基于高职学生特点的《嵌入式操作系统》课程教学改革

吴新生

摘 要：《嵌入式操作系统》课程理论性强，存在原教学内容老化、教师教学效率不高、学生学习主动性差等问题。为了解决这些问题，根据高职学生的特点，结合原有的教学经验，以培养学生的职业能力为目标，重新确定课程教学目标、优化教学内容和创新教学模式，以提升该课程的教学效率和质量。经过实践，证明了该课程教学改革的成功。

关键词：学生特点；职业能力；教学改革；实践

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）02-00-03

0 引 言

嵌入式系统技术已经广泛应用到智能农业、智能家电、汽车电子、网络设备、医疗仪器和航天航空等领域[1]。据有关资料预计，中国嵌入式系统市场预计将直接创造上万亿元的效益，它已成为信息产业新的增长点，是最具潜力且最有发展前途的信息领域之一[2]。为了适应社会的需求，我校计算机应用技术于2006年开发了嵌入式系统专业方向。《嵌入式操作系统》是该专业方向的一门核心专业课，这门课程如何确定课程目标？如何选择和确定教学内容？如何进行有效教学？学生如何通过这名课程的学习来获得相应的职业能力？这些问题一直是我们思考并极力解决的问题。经过对该专业方向招生学生的深入分析，针对本课程的特点，我们重新确定了课程目标，优化了教学内容，尝试了一些新的教学模式，并在六年的教学实践中不断的修正，最终取得了不错的教学效果。

1 高职学生的特点分析

本专业实际录取分数较低，录取学生的基础差，学习起点低，学习主动性不够。同时，与本科生相比，易产生自卑心理，加之，社会上对高职教育还存在一定的偏见，这会加重他们的自卑感。但这些学生兴趣广泛，善于动手，对实践性知识比较感兴趣[3，4]。同时，与本科生一样，由于成长环境的影响，导致他们集体观念淡薄，在吃苦精神上、独立生活能力、自主性、判断力、适应力等方面显得较为薄弱。

2 基于学生特点的教学改革

2.1 以培养职业能力为导向，确定课程目标

《嵌入式操作系统》课程是嵌入式技术方向的一门专业课，是本专业方向的核心课程。该课程的定位是：以PXA270 ARM 硬件平台为基础，以嵌入式操作系统为对象，使学生掌握基于嵌入式操作系统的应用系统设计方法和从事嵌入式产品开发的基本能力，毕业后能从事嵌入式应用产品的设计、开发、管理、服务和营销等岗位工作。

培养目标强调培养学生的实际动手能力。为了提高学生的实践动手能力，把最基本的概念和原理等理论教学融于具体嵌入式项目的开发过程中，把培养重点转移到学生实践能力的培养上。学生的核心能力就是应用开发技能，具体地讲就是学生毕业后有能力在面对以嵌入式ARM为核心的整体解决方案时，可以根据方案的要求，对系统进行定制和修改，进行编程实现各个模块的具体功能，并调试成功、集成运行。

2.2 以突出职业能力为本位，优化课程内容

课程教学的首要问题就是解决如何选择并确定具体的教学内容。在2006年本专业方向首次开设了的《嵌入式操作系统》课程，选用了开源的μc/OS-II操作系统为教学平台。该系统是一个相对简单、开源、实时性强的嵌入式操作系统，主要应用于工业控制领域中。但在走访企业和后续的市场调研过程中，我们发现嵌入式Linux操作系统被许多中小相关企业使用。而这些企业是我们毕业生就业的主要市场。通过专业和企业老师的论证，考虑到嵌入式Linux市场成熟，源码开放，在许多的领域已经成为市场的使用主流。因此，我们在2008年将该课程教学内容转为嵌入式Linux操作系统的教学。在嵌入式Linux操作系统的教学过程中，结合市场企业的实际需求和学生的学习实际能力，主要讲授了以下内容：

第一部分复习和深化使用Linux操作系统：文件与目录操作、网络操作、Linux系统启动过程分析、系统服务。

第二部分复习和深化Linux 下的 C 编程基础：使用vi编辑器编辑源程序、使用gcc编译器编译源程序、使用gdb调试器调试程序、自动化编译（makefile文件和make工具）、建立交叉编译环境等。

第三部分嵌入式Linux的构建：Bootloader的编译、修改和使用；Linux的定制与编译；根文件系统制作。

第四部分嵌入式Linux系统的程序开发： 简单的驱动程序开发和嵌入式应用开发（C语言和QT程序）。

第五部分课程实训2周，采用集中实训阶段，完成一个具体嵌入式系统的应用移植或开发一个具体的嵌入式产品应用，最终完成该课程的整个教学目标。

2.3 以强化职业能力为主线，创新教学模式

在了解了教学对象的特点和确立了本课程教学基本目标后，在走访企业和调研其他院校的基础上，经过反复论证，在更新教学内容和教学方法等方面提出了一些适合本课程教学的新模式。通过六年来的应用实践，并不断地调整深化，模式已经非常成熟。在课堂教学中，广泛推广“教、学、做”相结合的项目驱动教学法，引导学生在实践动手中学习新知识。在本课程的教学模式中，很好地体现了这一教学思想。

课堂教学共84学时， 课程实训2周共28学时，合计112学时。在课堂教学84学时中，其中用于理论教学的课时为42 学时，主要讲解嵌入式Linux操作系统；用于实践教学的课时为42学时，再加上2周课程实训的28个学时，整个实践性环节的学时总量达到70个学时，足以让学生在实践过程中熟练掌握嵌入式Linux操作系统开发技术和方法。

培养目标决定一切围绕工作岗位进行， 在教学方式上， 要求我们贴近企业， 贴近实际，又能在学校环境下方便实施教学，为此我们主要采取以下几种教学方法。

2.3.1 倒推式教学法

在该课程的第一次上课时，就让学生认识一个典型的嵌入式产品。以这个实际的嵌入式产品为目标，将产品的各个部分进行分解，倒推出这个产品的开发过程，从而实现 “产品” 到 “部件” 的倒推。然后，把各个“部件”归属到课程不同章节的内容，放到相关的教学单元去讲解完成；再把“部件”分解成“零件”，实现“部件”到“零件”的倒推，把每个“零件”归属到每一次上课内容，放到每一次理论上课去讲解完成。在每一个教学单元中， 以“部件”为核心，设计出实际开发中要解决的课题。在每一次上课内容，以“零件”为核心，分解成一个个小任务，在具体的学习过程中解决。通过“部件”的分解和组装，提升学生的学习自信心和学习主动性，在动手中掌握基于嵌入式操作系统的应用开发能力。在最后2周的课程实训中，让学生完成一个产品的正推过程，通过将产品的各个“部件”组装来掌握整个嵌入式产品的开发过程，从而在整体上建立嵌入式产品的开发规律和方法，使学生一毕业走出校门，就可以直接在企业从事嵌入式产品的开发，达到从学校到企业的零距离过渡的目的。

2.3.2 实训任务的微观化

在进行每一次理论上课中，均采取项目驱动和问题牵引的教学方法。对该课程每一次上课的微观设计进行了处理，抽取出一个个小任务，老师讲课的目的就是解决这些小任务，讲完后再由学生自己实验去解决这些小任务。通过这些小任务的解决，提升了学生的自信心，增强了学习兴趣，提高了学生的主动性，学生自然容易掌握了嵌入式操作系统的相关知识，培养学生的学习能力、分析问题和解决问题的能力。

2.3.3 三段式实践能力渐进培养

该课程实践教学通过讲课的小任务实验、实验课实训和课程实训三个不同阶段，每个阶段提出不同的教学目标，逐渐提高对学生的能力要求，学生在实践中熟练掌握整个教学内容，具备可以独立完成基于嵌入式操作系统的应用开发项目的能力。本课程的实践教学的三个教学阶段为：

讲课的小任务实验：每次理论课把一个“零件”分解成一个个小任务，在讲解完一个小任务后，要学生按照讲过的要求完成一个小任务，学生不会由于内容太多太复杂而放弃。同时，又通过自己去动手实践去完成一个小任务，一点点积累，完全掌握了一个“零件”开发过程，在实践中不知不觉地掌握相关的核心理论知识，快速地使用开发工具、解决开发过程的常见问题，提升程序的调试技巧和能力。

实验课实训：按照实验报告的要求，根据嵌入式产品的“部件”分解的内容，完成“零件”到“部件”组装。针对相关单元的核心知识点进行实验，以完成对该单元知识的掌握，主要以完成整个“部件”的组装，进而加深学生的理解和复习。这也是学生提升自己能力的关键环节。

课程实训：按照项目实训单的要求，完成“部件”到一个“产品”的组装。由于课程实训的时间集中，学生一直待在实训室，能完成一个较为复杂的实训项目。这一阶段的教学目标主要全力培养学生的独立开发能力，要求学生完成一个典型的嵌入式产品雏形，该产品虽然在在功能上或产品化方面虽有待完善，但是开发过程是一个嵌入式产品完整的基本开发过程。通过课程实训最终使学生熟悉嵌入式系统开发的各个环节，并最终完成一个典型产品的开发。这个实训过程使学生更为直接地掌握嵌入式系统的原理、开发工具和调试技巧，学习效果也更加直接和明显。

3 课程教学改革取得的效果

在2008 级学生中开始教授嵌入式Linux操作系统以来，已完成6届学生的教学，每届学生在该核心课程的学习上，学习积极性表现越来越高，教学效果也越来越好，每届的学生教学评价打分上均为优秀，这些也在一定程度上反应了教学取得了较好的教学效果。

指导的学生在2012年度广东省教育厅组织的“物联网”大赛中，在广东省本专科所有院校参加的情况下，本专业共有三组学生参加了竞赛并获奖，取得了两个一等奖（最高奖）和一个三等奖，是所有参赛院校中成绩最好的院校之一。

在几届已毕业的毕业生中，有许多学生从事嵌入式产品开发的相关工作，经过学校的毕业生调查中，该专业相比其他同类专业的毕业生来说，工作待遇更好。

4 结 语

几年的实践探索，摸索出的教学方法应用于该课程，虽然取得了非常好的效果，但是还有许多方面仍需努力完善，如如何编写一本适合高职学生的课程教材？这将是我们下一步要重点进行的工作。我们相信：该课程的教学一定会随着嵌入式技术的发展而发展，并将具有自己鲜明的发展特点。因此，我们将继续去探索并尝试新的教学方法，争取在教学改革上取得更大的成果。

参考文献

[1] 王海波， 汤东阳，赵德明.嵌入式技术发展综述[J]. 数字技术与应用， 2014（6）： 117-118.

[2] 时岩. 嵌入式技术发展状况综述[J]. 电子技术， 2012（5）：4-5.

[3] 张书琴. 基于高职学生特点的数学教学策略研究[J]. 科技信息，2012（14）：202-203.

[4] 周国庆. 针对高职学生特点的《工程测量》课程教学方法总结[J]. 教育， 2012（2）： 153-154.