陳衛(wèi)兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業(yè)大學(xué)計算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412008)

嵌入式移動通信實踐教學(xué)初探

陳衛(wèi)兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業(yè)大學(xué)計算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412008)

隨著移動互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，移動通信設(shè)備已經(jīng)非常普及，移動通信課程已經(jīng)在很多高校開設(shè)。針對用移動通信試驗箱開設(shè)移動通信實驗的不足，從創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，探索移動通信實驗課程教學(xué)中存在的問題，提出了將嵌入式加入到移動通信實驗課程教學(xué)中，提高學(xué)生興趣。實踐證明，嵌入式移動通信實驗教學(xué)方法能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，化解課程教學(xué)難點，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力。

嵌入式技術(shù);移動通信;創(chuàng)新能力

具有實踐經(jīng)驗的大學(xué)生走上社會比較受歡迎，因此，很多理工科院校都把實踐教學(xué)作為大學(xué)教育中一個非常重要的環(huán)節(jié)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)一般采用團(tuán)隊合作方式，能提高學(xué)生多方面的能力，比如:團(tuán)隊協(xié)作能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和搜集資料能力等［1，2］。但是傳統(tǒng)實驗方法一般采用“填鴨式”教學(xué)，老師在課堂上講解實驗原理，然后再講實驗方法并認(rèn)真示范，學(xué)生只需按照老師示范的步驟照做就行，學(xué)生很難真正理解實驗所涉及知識和技術(shù)內(nèi)涵。同時實驗技術(shù)也稍顯落后，不能適應(yīng)社會發(fā)展的要求，跟不上新技術(shù)發(fā)展的步伐。因此，本科院校實驗教學(xué)改革勢在必行。

一 傳統(tǒng)移動通信實驗內(nèi)容和教學(xué)方法的不足

傳統(tǒng)的移動通信實驗通常采用專用的實驗箱來完成，一般都是一些規(guī)定的實驗，實現(xiàn)一些簡單的功能，如:移動通信的工作方式，頻分多址，時分多址，空中接口信令，有線接口信令等。上述實驗內(nèi)容雖然按照由易到難的順序安排，但功能單一，難以在學(xué)生腦海中形成移動通信系統(tǒng)的概念，跟不上現(xiàn)代移動通信的發(fā)展，對學(xué)生繼續(xù)從事移動通信工作幫助甚微。而且這些實驗內(nèi)容很難組合和設(shè)計一些綜合性和大型性的實驗，僅僅能驗證一些以前在理論課學(xué)習(xí)過的知識。顯然，這對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常不利的。沒有大型的綜合性、設(shè)計性實驗就使學(xué)生失去了實際認(rèn)識移動通信系統(tǒng)的機(jī)會，導(dǎo)致移動通信的理論和實踐脫節(jié)，不利于對移動通信系統(tǒng)的深入理解和掌握。

教學(xué)方法是實驗教學(xué)中另一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)中，老師承擔(dān)了實驗教學(xué)中的大部分工作，如:在實驗課堂上講解實驗原理和實驗方法、試驗示范等。學(xué)生只需按照老師示范的步驟照做就行，這樣導(dǎo)致學(xué)生根本不理解實驗到底要達(dá)到一個什么目的，只是重復(fù)老師做過的方法，得到一個基本正確的實驗結(jié)果就可以了。特別是接口信令的實驗，只需要觀測一些測量點的波形，對過程的理解很不全面，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力了。顯然，這不符合現(xiàn)代教育精神的精髓，不符合現(xiàn)代化建設(shè)對具備較高綜合素質(zhì)人才的要求。

二 嵌入式技術(shù)和移動通信

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)備中以實現(xiàn)其功能數(shù)字化和智能化的系統(tǒng)［3］。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，發(fā)展也非常迅猛，嵌入式設(shè)備已經(jīng)滲透到我們大家生活的很多方面，特別是移動通信設(shè)備，如IPHONE、基于 Android操作系統(tǒng)的 HTC、Samsung手機(jī)［4］，因此嵌入式和移動通信兩者具有天然的聯(lián)系，只是高校教學(xué)中人為的將兩者分開了。嵌入式系統(tǒng)是專用的計算機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)也是一個專用的計算機(jī)系統(tǒng)，很多移動通信系統(tǒng)都是采用嵌入式開發(fā)的，因此，選擇基于嵌入式技術(shù)來改革移動通信實驗教學(xué)有比較多的好處。首先，現(xiàn)在的嵌入式手機(jī)屬于移動通信的一個主要發(fā)展方向，代表了移動通信發(fā)展的方向—智能手機(jī)時代的來臨。另外，社會上對嵌入式移動通信設(shè)備開發(fā)人才的需求急劇增加，好的就業(yè)前景可以提高學(xué)生實用的嵌入式通信技術(shù)的熱情和興趣。其次，通過對基于嵌入式移動通信系統(tǒng)的實驗設(shè)計和實現(xiàn)，學(xué)生可以實際了解和設(shè)計移動通信系統(tǒng)，加深了對移動通信專業(yè)知識和移動通信系統(tǒng)的了解，傳統(tǒng)移動通信實驗環(huán)境明顯無法達(dá)到這些要求。

三 嵌入式移動通信的實驗內(nèi)容

為了實現(xiàn)嵌入式技術(shù)改革移動通信實驗教學(xué)的目的，在實驗平臺的選擇上有必要考慮有嵌入式開發(fā)功能的移動通信實驗平臺。經(jīng)過對眾多實驗平臺的對比分析，選擇了南京恒盾科技有限公司的含ARM、FPGA、GPRS/CDMA、交換接口、傳感器等可以自主進(jìn)行二次開發(fā)的HD－YDIV型實驗系統(tǒng)。采用ADS1．2作為開發(fā)軟件，操作系統(tǒng)根據(jù)實驗內(nèi)容分別選擇uC/OSII和uCLinux。

由于移動通信實驗僅僅10個學(xué)時，基本上采用恒盾科技提供的實驗項目進(jìn)行，5個必做實驗(頻分多址，時分多址，碼分多址，移動信令實驗，GSM組網(wǎng)實驗)。實驗結(jié)果證明，學(xué)生對實驗的熱情并沒有提高，實驗教學(xué)效果的改善不明顯，主要問題如下:

1．5個實驗導(dǎo)致實驗內(nèi)容限定太死，學(xué)生沒有絲毫的選擇余地。有的學(xué)生對已開實驗中的部分實驗不感興趣，但對其他的未開的實驗內(nèi)容感興趣。還有的就是覺得實驗脫離了實際，覺得組網(wǎng)實驗不應(yīng)該開GSM組網(wǎng)，而應(yīng)該開CDMA組網(wǎng)，這樣才能跟上時代潮流。同時，學(xué)生層次也有不同，有的學(xué)生不能按時完成實驗。

2．由于減少了老師講授的時間，所以學(xué)生對實驗原理的一知半解，造成了學(xué)生雖然按照實驗指導(dǎo)書完成了實驗，但是也僅僅是按照指導(dǎo)書一步步完成，對為什么要這樣做不能理解，實驗失去了它本來的意義。

針對這些問題，接下來的教學(xué)實踐中，移動通信實驗老師對實驗內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，增加了學(xué)生課堂下討論，開設(shè)有一定限度的自由選擇實驗:

3．上實驗課之前，以小組為單位組織學(xué)生進(jìn)行實驗內(nèi)容的討論(小組人數(shù)一般2人，多的3－5人)，了解這個實驗使用了哪些課堂上講述的原理，然后讓學(xué)生對照原理進(jìn)行針對性的復(fù)習(xí)，加深學(xué)生對移動通信原理的理解。同時，在已有實驗器材的基礎(chǔ)上，針對本次實驗的要求，根據(jù)實驗原理做好書面的實驗步驟設(shè)計，也就是實驗預(yù)習(xí)報告。

4．實驗設(shè)計時考慮到學(xué)生層次的不同，將每個實驗內(nèi)容分為基礎(chǔ)部分和附加部分?；A(chǔ)部分比較簡單，要求每位同學(xué)完成。附加部分是基礎(chǔ)部分實驗的延伸，基礎(chǔ)比較好的同學(xué)可以考慮完成這部分實驗。同時，實驗設(shè)計時也考慮到同學(xué)們的不同喜好，每次實驗設(shè)計兩個實驗，同學(xué)可以在兩個實驗中選擇一個，確定以后就認(rèn)真預(yù)習(xí)，吃透實驗原理，設(shè)計好實驗步驟，爭取更好的完成實驗。這樣不同層次、喜好不同的同學(xué)都享受到了實驗的樂趣。

5．把好實驗驗收關(guān)。實驗老師在教授實驗前應(yīng)該熟悉實驗內(nèi)容、目的、步驟和注意事項，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真完成實驗。在對每一小組實驗驗收時，不僅僅要查看實驗結(jié)果，還必須就實驗的關(guān)鍵點對每一名學(xué)生提出不同側(cè)面的問題，如果該學(xué)生能回答出來，說明對實驗?zāi)康?、原理和?nèi)容已經(jīng)基本掌握和理解，達(dá)到了實驗課的預(yù)期目的。同時，也可以要求學(xué)生把實驗中的某一步在指導(dǎo)老師面前重現(xiàn)出來。如果學(xué)生對原理比較熟悉、實驗內(nèi)容了然如心，則應(yīng)該很快可以重復(fù)出來。由于每個實驗設(shè)置了附加部分，對這部分的考評作為附加的獎勵分。為了鼓勵學(xué)生自主設(shè)計和創(chuàng)新實驗，老師應(yīng)對學(xué)生在這方面的工作進(jìn)行鼓勵和加分。經(jīng)過驗證確實很有意義的，應(yīng)該在以后的實驗中推廣并對當(dāng)前實驗進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過實驗室老師的共同討論和后續(xù)的實驗教學(xué)驗證，系統(tǒng)化的嵌入式移動通信實驗內(nèi)容如表1所示。

表1 嵌入式移動通信實驗內(nèi)容

表1中，前面1－3號實驗是驗證性實驗，第4個實驗是一個小綜合，需要用到前面1－3號實驗的內(nèi)容，可以算作是對前面實驗的一個小總結(jié)，最后的第5個實驗需要用到前面1－4號實驗的內(nèi)容，綜合了前面所有的實驗，既可以鞏固前面實踐所學(xué)的知識，又可以形成一個實際的完整移動通信系統(tǒng)。由于每個實驗有附加部分，所有的實驗基礎(chǔ)部分總分只有85分，學(xué)生如果想要得到更好的成績，可以完成附加的部分，這樣可以增加5分。如果想要取得更加優(yōu)秀的成績，可以進(jìn)行自主創(chuàng)新，自主擴(kuò)充實驗內(nèi)容，充分展開自己的奇思妙想來獲得加分，這樣可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

四 教學(xué)方法改革

實踐教學(xué)的目標(biāo)是“夯實理論基礎(chǔ)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”。圍繞這一目標(biāo)，教學(xué)方法上，任課老師應(yīng)選擇切合嵌入式移動通信課程特點、學(xué)生特點和自身特點的教學(xué)方法，體現(xiàn)“學(xué)生為主”的創(chuàng)新型教育、教學(xué)理念。在教學(xué)手段上，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點，通過網(wǎng)絡(luò)組織討論為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

(一)教師引導(dǎo)與學(xué)生自主相結(jié)合

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)是以教師為主，輔導(dǎo)學(xué)生在給定實驗器材上進(jìn)行少量連接進(jìn)行驗證實驗，學(xué)生動手少。這種教學(xué)模式明顯不符合現(xiàn)代化人才培養(yǎng)模式中實驗教學(xué)的發(fā)展要求，特別是不適應(yīng)近幾年國家大力提倡培育創(chuàng)新性領(lǐng)軍人才的需要。隨著實驗教學(xué)改革的不斷深入，驗證型實驗將逐漸減少，綜合型和設(shè)計型將占主導(dǎo)，實驗難度也將逐步提高，但是實驗的趣味性和可見、可視性將增強。學(xué)生在設(shè)計實驗時將遇到越來越多的挑戰(zhàn)，比如有的知識沒有學(xué)，有的原理不清楚，對某些接口的參數(shù)不了解等等。此時網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代科技的發(fā)展可以為學(xué)生的實驗設(shè)計提供巨大的幫助。比如學(xué)生實驗預(yù)習(xí)時遇到問題，老師可以通過網(wǎng)絡(luò)和學(xué)生交流，提出自己的意見引導(dǎo)學(xué)生自主查找資料解決問題。也就是說，科技的進(jìn)步和時代的要求需要更多的具有創(chuàng)新能力和實踐能力的大學(xué)生，這就要求改變“以教師為主，輔導(dǎo)學(xué)生實驗”的教學(xué)模式，采取“以老師引指導(dǎo)為主”的實驗教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生去查資料，相互交流、討論來獲取相關(guān)的知識。同時，加強老師與學(xué)生之間的交流和溝通，引導(dǎo)學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，教學(xué)相長，增加趣味性，使得學(xué)生在一個相對輕松的氛圍中進(jìn)行相關(guān)理論及實驗技能的學(xué)習(xí)，這樣對知識的掌握將更加牢固，實驗教學(xué)水平也自然得到了提高。

前面已經(jīng)提到“把好實驗驗收關(guān)”，其中，原始實驗數(shù)據(jù)的記錄和實驗操作非常關(guān)鍵，這部分占總成績的50%，不參加此環(huán)節(jié)的學(xué)生，此次實驗課沒有成績。在實驗操作中，學(xué)生要親自動手，記錄的數(shù)據(jù)要真實可靠，要培養(yǎng)學(xué)生誠實守信的實驗風(fēng)格。由于多人一起實驗，合理分工和團(tuán)隊合作是實驗完成的基礎(chǔ)。實驗過程中，老師要隨時巡視了解學(xué)生實驗進(jìn)度并給予過程評分。學(xué)生可以自由組合，小實驗2人一組，創(chuàng)新型實驗多人一組，分工協(xié)作共同完成。驗收實驗時，小組成員各自介紹自己的工作，包括工作內(nèi)容、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄，同學(xué)之間相互打分，最后是老師查看實驗原始記錄、提問和評分，如果發(fā)現(xiàn)亂評分現(xiàn)象則對評分同學(xué)的實驗要適當(dāng)扣分，以便培育一種同學(xué)之間公平競爭的學(xué)習(xí)氛圍。

(二)加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是每一個高校對學(xué)生培養(yǎng)的最高目標(biāo)。但創(chuàng)新能力不是憑空得來，需要有牢實基礎(chǔ)，也要有天馬行空的思維。因此，在嵌入式移動通信試驗中，針對某些對移動通信和嵌入式特別感興趣的同學(xué)，成立興趣小組，以興趣小組為單位，以“實例教學(xué)——項目的形式”來指導(dǎo)學(xué)生。每成立一個興趣小組設(shè)一名組長，日常管理由組長負(fù)責(zé)，老師定時對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，在遇到問題時，負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生查資料，自行解決遇到的疑難問題。這樣，對學(xué)生起到很好的鍛煉作用。如果學(xué)生有一些新的創(chuàng)意，可以自行組織一個小組進(jìn)行研究，這時老師僅僅在學(xué)生的研究過程中遇到問題時出來提點一下，提高學(xué)生的自主性和團(tuán)隊管理能力和協(xié)作能力，為以后適用社會做準(zhǔn)備。我們的一個興趣小組現(xiàn)在正在做“自己的月球車”研究，“月球車”技術(shù)涉及到與機(jī)器人相關(guān)的輕型機(jī)械、機(jī)構(gòu)、遙控操作、自主導(dǎo)航、通信和機(jī)械臂等方面，盡管現(xiàn)在還沒有成功，但我們要鼓勵學(xué)生這種探索精神，因為，這是創(chuàng)新性的源頭。

五 結(jié)語

為了適用時代發(fā)展以及國家培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的需要，開展高校教學(xué)改革是非常必要的。嵌入式移動通信實驗課程教學(xué)改革已經(jīng)開始在我校實施并已取得初步成果。已經(jīng)進(jìn)行的教學(xué)實踐表明，學(xué)生的創(chuàng)新意識加強，創(chuàng)新能力明顯提升，實驗積極性和實踐能力得以大大提高。很多創(chuàng)新實驗室興趣小組的學(xué)生到了華為、中興和阿爾卡特－朗訊工作。

［1］劉書勇，武俊鵬，張國?。谇度胧郊夹g(shù)的計算機(jī)接口實驗課教學(xué)改革［J］．計算機(jī)教育，2009(8)．

［2］李文生，鄧春健，呂 燚．案例驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革探索［J］．計算機(jī)教育，2011(2)．

［3］鄧春健，李文生，楊 亮．“ARM嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)方法研究［J］．計算機(jī)教育，2010(3)．

［4］張笑燕宋茂強．創(chuàng)新實踐教學(xué)體系 培養(yǎng)工程化實用型通信軟件人才［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2011(4)．

G642．4

A

1674－5884(2012)01－0117－03

2011－11－02

湖南工業(yè)大學(xué)2011校級教改課題資助項目(2011D57)

陳衛(wèi)兵(1966－)，男，湖南湘潭人，副教授，博士，主要從事微電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和移動通信技術(shù)研究。

(責(zé)任編校 許中堅)