| 标题 | 高职院校针对嵌入式编程的教学方式改革 |
| 范文 | 张厚忠 梁家晟 摘 要 嵌入式系统目前在工业领域已得到广泛应用。但由于嵌入式系统需要兼备软硬件的知识，导致学习入门较难，使得高校在嵌入式系统的实验课程中无法取得较好的教学效果。因此本文提出了对嵌入式编程的教学方式改革的思路与目标：教学中以任务的提出为导向，引领学生高效快速的熟悉嵌入式编程并与企业级开发流程接轨，采取多门实验课程教学内容紧密相连，形成逐步深化的阶梯式学习体系。本文以车辆专业为例展开具体介绍，其余工科专业可自行参考并结合自身专业特点进行调整。 关键词 嵌入式系统 编程 课程改革 中图分类号：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.10.064 Abstract Embedded systems have been widely used in industry. However， due to the need for embedded systems to have both hardware and software knowledge， the introduction of learning is difficult， which makes it impossible for colleges and universities to achieve better teaching results in the experimental course of embedded systems. Therefore， this paper puts forward the ideas and objectives of the reform of the teaching mode of embedded programming： the task-oriented teaching， leading students to become familiar with embedded programming efficiently and quickly， and to integrate with enterprise-level development process， taking a number of experimental courses teaching content closely linked to form a step-by-step learning system. This paper takes the vehicle specialty as an example to introduce it in detail. The other engineering specialties can refer to it and adjust it according to their own specialty characteristics. Keywords embedded system; programming; curriculum reform 0 引言 随着时代的飞速发展，汽车行业正进行着一场“新四化”的变革，即“电动化、网联化、共享化、智能化”。实现“新四化”的首要任务便是各种车用控制器的研发。控制器的主要组成包括微处理器、CAN通信模块、调试烧录模块、I/O接口模块与电源及其保护电路模块等。由此可见，车辆中的整车控制器（电动汽车），电机控制器与电池能量管理器等均是嵌入式系统的典型应用案例。因此为了能够使高校能够紧跟行业发展步伐，使行业内前沿技术对接校园，使学生在进入社会岗位前能够提早接触甚至掌握行业发展必备的基础技术，推进嵌入式系统的教学改革十分有必要。教学改革主要从三方面做起，第一是嵌入式相关的实验课课程安排顺序，应与企业级开发流程接轨，尽量使多门实验课紧密相连，形成内容逐步深化的阶梯式学习。第二是课堂内容的转变，以操作应用为主，授课为辅，内容模块化，确保任务明确，与专业紧密结合，提起学生学习兴趣。第三是兼顾学生的自主学习能力与团队配合能力。 1 现有教学方式的不足 目前来说，整体上教师与学生对实验课的热情不足，态度不够重视。教师在讲授基础知识后没有进一步的具体安排，只是按惯例进行一些简单的考核。而大部分学生在实验课前不会进行相关知识的预习，导致部分学生利用实验课时间进行相关知识的学习，而不是进行试验，大部分学生更是没有在完成日常实验考核之后充分利用试验条件进行自主探索，导致实验课效果不佳。 从根本上讲，这是由于实验教学大纲内容多年没有更新，更没有与当今行业发展现状匹配从而使得学生学习兴趣不高导致的。因此在实验课的教学当中进行全方位的改革十分有必要。 2 实验课教学改革思路 2.1 课程安排顺序 嵌入式系统的理论课安排时间点最好安排于c语言相关的理论与试验课程之后或与其同时安排。在初期理论学习阶段，引导学生广泛阅读中英文相关资料，熟悉所用单片机的运行原理，并具备一定的c语言基础，研读大量的示例代碼或前人开发的源代码，尽可能搞懂每一行代码的含义，厚积薄发。此阶段无须大量的课时安排，旨在引导学生学习嵌入式的正确方法，并由学生在课下进行学习。 之后嵌入式系统实验课的安排应遵循由表及里，由面到点的原则，进行金字塔式的学习，使学生一步步对嵌入式系统有更深层次的理解而不至于产生畏难情绪甚至放弃嵌入式的学习。以下对嵌入式系统实验课的教学内容进行详细的介绍。 2.2 课程内容 第一阶段为基于开发板的自主学习。由于初期已进行了c语言与嵌入式理论课程的学习，此时学生已对嵌入式有初步的了解，因此实际操作与应用为接下来的学习重点，而不再是教师的传统授课。由于实际操作与应用需要大量的学习时间，所以为了便于学生课下学习，可由学生自行购买或学校统一订购单片机开发板（广泛使用的STM32或飞思卡尔单片機为宜）。在利用开发板进行学习时，在看懂例程代码的前提下首先应尝试对示例代码或前人开发的源代码进行一些改动，使其能够进行某一模块功能的细微改变，之后尝试将各基本功能组合搭配，能够自主用单片机实现各种各样的基本功能，如将按键、流水灯与LCD显示屏等结合起来实现某些组合式的功能。进而逐步尝试自主编写更为复杂的程序将几种难度更高的功能组合起来，如：做一套按键控制CAN收发并将ID与Data显示在LCD屏幕。此阶段应主要考察学生的自主思考与动手能力，可在实验课最后安排讨论环节，并由教师对学生无法理解的概念做解答。 第二阶段以实际应用为导向，与专业紧密结合。以车辆工程专业为例，可购买简易的车用传感器如钥匙开关、油门踏板等与开发板进行对接，形成具有专业特色的嵌入式系统开发平台，激发学生的学习热情。与专业紧密结合的同时还应注重为学生灌输企业实际开发流程的概念，以整车控制器（VCU）的开发为例，首先应根据需求确定VCU所需具备的功能，一般来说VCU需要协调各控制器，并且需要亲自采集一些传感器的测量值，因此确定了VCU需要使用CAN通信模块进行CAN的收发，同时需要AD模块等进行模拟量与开关量的采集，根据踏板与点火开关进行驾驶员意图的识别，并通过CAN将指令发送至电机控制器等，并由电机控制器识别VCU指令然后对电机驱动控制器发送指令使电机达到理想工作状态。并在功能实现后进行后续的稳定性验证工作，确保系统的可靠性，当发现问题或故障时能够自主推断问题产生的原因并提出解决办法。在上述整个开发流程中，可将学生分为不同小组，进行功能分割，使得试验内容模块化。例如：CAN通信模块组负责按J1939协议进行CAN通信协议的制定以及CAN收发程序的编写;传感器模块组负责传感器模拟量与开关量的采集，并制定驾驶意图的识别策略，与CAN通信模块组对接，完成CAN数据指令的发送;诊断模块组需要有一定的电路与硬件基础，在出现错误后从通信、程序与电路等多方面检查，并且制定问题的解决方案。 在上述学习阶段之后进行从功能实现到功能优化的转变。注重代码质量，提高程序运行效率，且提升程序可读性，便于后期自查或他人学习。以车辆工程专业为例，在实现上述基本功能之后可尝试使用D2P快速原型开发系统将Simulink中的控制策略烧录至VCU，并通过HIL充当执行机构进行控制器的功能验证，实现更高层次的学习，进一步接近企业级的技能要求。如专业对编程有更高要求，应在编译原理，操作系统，数据结构和算法三方面继续研读与下一阶段的模块化分组练习，本文不再赘述。 3 培养目标 对于学生的培养主要有以下几个目标：（1）知识目标。对嵌入式系统的构成、运行原理、实现方法、C语言、相关知识等较传统课程具有更深层次的了解;（2）职业综合技能目标。切身体会企业实际V字形开发流程，能够将嵌入式系统与自身专业紧密结合起来;（3）自主学习与团队配合能力目标。在具备一定的自主学习能力的基础上能够与团队成员进行良好的沟通与配合，提升工作效率。 4 结语 总之要想在实验课程中提升教学质量，应当注重激发学生的学习兴趣，使其能做到主动学习。而激发兴趣应当结合本专业的特点、重点进行嵌入式的学习，确定好嵌入式系统的控制量、控制对象，着重针对控制对象结合嵌入式系统对应模块的学习与应用练习。在学习的过程中通过将开发流程中各项任务模块化使学生初步具有企业级开发流程概念与团队合作意识，使高校教学与实际生产相结合，提升学生在社会中的竞争力，培养出自主学习能力与团队合作能力兼备的优秀毕业生。 参考文献 [1] 唐斌.以工程项目为导向的电子电路计算机辅助设计课程教学改革[J].科教导刊（电子版），2018：136-139. [2] 唐红锁，刘安.浅议高职院校嵌入式编程技术课程教学改革[J].泰州职业技术学院学报，2017：8-10. [3] 张博.浅谈嵌入式学习和就业[J].Microcontrollers & Embedded Systems，2017：6-8. [4] 刘伟.模块化嵌入式MCU辅助教学平台的设计与实现[D].苏州大学，2008. |
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