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淺談學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)論文
隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正在成為各個行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用的重要平臺，也逐步成為研究生進(jìn)行科學(xué)研究的重要實驗載體。在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，教師進(jìn)行集中式教學(xué)，學(xué)生接受的知識點(diǎn)和經(jīng)歷的實驗環(huán)節(jié)都相同。然而由于每位學(xué)生的學(xué)術(shù)方向及研究興趣不盡相同，該方法的教學(xué)成果并不明顯，甚至有時候會削弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因而需要一種以學(xué)術(shù)興趣為驅(qū)動的教學(xué)方法。該方法的要點(diǎn)是: 課程講授內(nèi)容涉及范圍較廣，實驗平臺及實驗內(nèi)容多樣，以促進(jìn)學(xué)生根據(jù)自己的興趣及研究方向來選擇嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)方向及相關(guān)實驗內(nèi)容。通過這樣的課程的學(xué)習(xí)和實驗，學(xué)生能夠更快速、更深入地開展學(xué)術(shù)研究，取得自己的成果。
1 傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的問題
鑒于嵌入式系統(tǒng)的重要性，我院為全體研究生開設(shè)了公選課“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”。在該課程的傳統(tǒng)教學(xué)中，選擇32 位ARM 處理器作為唯一的平臺。教師講授ARM 的相關(guān)知識并在對應(yīng)的實驗平臺上完成各種通用的實驗。該教學(xué)方法通過大面積授課及實驗，提高教學(xué)效率，降低教師的課程負(fù)擔(dān)。但是還存在如下的缺點(diǎn):
( 1) 教學(xué)目的性不強(qiáng)。課程授課的目標(biāo)是通過ARM 處理器相關(guān)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)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(yīng)用開發(fā)的一般方法。但是根據(jù)教學(xué)結(jié)果來看，由于知識陳舊，教學(xué)目的性不強(qiáng)，存在部分學(xué)生直到課程結(jié)束時尚不明白為何要學(xué)習(xí)該處理器，為何要做課程安排的實驗內(nèi)容。
( 2) 學(xué)生的接受效率較低。由于學(xué)生對課程的教學(xué)目的不甚了解，不了解在后續(xù)的科研工作中如何應(yīng)用課程講授的知識，因而對課程的學(xué)習(xí)興趣不高，存在著為考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。同時由于該課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和實驗內(nèi)容量比較大，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，因而降低了課程的學(xué)習(xí)效率。
( 3) 和學(xué)科前沿知識融合度較低。課程以講授基于ARM 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)為主，對于當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及基于Android系統(tǒng)的高性能嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)知識都沒有涉及。其內(nèi)容和學(xué)科前沿知識融合度較低。
針對上述問題，結(jié)合筆者多年的嵌入式控制系統(tǒng)教學(xué)經(jīng)驗，本文提出基于學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法的探討。
2 學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動教學(xué)的思路
目前，在高校教學(xué)實踐中已經(jīng)有了一些對嵌入式系統(tǒng)傳統(tǒng)課程的探索性改革。其中比較突出的有“競爭驅(qū)動”和“項目驅(qū)動”兩種手段。這兩種手段分別以不同層級的大學(xué)生電子設(shè)計競爭、課外設(shè)計競爭以及參與教師的科研項目為載體，教學(xué)過程和內(nèi)容結(jié)合這些載體展開。這兩種方法能夠有效的提升學(xué)生特別是本、專科生的學(xué)習(xí)積極性，但是該方法并不能很好地適用于研究生教學(xué)。這是因為:
( 1) 一般選定某一種平臺的嵌入式系統(tǒng)展開教學(xué)并針對部分學(xué)生展開競賽培訓(xùn)。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(tǒng)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至可能會適得其反。
本文提出的以學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣為驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法其要點(diǎn)是: 在授課內(nèi)容上，以闡述嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計的基本原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)通過講授各種嵌入式系統(tǒng)方案的基本組成、使用領(lǐng)域及各自優(yōu)缺點(diǎn)，使研究生了解和熟悉多種平臺，增加其選擇機(jī)會。在實驗內(nèi)容上，按照學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣組成多個實驗團(tuán)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(lián)網(wǎng)組等) 學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)術(shù)研究興趣，選擇相應(yīng)的( 一個或多個) 實驗平臺; 每個實驗平臺配備具有相應(yīng)知識背景的授課教師; 教師對所負(fù)責(zé)的平臺理論授課、實驗授課和考核負(fù)責(zé)。
3 學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動教學(xué)中注意的問題
在上述研究內(nèi)容中，相對于傳統(tǒng)的單平臺嵌入式系統(tǒng)教學(xué)需要著重解決如下三個關(guān)鍵問題:
( 1) 教學(xué)方案的實施。由于學(xué)術(shù)驅(qū)動的教學(xué)中，理論教學(xué)著重闡述嵌入式系統(tǒng)的基本原理以及各個嵌入式平臺的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生選擇最適合自己需要的學(xué)習(xí)平臺。鑒于學(xué)生對各種處理器平臺使用重點(diǎn)不一樣，譬如有學(xué)生關(guān)注某處理器的運(yùn)算性能，有學(xué)生關(guān)注某處理器的串行總線控制器，有學(xué)生關(guān)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(yīng)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(yīng)用留給學(xué)生結(jié)合實驗內(nèi)容以及自身的科研興趣進(jìn)行自學(xué)。
( 2) 資源的高效整合。在教學(xué)過程中，教師資源需要能夠充分滿足研究生各種不同的學(xué)術(shù)興趣。因此本教改項目的實踐需要多位教師的協(xié)同工作。換句話說，為了保證教學(xué)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(tǒng)籌安排不同科研方向的多位教師的教學(xué)資源。
本方案需要配套多種實驗教學(xué)平臺，需要相應(yīng)的下載器、調(diào)試器等教學(xué)設(shè)備。但是由于這些實驗設(shè)備一般分屬不同的實驗室，因而需要統(tǒng)籌調(diào)度這些實驗設(shè)備才能保證教學(xué)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(xué)中各位研究生采用的實驗平臺不同，從而導(dǎo)致其學(xué)習(xí)內(nèi)容也不盡相同。因而傳統(tǒng)的以課程考試為主要手段的評價體系并不能適應(yīng)本方案。而教學(xué)成效的科學(xué)評價是完善項目內(nèi)容的一個基本支撐。因而如何客觀、科學(xué)的評價課程的教學(xué)成效也將是另一個關(guān)鍵問題。
4 結(jié)語
本文提出一種基于學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的研究生嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方案。該方案依據(jù)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣，組織多位教師展開多平臺的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)。通過該方案的實施，能夠有效整合學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和現(xiàn)有的教學(xué)資源，提升嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)效率。進(jìn)一步的，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中帶著明確的科研問題，因而課程的學(xué)習(xí)又能促進(jìn)科研的進(jìn)展。
與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，學(xué)術(shù)興趣驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效果方面都發(fā)揮了很好的作用。但與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，其運(yùn)作難度較大，尤其是組織多名教師聯(lián)合教學(xué)，對教案設(shè)計、教學(xué)資源整合和評價體系建立等環(huán)節(jié)要求較高。但是作為一種能增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式，值得進(jìn)行進(jìn)一步的嘗試和研究。
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