从嵌入式系统教学谈学生创新能力的培养

1、从嵌入式系统教学谈学生创新能力的培养创新是一个民族进步的灵魂。 创新的普遍性原理说明创新能 力是人人都可具备的、并且可以通过教育、培训、开发、激励和 实践等手段激发出来并不断提升的一种能力 1 。高等教育担负 着培养和造就高素质创新性人才的历史使命 , 是科技兴国的主力 军, 是我国科教创新体系中的重要组成部分 2 。嵌入式系统课程 作为计算机、机电、电子等专业的重要课程 , 由于具有较强的实 践性、组合性和综合性等特点 , 因此可以作为相关专业培养创新 人才的突破口。1 从简单入手 , 激发学生兴趣与好奇 简单是指世间全部的客观存在 , 就其本质、原理、元素、构 成而言,都是简单的。如果教学

2、中能去繁从简 , 由简入深 ,循序渐 进,无疑可以拉近学生与课程之间的距离 , 更能激发学生的好奇 与兴趣。有一句西方谚语说的好 : “好奇与兴趣是研究之父 , 成功 之母”。可以说 , 兴趣和好奇对于创新来说无疑是一把“金钥 匙”。那么 , 嵌入式系统课程教学如何用“简单”激发学生的兴 趣与好奇呢 ?(1) 精挑入门教材 , 力求简单实用。能否激发学生学习兴趣和好奇 , 精心挑选教材很重要。教材 一般由任课教师根据教学大纲选定 , 这个环节看似平常 , 其实很 有讲究。对于教师而言可能选择任何一种教材都无所谓, 但对于 学生是否适宜却很关键。 一本简单实用的嵌入式系统教材应该遵 循如下几个原

3、则 : 读者容易看懂、 快速上手实践 , 符合循序渐进、 由浅入深 的学习原则 ; 能将技术难点通过直观的方式体现出来 ; 以应用为主线 , 按照教学特点展开 , 体现理论与实践的平 衡与互补 ; 其中的实例能激发学生的好奇 , 激荡其创新的欲望和潜 能等 3 。选用的教材一方面要避免那些以汇编为主、 乏味、 生涩难懂 的教程；同时也不能一味跟风选择似乎很“前卫”的ARM我们近几年选用了由清华大学出版社出版、 王宜怀和刘晓升老师编写 的嵌入式技术基础与实践 , 从学生的反映和教学的效果上看 很好,简单实用 ,尤其能激发学生的学习兴趣和好奇心 ,是一本难 得的嵌入式系统入门教材。(2) 精选入门

4、程序 , 现象要求简单直观。入门程序选择力图精简直观。 如果教程中的入门程序空无实 际内容 , 或运行现象不直观 , 教师可以另择程序。一般来说 , 第一 个工程安排应“短小直观”为原则。 如利用通过 I/O 模块编程控 制几个发光二极管 (如在课堂上演示效果不佳 , 可以加入继电器 控制白炽灯 ), 主要目的是给出程序框架和工作过程; 然后, 进行实际环境的编译、 链接生成可以下载到芯片内部 Flash 存储器中的程序 (可以运行的机器码 ), 基本理解列表文件、机器码文件 ; 最后,将程序利用写入调试器下载到目标MCI中,在目标板上，让学生注意观察整个过程。最后 , 可以进一步利用嵌入式软

5、件的打 桩调试技术 , 即在被测程序中插入一些函数与语句 , 利用这些函 数或语句产生可在硬件板上显示物理现象 , 供观察程序运行情况 之用 4 。入门程序选择看似乎简单 , 其实是“麻雀虽小、 五脏俱全”。 可以说 , 教师如能成功并精彩讲解入门程序并成功演示现象 , 对 于激发学生兴趣十分重要 5 。只要教师课前充分准备 , 课堂上注 意把握节奏 , 并不时调节轻松气氛 , 那么一定可以最大限度激发 学生的求知欲。否则会让学生“瞎子摸象”、云里雾里 , 拒学生 兴趣于“千里之外”。2 从实验环节入手 , 发掘学生创新潜能 创新能力主要是由提出问题、分析问题和解决问题构成 , 并 通过创新实

6、践的过程和创新实践的活动等体现出来。因此 , 实践 教学是创新人才培养的重要环节 , 对于实践性很强的嵌入式系统 课程来说 , 意义尤为重大。(1) 优化实验教学内容 , 增加创新实验项目。 优化指的是要尽可能围绕让学生自己“提出问题、 分析问题 和解决问题”的思路展开 , 认真修订实验教学大纲 , 构建科学合 理的实践教学体系。紧密结合科研、工程与社会应用实践 , 引入 现代科学技术和教学改革新成果 , 积极开发综合性、设计型、研 究型等有利于学生创新能力培养的实验项目 , 减少验证性、演示 性实验的比重。(2) 实验问题少一些“精确” , 多一些“模糊”。 为了更好发掘学生的创新潜能 ,

7、实验问题的提出应注意避免 “精确” ,而应该提倡“模糊” ,这样更便于开阔学生思路 , 激发 创新潜能。例如 , 实验内容为“循环点亮一组小灯”和“循环控 制输出” ,前者是“精确”的要求 ,而后者则是属于“模糊”。 显 然“模糊”内容更能培养学生的创新思维。(3) 实验内容灵活设置 , 适合不同学生“口味”。 实验内容尽可能灵活丰富 , 这样可以实行必做项目内容部分 可选,学生可根据自己的兴趣选择具体的实验内容。 例如, 第一个 实验项目可以提供“循环控制一组输出”、“循环采集一组输 入”等。在实际教学过程中 , 教师可以在实验大纲的允许范围内 , 根据学生自身特点灵活地调整实验内容和难度

8、, 也可以充分鼓励 学生自己提出实验内容 , 并思考解决问题。3从课外实践入手 , 提升学生的创新方法 除了在实验课程教学中培养学生的基本实践动手能力外 , 教 师还应该积极开展课外实践创新教学工作 , 以此进一步提升学生 的创新方法。 主要形式有 : 兴趣小组、 课外科技创新和学科竞赛。 具体实施思路是 : “参与”、 “培养”、“训练”和“竞赛” 6 。(1) 参与。“参与”指的是激发学生参与实践创新热情 , 以 自愿原则鼓励学生参与实践创新活动兴趣小组 , 培养的对象主要 面向基础扎实并有探索精神的学生。(2) 培训。“培训” 则是以加强学生动手能力为主展开。 根据学生的兴趣 ,按照研究

9、方向 , 将学生划分偏软、 偏硬两个团队 配备专门的指导教师。偏软主要侧重于 PC机方高级程序的的培 训,由教师结合应用实际或科研项目提出需求 , 然后指导学生按 照软件工程的思想逐一展开。 偏硬方向的则是要求每个小组由最 小系统原理图画起，到接下来生成的PCB图,最后教师逐一审核 结果, 指出其中的错误或不足 , 再反馈给学生加以更正或改进 , 最 后将做好的PCB板再分发给各自学生，指导学生以MCI为中心逐 一展开焊接、 测试并完成第一个“作品“。 由于整个过程是学生 直接参, 所以当学生亲身体会到自己“作品”能正常运行时 , 那 种成功的喜悦更能激发他们的进取心和创造欲望。(3) 训练。

10、 “训练”着重培养和提示学生的创新方法。 创新 的方法有很多 , 其中比较适合嵌入式系统创新训练的方法可以借 鉴“模仿与突破”和“组合与综合”创新方法。 “模仿与突破” 原理是指创新活动往往都是从研究成功的创新案例开始的 , 然后 再进行突破。 由于我院在开展实践创新方面已经取得了一些成绩 也积累了一些成功的案例 , 如“智能温度测量与控制系统”、 “灭火机器人”和“跳舞机器人”等。 这些案例我们都会在训练 时向学生展示 , 并要求学生在以功能和方法的模仿的基础之上再 加以突破 , 改进其中的不足或者对其增加功能 , 而“组合与综 合”是指创新活动的对象是可以通过功能或方法的重组等技法 实现的

11、。比如“灭火机器人” , 他是在“机器人”与“灭火”两 种功能基础之上进行的组合 , 然后再将其“综合”而成的一种创 新。(4) 参赛。“参赛” 是锻炼学生实践创新能力 , 展示他 们创新才能的最高舞台。 组织指导优秀学生参加嵌入式系统设计 大赛 ,让学生在实战中检验并进一步提高自己的实践创新能力。 我院每年都组织“嵌入式系统设计大赛” , 从比赛结果筛选具有 创新思想的作品 , 然后积极创造条件参加国内外创新科技竞赛活 动。近年来 , 由于我院有着健全的创新管理机制 ,特别是教师的积 极组织和学生的热情参与 , 使得很多创新作品在江苏省历届职业 创新大赛中均获得了多个一、 二等奖的骄人成绩 , 不仅如此 , 在全 国大学生机器人大赛中也是获奖消息频传。为了营造和培育良好的创新学风 , 我院特别出台了各类创新 比赛获奖的鼓励措施。对于参加各级比赛获奖的作品和选手 , 学 校除了按照一定的系数给学生折算学分外 , 还有一笔不菲的奖金 这些办法无疑更有力地激发学生的创新热情和潜能。4 结语创新的普遍性原理告诉我们 :创新处处可为 ,人人可为 , 时时 可为