嵌入式系统课程教学的方法的研究.doc

嵌入式系统课程教学的方法的研究 　　摘要：嵌入式系统是各大高校广泛开设的一门实用性很强的专业课程，该课程对于学生未来从事嵌入式行业的职业发展非常重要。传统的嵌入式教学方法通常把教学的重点集中在嵌入式操作系统本身，也就是更倾向于软件层的讲解和介绍。而在中间层和硬件层方面涉及的内容相对较少，这使得学生容易在学习的过程中脱离实际并将嵌入式系统课程学成一门纯粹的理论课或C语言编程课。因此，文章在分析嵌入式系统课程特点的基础上，提出在教学过程中可以采用软硬件结合或理论联系实际的嵌入式系统教学方法。 　　关键词：嵌入式系统；教学方法；软硬件结合；理论联系实际 　　近年来，为了适应信息技术、物联网以及互联网等行业高速发展的需要，大部分高等院校都开设了嵌入式系统、嵌入式单片机或者嵌入式操作系统等课程。开设此类嵌入式相关课程的目的主要是使学生能够在本科阶段对该领域及相关技术有一个预先的了解，为将来从事该行业打下良好的理论及实践基础。但随着嵌入式系统相关课程的开展也逐渐暴露了一些在教学方法方面存在的问题，比如课程内容过于偏重原理介绍，忽视了理论与实际的结合、以软件编程（操作系统方面）作为主导使嵌入式教学变成了典型的编程语言教学等。因此，本文在上述问题的基础上归纳总结了如下几个关于嵌入式系统教学的改进方法和措施。 　　一、注重对于嵌入式系统硬件的讲解 　　众所周知，嵌入式系统不是一个简单的软件系统或者操作系统，无论是单片机、DSP还是FPGA等都是嵌入式系统的承载媒体或介质。脱离了承载的硬件进行嵌入式系统教学容易使学生脱离实际进行理论学习，而且可能使学生产生诸如“嵌入式系统开发就是C语言编程吗？”“嵌入式系统和Windows系统有什么区别？”“嵌入式系统的硬件就是一块电路板吗？”等疑问。因此，本课程在教学过程中应有意识地在每堂课中穿插加入关于嵌入式系统硬件设计的内容，包括GPIO（LED灯、按键、PWM）、串行通信接口（RS232、RS485、SPI、I2C）、温度传感器、USB、WDG（看门狗）、定时器、液晶显示、数模/模数转换、Flash存储和网络通信等功能模块。学生可以在学习嵌入式系统原理的同时更清楚、直观地认识嵌入式系统的各个硬件组成部分及其功能。这样，一方面对于已经完成的如“数字逻辑电路”“C语言程序设计”“模拟电路技术基础”和“单片机原理”等课程是一种巩固和加强；另一方面可以使学生对嵌入式系统产生更加真切的认识，避免出现“学完不知道学的是什么、也不知道用于何处”等诸如此类的问题。 　　二、在开展嵌入式系统试验的过程中注重各功能模块的试验教学 　　在嵌入式系统教学的过程中试验环节是必不可少的，学生不仅可以通过试验对所学的理论知识进行巩固，而且可以将理论知识运用到实际中去，更真切地理解嵌入式系统的原理。但在以往的教学过程中，试验的重点更侧重于软件环境的搭建、开发板环境的搭建、应用程序的移植、内核的裁剪移植和根文件系统的制作等。在实际中缺乏对前述的GPIO、串行通信接口、温度传感器、USB、WDG、定时器、液晶显示、数模/模数转换、Flash存储和网络通信等功能模块进行单独的、有针对性的试验训练和练习，而所缺失的功能训练环节对激发学生的学习兴趣是非常有益的。并且，单个功能模块的功能调试相对于整个嵌入式系统的调试来说相对比较简单，学生很容易通过简单操作看到实际效果，比如LED小灯闪烁、液晶屏显示温度以及与电脑进行简单串行通信等。每实现一个新的功能都会给予学生新的兴趣点，这样可以在一定程度上提高学生学习嵌入式系统的积极性和效果。因此，在嵌入式系统试验教学的过程中，增加一定的针对嵌入式系统硬件功能模块的试验环节对于提高教学效果和学生兴趣是非常必要的。 　　三、采用理论授课与实际操作同时进行的方式 　　作为一类学生比较陌生的操作系统，嵌入式操作系统在学习初期上手的难度较大。特别是其采用命令行操作式的交互方式，与传统的Windows图形操作方式有较大的差别。全新的用户、文件系统、进程、线程的概念以及网络管理、内存管理、进程调度、进程间通信、网络接口和虚拟文件系统等内核相关内容对于大多数学生来说理解起来都存在一定的困难。因此，为了实现更好的教学效果，在条件允许的情况下可以选择在机房授课的方式，通过多媒体教学系统和虚拟机软件（VMware），在讲解的同时进行演示操作并可以随时方便快捷地解决学生在学习过程中出现的问题。 　　四、采用课程设计的方式使学生完整地参与一个嵌入式项目的开发过程 　　仅有理论教学的嵌入式系统课程很难获得良好的效果。一个完整的嵌入式项目开发过程（从设计、编程到调试、实现的全过程）可以使学生将之前所学的相关知识综合运用、融会贯通。美国加州大学伯克利分校从事嵌入式系统教学多年的Edward A. Lee教授认为“在六