機(jī)器人方向的嵌入式系統(tǒng)課程有自己的教學(xué)方法,下面小編就為大家?guī)砹藱C(jī)器人方向嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法,感興趣的朋友可以看一看哦!
摘要:在很多高校,嵌入式系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)、電子等工科專業(yè)的必修課之一。該課程在教學(xué)內(nèi)容上差別不大,沒有明顯特色。本文分析了嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的一些明顯問題,針對(duì)應(yīng)用型本科院校的機(jī)器人方向,提出了一些針對(duì)性建議。通過在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)和實(shí)踐,總體教學(xué)效果良好。
一、引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,嵌入式技術(shù)如今也飛速提升,目前已普遍應(yīng)用于工業(yè)控制、電子通信、醫(yī)療設(shè)備、智能家電等多個(gè)領(lǐng)域,成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。各大高校也普遍開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程,以適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。但目前的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)普遍存在一些問題,很多學(xué)生在學(xué)過這門課畢業(yè)后,還是很難快速適應(yīng)行業(yè)需求,需要重新摸索學(xué)習(xí)。因此這門課程還有很多地方需要改進(jìn)提高。本文分析了目前教學(xué)中存在的一些問題,針對(duì)應(yīng)用型本科院校的機(jī)器人方向,提出了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)建議,并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用,取得了一定的效果。
二、嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題
在應(yīng)用型本科院校中,計(jì)算機(jī)、電子等專業(yè)基本都在高年級(jí)開始了嵌入式系統(tǒng)課程,并且是作為一門重要的專業(yè)課程。機(jī)器人方向通常是隸屬于計(jì)算機(jī)專業(yè)下的一個(gè)發(fā)展方向,這門課程是非常重要的專業(yè)必修課,其針對(duì)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。但嵌入式系統(tǒng)這門課程的教學(xué)很多都流于形式,學(xué)生學(xué)后還是云里霧里,不知道所學(xué)有何用處,因此這門課程的教學(xué)還是有諸多問題的。
(一)教學(xué)方式過于傳統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)不同于以往簡(jiǎn)單的硬件開發(fā)或軟件開發(fā),它是軟件和硬件技術(shù)的緊密結(jié)合,涵蓋多學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域,如電子電路設(shè)計(jì)、硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件編程等[1]。因此,嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)與傳統(tǒng)專業(yè)課教學(xué)也有明顯不同之處,其他專業(yè)課例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等通常側(cè)重于某一方面的專業(yè)知識(shí),教學(xué)時(shí)可以充分詳細(xì)地介紹課程中的各種細(xì)節(jié)知識(shí),并能很好地連貫綜合,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)也能很好地理解所學(xué)的知識(shí)。而嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性很強(qiáng)的課程,囊括了方方面面的專業(yè)知識(shí),一旦學(xué)生欠缺某方面的知識(shí)點(diǎn),在學(xué)習(xí)時(shí)就會(huì)非常困難。由于嵌入式系統(tǒng)包括的內(nèi)容太多,而課時(shí)有限,所以傳統(tǒng)的教學(xué)通常是將每個(gè)主要的知識(shí)點(diǎn)都講到,但都不能太精,各個(gè)部分不太容易連貫在一起,基本變成一門綜述性課程,使得學(xué)生學(xué)后還是不太清楚學(xué)了些什么。
(二)師資力量缺乏
目前高校里的嵌入式系統(tǒng)課程教師普遍學(xué)歷較高,也具有較強(qiáng)的教學(xué)能力和科研能力,可以很好地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)。但嵌入式系統(tǒng)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí),還需要大量的實(shí)踐操作,但目前的高校教師很少有企業(yè)實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn),教學(xué)普遍以課堂講授為主,只有理論講解,沒有實(shí)踐操作。很多高校在實(shí)踐環(huán)節(jié)使用集成實(shí)驗(yàn)箱開展教學(xué),學(xué)生只需要按照接線圖簡(jiǎn)單地連接電路并下載例程,就可以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),不能充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力[2]。實(shí)驗(yàn)箱有助于學(xué)習(xí)原理,但始終在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),學(xué)生還是無法掌握開發(fā)的要領(lǐng),學(xué)習(xí)也就變得枯燥乏味。很多學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作,由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師指導(dǎo)開發(fā),往往一個(gè)月比在學(xué)校里學(xué)一個(gè)學(xué)期的東西還要實(shí)用。因此高校教師,尤其是應(yīng)用型本科院校的教師,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還有待提高。
(三)不能完全符合行業(yè)需求
嵌入式系統(tǒng)被應(yīng)用在很多產(chǎn)品上,種類繁多。近年來,從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工作也非常熱門。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)包括硬件設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)定制和移植等多方面工作,對(duì)于剛從學(xué)校畢業(yè)從事這方面工作的學(xué)生來說,主要側(cè)重從事嵌入式應(yīng)用開發(fā)等相對(duì)上手容易的部分,其他難度較大的開發(fā)工作通常涉及較少,而學(xué)校里的學(xué)習(xí)需要各方面兼顧,側(cè)重較深的原理學(xué)習(xí),對(duì)開發(fā)方面的學(xué)習(xí)并不是重點(diǎn),即使學(xué)習(xí),很多也有些過時(shí),不一定能完全跟上企業(yè)需求,因此學(xué)生在參加工作后還需要學(xué)習(xí)各種新的開發(fā)工具、開發(fā)方法等知識(shí),學(xué)校里學(xué)習(xí)的內(nèi)容用處不大,使得這門課形如雞肋。
三、應(yīng)用型本科嵌入式系統(tǒng)課程改進(jìn)建議
針對(duì)應(yīng)用型本科院校目前嵌入型系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題,提出一些適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)建議,以盡可能幫助解決這些教學(xué)問題。
(一)改進(jìn)教學(xué)方法,拓展教材內(nèi)容,改革考核方式
嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是軟、硬件結(jié)合,面向應(yīng)用;嵌入性、專用性和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素[3]。“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是一門綜合性、實(shí)踐性以及應(yīng)用性都較強(qiáng)的專業(yè)任選課,必須通過課程實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目開發(fā)、科技競(jìng)賽等環(huán)節(jié)進(jìn)一步加深對(duì)課堂理論內(nèi)容的理解,才能將理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)地融合起來[4]。因此,嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)不應(yīng)只局限于理論課和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課,最好能形成開放式教學(xué),將具體的產(chǎn)品開發(fā)融入到教學(xué)中,例如一個(gè)學(xué)期安排學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整的小型嵌入式設(shè)備,從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā),都讓學(xué)生參與進(jìn)去。每個(gè)環(huán)節(jié)的理論知識(shí)在課堂上講授,每學(xué)一個(gè)知識(shí)點(diǎn),就安排適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)課時(shí),讓學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)不應(yīng)只局限于實(shí)驗(yàn)箱,可以從最基本的開發(fā)板做起,然后由學(xué)生自己在上面設(shè)計(jì)出所需要的各個(gè)功能。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)開放給學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí),這樣可以調(diào)動(dòng)起學(xué)生的興趣和積極性。此外,還要鼓勵(lì)和帶領(lǐng)學(xué)生多參加嵌入式相關(guān)的競(jìng)賽,例如智能車比賽、機(jī)器人大賽等,在實(shí)際應(yīng)用中讓學(xué)生主動(dòng)自學(xué),這樣通?梢允盏绞掳牍Ρ兜男Ч。教材可以選擇一本理論教材,同時(shí)配套一兩本實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)教材,老師也可以根據(jù)需要自己增加教學(xué)內(nèi)容,不應(yīng)只局限于一本書,重在實(shí)用性。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能不斷看到成果,就會(huì)增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。嵌入式系統(tǒng)課程的考核不應(yīng)只是看理論課考試成績(jī),實(shí)驗(yàn)考核也必不可少,而且實(shí)驗(yàn)考核不應(yīng)流于形式,最好通過具體的設(shè)計(jì)成果來評(píng)判學(xué)生的開發(fā)能力。
(二)加強(qiáng)師資力量,拓展教師培訓(xùn)
高校教師多數(shù)來自高校,一直在高校中從事學(xué)習(xí)和研究,雖然學(xué)歷很高,但因缺少企業(yè)工作經(jīng)歷,實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)通常不足,因此教學(xué)也多側(cè)重理論和傳統(tǒng)教學(xué)方式,對(duì)于具體的產(chǎn)品開發(fā),教師自己很多都無法完成,更不用提指導(dǎo)學(xué)生完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)了。因此,嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)通常都比較枯燥乏味。這就需要學(xué)校能盡可能多地安排教師參加嵌入式相關(guān)的拓展學(xué)校,雖然目前高校中也有各自培訓(xùn),但都不夠?qū)嶋H,如果能安排教師直接到企業(yè)中參加一段時(shí)間的開發(fā)工作,必定會(huì)受益匪淺,在指導(dǎo)學(xué)生方面也可以有一定的提升。
(三)面向?qū)嶋H應(yīng)用,與行業(yè)接軌
對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生,所學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重應(yīng)用。因此,在學(xué)習(xí)開發(fā)過程中,學(xué)生所學(xué)也要有側(cè)重點(diǎn),教師可以幫助學(xué)生完成像操作系統(tǒng)定制移植等難度較大的工作,將大致原理和操作流程講授給學(xué)生,在此基礎(chǔ)上,由學(xué)生自己去完成具體的應(yīng)用功能設(shè)計(jì)。在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中,要了解當(dāng)前社會(huì)行業(yè)的需求,讓學(xué)生能學(xué)到最新最有用的知識(shí)。學(xué)生也會(huì)更有興趣。
四、機(jī)器人方向嵌入式系統(tǒng)課程的改進(jìn)
針對(duì)機(jī)器人方向較強(qiáng)的實(shí)踐性,我院為嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行了如下改進(jìn)措施:首先,在新的人才培養(yǎng)方案中將嵌入式系統(tǒng)課程和單片機(jī)課程相結(jié)合,開設(shè)一門新的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程。該課程將以當(dāng)前最流行的STM32處理器為教學(xué)主體,減少傳統(tǒng)的8位和16位單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容。STM32處理器是為嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的。該處理器基于ARMCortex-M3內(nèi)核,具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn),目前在市場(chǎng)上具有非常廣泛的應(yīng)用。該課程的實(shí)驗(yàn)不是在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行,而是結(jié)合實(shí)際的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行操作,機(jī)器人也是采用STM32處理器為核心。將嵌入式和機(jī)器人相結(jié)合,可以極大地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。其次,與競(jìng)賽相結(jié)合。最近兩年學(xué)院組織學(xué)生參加了多次機(jī)器人相關(guān)的競(jìng)賽,包括機(jī)器人智能搬運(yùn)比賽、機(jī)器人擂臺(tái)對(duì)抗賽、機(jī)器人搬運(yùn)碼垛比賽、機(jī)器人滅火和救援比賽等。競(jìng)賽時(shí)設(shè)計(jì)的機(jī)器人大多數(shù)都是基于STM32處理器,學(xué)生需要了解機(jī)器人的硬件架構(gòu),熟悉軟件開發(fā)平臺(tái),并能進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和程序編寫。從硬件組裝到程序設(shè)計(jì)、編寫和調(diào)試,都要用到嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)過程中的相關(guān)技術(shù)。老師在競(jìng)賽準(zhǔn)備階段全程陪同學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究,遇到問題和學(xué)院一起調(diào)試解決,整個(gè)競(jìng)賽準(zhǔn)備工作就是對(duì)嵌入式系統(tǒng)知識(shí)的很好應(yīng)用。學(xué)生對(duì)比賽興趣濃厚,經(jīng)常廢寢忘食地調(diào)試機(jī)器人。通過參加競(jìng)賽,學(xué)生既取得了成果,又學(xué)到了很多嵌入式方面的專業(yè)知識(shí),對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)效果是一次很好的檢驗(yàn)。此外,學(xué)院還鼓勵(lì)學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,機(jī)器人方向的學(xué)生一大半都參與了項(xiàng)目申報(bào),申報(bào)題目都與機(jī)器人相關(guān),諸如輪式碼垛機(jī)器人、智能避障機(jī)器人等,學(xué)生在準(zhǔn)備項(xiàng)目的過程中,將嵌入式系統(tǒng)知識(shí)最大化地融入到自己的項(xiàng)目當(dāng)中。我院2018屆學(xué)生的準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)階段,將選題和項(xiàng)目掛鉤,畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基本都是和機(jī)器人設(shè)計(jì)相關(guān)的題目,在具體設(shè)計(jì)階段,需要結(jié)合大量嵌入式開發(fā)技術(shù)進(jìn)行機(jī)器人功能模塊設(shè)計(jì)?傊ㄟ^多方面的結(jié)合,學(xué)生在平時(shí)實(shí)驗(yàn)、參加競(jìng)賽、參與項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,都充分應(yīng)用了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)知識(shí),嵌入式系統(tǒng)課程也可以和機(jī)器人技術(shù)完美結(jié)合。學(xué)生既有興趣,也能學(xué)到有用的東西。五、小結(jié)針對(duì)目前應(yīng)用型本科院校中嵌入式系統(tǒng)課程存在的問題,本文提出一些粗淺的改進(jìn)建議,并在機(jī)器人方向的教學(xué)中進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn),學(xué)生普遍對(duì)該課程提高了興趣,并覺得這門課非常重要。希望這些建議對(duì)這門課程的教學(xué)有所幫助,也使得學(xué)生在將來的學(xué)習(xí)中可以學(xué)到更多有用的知識(shí),使這門課程變得更實(shí)用。
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