问题驱动嵌入式系统教学模式探讨 本文关键词：教学模式，嵌入式系统，探讨，驱动
问题驱动嵌入式系统教学模式探讨 本文简介：摘要：介绍了嵌入式系统概念及其在社会发展中的作用，并针对嵌入式系统教学中存在的不足，提出了问题驱动的嵌入式系统教学模式，并结合实例阐述了问题驱动的教学方法和教学案例，并对问题驱动教学模式的优势和不足做了进一步的探讨。关键词：问题驱动；嵌入式系统；教学模式嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础
问题驱动嵌入式系统教学模式探讨 本文内容：
摘要：介绍了嵌入式系统概念及其在社会发展中的作用，并针对嵌入式系统教学中存在的不足，提出了问题驱动的嵌入式系统教学模式，并结合实例阐述了问题驱动的教学方法和教学案例，并对问题驱动教学模式的优势和不足做了进一步的探讨。
关键词：问题驱动；嵌入式系统；教学模式
嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统”[1]。它融合了微电子、计算机硬件、通信和电子工程等多种技术，广泛应用于航天、航空、工业控制、汽车电子、通信、信息、家电、医疗仪器等领域[2]。特别是近年来发展如火如荼的无人机、机器人、3D打印、智能制造等领域均是以嵌入式系统为基础。国内外高校的信息类专业都开设了嵌入式系统基础课程。20世纪90年代，美国科罗拉多州立大学、华盛顿大学等一些著名大学率先开设了嵌入式系统课程。21世纪初，我国一些院校也相继开设了嵌入式系统课程。近年来，国内重点院校甚至高职学院、社会的培训机构都开设了嵌入式系统课程，并且都作为精品课程重点建设[3-5]。嵌入式系统作为信息类的核心课程之一，对培养学生的工程创新实践能力和就业能力具有十分重大的意义。然而，由于其建立在多学科基础之上(模拟电子技术、数字电子技术、C语言、汇编语言、信号系统等)，且具有面向特定应用、技术密集和发展迅速等特点，因此，如何让学生更好地掌握嵌入式系统的基本知识，具备嵌入式系统开发的技能，培养学生不断创新的思维，已成为各个高校所关注的问题。许多一线教师根据自己教学经验，不断尝试新的教学模式来提高教学效果。如案例教学、项目驱动、实践与项目结合等[6-9]。这些方法都取得了很好的效果，但都有其局限性，如项目驱动，前期需要掌握一定的知识，因此更适合后半学期的课程设计。为此，我们结合多年教学经验，尝试采用不同的教学方法提高教学质量。
1嵌入式系统教学现状
首都师范大学信息工程学院从学院成立起，面向信息工程、电子信息工程专业开设了嵌入式系统基础课程以及嵌入式系统基础实验，以“强化基础、重视实践、培养能力、突出创新”为指导思想，注重培养学生的跨学科研究与开发实践能力、团队合作与学习创新的职业素质。多年来本课程的建设一直受到学院的高度重视和持续支持。在众多教师的辛勤耕耘下，嵌入式系统课程体系茁壮成长，发展壮大，成为信息工程学院计算机专信息工程、电子信息工程专业的一个重要的课程体系和教学内容，涌现出了一批经验丰富、成绩斐然的优秀教师，为本课程的建设奠定了坚实的基础。但是嵌入式计算技术发展迅速，日新月异，出现了许多新的思想与技术，如何在现有教学内容中体现出这些最新的发展，如何培养出能满足当前发展需要的高素质人才等，这些对我们提出了新的挑战。鉴于对本课程多年的教学经验，我们尝试采用问题驱动的嵌入式系统教学模式激发学生潜在的学习欲望，提高学生学习兴趣，获得较好的学习效果。
2问题驱动教学模式
问题驱动教学是以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案的一种学习方法[10]。这种教学方法可以较好地激发学生的学习热情，使学生从被动接受知识到主动解决问题，且在解决问题的过程中自己深入掌握所需的知识。这种教学模式渐成主流模式，已在多个课程中得以应用。如数学、社会学、信息学科等[11-16]，并取得较好的效果。鉴于嵌入式系统知识点零散，之间却相互联系，填鸭式的教学使学生兴趣渐失，只有变被动接受为主动学习，才能有较好的效果。采用问题驱动的教学模式具有这种优势，但同时，该教学模式最大的难点在于如何设计出较好的问题，既能够涵盖所需掌握的知识点，又能够将知识点相互紧密耦合起来，而非孤立的知识点。因此，教师作为问题的提出者、课程的设计者、结果的评估者，需要熟悉掌握整个内容。
2.1问题驱动的嵌入式系统课程组织
嵌入式系统该主要学习ARM技术和实时操作系统，主要内容包括嵌入式系统的概念、应用、发展，嵌入式系统的软硬件结构，ARM的寻址、寄存器、指令，ARM汇编语言，实时操作系统基本概念等。我们将本课程的主要知识点全部凝练成13个问题，提前公布，在理论教学时，点明问题所涉及的知识点。再将学生分组，进行任务分配，小组独立学习，查阅相关文献，不指定教材，要学生通过各种渠道获取参考资料，并讨论形成围绕该问题的一个知识框架图。最后，每个小组制作PPT汇报对问题的分析和解答。最后一个过程至关重要，教师需要准确把握，修正、补充问题的解答。整个过程以学生团队学习为主、教师辅导为辅，但需教师掌控全局。嵌入式系统课程总共32学时，持续16周，每周2学时，我们将其设计成13个问题，具体问题及相应的教学内容如表1所示。
2.2问题驱动的嵌入式系统课程问题案例
以问题一“嵌入式系统的概念、分类、应用及发展趋势分别是什么？”为例。首先，让学生仔细考虑这个问题，这虽然是一道问题，但需要学生将问题进一步展开、细化，并找出所涉及的知识点。(1)嵌入式系统的概念，从不同的角度都可以给出不同的说法，但核心是“应用”“专用”等，那么这些术语的概念又如何解释？既然嵌入式系统是计算机系统，那两者的区别、联系分别是什么？由此，可加深“通用”和“专用”的理解。(2)嵌入式系统分类，分类的标准是什么，不同的标准可以分成不同的类，每类的特点是什么。(3)嵌入式系统的应用有哪些，这部分需要调研各种材料，从空天到地海，从军用到民用，列举出实际应用的嵌入式系统。(4)嵌入式系统发展的趋势，这需要查阅文献，并结合当前最新技术，如可穿戴产品、虚拟现实、机器人、大数据、深度学习等前沿热点技术，来分析嵌入式系统的发展趋势。深入剖析一个问题，并把问题转化成多个小问题，了解每个问题所涉及的概念实质。如此，便可对问题一有较好的理解。同时，通过学生对问题的分析，可以激发学生嵌入式系统的热情，变枯燥的技术为可见的实际应用系统。然后，让每组学生将这一问题及问题的延伸所涉及的知识点构建一个知识点框图，小组内部讨论，查阅文献，讨论每个知识点的理解。接着，进行汇总，做PPT汇报问题的解答。通过各个组的汇报，找出共同的和差异的，全班讨论。最后，给出这个问题的解释。同样，对于其余12个问题，我们也按如此思路进行。
3结束语
嵌入式系统是软硬结合的系统，如何有效提高其教学的效果是高校所关注的热点。问题驱动的教学模式能够较好地将嵌入式系统零散的知识点穿插起来，通过设定问题(如鱼骨)，让学生为主体，填充知识点(如鱼肉)。这样，不仅可以激发学生的学习热情，更可以在寻求问题答案的过程中，通过广泛查阅文献，实时了解当前技术与发展，扩展视野；在小组讨论中，互相激发，互相补充；在成果汇报中，通过报告提高表达的逻辑性、准确性、完备性。但同时，尽管以学生为主体，教师辅助，但该教学模式需要教师依据情景合理设置问题，如在问题十二中，教师应该给出一个合适的系统要求，涉及输入、输出、传输、存储等，该系统应既有实际的应用价值，又不能过于庞大。另外，教师要能够掌控进度，实时了解学生的进展，并加以调整。问题驱动的嵌入式系统教学模式运用得当，能够有效提高教学效率，激发学生创新潜能。
参考文献
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作者：吴立锋 单位：首都师范大学信息工程学院
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