理。

课题来源：西南石油大学“本科教学质量工程”项目（项目编号XUTP1301019）。

嵌入式系统课程教学方法研究
孙晓玲，郑勉，刘建生
（西南石油大学电气信息学院四川成都 610500）
摘要：目前高校的嵌入式教学中存在知识点多、难度大、学生学习信心被打击等问题，本文总结了多所高校的教学方法，总结出以“市场为导向、项目为驱动、案例为支撑”的教学方法。

该方法以培养适应市场需求的人才为目标，通过设计一个能将多个知识点进行串联、紧密结合实际、有趣、贯穿课程始终的教学项目进行项目驱动教学。

该项目能够按照一定的组织方法将知识点划分成多个模块，模块中采用通俗易懂的教学案例将零散的知识点化零为整，力求提高学生的学习兴趣，降低学生的学习难度。

该教学方法已经在本校电子信息工程专业的嵌入式教学中进行实践并取得了较好的效果。

关键词：嵌入式系统；教学；项目；案例
中图分类号: G4 文献标识码：Ａ
文章编号：1674-098X(2013)10(A)-0000-00
Research on Teaching Method of Embedded Systems
SUN Xiao-Ling , Zheng Mian, Liu Jian-sheng
( 1 Southwest Petroleum University Institute of electric information, Chengdu 610500 China,
Abstract: At present there are much difficulty in the embedded system
teaching ,for example,there are so many knowledge points and they are so difficult for the students to understand, so that the learning confidence of them was hit and they will not study it any more. This paper summarizes some teaching methods in colleges and universities and summed up the teching method by the "the market as the guidance, the project as driven, the case for support". This method is one
project-driven teaching method which the aim is to nurture talents that meeting market demand, praticed by designing of a more knowledge points can be included, close to realities, funny, always throughout the curriculum project. The project is organized in accordance with a certain method which so many knowledge can be
divided by multiple modules, interesting teaching cases used in the modules will be fragmented knowledge attunement zero for the whole, and strive to improve student interests in learning, make it easier. The teaching method has been practiced in
the electronic information engineering for embedded system teaching and achieve better results.
Key words: embedded system；teaching；project；case
1 引言
教学内容多、杂，是绝大多数高校在嵌入式相关课程教学中都面对的一个难点问题。

如何
解决这一问题，很多学者提出了相应的解决方案都取得了一定的效果。

如：文献【1】中配合卓越工程师培养计划，在教学内容、方法、评价体系上做了大力度的改革；文献【2】采用以案例教学为主的教学内容体系和实验教学方法，提出了“兴趣驱动认知实践，应用引导创新体验”
的实验教学思路，取得良好的教学效果；还有很多文献都在为嵌入式的教学如何能够更高效、
如何将学生的被动学习转变为主动学习做着有益的尝试。

本文针对西南石油大学电子信息工程
专业的嵌入式教学，在借鉴了其他同行的有效经验后结合我校学生实际情况进行了以“市场为
导向、项目为驱动、案例为支撑”的教学改革。

2 教学内容的遴选
嵌入式技术发展非常迅速，林林总总的嵌入式教材中涉及到非常多的嵌入式知识，确定哪
些内容适合作为该专业学生的教学是一件需要经过探讨并论证的事情。

我校电子信息工程专业
的嵌入式系统课程总学时只有32学时，并且教学计划中除了微计算机原理外，学习该课程所需的程序设计、数据结构、操作系统等基本概念理论，该专业学生涉足不多，相关储备知识欠缺。

但如果不涉及操作系统，单纯进行嵌入式硬件的设计学习，学生更体会不到嵌入式的魅力所在，学生兴趣更大大降低。

因此结合该专业实际情况，对市场上比较流行的、适合用作高校教学的
几种嵌入式系统进行了对比：μCOS-II 的系统功能和任务规模相对简单，不利于充分发挥
ARM9等32位高性能嵌入式微处理器的计算能力，应用支持软件较少且主要用于各种工业测量
和控制，难以体现其他主流嵌入式操作系统的系统结构、设计技术，因此不做考虑。

在信息家电、消费电子和移动通信等领域，嵌入式Linux和Windows CE 等系统提供了能与桌面操作系
统相比拟的多任务管理能力和丰富的支撑软件，极大方便了嵌入式应用的开发，并得到广泛应
用【3】。

考虑到Linux系统相对Windows CE来说较难上手，在有限的学时里入门较慢反而打
消了学生学习嵌入式的兴趣，而WinCE类似PC机的操作系统，微软提供强大的售后支持, 学生容易接受。

同时，开发手段也类似PC机上软件开发，入门相对简单，能在较短的时间内完成简单的设计，更容易激起学生的学习热情，因此确定了WinCE作为本专业的主要学习的操作系统【4】。

其它相关操作系统采用案例教学法把开发成功的课题直接展示给学生，给他们以直观的形象，各操作系统相关的知识可以到课程学习网站上学习。

硬件系统采用Intel XSCALE 架构
的PXA270。

该芯片是Intel公司目前性能最为强劲的移动处理器，适合作为PDA、TPC、PMP、
语音系统、指纹识别、车载导航、媒体播放、工业控制、电力系统等，已经成为高端移动设备
中最受欢迎的处理器之一，较适合作为该教学方法实施的具体平台【5】。

3 教学方法探讨
如何才能够培养出符合社会需求的嵌入式人才，教学内容的设置、教学方法显得尤为重要。

经过不断实践和探索，笔者结合西南石油大学电子信息工程专业实际情况，总结出一套以“市场为导向、项目为驱动、案例为支撑”的教学模式，并结合已有的硬件平台进行操作，力
图解决教学过程中存在的“知识点多、难度大、学生学习信心被打击”的问题，提高学生的主
动学习能力，从而提高学生的实践能力。

具体实施过程中采用两条主线，一条辅线的方法，即
一条主线以难易适中的项目为主线贯穿课程的始终，通过这条主线对涉及到的多个知识点分类
形成模块，并在课堂上采用多种教学方法与案例方法相结合的方式，促进学生对知识点的学习
与理解，学生的课内实验也以这条主线为主。

通过以项目分解、讲解、实践的方式在课程结束
之后，学生能够独立完成这个项目。

另一条主线即课程的开始即下达的任务“课程的大作业”，学生根据教师给定的参考题目或者自拟题目完成作业。

任务一早下达，学生可以时刻结合课堂
教师的讲授思考自己的设计，由此及彼，触类旁通，更可与同学讨论、查找资料，配合课程的
考核，相信对学生的学习兴趣、主动性都会有个大的提高。

4 具体实施过程
该教学方法的实施具体包含项目的设计、模块的划分与案例的设计、课程的考核等三个方面。

（1）项目的设计
项目的设计与选择是否合适是该教学方法实施的关键。

项目的设计以结合实际、提高学生
兴趣、难易适度、综合性强为主。

项目与大作业的参考题目可从科研课题、学生的作业、学生
参加竞赛作品中遴选，并鼓励学生结合市场需求大胆进行想像、探索。

近两年，学生参与的竞
赛作品与大作业作品中涌现了几个较新颖、实用性很高的作品：远程视频监控系统、无线点餐
系统、计程车便捷招呼系统、输液监护系统、生命体征检测系统等。

这些作品都紧密结合市场，有些内容已申请专利进行保护。

考虑到学生对点餐的应用较为熟悉、兴趣也较高，难易适度，
因此实施过程中以无线点餐系统作为贯穿课程始终的项目来进行。

（2）模块的划分与案例的设计
无线点餐系统的设计涉及到系统的需求分析与规划、硬件的设计、操作系统的应用、应用
程序的开发几大模块。

以这几大模块为线索串联起课本的嵌入式系统概况、嵌入式硬件设计基础、Wince开发基础、操作系统设计、驱动开发、应用开发等章节。

具体涉及的模块、章节、
知识点见表1-1。

在对课程教学内容剪裁中，案例教学始终贯穿其中。

通过一个个实际的案例，将嵌入式系
统的原理、体系结构、系统开发等部分组织在一起，例如对于嵌入式系统硬件及接口部分，我
们针对每个接口设计一个简单的案例，对GPIO设计一个走马灯案例，对于A/D转换设计一个触
屏案例等，最后，我们再通过一些综合案例将这些知识组织起来，形成一个完整的开发流程案例。

这样将知识溶解在开发过程中，不但避免了枯燥的知识讲解，而且能够学以致用，不仅能
够让学生理解和掌握所学的知识，而且还可以调动学习的积极性，培养学生解决实际问题的能
力和创新能力【6】。

在进行完第一个模块之后，以教师为主导，引导学生完成点餐设备的系统方案设计。

第二
个模块的主要任务是完成点餐器的硬件设计，第三个模块引导学生将操作系统用在点餐设备上，第四个模块在嵌入式硬件设备能够正常运行的情况下，完成应用程序的简单开发。

各个模块的
进行以项目展示、案例学习、讨论、课内实验等方式学习。

这四个模块的进行中，学生可以再
通过课后的学习与资料的查找完成自选题目的大作业的设计，并在实验室完成相应设计。

（3）课程的考核
以前，本课程考核基本固定为平时成绩20%+实验成绩20%+理论考试成绩60%，现在将课程
的考核模式进行改变：大作业作品30%+课内实验20%+理论考试50%，大作业以学生提交的设计
报告及实物演示、答辩并综合考虑题目的新颖性、设计的难度来进行。

5 总结
传统的教学没有用一个贯穿课程始终的教学项目对知识点进行梳理，设计，各知识点显得
凌乱、难以理解，大大降低了学生的学习兴趣。

经过对教学内容进行重新梳理，课堂引入一个
学生很感兴趣、复杂度适中的无线点餐器作为设计目标，将各知识点串联并梳理出3大模块，
通过理论知识的讲解及配套的实验，学生能够在课程结束时完成电子点餐器的开发。

于此同时
辅以的大作业让学生在学习知识点的同时思考自己的设计如何进行，完成知识迁移的过程。

近
两年引入新的教学方法之后，已经陆续有学生得到嵌入式方面的企业的录用，得到用人单位的
认可。

连续两年参加“博创杯”全国大学生嵌入式系统设计竞赛获得二组本科组三等奖、一组
本科组二等奖的成绩。

相信经过在教学实践中不断的对该教学方法进行修正，将取得越来好的
教学效果。

参考文献
【1】潘登,陈启军.面向卓越人才培养的嵌入式系统教学改革.计算机教育[J].2013（13）：1-5
【2】田新,李永,俞辉.兴趣驱动认知实践应用引导创新体验:“案例式”嵌入式软件实验
教学课程建设经验谈[J]. 实验室研究与探索,2009,28(4):175-177.
【3】王田苗, 魏洪兴.嵌入式系统设计与实例开发[M].第3版.北京: 清华大学出版
社,2008.
【4】徐强.“嵌入式系统设计”课程教学改革的探索[J].常州工学院学报, 2010(01)：88-90
【5】杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京: 清华大学出版社,2003.
【6】廖小飞，陈雯，许武军，仇润鹤.基于案例教学的嵌入式系统课程改革与实践[J].东
华大学信息科学与技术学院.2013(5):76-77。