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淺談學術興趣驅動的嵌入式系統教學論文
隨著微電子技術、通信技術和軟件技術的飛速發展，嵌入式系統正在成為各個行業新技術應用的重要平臺，也逐步成為研究生進行科學研究的重要實驗載體。在傳統的嵌入式系統課程教學中，教師進行集中式教學，學生接受的知識點和經歷的實驗環節都相同。然而由于每位學生的學術方向及研究興趣不盡相同，該方法的教學成果并不明顯，甚至有時候會削弱學生的學習興趣。因而需要一種以學術興趣為驅動的教學方法。該方法的要點是: 課程講授內容涉及范圍較廣，實驗平臺及實驗內容多樣，以促進學生根據自己的興趣及研究方向來選擇嵌入式系統學習方向及相關實驗內容。通過這樣的課程的學習和實驗，學生能夠更快速、更深入地開展學術研究，取得自己的成果。
1 傳統嵌入式系統教學存在的問題
鑒于嵌入式系統的重要性，我院為全體研究生開設了公選課“嵌入式系統設計”。在該課程的傳統教學中，選擇32 位ARM 處理器作為唯一的平臺。教師講授ARM 的相關知識并在對應的實驗平臺上完成各種通用的實驗。該教學方法通過大面積授課及實驗，提高教學效率，降低教師的課程負擔。但是還存在如下的缺點:
( 1) 教學目的性不強。課程授課的目標是通過ARM 處理器相關知識的系統學習，使學生掌握該處理器工作的基本原理，掌握常用的嵌入式處理器應用開發的一般方法。但是根據教學結果來看，由于知識陳舊，教學目的性不強，存在部分學生直到課程結束時尚不明白為何要學習該處理器，為何要做課程安排的實驗內容。
( 2) 學生的接受效率較低。由于學生對課程的教學目的不甚了解，不了解在后續的科研工作中如何應用課程講授的知識，因而對課程的學習興趣不高，存在著為考試而學習的現象。同時由于該課程學習內容和實驗內容量比較大，容易使學生產生厭學心理，因而降低了課程的學習效率。
( 3) 和學科前沿知識融合度較低。課程以講授基于ARM 嵌入式系統的設計和開發為主，對于當前熱門的物聯網、無線傳感器網絡以及基于Android系統的高性能嵌入式系統等相關知識都沒有涉及。其內容和學科前沿知識融合度較低。
針對上述問題，結合筆者多年的嵌入式控制系統教學經驗，本文提出基于學術興趣驅動的嵌入式系統教學方法的探討。
2 學術興趣驅動教學的思路
目前，在高校教學實踐中已經有了一些對嵌入式系統傳統課程的探索性改革。其中比較突出的有“競爭驅動”和“項目驅動”兩種手段。這兩種手段分別以不同層級的大學生電子設計競爭、課外設計競爭以及參與教師的科研項目為載體，教學過程和內容結合這些載體展開。這兩種方法能夠有效的提升學生特別是本、專科生的學習積極性，但是該方法并不能很好地適用于研究生教學。這是因為:
( 1) 一般選定某一種平臺的嵌入式系統展開教學并針對部分學生展開競賽培訓。由于教師個人精力限制，除了選定的平臺，其他類型的嵌入式系統一般不會涉及，而這個選定的平臺不一定適合研究生的研究方向。
( 2) 教師個人的科研項目與研究生的研究方向也不一定吻合。方向差距頗大的項目不僅不能引起學生的學習興趣，甚至可能會適得其反。
本文提出的以學生的學術興趣為驅動的嵌入式系統教學方法其要點是: 在授課內容上，以闡述嵌入式系統軟、硬件設計的基本原理為基礎，重點通過講授各種嵌入式系統方案的基本組成、使用領域及各自優缺點，使研究生了解和熟悉多種平臺，增加其選擇機會。在實驗內容上，按照學生的學術興趣組成多個實驗團隊，按照選擇的實驗平臺( 如，ARM 組、DSP 組、FPGA 組、無線通信組和物聯網組等) 學生根據自己的學術研究興趣，選擇相應的( 一個或多個) 實驗平臺; 每個實驗平臺配備具有相應知識背景的授課教師; 教師對所負責的平臺理論授課、實驗授課和考核負責。
3 學術興趣驅動教學中注意的問題
在上述研究內容中，相對于傳統的單平臺嵌入式系統教學需要著重解決如下三個關鍵問題:
( 1) 教學方案的實施。由于學術驅動的教學中，理論教學著重闡述嵌入式系統的基本原理以及各個嵌入式平臺的特點，促進學生選擇最適合自己需要的學習平臺。鑒于學生對各種處理器平臺使用重點不一樣，譬如有學生關注某處理器的運算性能，有學生關注某處理器的串行總線控制器，有學生關注某處理器圖像編解碼等，因而我們對于多個具體的嵌入式平臺應依照廣而淺的原則做全面講授，將各個嵌入式平臺更高層次的理解和應用留給學生結合實驗內容以及自身的科研興趣進行自學。
( 2) 資源的高效整合。在教學過程中，教師資源需要能夠充分滿足研究生各種不同的學術興趣。因此本教改項目的實踐需要多位教師的協同工作。換句話說，為了保證教學改革的順利開展，除了拓寬任課教師的知識面之外，還需要統籌安排不同科研方向的多位教師的教學資源。
本方案需要配套多種實驗教學平臺，需要相應的下載器、調試器等教學設備。但是由于這些實驗設備一般分屬不同的實驗室，因而需要統籌調度這些實驗設備才能保證教學實驗有條不紊地開展。
( 3) 課程評價體系的建立。由于在課程教學中各位研究生采用的實驗平臺不同，從而導致其學習內容也不盡相同。因而傳統的以課程考試為主要手段的評價體系并不能適應本方案。而教學成效的科學評價是完善項目內容的一個基本支撐。因而如何客觀、科學的評價課程的教學成效也將是另一個關鍵問題。
4 結語
本文提出一種基于學術興趣驅動的研究生嵌入式系統教學方案。該方案依據學生的學術興趣，組織多位教師展開多平臺的嵌入式系統教學。通過該方案的實施，能夠有效整合學生的學習積極性和現有的教學資源，提升嵌入式系統課程的教學效率。進一步的，學生在學習的過程中帶著明確的科研問題，因而課程的學習又能促進科研的進展。
與傳統的教學模式相比，學術興趣驅動的嵌入式系統教學在提高學生學習興趣、提升學習效果方面都發揮了很好的作用。但與傳統教學方式相比，其運作難度較大，尤其是組織多名教師聯合教學，對教案設計、教學資源整合和評價體系建立等環節要求較高。但是作為一種能增強教學效果、提高教學質量的教學模式，值得進行進一步的嘗試和研究。
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