随着信息化、智能化、网络化的发展, 嵌入式系统也获得了广阔的发展空间, 目前, 嵌入式技术发展异常迅速, 广泛应用于工业控制系统、汽车电子、信息家电、交通管理、军事电子、医疗仪器等领域, 这也导致目前很多高等院校纷纷开设了嵌入式系统相关的课程, 但是在人才培养方案、课程设置、实验室配套设施以及教学方法上面都还存在很多问题, 因为ARM微处理器是嵌入式系统的核心, 但是就目前ARM微处理器基础实验教学情况来看, 存在不少问题, 比如说实验教学与理论不同步、实验室硬件平台配套不完善、没有一本好的实验教学教材等等, 这些直接导致了学生学习的兴趣日益下降, 教学效果就不会很理想, 所以针对目前ARM微处理器基础实验教学所存在的问题, 并基于互联网+大背景, 对该课程教学内容做一次深入改革, 目的是能够很好的解决目前所存在的所有问题, 比如设计一款好的硬件实验平台和编写一本好的实验教材等, 让学生学习起来更轻松, 更有动力, 这样就可以逐步提高学生的工程实践能力。
一、当前ARM微处理器基础课程实验教学现状及问题
虽然说当今以ARM微处理器为核心的嵌入式技术已经成为信息发展的主流技术, 市场上对ARM开发人员需求也是与日俱增, 但是很多单位都招聘不到满意的ARM开发相关人才, 与之矛盾的就是现在很多电子类高校毕业生就业十分困难, 其根本原因就是因为目前很多高校培养出的学生学非所用, 创新意识薄弱, 实践能力又不强, 所学东西与实际应用严重脱节。造成这一原因其实与高校的培养模式分不开的, 具体体现在如下几个方面:
(一) 学生对实验教学不够重视
因为随着我国高等教育制度不断改革, 人才需求的不断变化, 社会对高校学生的要求已经从单纯的掌握理论知识向具有较强的动手能力和综合技能转变。所以为了确保高校毕业生能够快速适应社会发展的需求, 高校必须加强学生动手能力和实践能力的培养。而培养学生的动手能力和实践能力, 实验教学首当其冲, 但是部分学生对实验教学不敢兴趣, 认为只要掌握理论部分就行了, 实验教学根本不重要。
(二) 实验硬件平台价格较高
学习ARM相关课程, 不但要在课堂上进行理论讲解, 还应该将所学理论内容放到实验课程中去检验, 只有这样才能够及时消化和吸收相关内容。相对于其他课程比如说单片机的实验平台, ARM实验平台系列的产品价格是比较高的, 最便宜的开发板都要1千左右。稍微好一点的更贵。所以很多时候在实验教学过程中都会碰到资金不足的问题。
(三) ARM开发课程难度相对较大
ARM系列CPU在硬件资源上比单片机要多很多, 比如I/O引脚数、引脚功能、定时器、外部中断、看门狗、串口等。这也就造成了ARM开发难度要比单片机难很多, 也更复杂。所以学生在学完单片机之后再来学ARM感觉很不适应。碰到问题越多就越没有继续研究下去的动力。这也就造成学生的积极性不断下降。
二、教学改革目标
本次教改是以互联网+时代下先进的教学改革理念为核心, 针对目前该门课程所存在的主要问题, 制定出合理的教改方案, 主要体现在以下4个方面:
(一) 实验教学内容方面
因为之前都没有一本特别好的实验教材, 学生在学习的过程中总感觉少了一点什么东西一样, 举步维艰, 所以本次教改需要编写一部好的实验教材, 该教材必须囊括学生在做实验时所涉及到的所有知识, 还要求所有知识必须思路清晰, 重点明确。
(二) 实验教学硬件平台方面
学习嵌入式相关知识, 如果没有相应的硬件平台供学生动手练习, 那肯定是学不好的, 以前传统的硬件平台都是直接从公司购买的成品, 这就存在两方面的问题:一是成本太高, 因为成品的学习平台包含了很多模块, 有些我们在实验教学过程中根本用不到, 这样就造成了资源浪费;二是维修费用贵, 成品的硬件平台维修的话都需要返回该公司, 器件更换花销非常大。综上两点会发现成品的硬件平台不适用于实验教学, 所以本次教改还需要开发出一款性价比很高的专用于教学的硬件平台供学生使用。
(三) 实验教学成果方面
传统的实验教学就是要求学生每节课完成一个实验内容, 这样就会导致每节课所学的东西比较独立, 没有系统性, 这就体现不出所要求的重点培养学生的工程实践能力。本次教改主要是以工程的形式让学生去完成每次实验内容, 那么每次课学到的内容最终就可以组成一个较大的系统, 这样就有助于帮助学生理清知识结构, 掌握知识核心。
(四) 实验教学课堂模式方面
传统实验教学的课堂模式是每个学生作为独立的个体去完成实验内容, 老师也是以单个学生实验完成情况作为成绩的考核, 这样不能够培养学生的团队协作能力, 导致学生学习上升空间就很有限, 本次教改目的就是要颠覆传统教学模式, 让多个学生一起形成一个小的团队去完成每一个小项目, 这样学生思考问题的积极性就会得到很大的提高。
三、教学改革实施
在教学改革目标中需要解决4方面的问题, 其中最重要的就是编写实验教材, 、设计教学用的硬件平台以及课堂教学模式的改革, 下面重点介绍这三部分内容的教改情况。
(一) ARM实验教材的编写
本次教改所编写的教材分为14章节, 每一章节重点知识以问题的方式引出, 然后学生就可以根据问题去寻找答案, 这样既将重点内容凸显出来, 又可以引起学生的注意, 同时能够激发出学生解决问题的兴趣。14章节内容主要又可以分为3部分, 分别是ARM微处理器概述、ARM微处理器汇编已经ARM微处理器模块功能的学习。
(二) ARM硬件平台的设计
除了有一本好的实验教材外, 还需要有一个好的硬件平台, 这样学生学习起来才能够毫无压力, 传统的硬件平台是买的成品, 不适用, 既要节约成本又要满足实验教学, 只有自己动手设计, 本次教改设计出了一款性价比很高的硬件平台, 当然仅供教学用, 该教学平台包含了LED模块、按键模块、复位模块、电机控制模块、AD转换模块、LCD模块、JTAG模块、UART模块、IIC模块等。每一个模块都已经经过验证电路无误, 而且工作很稳定, 硬件平台成果展示如图1:
(三) 课堂模式改革
ARM实验教学要求将老师讲授和学生项目实践相结合, 将“做中学”的核心思想贯穿整个教学过程中, 学生3～4人为一小组, 开始阶段需要完成一些基础类的小项目, 后期为综合性实训项目, 最后由学生自主设计一个综合性项目作为期末考察的项目。教学过程中要求老师要实时跟进, 随时掌握每一组学生项目的完成情况, 及时给学生做相关引导。学生最终期末成绩以所有项目完成情况做一个综合评定, 包括平时课堂表现, 作品实物展示成果, 实验报告的书写, 期末最终的PPT答辩等, 老师通过综合评判给出成绩, 保证成绩能够真实的反应学生的工程实践能力、技术文档写作能力、口头表达及人际交流能力。
通过本次教学改革, 可以激发学生的学习兴趣, 给学生提供更多动手实践的机会, 让学生边做边学, 经过多个项目的训练, 培养出较强的实践能力, 为今后的就业打下坚实的基础。
四、结束语
对嵌入式技术人才培养需要结合市场需求、教学资源、学生的实际情况等, 对教学内容的改革一定得切合实际, 勿好高骛远。本次教改内容可以很好的帮助学生在ARM微处理器学习过程中游刃有余, 不仅可以让学生掌握ARM相关知识, 还可以培养学生的创新能力、实践能力以及学生的团队写作能力, 并且弥补了传统教学方面的不足, 大大的提高了课堂效率和教学质量。
摘要：随着半导体技术的发展及数字化产品的普及, 嵌入式技术成为当今信息发展的主流技术, 高校以8位单片机为核心的传统嵌入式系统教学体系已不适应社会对嵌入式开发人才的需求, 随着32位ARM微处理器的出现, 嵌入式系统在通信、自动化控制、家电和军事等领域应用得到迅猛发展。本文分析了当前ARM微处理器基础课程实验教学的特点及问题, 并基于互联网+对该课程进行教学改革, 明确课程目标, 并采用教师讲授和学生项目实践相结合的教学方式, 将实践环节融入课堂教学, 重点培养学生动手实践能力。
关键词：ARM微处理器,嵌入式系统,互联网+,教学改革
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