穆莉莉 張新 楊洪濤

摘要： 本文針對測控專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系實(shí)踐教學(xué)中存在的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識普遍不足的問題，提出采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法實(shí)施嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)。以實(shí)例探討項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的模式和方法，實(shí)踐表明，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法能將測控專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，可大大提高學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革

1.引言

嵌入式系統(tǒng)是以微控制器為核心，將其嵌入到產(chǎn)品或設(shè)備中以實(shí)現(xiàn)功能數(shù)字化和智能化的系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，覆蓋了消費(fèi)類電子、智能家電、工業(yè)控制、儀器儀表、汽車電子等行業(yè)。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為后PC時(shí)代研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，國家及企業(yè)對嵌入式人才的需求巨大。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為電子信息學(xué)科的一個(gè)新的重要分支，國內(nèi)許多高校已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)課程。

在本科階段如何培養(yǎng)具有專業(yè)工程意識，較強(qiáng)實(shí)踐能力的大學(xué)生是當(dāng)前二十一世紀(jì)高等教育人才培養(yǎng)中的一個(gè)重要研究課題[1]。嵌入式系統(tǒng)課程體系所涉及的知識具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)兩大特點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)模式采用的還是一些重理論、輕實(shí)踐的授課方式，工程背景不強(qiáng)，綜合訓(xùn)練程度不夠，無法培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)踐動(dòng)手能力普遍較弱，使得學(xué)生在課程結(jié)束后面對一個(gè)實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)問題，仍然無從下手。針對上述問題，本文結(jié)合嵌入式系統(tǒng)課程體系的特點(diǎn)，從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的角度，提出采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法對嵌入式系統(tǒng)課程體系進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革[2]。

2.嵌入式課程體系內(nèi)容

將本專業(yè)或跨專業(yè)培養(yǎng)方案中若干門在知識、方法、問題等方面有邏輯聯(lián)系的課程加以整合而形成的課程體系，因而課程體系所含的各門課程應(yīng)具有相關(guān)性和整合性[2]。本科階段的課程體系既要重視基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，又要重視實(shí)踐性[3]。嵌入式系統(tǒng)課程體系包括專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課及實(shí)踐課，其中基礎(chǔ)課程包括《電路》、《模擬電路》、《數(shù)字電路》、《C語言基礎(chǔ)》、《傳感器技術(shù)》、《電子線路CAD-PROTEL》等；核心課程包括《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《ARM嵌入式系統(tǒng)原理》、《微機(jī)原理》等；實(shí)踐課包括核心課程的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等?？梢姡度胧较到y(tǒng)課程體系綜合性強(qiáng)，涉及的知識面廣，實(shí)踐性強(qiáng)，因此在實(shí)踐教學(xué)的時(shí)候必須將這些課程有機(jī)地組合在一起，綜合應(yīng)用，從而融會貫通[4]。

3.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的特點(diǎn)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)是一種建立在教學(xué)理論基礎(chǔ)上的實(shí)踐教學(xué)新方法，它是以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過程中由教師充當(dāng)導(dǎo)師的角色，利用老師科研課題、各類創(chuàng)新課題或競賽項(xiàng)目同時(shí)具有嵌入式系統(tǒng)代表性的題目對學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識進(jìn)行鞏固的目的[5]。在這種模式中，學(xué)生是知識的主動(dòng)建構(gòu)者；教師是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”能更大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生的工程思維能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4.單片機(jī)課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)的實(shí)施

4.1實(shí)施方法

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，一般由3人組成1個(gè)團(tuán)隊(duì)，由教師下達(dá)統(tǒng)一的任務(wù)書，每人分工各有側(cè)重，如分別負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)搭建與調(diào)試等部分。實(shí)施過程中，要求團(tuán)隊(duì)成員通力協(xié)作，最終形成一套完整的裝置。項(xiàng)目選題是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)重要的研究內(nèi)容之一，應(yīng)滿足應(yīng)用性、趣味性和啟發(fā)性的要求，精選適合學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練的若干具體實(shí)際工程項(xiàng)目，例如2011年的實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目為：激光自動(dòng)循跡智能車、鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)、智能超聲波測距系統(tǒng)、智能門窗防盜應(yīng)用系統(tǒng)、火車站臺警戒線警示應(yīng)用系統(tǒng)、滾動(dòng)電梯節(jié)能控制系統(tǒng)、商場客流量導(dǎo)購系統(tǒng)、單片機(jī)MP3系統(tǒng)。

通過解決具體工作任務(wù)，經(jīng)歷嵌入式系統(tǒng)開發(fā)必需的幾個(gè)典型工作過程：設(shè)計(jì)要求分析、解決方案、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試、PCB設(shè)計(jì)、軟硬件聯(lián)調(diào)、撰寫設(shè)計(jì)任務(wù)書、項(xiàng)目驗(yàn)收答辯等。

4.2項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法案例

在實(shí)踐教學(xué)中，選擇“激光自動(dòng)循跡智能車”作為訓(xùn)練項(xiàng)目是切實(shí)可行的。智能車的組成包括：機(jī)械和控制兩大組成部分。其中機(jī)械部分包括激光傳感器的支架設(shè)計(jì)、電路板的支架設(shè)計(jì)、舵機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等；控制部分包括轉(zhuǎn)向控制、驅(qū)動(dòng)控制、無線通信等，跑道有直線、直角彎、蛇形彎，智能車可通過安裝在車身上的激光組自動(dòng)識別跑道上的黑線，確定自身位置，然后調(diào)整轉(zhuǎn)向和速度，不偏離跑道以最快速度跑完全程。該項(xiàng)目的控制系統(tǒng)以MC9S12G單片機(jī)為核心[6]，[7]，設(shè)計(jì)將涉及“電子技術(shù)”、“傳感與測試技術(shù)”、“自動(dòng)控制基礎(chǔ)”、“微機(jī)原理與應(yīng)用”、“計(jì)算機(jī)接口技術(shù)”等課程知識。該項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)多門課程知識的有機(jī)融合，可以給學(xué)生提供較大的發(fā)揮空間。

智能車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，硬件設(shè)計(jì)主要包括：①主控板；②用于識別跑道的激光傳感器模塊；③控制智能車轉(zhuǎn)向的舵機(jī)模塊；④控制智能車速度的電機(jī)控制模塊；⑤鍵盤和液晶顯示器的人機(jī)交互模塊；⑥智能車與計(jì)算機(jī)通信的無線發(fā)射模塊。

圖1智能車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

總控軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，如圖2所示。主程序系統(tǒng)初始化后，執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，然后反復(fù)運(yùn)行液晶顯示程序，當(dāng)2ms、4ms、6ms定時(shí)程序到時(shí)，則進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序。

圖2軟件設(shè)計(jì)原理框圖

經(jīng)過學(xué)生和老師的共同努力，該項(xiàng)目已在09級學(xué)生中完成車模機(jī)械制作、電路板設(shè)計(jì)及制作、軟件開發(fā)、順利調(diào)試通過。圖3為已調(diào)試成功的實(shí)物裝置。

圖3智能車實(shí)物圖

5.教學(xué)效果

“興趣激發(fā)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、實(shí)踐教學(xué)”，讓學(xué)生親自動(dòng)手完成工程領(lǐng)域的具體項(xiàng)目，最終完成產(chǎn)品開發(fā)的全過程，使學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)施促進(jìn)對理論知識的掌握，并融會貫通，提高工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法最大的優(yōu)勢。經(jīng)過近年來的研究與實(shí)踐，我校測控專業(yè)學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)取得了較好的教學(xué)效果，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到大幅度提高，表現(xiàn)在學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和協(xié)調(diào)能力等的全方面提高。測控專業(yè)的學(xué)生從2011年起組隊(duì)參加“飛思卡爾全國智能車競賽”以來取得了二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，三等獎(jiǎng)三項(xiàng)的好成績。

6.結(jié)語

通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法實(shí)施嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革，可全面培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)技術(shù)、個(gè)人與專業(yè)素質(zhì)、人際能力等各個(gè)方面的能力，從而培養(yǎng)出本科層次的具備終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)測控及機(jī)電專業(yè)應(yīng)用和開發(fā)人才。

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安徽理工大學(xué)重點(diǎn)教研項(xiàng)目資助（2012jyxm）。