《地方应用型本科院校嵌入式系统原理和设计微课程设计》
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摘 要：嵌入式系统是一个交叉学科,涉及到计算机科学、电子科学、通信和控制学科,存在知识点众多、内容庞杂的问题.如何提高学生的嵌入式工程实践能力和设计能力,以适应嵌入式行业要求,是嵌入式系统教学面临的新课题.文中探讨了微课的设计原则和优势,结合嵌入式系统的特点,将微课用于嵌入式系统教学,解决现有嵌入式教学存在的问题.以提升学生工程实践能力为目的,对此类课程的微课设计与教学进行改革,做了有益的探索与实践.
关键词：嵌入式行业;嵌入式技术;指导原则;微课设计;工程实践;交叉学科
中图分类号：TP317文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）01-0-03
0 引 言
目前,嵌入式产业在各个国家得到了迅猛发展.嵌入式系统正不断地渗透到汽车、通信、消费电子、医疗和军事等各个行业.这些行业对智能化设备的需动了嵌入式系统的快速发展,成为促进这些产业快速发展的中坚力量.嵌入式技术已经成为工业产品数字化改造、智能化增值的关键性、最核心技术.嵌入式产业已成为当前最受欢迎和最有发展前景的产业之一.同时,嵌入式开发工程师在IT领域供不应求,具有突出的优势.为了满足市场对嵌入式开发人才的需求,国内高校专业学科建设和嵌入式教学改革的步伐越来越快,嵌入式及相关专业在高校的普及和发展达到了前所未有的速度.然而,目前大多数高校仍沿用传统的嵌入式人才培养模式,学生的工程能力与市场需求严重脱节,无法满足市场需求.需要积极探索运用新方法对嵌入式系统教学进行改革,旨在提高学生的工程实践能力.
微课程是指通过精心的信息化教学设计,以流媒体的形式,使学习者的自主学习获得最佳学习效果的一种短而完整的教学活动[1].微课程的形式为自主学习,目的是达到最好的学习效果.采用精心化和信息化教学设计,形式为流媒体,知识点或教学环节为其核心内容,播放时间短,但其实质为一个完整的教学活动.因此,对于教师来说,最重要的是要从学生的角度做微课,而不是从教师的角度,这体现以学生为本的教学理念.
微课必须做到“简、短、用、新”：既要简明、有针对性,又要言之有物,还要对用户产生足够的吸引力.微课内容精炼、学习方便、制作周期短,应时而需,敏捷、新鲜,又能针对特定应用场景,成为人们在传统学习外的一种重要补充.
1 设计和制作微课的基本指导原则
虽然评价一节“微课”的标准尺度不一样,但是一般来说,可以从选题、设计、呈现、技术、效果几方面去评价微课.这涉及到：选题要有针对性,内容设计要科学合理,内容呈现要生动有趣,设计制作声音和图像展现清晰,应用效果是否让人豁然开朗、学得通透.总之,微课必须要集中体现“以学为本,以学生为主体”的理念.要做“学生喜欢的微课”,是一种强调“用户体验设计”的理念.
设计和制作做好微课除了技术手段,还需注意以下几点[2].
（1）内容必须科学正确.微课程要提供高质量的学习内容,必须遵守学科规律,使内容科学准确,不能因为内容的规模和形式小而放弃内容的科学性.
（2）专注于一个知识点.由于微课程的内容具有精细化、教学内容聚焦度高的特点,可以更好地体现微课的价值.因此,最好坚持“一个微课,就讲透一个点”.
（3）合理控制视频时间.根据edx的大数据统计,不管视频有多长,观众的实际观看时间都不超过6 min,而视频则持续6～9 min,这是一个拐点.对于较长的视频,观众的观看时间实际上不到6 min.因此,建议微课堂的时间控制在5～8 min内.
（4）设计好导学.“照本宣科”的做法并不是呈现微课内容的最佳方式.只有在微课中设计出引人入胜的导学,才能吸引人,激发学习者学习的积极性.一节微课导入的常用方法有设置问题导入、情境导入、实验导入、故事导入、复习导入等.
（5）微课程内容要突出重点.特别是要把关键的概念、技巧和步骤讲清楚.简单的内容可以简单扼要讲,但重点和难点需要停下来详细讲.讲解一个重要的概念,要明确如何讲清楚它;在关键和核心技能的教学中,要循序渐进地示范;在解疑解惑的教学中,重点和关键点知识要讲清楚和讲透.
（6）要做到有始有终.使点题与总结相对应,从点题开始,以重点概括结束,以帮助学习者理清思路,做到首尾呼应.
（7）表现形式应该提升内容价值服务.做好音、画、词的协调,配合各种音、图的比例和节奏.此外,在微课上适当添加各种提示信息.
2 嵌入式系统原理与设计微课
2.1 嵌入式系统教学与学习的特点
嵌入式系统融合了多门学科,主要内容内容来源于计算机科学和电子学.此外,还涉及控制、通信等学科的具体应用领域.在嵌入式系统的研究学习中,知识点多,内容复杂.因此,理论基础与工程实践相结合的方法在“嵌入式系统原理与设计”中具有十分重要的意义.在嵌入式系统理论的学习和教学中,需要保持清晰的知识脉络,使各部分知识相对独立.在嵌入式工程的实践中,必须采取与理论知识相适应的循序渐进的实践模式,保证学生在学习过程中逐步掌握相应技术的应用.
“嵌入式系统原理与设计”教学的根本目的是让学生尽快学会更多、更完整的知识,掌握嵌入式工程中分析和工作的方法,增长工程技术经验.从嵌入式系统构建构建角度将“嵌入式系统原理与设计”知识结构划分如图1所示.
2.2 嵌入式系統微课内容设计
对于一个初学者来说,在学习新知识时很难静下心来阅读大量的概念性叙述,应该从实践的角度去理解嵌入式系统开发的理论基础知识,突出重点,各个击破,力争从实践的角度去找到与理论的吻合点.从如下两个方面设计微课内容.
（1）理论与实践相结合,在理论够用,实践为主的指导下,在讲解嵌入式系统实践开发所需要的理论知识时,同时适当丢弃部分初学者暂时不需要或很少用到的知识点,其目的是尽量突出学习重点.
（2）融合模块化设计与系统设计.将“嵌入式系统原理与设计”的知识点划分为若干较大的模块,再将大模块分成多个小模块.模块由简单到复杂,并逐步完善.把较小模块组成一个较大的系统,使学生能够直观地看到模块化开发的全过程和实现过程.
嵌入式系统主要是由ARM处理器、嵌入式Linux操作系统和应用程序开发三大部分构成的.嵌入式Linux操作系统主要涉及到嵌入式Linux开发环境构建、调试技术、构建文件系统、内核修改与移植和设备驱动程序的设计;而应用程序开发根据具体应用領域诸如嵌入式Qt来开发应用程序,ARM处理器开发详细内容如图2所示.
基础模块主要涉及ARM核Magicarm270的一小部分理论基础知识、ADS1.2集成开发环境和通用输入输出模块编程[3].提高模块主要是对PXA270处理器启动代码分析、LCD控制原理进行分析,对每个模块给出了一个具体的实现方法,并对其代码进行分析.综合模块是由联系紧密的基础模块和提高模块构成,是基于基础进行设计和开发的.
3 嵌入式系统原理与设计微课制作形式
根据微课和“嵌入式系统原理与设计”课程的特性,构建了以学生为中心,以学生的学习活动为主线,教师之间互动的嵌入式系统微课程教学模式框架.只有帮助学生实现知识的内化,才能保证微课教学模式的实施,才能构建与再生和谐学习环境[4].微课程教学模式主要分为课前准备、课内强化、课后复习和课后实践4个模块,目的在于培养和提高学生的综合工程实践能力.嵌入式系统微课教学模式如图3所示.
3.1 课前预习
通过微视频教学资源进行自主学习.教师围绕学习任务进行深入分析,设计和录制“嵌入式系统原理与设计”微教学视频以及制作课件、案例等相关素材,将其上传到微课在线学习平台,为学生提供有效的学习资源,满足学生课前预习的自主学习任务的需要.在微课网络平台上,收集和整理学生反馈的问题,并互动讨论区公布发布,为课堂的答凝解惑做好准备.学生根据自己的实际情况,不断重复观看视频,然后独立进行自学测试,并反馈给老师或提出自己的问题.为了更好、更系统地完成课前自主学习的任务,学生和教师应该在学习中进行交流和沟通.
3.2 课中强化
课堂上对嵌入式系统的模块和对应的案例所用到的理论知识讲解,对模块存在的重难点进行重点分析,并对学生的课前学习情况进行反馈.在学习ARM处理器裸机编程的时候,不是一开始就讲解和学习复杂的地址映射关系和ARM可执行文件的格式,而是学习对寄存器编程,控制I/O引脚,点亮LED灯,会使问题简单化,学生对教学内容更容易消化、理解,从而提升教学效果.
3.3 课后复习
教学主要分为知识传授和知识内化两个阶段.知识传授主要通过课堂教学实现,知识内化主要依靠学生自身,通过课外学习和实践.因此,课后巩固复习也是进一步内化知识的关键环节.
3.4 课后实践
课下加强练习,通过回放实践教学视频、撰写实训项目、拓展实训项目等手段,培养和提高学生的工程实践能力.例如在讲解和做完定时器实验项目后,可以设计如下两个设计性实验：
（1）操作系统定时器用于实现一个具有时间、分、秒功能的时钟.要求每1 s通过串行口向PC机发送1次时间;
（2）设计一个定时报警器,在串口设置定时报警时间.
通过以上项目实践,学生不仅能理解和掌握基本理论知识,将理论应用于实践,而且能培养和提高自己的设计能力和工程实践能力.
4 结 语
本文根据微课的优势,结合“嵌入式系统设计与原理”课程特点和设计原则,并将其应用到嵌入式系统教学进行研究与探讨.实践表明微课应用于教学改革不仅是可行的,而且有效,教师主导作用和学生的主体地位得以体现.不仅能提高学生的学习兴趣,还能调动学生自主学习的积极性,满足个人的学习需求.
参 考 文 献
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[10]秦子,廖庆亮,张铮,等.“新工科”背景下多方协同育人的纳米专业实践教学平台构建[J].中国冶金教育,2019（3）：59-61.
综上而言:此文是一篇关于经典嵌入式系统专业范文可作为地方和型和本科和院校和嵌入式和系统和原理和设计方面的大学硕士与本科毕业论文嵌入式系统论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
嵌入式系统引用文献:
[1] 嵌入式系统论文范文 关于嵌入式系统硕士学位毕业论文范文2万字
[2] 嵌入式系统论文范文 关于嵌入式系统相关毕业论文题目范文8000字
[3] 嵌入式系统和创业论文写作参考范文 嵌入式系统和创业方面硕士学位毕业论文范文2000字
