摘要：嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力。文章對(duì)一般院校在嵌入式系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)中普遍遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出將學(xué)生競(jìng)賽引入實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)而形成以競(jìng)促教、競(jìng)教結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)改革思路，并對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行剖析，重點(diǎn)闡述競(jìng)賽和教學(xué)的相互促進(jìn)作用。案例表明，競(jìng)教結(jié)合的方法能激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)教學(xué)效果。該教學(xué)方法對(duì)其他課程也具有借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；競(jìng)教結(jié)合
　　
　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外企業(yè)紛紛加大對(duì)嵌入式技術(shù)的投入和研發(fā)，嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)廣泛深入到人們生活的方方面面，僅在我國(guó)有近千億元的市場(chǎng)效益，而所帶動(dòng)的相關(guān)工業(yè)產(chǎn)值超過(guò)萬(wàn)億元，與巨大市場(chǎng)潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，嵌入式系統(tǒng)工程人才培養(yǎng)嚴(yán)重跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1-4]。為了適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)的需求，促進(jìn)就業(yè)，全國(guó)各高校紛紛開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)類課程[5-6]，但作為一門新興的課程，一般院校在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中，特別是在實(shí)踐教學(xué)中遇到了很多困難和問(wèn)題[7-11]，如何切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，是一個(gè)緊迫的課題。
　　
　　1當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的問(wèn)題分析
　　
　　嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，一般高校在實(shí)踐教學(xué)中存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：
　　1) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中偏重軟件開(kāi)發(fā)的訓(xùn)練，涉及硬件的內(nèi)容較少[11]。一般高校由于經(jīng)費(fèi)不足等原因，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善，加上師資有限，在實(shí)踐教學(xué)中往往只是簡(jiǎn)單進(jìn)行軟件編程訓(xùn)練，而對(duì)于硬件設(shè)計(jì)訓(xùn)練則偏少，甚至沒(méi)有，造成學(xué)生在接口擴(kuò)展、電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等硬件方面顯得力不從心。
　　2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、陳舊，缺乏綜合型和研究型項(xiàng)目[3]。很多院校的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，大都是基礎(chǔ)型和驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合型和研究型項(xiàng)目，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的給定步驟一步一步驗(yàn)證而已，沒(méi)有自主發(fā)揮的空間，而且很多內(nèi)容多年沒(méi)有更新，與業(yè)界的主流開(kāi)發(fā)技術(shù)和社會(huì)最新需求相差甚遠(yuǎn)，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生得不到社會(huì)的認(rèn)可。
　　3) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺少對(duì)非智力能力和綜合能力的訓(xùn)練[6]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只是去驗(yàn)證一個(gè)已知結(jié)果，最后提交一份簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這些對(duì)學(xué)生很多方面的訓(xùn)練沒(méi)有涉及到。例如，學(xué)生獲取知識(shí)的能力，團(tuán)隊(duì)合作的能力和意識(shí)，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的能力，作品展示和表達(dá)能力等，而這些要素是人才綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，缺失這些要素的畢業(yè)生算不上高素質(zhì)的人才。
　　為了解決嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足，提高實(shí)踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量，一些高校嘗試通過(guò)引入競(jìng)賽促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)。以下以筆者所在的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)嵌入式開(kāi)發(fā)競(jìng)賽為例，介紹競(jìng)教結(jié)合的具體實(shí)踐過(guò)程以及競(jìng)賽和教學(xué)的相互促進(jìn)作用。
　　
　　2 “競(jìng)教結(jié)合”案例剖析
　　
　　為了促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)和提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，筆者所在的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)于2007年開(kāi)始在全校舉辦嵌入式系統(tǒng)競(jìng)賽。通過(guò)幾年的實(shí)踐，逐漸嘗試走出一條“以競(jìng)促教、競(jìng)教結(jié)合”的教學(xué)實(shí)踐模式，提高了教學(xué)效果。
　　2.1競(jìng)賽的開(kāi)展
　　競(jìng)賽開(kāi)展包括四個(gè)部分：賽前的準(zhǔn)備和動(dòng)員、選手的選拔和短期培訓(xùn)、競(jìng)賽期的指導(dǎo)、賽后的驗(yàn)收和總結(jié)。下面以某次競(jìng)賽過(guò)程中老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
　　在2009年的一次競(jìng)賽活動(dòng)中，一個(gè)參賽小組提交了一個(gè)基于凌陽(yáng)SPECE061A芯片的語(yǔ)音控制智能小車的競(jìng)賽方案。方案的主要內(nèi)容如下：利用SPECE061A芯片的語(yǔ)音功能訓(xùn)練小車，通過(guò)語(yǔ)音控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。該方案提交后，評(píng)審老師認(rèn)為該方案設(shè)計(jì)合理，具有可行性，但內(nèi)容稍顯簡(jiǎn)單，希望學(xué)生能夠在此基礎(chǔ)上發(fā)揮想象，加入新的內(nèi)容。該小組學(xué)生在向老師征詢意見(jiàn)、搜索資料后，修正了方案，在原來(lái)的基礎(chǔ)上加入了新的內(nèi)容：檢測(cè)小車車內(nèi)當(dāng)前溫度；可以控制小車按照特定軌跡行走(如“8”字形)；檢測(cè)小車速度并實(shí)時(shí)顯示和語(yǔ)音播報(bào)。修正后的方案受到指導(dǎo)老師肯定并被獲準(zhǔn)參賽。
　　在參賽過(guò)程中，為了測(cè)出車內(nèi)當(dāng)前溫度，學(xué)生準(zhǔn)備直接購(gòu)買溫度傳感器，指導(dǎo)老師則建議學(xué)生自己利用熱敏電阻制作溫度傳感器。學(xué)生在查閱相關(guān)資料后，購(gòu)買了原材料，自己動(dòng)手制作。盡管最后制作的傳感器精度不是很高，但在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生受到了很多啟發(fā)，鍛煉了動(dòng)手能力，積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。
　　在小車左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，學(xué)生原來(lái)的設(shè)計(jì)方案是：小車前輪使用一個(gè)萬(wàn)向輪，兩個(gè)后輪用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎時(shí)一個(gè)電機(jī)停轉(zhuǎn)，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)彎，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)彎的效果不好。在老師的建議下，學(xué)生將方案調(diào)整為：一個(gè)電機(jī)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)快速轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，小車的行進(jìn)效果明顯變好。盡管調(diào)正后的方案在程序控制方面更復(fù)雜，但學(xué)生們還是通過(guò)自己的努力克服了困難，順利實(shí)現(xiàn)了小車轉(zhuǎn)彎。
　　在控制小車走“8”字形的時(shí)候，學(xué)生原先的設(shè)計(jì)是“前進(jìn)→左轉(zhuǎn)→前進(jìn)→左轉(zhuǎn)→前進(jìn)→右轉(zhuǎn)→前進(jìn)→右轉(zhuǎn)”，但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)小車走的“8”字形軌跡不明顯，即運(yùn)動(dòng)軌跡周長(zhǎng)有限，看不出“8”字形，而且行進(jìn)速度偏慢。學(xué)生嘗試調(diào)整運(yùn)動(dòng)時(shí)的延時(shí)，即延長(zhǎng)Delay()函數(shù)的時(shí)長(zhǎng)，但試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)變得很慢，達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)效果，此時(shí)學(xué)生陷入了困惑和苦惱中。在老師的鼓勵(lì)下，學(xué)生仔細(xì)查看了開(kāi)發(fā)板的電路圖和性能參數(shù)，認(rèn)為可能是I/O輸出電壓偏小，造成電機(jī)的輸出動(dòng)力有限，從而使小車的行進(jìn)速度過(guò)慢。如果能增大電機(jī)的供電電壓，也許能加快小車的行進(jìn)速度，但小車上的VDDIO電壓是經(jīng)LM7805穩(wěn)壓電路恒定在5V，無(wú)法改變其大小。學(xué)生在查閱資料和反復(fù)討論后，決定嘗試直接通過(guò)輸入電源處給電機(jī)供電，就可以提高電機(jī)的供電電壓。在這個(gè)想法的驅(qū)動(dòng)下和老師的鼓勵(lì)下，學(xué)生從輸入電源處直接接線到電機(jī)，給電機(jī)供電，結(jié)果令學(xué)生喜出望外，小車行進(jìn)速度變快，運(yùn)動(dòng)軌跡完全符合預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生一度要放棄，但在老師的鼓勵(lì)下和團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，終于克服難關(guān)，取得預(yù)期效果，這樣的經(jīng)歷對(duì)于學(xué)生們的成長(zhǎng)異常重要。
　　2.2競(jìng)賽對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用
　　1) 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)寬學(xué)生的視野。參加競(jìng)賽，可以讓學(xué)生完成一個(gè)全新而完整的作品，從無(wú)到有充滿新奇的競(jìng)賽過(guò)程可以極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，同時(shí)競(jìng)賽的全新過(guò)程可以擴(kuò)展學(xué)生的視野，彌補(bǔ)學(xué)生課程知識(shí)的不足，豐富學(xué)生的知識(shí)體系。
　　2) 增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。競(jìng)賽項(xiàng)目比課程實(shí)驗(yàn)的技術(shù)含量更高，更能切實(shí)地提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)競(jìng)賽項(xiàng)目鼓勵(lì)作品的新穎，這樣可以最大限度的激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
　　3) 培養(yǎng)學(xué)生的非智力方面的綜合能力。競(jìng)賽可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，鍛煉學(xué)生的心理素質(zhì)，提高學(xué)生的應(yīng)變能力，也可以培養(yǎng)學(xué)生撰寫報(bào)告和論文的能力，以及表達(dá)和展示能力。通過(guò)參加競(jìng)賽，學(xué)生更能被社會(huì)、企業(yè)和學(xué)校認(rèn)可。
　　4) 促進(jìn)教學(xué)體制改革。嵌入式系統(tǒng)競(jìng)賽內(nèi)容豐富，既包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際制作，又包括撰寫報(bào)告，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐并重，注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，這與我國(guó)高校教育教學(xué)改革目的相吻合，可以為學(xué)校的教改提供很多有益的經(jīng)驗(yàn)。
　　5) 推動(dòng)實(shí)驗(yàn)課由“驗(yàn)證型”向“綜合型”轉(zhuǎn)變。高水平的嵌入式系統(tǒng)競(jìng)賽可以促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從“基礎(chǔ)型、驗(yàn)證型”轉(zhuǎn)向“綜合型”。一是競(jìng)賽為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了好的實(shí)驗(yàn)素材和內(nèi)容，二是競(jìng)賽為實(shí)驗(yàn)改革提供了動(dòng)力和方向。
　　6) 促進(jìn)教師深入項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)教學(xué)水平不斷提高。嵌入式技術(shù)更新快，如果教師不能經(jīng)常深入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，那么在實(shí)驗(yàn)和競(jìng)賽中指導(dǎo)學(xué)生就會(huì)慢慢變得力不從心。舉辦嵌入式競(jìng)賽可以促進(jìn)教師深入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，始終保持接觸當(dāng)前最前沿的技術(shù)，從而能夠更好地指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生。
　　
　　7) 推動(dòng)跨學(xué)院合作和校企合作。競(jìng)賽面向全校，可以促進(jìn)不同專業(yè)背景的學(xué)生相互學(xué)習(xí)，進(jìn)而可以促進(jìn)不同院系的合作。如電子、自動(dòng)化等院系可以與計(jì)算機(jī)學(xué)院加強(qiáng)合作，互補(bǔ)為學(xué)生開(kāi)課，以加強(qiáng)硬件和軟件的訓(xùn)練。通過(guò)競(jìng)賽，可加強(qiáng)學(xué)校和企業(yè)的聯(lián)系與合作，企業(yè)可以為學(xué)校競(jìng)賽提供開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以為學(xué)生提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，而學(xué)?？梢詾槠髽I(yè)輸送人才，幫助宣傳企業(yè)，擴(kuò)大企業(yè)的知名度。
　　
　　3競(jìng)教結(jié)合的教學(xué)效果
　　
　　華南農(nóng)業(yè)大學(xué)自從舉辦嵌入式競(jìng)賽以來(lái)，取得了良好的效果。競(jìng)賽從多方面促進(jìn)了教學(xué)，教學(xué)也能為競(jìng)賽起到支撐作用，二者相輔相成。表1顯示了嵌入式競(jìng)賽激發(fā)了學(xué)生的興趣，嵌入式系統(tǒng)課程的選修比例越來(lái)越大。表2和表3顯示，隨著選修人數(shù)的增加，參賽隊(duì)伍逐年增多，選擇嵌入式方向作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的人數(shù)也逐年增多。
　　參加過(guò)競(jìng)賽的同學(xué)獲得了寶貴的鍛煉機(jī)會(huì)，提高了動(dòng)手水平，更易得到企業(yè)和高校的認(rèn)可，在就業(yè)和繼續(xù)深造等方面更具優(yōu)勢(shì)。表4為我校信息學(xué)院2007—2010年競(jìng)賽獲獎(jiǎng)學(xué)生畢業(yè)后去向統(tǒng)計(jì)情況。
　　
　　5結(jié)語(yǔ)
　　
　　以競(jìng)促教、競(jìng)教結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐模式，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，優(yōu)化了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。我們將在校內(nèi)競(jìng)賽的基礎(chǔ)上，逐步積累經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生參加更高水平的地區(qū)和國(guó)家級(jí)競(jìng)賽，從而不斷促進(jìn)教學(xué)改革，爭(zhēng)取將該門課程建設(shè)成為校級(jí)和省級(jí)精品課程。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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