梁永恩，翟敏煥

（1.廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院信息與自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510430；2.廣東白云學(xué)院大數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510450）

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求靈活裁剪軟硬件模塊的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)往往以嵌入式操作系統(tǒng)為核心，外加用戶應(yīng)用程序。如果沒(méi)有操作系統(tǒng)，所有的功能、驅(qū)動(dòng)代碼都需要自己編寫，實(shí)現(xiàn)難度大且耗時(shí)耗力。嵌入式Linux 是將日益流行的Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。既繼承了Internet 上無(wú)限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。其特點(diǎn)是版權(quán)費(fèi)免費(fèi)，性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，有許多公開的代碼可以參考和移植?！扒度胧絃inux 系統(tǒng)及應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要講授嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)程序、圖形庫(kù)、內(nèi)核構(gòu)建和移植技術(shù)[1-2]，講授在嵌入式開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式應(yīng)用程序的基本技術(shù)[3]，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)和開發(fā)的應(yīng)用能力和實(shí)踐技能，為學(xué)生今后學(xué)習(xí)和從事嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)積累初步的經(jīng)驗(yàn)。

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，新技術(shù)層出不窮，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，對(duì)人才的素質(zhì)要求越來(lái)越高，嵌入式課程傳統(tǒng)教學(xué)方法暴露出與市場(chǎng)發(fā)展無(wú)法同步等問(wèn)題。本文基于“以學(xué)生為中心[4-5]，成果為導(dǎo)向”理念，分析當(dāng)前課程現(xiàn)狀，從教學(xué)方案、教學(xué)手段、教學(xué)資源建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等環(huán)節(jié)闡述改革實(shí)施方案。

1 “嵌入式Linux 系統(tǒng)及應(yīng)用”教學(xué)的現(xiàn)狀

“嵌入式Linux 系統(tǒng)及應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，實(shí)踐性很強(qiáng)，課程知識(shí)點(diǎn)多，包含了Linux 常用命令、嵌入式開發(fā)工具、C 語(yǔ)言編程、Makefile 編寫方法、根文件系統(tǒng)、Bootloader、驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式GUI、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)編程等。當(dāng)前的教學(xué)是理論與實(shí)踐分離，理論教學(xué)以多媒體為主，板書輔助，實(shí)驗(yàn)課以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。通過(guò)學(xué)生調(diào)研、學(xué)生訪談與教師交流等方式，總結(jié)出以下幾個(gè)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題：①教學(xué)內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)分散。讓學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)有一定的畏難情緒，隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性也隨之下降。②教學(xué)方法單一。教學(xué)過(guò)程以課堂理論講授為主，實(shí)驗(yàn)操作為輔，師生互動(dòng)較少，學(xué)生參與性較差，教學(xué)內(nèi)容上比較注重知識(shí)體系的完整，而容易忽略了學(xué)生應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。③實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性為主，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少。學(xué)生只能按既定的步驟完成設(shè)計(jì)好的驗(yàn)證性項(xiàng)目，缺乏綜合性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，很難提高學(xué)生的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果難盡如人意。④考核機(jī)制不合理?？己酥饕云谀┕P試考核為主，過(guò)程性考核的占比較少。這種傳統(tǒng)的量化考核方式很難全面考察學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和技能的掌握，也難以體現(xiàn)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、合作精神等綜合素質(zhì)，同時(shí)也不利于教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。而且期末筆試考核比例過(guò)大，容易導(dǎo)致學(xué)生過(guò)分關(guān)注期末考試成績(jī)，出現(xiàn)“為考而學(xué)”的現(xiàn)象。

2 課程改革措施

根據(jù)當(dāng)前課程存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前的嵌入式技術(shù)發(fā)展，對(duì)教學(xué)方案、教學(xué)手段、教學(xué)資源建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，采用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

2.1 重新設(shè)計(jì)課程教學(xué)方案

結(jié)合人才培養(yǎng)方案與課程教學(xué)目標(biāo)，按照“以學(xué)生為中心”的課程教學(xué)特征設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱，重構(gòu)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，課程學(xué)習(xí)活動(dòng)和課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)策略，并形成完整的課程教學(xué)方案。根據(jù)能力形成構(gòu)建了嵌入式系統(tǒng)與Linux 編程基礎(chǔ)、基于Linux 的嵌入式軟件開發(fā)、嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux 網(wǎng)絡(luò)編程及綜合應(yīng)用5 個(gè)教學(xué)模塊，如表1 所示。學(xué)完1 個(gè)模塊后，應(yīng)形成具有一定綜合性的學(xué)習(xí)成果，用于檢測(cè)目標(biāo)達(dá)成度。大模塊劃分為若干個(gè)教學(xué)單元，對(duì)于小模塊可以不劃分單元，學(xué)生學(xué)完1 個(gè)單元后，應(yīng)掌握完成該模塊學(xué)習(xí)效果所需的知識(shí)。對(duì)1 個(gè)單元設(shè)計(jì)多個(gè)教學(xué)活動(dòng)，用項(xiàng)目承載相應(yīng)模塊的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)能有效實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的活動(dòng)。

表1 教學(xué)模塊及目標(biāo)

表1（續(xù)）

以模塊“基于Linux 的嵌入式軟件開發(fā)”為例，其對(duì)應(yīng)4 個(gè)單元Bootlaoder、Linux 內(nèi)核、Linux 文件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序，其中第2 個(gè)單元設(shè)計(jì)了配置Linux內(nèi)核和移植內(nèi)核2 個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)。如圖1 所示。

圖1 教學(xué)模塊分解

以項(xiàng)目2 移植內(nèi)核為例，其教學(xué)設(shè)計(jì)如表2 所示。

表2 項(xiàng)目2 移植內(nèi)核教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2 引入情景教學(xué)方法，實(shí)行一體化教學(xué)

通過(guò)布置課前預(yù)習(xí)任務(wù)及課前5 min 問(wèn)題式小測(cè)的方法，引導(dǎo)學(xué)生充分利用課余時(shí)間查閱資料，引導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)。課堂上通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景的手段組織學(xué)生討論，激發(fā)學(xué)生的思維意識(shí)，提高課堂參與度。

改造實(shí)驗(yàn)室機(jī)房，增加多媒體投影儀、電子白板、中控臺(tái)、音響等設(shè)備，使機(jī)房都具備多媒體教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、考證訓(xùn)練等多功能教室的功能。將授課地方全部放在實(shí)驗(yàn)室機(jī)房，教師實(shí)行教、學(xué)、做一體化的教學(xué)模式，將教師的課堂理論講授、學(xué)生的聽(tīng)課學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)三者融為一體。實(shí)踐表明，教師邊講授，學(xué)生邊做，師生共同探索研究有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于提高教學(xué)效果。同時(shí)，結(jié)合超星平臺(tái)開展線上線下混合式教學(xué)，有效拓展教和學(xué)的時(shí)間和空間。

2.3 建設(shè)課程學(xué)習(xí)資源庫(kù)

根據(jù)課程設(shè)計(jì)，結(jié)合課程實(shí)際教學(xué)，依據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)特點(diǎn)，以任務(wù)為引領(lǐng)，建設(shè)課程學(xué)習(xí)資源庫(kù)，主要包括以下幾個(gè)方面：課程教學(xué)大綱，課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，教學(xué)課件，項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方案，課后習(xí)題、模擬試題庫(kù)，課程學(xué)習(xí)效果評(píng)估表。

2.4 建設(shè)在線網(wǎng)絡(luò)課程

在超星平臺(tái)上上傳課程的簡(jiǎn)介、教學(xué)課件、工具軟件，視頻等資源60 多條，共計(jì)1 000 多M。在該平臺(tái)上發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知，進(jìn)行簽到、選人、搶答、主題討論、隨堂練習(xí)、分組任務(wù)等活動(dòng)，發(fā)布并批改作業(yè)，開辟討論板塊進(jìn)行課前、課后的交流。通過(guò)講練結(jié)合的方式，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握，通過(guò)投票、搶答等互動(dòng)方式了解同學(xué)對(duì)知識(shí)的掌握情況，有針對(duì)性地進(jìn)行講解。

2.5 改進(jìn)考核方式

嵌入式Linux 原理與應(yīng)用課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力，因此，應(yīng)加大過(guò)程考核的比例，從多個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。改革后課程總成績(jī)由綜合考勤、實(shí)踐活動(dòng)和綜合考核組成。綜合考勤占5%；實(shí)踐活動(dòng)占55%，其中課堂表現(xiàn)占5%，章節(jié)學(xué)習(xí)情況占5%，分組任務(wù)占10%，平時(shí)作業(yè)、實(shí)訓(xùn)結(jié)果占35%；期末綜合考核占40%，根據(jù)期末作品完成情況以及答辯給分。

3 教學(xué)效果

2017—2019 年學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在“嵌入式Linux 系統(tǒng)及應(yīng)用”課程實(shí)施了上述教學(xué)改革，學(xué)生一致認(rèn)為學(xué)習(xí)收獲良多，對(duì)教學(xué)的滿意度有較大幅度的提升，任課教師的學(xué)生評(píng)教成績(jī)均在90 分以上。學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力有了較大提高，每年科技節(jié)中，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的嵌入式作品的數(shù)量和質(zhì)量持續(xù)提升，學(xué)生參加的省級(jí)國(guó)家級(jí)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)人數(shù)也在快速增加。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)3 年的探索與實(shí)踐，該課程的教學(xué)取得了良好的效果，學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力明顯提高。今后將繼續(xù)探索和完善“以學(xué)生為中心”教學(xué)模式，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。