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基于高職學(xué)生特點(diǎn)的《嵌入式操作系統(tǒng)》課程教學(xué)改革

2015-04-07 14:50吳新生
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2015年2期
關(guān)鍵詞:嵌入式操作系統(tǒng)學(xué)生特點(diǎn)職業(yè)能力

吳新生

摘 要:《嵌入式操作系統(tǒng)》課程理論性強(qiáng),存在原教學(xué)內(nèi)容老化、教師教學(xué)效率不高、學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,根據(jù)高職學(xué)生的特點(diǎn),結(jié)合原有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力為目標(biāo),重新確定課程教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和創(chuàng)新教學(xué)模式,以提升該課程的教學(xué)效率和質(zhì)量。經(jīng)過(guò)實(shí)踐,證明了該課程教學(xué)改革的成功。

關(guān)鍵詞:學(xué)生特點(diǎn);職業(yè)能力;教學(xué)改革;實(shí)踐

中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2015)02-00-03

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到智能農(nóng)業(yè)、智能家電、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、醫(yī)療儀器和航天航空等領(lǐng)域[1]。據(jù)有關(guān)資料預(yù)計(jì),中國(guó)嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將直接創(chuàng)造上萬(wàn)億元的效益,它已成為信息產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn),是最具潛力且最有發(fā)展前途的信息領(lǐng)域之一[2]。為了適應(yīng)社會(huì)的需求,我校計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)于2006年開(kāi)發(fā)了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)方向?!肚度胧讲僮飨到y(tǒng)》是該專業(yè)方向的一門核心專業(yè)課,這門課程如何確定課程目標(biāo)?如何選擇和確定教學(xué)內(nèi)容?如何進(jìn)行有效教學(xué)?學(xué)生如何通過(guò)這名課程的學(xué)習(xí)來(lái)獲得相應(yīng)的職業(yè)能力?這些問(wèn)題一直是我們思考并極力解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)該專業(yè)方向招生學(xué)生的深入分析,針對(duì)本課程的特點(diǎn),我們重新確定了課程目標(biāo),優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容,嘗試了一些新的教學(xué)模式,并在六年的教學(xué)實(shí)踐中不斷的修正,最終取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

1 高職學(xué)生的特點(diǎn)分析

本專業(yè)實(shí)際錄取分?jǐn)?shù)較低,錄取學(xué)生的基礎(chǔ)差,學(xué)習(xí)起點(diǎn)低,學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠。同時(shí),與本科生相比,易產(chǎn)生自卑心理,加之,社會(huì)上對(duì)高職教育還存在一定的偏見(jiàn),這會(huì)加重他們的自卑感。但這些學(xué)生興趣廣泛,善于動(dòng)手,對(duì)實(shí)踐性知識(shí)比較感興趣[3,4]。同時(shí),與本科生一樣,由于成長(zhǎng)環(huán)境的影響,導(dǎo)致他們集體觀念淡薄,在吃苦精神上、獨(dú)立生活能力、自主性、判斷力、適應(yīng)力等方面顯得較為薄弱。

2 基于學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)改革

2.1 以培養(yǎng)職業(yè)能力為導(dǎo)向,確定課程目標(biāo)

《嵌入式操作系統(tǒng)》課程是嵌入式技術(shù)方向的一門專業(yè)課,是本專業(yè)方向的核心課程。該課程的定位是:以PXA270 ARM 硬件平臺(tái)為基礎(chǔ),以嵌入式操作系統(tǒng)為對(duì)象,使學(xué)生掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和從事嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本能力,畢業(yè)后能從事嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、管理、服務(wù)和營(yíng)銷等崗位工作。

培養(yǎng)目標(biāo)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,把最基本的概念和原理等理論教學(xué)融于具體嵌入式項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,把培養(yǎng)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)上。學(xué)生的核心能力就是應(yīng)用開(kāi)發(fā)技能,具體地講就是學(xué)生畢業(yè)后有能力在面對(duì)以嵌入式ARM為核心的整體解決方案時(shí),可以根據(jù)方案的要求,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制和修改,進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的具體功能,并調(diào)試成功、集成運(yùn)行。

2.2 以突出職業(yè)能力為本位,優(yōu)化課程內(nèi)容

課程教學(xué)的首要問(wèn)題就是解決如何選擇并確定具體的教學(xué)內(nèi)容。在2006年本專業(yè)方向首次開(kāi)設(shè)了的《嵌入式操作系統(tǒng)》課程,選用了開(kāi)源的μc/OS-II操作系統(tǒng)為教學(xué)平臺(tái)。該系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單、開(kāi)源、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng),主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中。但在走訪企業(yè)和后續(xù)的市場(chǎng)調(diào)研過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)嵌入式Linux操作系統(tǒng)被許多中小相關(guān)企業(yè)使用。而這些企業(yè)是我們畢業(yè)生就業(yè)的主要市場(chǎng)。通過(guò)專業(yè)和企業(yè)老師的論證,考慮到嵌入式Linux市場(chǎng)成熟,源碼開(kāi)放,在許多的領(lǐng)域已經(jīng)成為市場(chǎng)的使用主流。因此,我們?cè)?008年將該課程教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)為嵌入式Linux操作系統(tǒng)的教學(xué)。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合市場(chǎng)企業(yè)的實(shí)際需求和學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際能力,主要講授了以下內(nèi)容:

第一部分復(fù)習(xí)和深化使用Linux操作系統(tǒng):文件與目錄操作、網(wǎng)絡(luò)操作、Linux系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程分析、系統(tǒng)服務(wù)。

第二部分復(fù)習(xí)和深化Linux 下的 C 編程基礎(chǔ):使用vi編輯器編輯源程序、使用gcc編譯器編譯源程序、使用gdb調(diào)試器調(diào)試程序、自動(dòng)化編譯(makefile文件和make工具)、建立交叉編譯環(huán)境等。

第三部分嵌入式Linux的構(gòu)建:Bootloader的編譯、修改和使用;Linux的定制與編譯;根文件系統(tǒng)制作。

第四部分嵌入式Linux系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā): 簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)(C語(yǔ)言和QT程序)。

第五部分課程實(shí)訓(xùn)2周,采用集中實(shí)訓(xùn)階段,完成一個(gè)具體嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用移植或開(kāi)發(fā)一個(gè)具體的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用,最終完成該課程的整個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

2.3 以強(qiáng)化職業(yè)能力為主線,創(chuàng)新教學(xué)模式

在了解了教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)和確立了本課程教學(xué)基本目標(biāo)后,在走訪企業(yè)和調(diào)研其他院校的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,在更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面提出了一些適合本課程教學(xué)的新模式。通過(guò)六年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐,并不斷地調(diào)整深化,模式已經(jīng)非常成熟。在課堂教學(xué)中,廣泛推廣“教、學(xué)、做”相結(jié)合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐動(dòng)手中學(xué)習(xí)新知識(shí)。在本課程的教學(xué)模式中,很好地體現(xiàn)了這一教學(xué)思想。

課堂教學(xué)共84學(xué)時(shí), 課程實(shí)訓(xùn)2周共28學(xué)時(shí),合計(jì)112學(xué)時(shí)。在課堂教學(xué)84學(xué)時(shí)中,其中用于理論教學(xué)的課時(shí)為42 學(xué)時(shí),主要講解嵌入式Linux操作系統(tǒng);用于實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)為42學(xué)時(shí),再加上2周課程實(shí)訓(xùn)的28個(gè)學(xué)時(shí),整個(gè)實(shí)踐性環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)總量達(dá)到70個(gè)學(xué)時(shí),足以讓學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中熟練掌握嵌入式Linux操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)和方法。

培養(yǎng)目標(biāo)決定一切圍繞工作崗位進(jìn)行, 在教學(xué)方式上, 要求我們貼近企業(yè), 貼近實(shí)際,又能在學(xué)校環(huán)境下方便實(shí)施教學(xué),為此我們主要采取以下幾種教學(xué)方法。

2.3.1 倒推式教學(xué)法

在該課程的第一次上課時(shí),就讓學(xué)生認(rèn)識(shí)一個(gè)典型的嵌入式產(chǎn)品。以這個(gè)實(shí)際的嵌入式產(chǎn)品為目標(biāo),將產(chǎn)品的各個(gè)部分進(jìn)行分解,倒推出這個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn) “產(chǎn)品” 到 “部件” 的倒推。然后,把各個(gè)“部件”歸屬到課程不同章節(jié)的內(nèi)容,放到相關(guān)的教學(xué)單元去講解完成;再把“部件”分解成“零件”,實(shí)現(xiàn)“部件”到“零件”的倒推,把每個(gè)“零件”歸屬到每一次上課內(nèi)容,放到每一次理論上課去講解完成。在每一個(gè)教學(xué)單元中, 以“部件”為核心,設(shè)計(jì)出實(shí)際開(kāi)發(fā)中要解決的課題。在每一次上課內(nèi)容,以“零件”為核心,分解成一個(gè)個(gè)小任務(wù),在具體的學(xué)習(xí)過(guò)程中解決。通過(guò)“部件”的分解和組裝,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心和學(xué)習(xí)主動(dòng)性,在動(dòng)手中掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。在最后2周的課程實(shí)訓(xùn)中,讓學(xué)生完成一個(gè)產(chǎn)品的正推過(guò)程,通過(guò)將產(chǎn)品的各個(gè)“部件”組裝來(lái)掌握整個(gè)嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程,從而在整體上建立嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)規(guī)律和方法,使學(xué)生一畢業(yè)走出校門,就可以直接在企業(yè)從事嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),達(dá)到從學(xué)校到企業(yè)的零距離過(guò)渡的目的。

2.3.2 實(shí)訓(xùn)任務(wù)的微觀化

在進(jìn)行每一次理論上課中,均采取項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和問(wèn)題牽引的教學(xué)方法。對(duì)該課程每一次上課的微觀設(shè)計(jì)進(jìn)行了處理,抽取出一個(gè)個(gè)小任務(wù),老師講課的目的就是解決這些小任務(wù),講完后再由學(xué)生自己實(shí)驗(yàn)去解決這些小任務(wù)。通過(guò)這些小任務(wù)的解決,提升了學(xué)生的自信心,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生的主動(dòng)性,學(xué)生自然容易掌握了嵌入式操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.3.3 三段式實(shí)踐能力漸進(jìn)培養(yǎng)

該課程實(shí)踐教學(xué)通過(guò)講課的小任務(wù)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課實(shí)訓(xùn)和課程實(shí)訓(xùn)三個(gè)不同階段,每個(gè)階段提出不同的教學(xué)目標(biāo),逐漸提高對(duì)學(xué)生的能力要求,學(xué)生在實(shí)踐中熟練掌握整個(gè)教學(xué)內(nèi)容,具備可以獨(dú)立完成基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的能力。本課程的實(shí)踐教學(xué)的三個(gè)教學(xué)階段為:

講課的小任務(wù)實(shí)驗(yàn):每次理論課把一個(gè)“零件”分解成一個(gè)個(gè)小任務(wù),在講解完一個(gè)小任務(wù)后,要學(xué)生按照講過(guò)的要求完成一個(gè)小任務(wù),學(xué)生不會(huì)由于內(nèi)容太多太復(fù)雜而放棄。同時(shí),又通過(guò)自己去動(dòng)手實(shí)踐去完成一個(gè)小任務(wù),一點(diǎn)點(diǎn)積累,完全掌握了一個(gè)“零件”開(kāi)發(fā)過(guò)程,在實(shí)踐中不知不覺(jué)地掌握相關(guān)的核心理論知識(shí),快速地使用開(kāi)發(fā)工具、解決開(kāi)發(fā)過(guò)程的常見(jiàn)問(wèn)題,提升程序的調(diào)試技巧和能力。

實(shí)驗(yàn)課實(shí)訓(xùn):按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求,根據(jù)嵌入式產(chǎn)品的“部件”分解的內(nèi)容,完成“零件”到“部件”組裝。針對(duì)相關(guān)單元的核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以完成對(duì)該單元知識(shí)的掌握,主要以完成整個(gè)“部件”的組裝,進(jìn)而加深學(xué)生的理解和復(fù)習(xí)。這也是學(xué)生提升自己能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

課程實(shí)訓(xùn):按照項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)單的要求,完成“部件”到一個(gè)“產(chǎn)品”的組裝。由于課程實(shí)訓(xùn)的時(shí)間集中,學(xué)生一直待在實(shí)訓(xùn)室,能完成一個(gè)較為復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。這一階段的教學(xué)目標(biāo)主要全力培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立開(kāi)發(fā)能力,要求學(xué)生完成一個(gè)典型的嵌入式產(chǎn)品雛形,該產(chǎn)品雖然在在功能上或產(chǎn)品化方面雖有待完善,但是開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)嵌入式產(chǎn)品完整的基本開(kāi)發(fā)過(guò)程。通過(guò)課程實(shí)訓(xùn)最終使學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié),并最終完成一個(gè)典型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。這個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程使學(xué)生更為直接地掌握嵌入式系統(tǒng)的原理、開(kāi)發(fā)工具和調(diào)試技巧,學(xué)習(xí)效果也更加直接和明顯。

3 課程教學(xué)改革取得的效果

在2008 級(jí)學(xué)生中開(kāi)始教授嵌入式Linux操作系統(tǒng)以來(lái),已完成6屆學(xué)生的教學(xué),每屆學(xué)生在該核心課程的學(xué)習(xí)上,學(xué)習(xí)積極性表現(xiàn)越來(lái)越高,教學(xué)效果也越來(lái)越好,每屆的學(xué)生教學(xué)評(píng)價(jià)打分上均為優(yōu)秀,這些也在一定程度上反應(yīng)了教學(xué)取得了較好的教學(xué)效果。

指導(dǎo)的學(xué)生在2012年度廣東省教育廳組織的“物聯(lián)網(wǎng)”大賽中,在廣東省本??扑性盒⒓拥那闆r下,本專業(yè)共有三組學(xué)生參加了競(jìng)賽并獲獎(jiǎng),取得了兩個(gè)一等獎(jiǎng)(最高獎(jiǎng))和一個(gè)三等獎(jiǎng),是所有參賽院校中成績(jī)最好的院校之一。

在幾屆已畢業(yè)的畢業(yè)生中,有許多學(xué)生從事嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的相關(guān)工作,經(jīng)過(guò)學(xué)校的畢業(yè)生調(diào)查中,該專業(yè)相比其他同類專業(yè)的畢業(yè)生來(lái)說(shuō),工作待遇更好。

4 結(jié) 語(yǔ)

幾年的實(shí)踐探索,摸索出的教學(xué)方法應(yīng)用于該課程,雖然取得了非常好的效果,但是還有許多方面仍需努力完善,如如何編寫一本適合高職學(xué)生的課程教材?這將是我們下一步要重點(diǎn)進(jìn)行的工作。我們相信:該課程的教學(xué)一定會(huì)隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展,并將具有自己鮮明的發(fā)展特點(diǎn)。因此,我們將繼續(xù)去探索并嘗試新的教學(xué)方法,爭(zhēng)取在教學(xué)改革上取得更大的成果。

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