嵌入式操作系统课程教学模式探索
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摘要:分析嵌入式操作系统的特点,针对软件相关专业学生的实际状况,探索一种教学模式。该模式分为3个教学环节,即课堂理论知识讲授、课内实验、课外实践,并设计了相关教学方法。与传统的教学模式相比,可以使学生能够从兴趣开始,由感性认识到理性认识,再从理性认识到实践,有利于学生逐步掌握课程知识,改善教学效果。
关键词:嵌入式操作系统;教学模式;教学方法;课外实践
目前,嵌入式系统已经被广泛应用到信息家电、工控设备、娱乐设施等众多领域,伴随嵌入式系统市场的快速增长,嵌入式人才缺口将急剧增大[1],嵌入式软硬件工程师将成为未来几年最为热门的职业之一[2]。因此,近几年许多高校开始开设嵌入式系统相关课程,并研究如何形成规范的课程系统[3]。在这些相关课程中,嵌入式操作系统完成嵌入式应用的任务调度、控制等核心功能,是一门重要课程。
为适应市场对嵌入式人才的需求,计算机系的软件相关专业也设置了嵌入式操作系统课程。本文针对软件相关专业的需求,分析嵌入式操作系统课程的特点,探索课程教学模式。
1课程特点
嵌入式操作系统主要有如下特点[4]:
1) 知识覆盖面广。它涉及很多方面的内容,既包括经典的计算机专业基础理论知识,又包括特定的嵌入式系统领域知识,如嵌入式硬件基础、开发工具、C或汇编程序设计语言、操作系统等。
2) 理论与实践结合紧密。目前,嵌入式系统的主流应用是基于嵌入式操作系统的嵌入式计算机系
统[5],而不同的嵌入式计算机系统有不同的硬件平台支持,要使嵌入式操作系统真正发挥它的作用,不仅要掌握其工作原理,还要能够将其移植、下载到不同硬件平台,以确保嵌入式操作系统正确运行,为嵌入式系统应用提供一个稳定的软件平台支持。
2教学模式
该教学模式将嵌入式操作系统课程的教学活动分成3个环节:课堂理论知识讲授,课内实验,课外实践。
2.1课堂理论知识讲授
嵌入式操作系统课程的教学目的是使学生掌握嵌入式操作系统的定制、移植、下载和调试[6]。嵌入式操作的定制与移植需要依赖具体的硬件平台。考虑到软件相关专业的学生掌握的硬件基础知识不多,所以,将教学的重点放在嵌入式操作系统软件平台的构建和GUI应用的开发上。为了直观形象,采用多媒体手段讲授。
2.1.1讲授内容安排
课堂理论知识讲授内容安排如表1所示。
2.1.2教学方法设计
从哲学角度看,人们把握事物的规律需要经历3个阶段:从感性认识到理性认识,用理性认识指导实践,在实践中丰富理性认识。遵循这个规律,本环节教学过程采用相应的教学方法引导学生从感性认识上升到理性认识。如在教授Bootloader与驱动程序设计概念时,教师先将PC机与ARM9开发板通过串口连接起来,然后启动开发板的Bootloader程序和嵌入式操作系统,让学生观察PC机屏幕上的启动信息。最后,由教师向学生讲解Bootloader启动过程初始化开发板硬件设备的方法。学生在感知认识的基础上掌握了理性知识,学习兴趣有很大提高。
2.2课内实验
在进行完课堂相关理论知识讲授后,可以进入课内实验教学环节。该环节是对上一环节的完善和补充,更是检验和考核理论知识的重要步骤[7]。考虑到实验课程的学时以及学生的知识基础,本环节的教学实验主要设计为两种类型,即验证性和设计性两类。
2.2.1课内实验教学内容安排
具体教学内容安排见表2。
2.2.2教学方法设计
不同的实验采用不同的教学方法。验证性实验要求学生对理论课堂上讲授的知识进行验证,难度不高,相关理论知识讲授完即可进行,相关实验学生也可以独立完成。设计性实验要求学生理解并能综合应用所学知识,有一定难度。教师在实验前,需要为学生准备相关资料和设计相应的情景,学生在实验的过程中需要教师参与辅导。
2.3课外实践
经过前两个教学实践环节,学生具备了一定的理论基础知识及实践动手操作能力,但对嵌入式操作系统的深入应用还有待加强。因此,以前两个教学环节为基础,实施一些课外教学实践环节就显得十分必要了。该教学环节持续1～2周,不包含在课堂教学的总学时内。教学内容主要包括两部分,必选内容和可选内容。必选内容是学生在教学环节中必须完成的内容,而可选内容则是学生根据自身兴趣选做的内容。具体内容安排见表3。
本教学环节的实践内容不仅要求学生掌握综合的理论知识,还要求有一定的分析和解决问题的能力,难度较高,因此,需要教师提前布置教学实践内容,指出相关知识点,学生应提前预习。
3个教学环节相辅相成。课堂理论讲授是基础,使学生掌握课程的基本原理;课内实验与课外实践则是对所学理论知识的简单应用和综合应用,有助于学生理解所学课堂理论知识,有利于锻炼学生的实践动手操作能力和解决实际问题的能力。
3考核方式
课程的教学活动分为3个环节。相应的考核内容也分为3部分。理论知识占60%,课内实验占20%,课外实践占20%。理论知识的考核采用卷面笔试的形式。课内实验和课外实践在实验室完成,所以考核方式为每个实验完成时,由教师检查运行结果时给出的成绩。具体分数的给出可参考下面的原则:完成一个验证性实验最多给5分,完成一个设计性实验最多7.5分,完成必选的实践内容最多给8分,能完成可选的实践内容最多加4分。每个实验或实践内容完成后,教师会给出每个学生的成绩,这有利于激发学生的学习兴趣,调动他们的学习热情。
4结语
本文探索并提出了一种嵌入式操作系统的教学
模式,与仅注重理论学习的传统教学模式相比,该教学模式从分析市场对嵌入式人才的需求入手,结合软件专业特点,将理论与实践以及市场需求紧密结合,强化培养学生的动手操作能力,充分发挥了学生的学习潜能,改善了课程的教学效果,提高了教学质量。
参考文献:
[1] 王平. 嵌入式系统教学及实验研究[J]. 高等教育研究,2008,25(3):39-40.
[2] 李耀波,杜丽敬,徐洋. 高校嵌入式系统课程群规划的探讨[J]. 科学教研,2007(19):59-60.
[3] 曲学楼,王富昕,黄蔚. 嵌入式系统实验教学基地的建设与探索[J]. 实验室研究与探索,2006,25(12):1571-1573.
[4] 潘懋元,周群影. 从高校分类的视角看应用型本科课程建设[J]. 中国大学教学,2009(3):4-7.
[5] 王彦芳,刘永军,井海明. 嵌入式系统系列课程建设的教学研究[J]. 石家庄铁道学院学报:社会科学版,2009,3(3):82-84.
[6] 王苏峰,肖侬. 嵌入式系统的多样性教学探讨[J]. 计算机教育,2008(14):12-14.
[7] 魏巍,宋海玉,王玲芬. 嵌入式系统课群的教学实践:以软件工程专业为例[J]. 大连民族学院学报,2009,11(3):282-285.
Probing into the Teaching Model of Embedded Operating System
WANG Hai-zhen1, LIAN Zuo-zheng2, TENG Yan-ping1, LI Yao-cheng2 , LI Li-li1
(1.College of Computer and Control Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; puter Center,
Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)
Abstract: The paper analyzes the characteristics of embedded operating systems, in view of students existing situation of software engineering specialty in our computer department, and probes into a kind of teaching model, which is divided into three teaching stages including theoretical knowledge taught in the classroom, in-class experiment, outside class practice. Three links implement orderly and design the relevant teaching method, compared with the traditional teaching mode,which make students be interested in starting, from the perceptual knowledge to rational knowledge, and then from rational knowledge to practice. The model makes students grasp the course knowledge to improve the teaching effect.
Key words: Embedded Operating System; teaching model; teaching method; outside class practice