劉玉蘭　孫毅

（哈爾濱石油學(xué)院 信息工程與計算機(jī)技術(shù)系，黑龍江　哈爾濱　150027）

項目驅(qū)動的案例式教學(xué)在嵌入式課程上的研究與實踐

劉玉蘭孫毅

（哈爾濱石油學(xué)院 信息工程與計算機(jī)技術(shù)系，黑龍江哈爾濱150027）

案例式教學(xué)法在嵌入式課程上的應(yīng)用具有一定的效果，本課題又增加了項目作為驅(qū)動，使學(xué)生學(xué)到案例后，就能使其成為項目。增加了學(xué)生對嵌入式課程的興趣，提高了學(xué)生項目工程設(shè)計的經(jīng)驗。

項目驅(qū)動；案例法；嵌入式

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用技術(shù)為中心，涉及了機(jī)械、電子、計算機(jī)等多個學(xué)科的系統(tǒng)。逐步在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等方面得到廣泛的應(yīng)用，也引起了各大院校的重視，紛紛開設(shè)嵌入式相關(guān)課程。而各大院校的嵌入式課程由于課時限制，往往剛剛開始入門，就面臨課程結(jié)束的尷尬局面。嵌入式課程也是一門綜合性極強(qiáng)的課程。但從各院校嵌入式課程教學(xué)計劃可以看出，嵌入式試驗內(nèi)容、實驗方法千差萬別，并且多為驗證性實驗，離工作實際需要較遠(yuǎn)。如何在有限的院校授課時間內(nèi)更好的教好這門課就變得很重要了，目前各種有關(guān)嵌入式課程授課的教學(xué)改革也應(yīng)運而生。本課題就是基于這種情況下提出的。

1　目前嵌入式教學(xué)中存在的問題

嵌入式課程是一門實踐性要求極強(qiáng)的課程。目前，同類院校的嵌入式課程教學(xué)中主要存在的是注重理論知識的講授，但對學(xué)生的實際動手能力沒有給予足夠的重視。也造成了以下兩方面的教學(xué)問題。

1.1以理論課為主，實驗課極少，甚至不開。這樣的教學(xué)方式下，造成的是學(xué)生在有限的理論課時下，學(xué)到的僅僅是紙上談兵，甚至有的學(xué)生在課程結(jié)束后仍然一片茫然，不知道到底什么是嵌入式，到底自己學(xué)了些什么，可以從事什么樣的嵌入式方面的工作。

1.2隨著大家對嵌入式課程實踐課程的重視，同類院校中嵌入式課程的各種教學(xué)改革也隨之出現(xiàn)。大部分的嵌入式課程都逐步的增加了實踐課時，但多以實驗為主，而且多數(shù)為驗證性實驗。同時，各個實驗具有相對的獨立性，缺少綜合性實驗。雖然增加了實踐課時的學(xué)習(xí)時間，但學(xué)生對工程項目的還是缺少深入的了解。

1.3我校的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)均設(shè)置了嵌入式課程，但習(xí)慣上仍然以理論課教學(xué)為主，實驗課時少，學(xué)生動手操作機(jī)會小，往往是課堂上理解了基本理論，一旦實踐，卻僅僅局限于單個局部的實驗，面臨畢業(yè)設(shè)計時，不知道該做些什么。

基于以上問題，如何合理的設(shè)置科學(xué)合理的嵌入式課程的實踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建更接近與工程項目的教學(xué)體系，將理論課和實踐課及工程項目無縫對接融合起來，就是本文研究的目的。

2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

案例式教學(xué)法是以一種案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，教師根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的需要，通過設(shè)置具體教學(xué)案例，指導(dǎo)學(xué)生一起分析、討論、實踐等，讓學(xué)生在具體的問題場景中主動思考、積極探索，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，提高教與學(xué)的效果。

國外嵌入式人才在本科層面的培養(yǎng)主要是通過具體的項目的實施來實現(xiàn)的，并且取得了很好的效果。而在我國則更關(guān)注基礎(chǔ)理論教育，我院同樣具有這樣的特點。我院的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，電子、通信、物聯(lián)網(wǎng)工程均設(shè)置了嵌入式方向課程，在教學(xué)上，主要有課堂理論教學(xué)、基礎(chǔ)實驗這兩種方式。

隨著社會對嵌入式人才需求的提高，也暴漏出我們培養(yǎng)出的嵌入式課程與實踐脫節(jié)的弊端。嵌入式人才培養(yǎng)的迫切以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的嵌入式課程教學(xué)方法已不能滿足用人單位的需求。國內(nèi)很多同類院校也隨之進(jìn)行了嵌入式教學(xué)改革。

3　項目實施

嵌入式課程項目驅(qū)動式案例教學(xué)方法的主要研究內(nèi)容是建立以項目為引導(dǎo)、以需求學(xué)理論、以實踐為主導(dǎo)的嵌入式教學(xué)方法及其相關(guān)的保障制度。我院是一所應(yīng)用型本科院校，辦學(xué)理念就是更注重實踐應(yīng)用，重點培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，提高學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)實踐行業(yè)的適應(yīng)能力。

改革中的項目驅(qū)動化嵌入式課程教學(xué)方法首先仍然將嵌入式基礎(chǔ)課比如嵌入式系統(tǒng)原理仍然作為一門課程來進(jìn)行課堂教學(xué)，但在課堂教學(xué)中就將項目案例穿插其中，同時實驗課結(jié)合實訓(xùn)項目選擇具有代表性的案例模塊進(jìn)行實驗課教學(xué)，。有針對性的將基礎(chǔ)實驗和項目案例結(jié)合起來，在實習(xí)實訓(xùn)中則通過對已完成的案例進(jìn)行有效結(jié)合，整合成一個難度適中的項目。整個嵌入式課程的教學(xué)貫穿了項目的分解、項目案例的模塊化以及最終項目的整合，從而提升學(xué)生對工程項目的整體與局部的掌握。

3.1項目實施思想

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)那樣每個單元是完全獨立的，而項目驅(qū)動式案例教學(xué)方法則首先需要考慮整個項目，甚至需要教師根據(jù)所學(xué)知識確定有個盡可能多增加學(xué)生應(yīng)用的項目，并確定合適的案例。教師不僅是以教的身份來講授重點、難點，還需要以指導(dǎo)者的身份啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計，再對學(xué)生的設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步指導(dǎo)與完善。

整個課題的主旨是以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)小組協(xié)同合作學(xué)習(xí)和提前預(yù)習(xí)，進(jìn)一步研究。注重培養(yǎng)學(xué)生在嵌入式方面專業(yè)技術(shù)能力的掌握、團(tuán)隊合作精神、對項目工程的分析及設(shè)計能力。全面培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)技術(shù)、個人素質(zhì)、人際交往等各方面的能力。以此使學(xué)生本科畢業(yè)后就具有實踐操作、系統(tǒng)維護(hù)的基本能力，增加從畢業(yè)到工作的無縫對接。

3.2工程項目和案例的確定

項目驅(qū)動式案例教學(xué)方法首先需要考慮整個項目，甚至需要教師根據(jù)所學(xué)知識確定有個盡可能多增加學(xué)生應(yīng)用的項目，并確定合適的案例。在這個課題中，教師不僅是以教的身份來講授重點、難點，還需要以指導(dǎo)者的身份啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計，再對學(xué)生的設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步指導(dǎo)與完善。項目盡量貼進(jìn)生活，貼進(jìn)社會需要，從而提高學(xué)生的積極性，比如本課題研究中，采用了電子稱、智能家居和智能超限車三個項目作為實踐項目，分為幾次實習(xí)實訓(xùn)來完成。

其次是將項目的各個部分整理成單個的案例，盡量使分解后的案例具有可修改性，通用性，不局限一個項目。比如電子稱項目被分解成了LED模塊、壓力傳感器模塊、CPU主控模塊、顯示模塊等。智能超限車也被分解為LED模塊、壓力傳感器模塊、CPU主控模塊、顯示模塊、電機(jī)模塊、溫度傳感器模塊和UART模塊等。

3.3課程配置

3.3.1基礎(chǔ)理論先行

嵌入式專業(yè)課程需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)課支持，在大一開始授課之前就和教授基礎(chǔ)課教師進(jìn)行溝通，提前把嵌入式課程相關(guān)的基礎(chǔ)課重點章節(jié)進(jìn)行標(biāo)注，以便專業(yè)基礎(chǔ)課任課教師科研為嵌入式課程的講授提供必需的部分基礎(chǔ)知識進(jìn)行重點關(guān)注。從而減少嵌入式課程講授中無謂的補(bǔ)充其他基礎(chǔ)學(xué)科的知識，從而浪費有限的授課時間。

3.3.2理論結(jié)合實驗

嵌入式的理論課教學(xué)時不容忽視的，在理論課程開展之前，將該課程的應(yīng)用場所、畢業(yè)后的工作方向?qū)W(xué)生進(jìn)行宣講，提出相應(yīng)的項目及該項目需要嵌入式課程哪一部分內(nèi)容，相關(guān)模塊需要如何組合。提供學(xué)生對嵌入式課程的興趣，使學(xué)生能夠了解項目需要的嵌入式方面知識，從而能分解一個工程項目到具體案例模塊。

嵌入式課程的理論課教學(xué)不脫離實驗，與實驗進(jìn)行互補(bǔ)式互動。課堂講授即以小項目式教學(xué)進(jìn)行。比如GPIO端口的控制，根據(jù)工程項目需要設(shè)計出必要的小模塊。例如GPIO的LED模塊和按鍵模塊，則修改成通過光電開關(guān)開關(guān)的的直流電機(jī)控制的自動門、通過課堂演示，讓學(xué)生真實體會GPIO的操作在實際中的應(yīng)用；UART模塊則結(jié)合串口數(shù)據(jù)傳輸與上位機(jī)顯示進(jìn)行等，這些模塊通過理論課堂演示、實驗課堂驗證、修改來進(jìn)一步熟練各個模塊的編程與設(shè)計。

3.3.3實習(xí)實訓(xùn)檢驗成果

理論課與實驗課畢竟有限，還不能形成整體項目。因此在嵌入式課程的理論和實驗教學(xué)后，緊接著進(jìn)行至少兩個星期的實習(xí)實訓(xùn)。利用之前實驗課設(shè)計驗證過的模塊，原樣使用，或者適當(dāng)修改，整合成一個具體的項目。比如2015年度秋季學(xué)期我們進(jìn)行了嵌入式的實習(xí)實訓(xùn)，就是做了一個智能超限車項目的設(shè)計。包含了之前用過的LED模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、顯示模塊、溫度傳感器模塊、UART模塊以及新增了一個壓力傳感器模塊。

4　結(jié)語

通過該項目的研究和實施，形成了以項目為驅(qū)動的案例式嵌入式教學(xué)方法。培養(yǎng)了信息工程與計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系的學(xué)生在嵌入式課程方面的專業(yè)實踐能力、項目工程的分析及設(shè)計能力，同時增加了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力以及個人對嵌入式課程的關(guān)注與自我提升。在此課題的促進(jìn)下，有數(shù)個學(xué)生通過這種學(xué)習(xí)方式，自己衍生出了項目比如智能停車管理控制系統(tǒng)等。研究的成果成體系具有普遍應(yīng)用性，可應(yīng)用于相近專業(yè)。

［1］王耀琦，王小鵬，王履程.項目驅(qū)動教學(xué)法在電子系統(tǒng)綜合設(shè)計中的應(yīng)用研究.時代教育，2013，19.

［2］楊立林.應(yīng)用型地方本科嵌入式系統(tǒng)教學(xué)探索.現(xiàn)代計算機(jī)，2011，6.

［3］王益涵，史志才，夏永祥.面向計算機(jī)本科專業(yè)的嵌入式方向教學(xué)體系的研究.福建電腦，2015，4.

劉玉蘭，女，講師，研究方向：嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)工程。

孫毅，女，講師，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

TP368.1-4；G642.4

A

1003-5168（2015）-12-0292-2