嵌入式软硬件 根据开源软硬件渠道的嵌入式教学研究

赵石磊++唐光义

摘 要：文章从嵌入式体系存在的问题动身，指出了依据开源软硬件渠道的嵌入式教育战略，即从教育办法上教会学生学习，整合教育内容，合理安排试验事例。

要害字：嵌入式教育；开源硬件渠道；战略

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）10-0018-02

近年来，跟着嵌入式技能的展开，嵌入式体系在越来越多的领域内得到了广泛运用，各种相关的嵌入式产品也纷繁出现，一起，嵌入式人才的需求量也在逐年添加，因而各大高校纷繁展开嵌入式教育。可是，在嵌入式教育中，一方面，面临比较艰深的嵌入式常识，学生很难有自觉深化学习的爱好和动力，即便在教育中加强了教、学、做一体化等教育方法，大多数学生也仅仅照葫芦画瓢，被迫机械地完结学习使命，不能有用地进步自身的技能和立异才干。另一方面，尽管学生逻辑思想才干不强，可是他们的思想十分活泼，只需教育内容契合他们的需求，引起他们的爱好，就能激起他们学习的动力和创造力。因而，如安在嵌入式教育中挖掘出嵌入式教育中存在的问题的本源，并以此为依据来对症下药，才是处理嵌入式教育中问题的要害。

一、嵌入式教育存在的问题

各个校园展开“嵌入式体系”及相关课程已经有许多年了，所遇到的问题有许多[1]，首要有以下几点。

（一）“嵌入式体系”课程教授难度大

嵌入式课程是一门实践性、运用性和立异性很强的专业课程。嵌入式课程内容的笼统化决议了嵌入式课程教育有必要经过许多的实践和着手操作练习来强化其常识结构，仅学习芯片的基本常识而不归纳运用软硬件技能且着手处理实践问题的话，就等于坐而论道。这些笼统内容的具体化以及怎么安排许多的实践成为学生学习以及教师授课的最大困难。

（二）学生根底薄弱，学习爱好短少

各个校园一般在一、二年级着重根底教育，开设了相当多的根底课程，而与嵌入式相关的根底课程，即专业根底课程，如“计算机技能”“半导体技能”等则相对较少。因而，当大三开设“嵌入式体系”课程时，学生并没有嵌入式的直接常识，更无感性认识，再加上课程自身难度较大，然后导致学生短少学习爱好，即便牵强坚持，也会因为不明白的越来越多，而越来越失掉学好“嵌入式体系”课程的决心。

（三）短少合适的教材与试验仪器

现在，大多的“嵌入式体系”的教材以常识结构为主线，先解说ARM的体系结构、指令集和汇编程序，最终剖析归纳运用实例。此类教材尽管内容比较详尽，理论性教强，但短少直观性，事例较少或许只能供给一些简略的事例，且没有考虑初学者学习嵌入式课程的特色，运用这类教材进行教育会导致学生感到学习内容笼统、单调，难以了解。具体来说就是很少有契合不同校园实践情况的教材。即便能找到较好的教材，也很难找到与其相对应的试验仪器。理论与实践不能很好结合，致使教育效果下降。

（四）试验方法单一，学生着手才干弱

学生在学习嵌入式课程中重要的实践就是课程试验[2]。而学生在课上试验进程中，大多以试验箱为主体，进行理论验证性试验，试验教育方法单一，办法简略，只需依照辅导书上的进程完结相同的试验即可，大大约束了学生运用理论去处理实践问题的才干。此外，因为学生嵌入式根底薄弱、学习无爱好，使得学生在课下很难有用地安排爱好小组来拓宽实践常识。而当有学院、校园或许更高层次的电子比赛时，往往因为短少必要常识而无法参与，致使实践训练时机较少，学生的着手才干、立异才干难以发挥。

二、依据开源硬件渠道的嵌入式教育战略

出于以上原因，在教育嵌入式课程时，教师难教，学生难明，久而久之，最终将导致学生失掉爱好，这些问题的存在使得嵌入式教育成为高校教育中的一大难点。此外，现在各个校园教授嵌入式体系原理及实践常识的进程为原理到实践的进程。因为在学习原理时与实践脱离，理论常识的单调性，再加上嵌入式入门门槛高、学生嵌入式根底差等问题的使得嵌入式课程，教育效果难以得到保证。

在高校嵌入式教育中，若能引进业界更多优异的体系，不只会给学生深化学习嵌入式常识供给更多能够挑选的渠道，也会有用减缓教师授课的困难，并成为进步嵌入式课程教授效果的一个有用手法。

开源软硬件渠道Arduino无疑是很好的挑选[3]。Arduino编程简略，软件、硬件等资源均为开源，且在学习进程中需求的嵌入式常识较少，只需求把握 C 言语即可完结杂乱的体系规划。此外，因为Arduino Due 自身的中心是ARM，即Atmel公司的SAM3X8E内核，所以二者实质上是共同的。将其引进，能在加强学生感性认识，增强学生爱好中起到要害的效果。在将开源软硬件渠道Arduino引进到“嵌入式体系”课程的教育进程中[4]，首要考虑了以下几个方面。

（一）教育办法：教会学生学习

大学的学习首要是自主学习，要想学生能够更好地自主学习，就要求教师在教育的进程中不只仅教授常识，更重要的是培育学生学习的爱好、教授学生学习办法，让学生爱学习、会学习，然后进步学生学习的主动性及学习的功率。特别是“嵌入式体系”这门课程，假如能够让学生DIY一些小制造，就会充沛激起学生的活跃性，一起也会给他们带来极大的自傲，训练他们自我处理问题的才干。因为Arduino具有编程简略、网络资源多、规划模块化等等长处，关于初学者或许刚触摸的人，只需略加辅导，就能够很快上手，并制造出比较“炫”的东西来。因而，运用Arduino渠道能够从学习办法上改动曩昔先学理论再实践的进程，然后有用地进步了学生学习爱好。

（二）整合教育内容

教育内容的变革是嵌入式课程进步教育效果的中心。因为Arduino开源硬件渠道编程比较简略，规划硬件常识较少，因而在教育内容进步行了相应的改动，扔掉了课程教授初期就教育不流畅难明的ARM的体系结构、指令集和汇编程序等原理常识，减少了因为不了解、不明白而发生的厌学问题。在开课之初，运用Arduino进行教育，教育内容的要点放在Arduino中操作硬件的函数运用上，而根底较高硬件编程常识是被函数屏蔽的。此外，教师能够在这个阶段介绍一些器材常识，如光敏电阻的性质、按键的完结原理等等，一旦有必定堆集，就能够转向ARM的教育了。因为Arduino内容的缓冲，使得ARM常识不会显得突兀，然后在必定程度上缓解了学生对嵌入式无感性认识等问题。

（三）合理安排试验事例

“嵌入式体系”这门课程与其他课程最大的差异就是实践的问题。试验是学生学好这门课程的要害，只要经过自己着手实践，才干真实了解所学到的常识点。而传统的试验教育方法过于单一、板滞，学生只需依照辅导书的规则进程机械地完结试验，没有考虑，功率不高。为了进步学生的立异才干，应在试验中参加更多的规划环节，给学生拟定试验标题，最大极限地调集和发挥学生在试验中的主体效果，才干进步学生的实践才干和运用才干。在这一方面，因为Arduino开源硬件渠道的相关资源都是开源的[5]，可发挥教师及学生的能动性，定制出合适本院学生的试验事例。

依据以上剖析，将Arduino引进到嵌入式教育中，能够有用缓解、乃至处理传统“嵌入式体系”教育中入门难、学生简单失掉爱好的问题。在教育中，先学习Arduino常识，让学生领会嵌入式学习的趣味；然后在实践中指出Arduino编程中存在的问题、剖析问题的实质，继而学习ARM常识来处理这些问题，即深化了解Arduino、把握嵌入式编程原理；最终，再利用嵌入式原理回到嵌入式实践，也就是ARM的实践。那么，本文提出的嵌入式教育办法为从实践到原理再到实践的进程，并且实践—原理—实践的重复进程使得理论的学习愈加生动、愈加有利于理论联系实践。一起，Arduino的引进可在培育学生体系规划、立异才干、团队认识等方面起到活跃的效果。

当然，引进Arduino也存在以下几个方面的问题需求处理：（1）需求研讨编写合适各个学院自身教育特色的理论教育资源；（2）怎么将Arduino常识逐渐地深化，拓宽到ARM上来，即怎样过渡的问题；（3）怎么定制出与理论教育资源相配套的试验教育资源。尽管以上提出了一些没有处理的问题，但因为Adruino资源丰富，再加上自身为开源渠道，可学习的材料十分多，这也给处理以上问题带来许多便当。

经过在“嵌入式体系”课程中引进Arduino并结合已学常识，能够让学生在触摸课程之初就开端进行实践运用工程规划，然后极大地调集了学生的自主学习活跃性，在转入ARM的学习之前，选用工程引导的方法，提出问题、并给出处理问题的方法，也能够使学习进程有必定的连贯性。此外，因为一向运用C言语开发，为后边的ARM学习打下了坚实的根底，使学生在言语与硬件方面有了较好的结合，避免了直接学习ARM的突兀性。总归，Arduino的引进，不只能够让学生的理论常识得到更好的实践，还有用地培育了学生的运用立异才干，以此作为培育运用型本科教育方法是值得研讨的。

参考文献：

[1]王宇英，谷建华，周兴社.操作体系教育探究及其在嵌入

式教育中的实践[J].计算机教育，2011，（21）.

[2]李进.试验教育重在进程[J].试验室研讨与探究，2009，（9）.

[3]凯文·布里斯.Arduino开源硬件[J].科技创业，2011，（5）.

[4]施智雄.Arduino 在大学工科教育中运用探究[J].西昌

学院学报：自然科学版，2012，（4）.

[5]杨静等.依据开源技能的学生实践与立异才干培育[J].

计算机教育，2012，（23）.