基于项目驱动的“嵌入式操作系统”课程改革与实践

［摘 要］ 为了加快“嵌入式操作系统”课程改革，加强对学生自主学习、创新能力的培养，对“嵌入式操作系统”课程教学现状进行分析，详细阐述了基于项目驱动的“嵌入式操作系统”课程教学设计原则，严格遵循项目内容完整、重视学习过程、涵盖重点知识等要求。立足项目驱动教学法提出“嵌入式操作系统”课程改革的策略，通过明确教学目标、重视项目创新、理论融合实践及改革考核方法等措施，充分发挥项目驱动教学的价值，促使学生的综合能力不断提高。

［关键词］ 项目驱动；嵌入式操作系统；课程改革

［基金项目］ 2021年山西省教育厅高等学校教学改革创新项目“新工科背景下应用型电子信息专业实践教学体系建设研究”（J20211572）；2022年忻州师范学院院级教学改革研究项目“培养工程能力的嵌入式Linux操作系统教学模式研究”（JGYB17）

［作者简介］ 王若凡（1985—），女，山西繁峙人，硕士，忻州师范学院电子系实验师，主要从事电子与通信工程研究；任国凤（1979—），女，山西忻州人，博士，忻州师范学院电子系教授，主要从事多模态信号处理研究；付建梅（1987—），女，山西吕梁人，硕士，忻州师范学院电子系讲师，主要从事语音信号处理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）13-0149-04 ［收稿日期］ 2023-02-28

“嵌入式操作系统”课程教学十分复杂，其中涉及的内容广泛，如软件编程、系统操作等，所以对教学方法的使用要求非常高［1］。以往教师大多采用“灌输式”教学，导致学生无法深入理解本来就晦涩难懂的知识［2］，且传统教学方法理论与实践分割，未能充分融合，导致学生的实践能力较差［3］，无法满足现代社会对于嵌入式操作系统人才的培养需求［4］。除此之外，在课程安排、教学实验平台及考核体系等方面都略有不足，这也意味着“嵌入式操作系统”课程必须重视教学改革，根据课程特点与人才培养需求进行优化完善。

一、混合式教学培养促学生自主学习能力提高

项目驱动教学以“嵌入式操作系统”课程中的核心知识为载体，要求学生对项目进行分析讨论，在顺利解决项目任务的条件下，获取相关知识，提高自身各项能力。从实践教学来看，项目驱动教学非常适合“嵌入式操作系统”课程，能够满足教学改革的基本需求，真正做到调动学生的积极主动性，启发学生探究思维。但是项目驱动教学对于内容的设计要求较高，教师必须选择具有真实性、贴近现实生活的素材，保障项目任务设计水平，增强项目任务的实施效果，让学生在实践中获得全方位培养，增强学生的创新意识与工程素养。

二、基于项目驱动的“嵌入式操作系统”课程教学设计原则

（一）项目内容完整

项目驱动教学法需要学生根据要求完成整个实践操作流程，以此来强化自身的综合能力［5］。教师在设计项目任务过程中，必须保证项目中每个阶段的衔接合理、内容完整，比如明确项目任务、收集相关信息、组织实施计划、独立完成设计以及最终的应用实践［6］。学生完成项目任务后，教师应给予有效的总结评价，明确其项目任务实施过程中存在的不足，促使学生能够持续改进，充分运用掌握的知识与技能解决实际问题，在执行过程中每个阶段都要完整独立地显现［7］。

（二）重视学习过程

对于项目驱动教学来说，除了内容上的设计与安排，学习过程无疑是最为关键的环节，要保证学生能够积极参与，全身心地投入创造实践活动中，结果与成绩不是最终目标，而是能够独立完成项目任务［8］。因此教师要严格监督、引导学生，发挥学生的主体性，使学生充分体验项目实施过程中的艰难与乐趣，锻炼自身综合能力［9］。

（三）涵盖重点知识

根据行业、企业发展实际选取案例作为项目内容，需要注意与“嵌入式操作系统”课程知识点相对应［10］，涵盖所有重点知识内容，帮助学生实现深入掌握的目标［11］。另外通过项目任务与知识点的融合，有利于学生进行知识迁移，在共同探究过程中强化自身实践能力，因此要严格考量，保证项目任务设计的科学性。

三、基于项目驱动的“嵌入式操作系统”课程教学改革策略

（一）明确教学目标，突出能力本位

当下“嵌入式操作系统”课程改革应充分融入项目教学法，在设计中明确教学目标，突出学生能力本位，结合课程特点要注重培养学生嵌入式操作系统的应用实践能力，包括设计方法、从事各类产品的研发等，使其毕业后能够顺利进入工作岗位，参与到产品设计、开发等多个环节。因此，在教学目标上必须以学生的实践操作能力为主，同时将各类理论知识融入项目教学中，通过理论融合实践的方式，促使学生的综合能力得到提升，使其可以独自完成设计、系统定制修改以及解决问题等［12］。目前来看，应将教学重心放在嵌入式Linux操作系统的软件开发技术上，让学生能够充分理解该部分知识内容，比如Linux操作系统的开发环境，充分理解嵌入式交叉编辑环境，熟练使用GCC、GDB等关键程序，同时掌握系统及开发技术与应用及开发技术［13］。总而言之，应全面推广项目驱动教学法，提前明确教学目标和方向，可以后续进行深化调整，推动项目驱动教学逐渐走向成熟，另外教学目标必须突出学生能力本位，包括实践过程中需要掌握哪些技术和技能等，通过贴近实际提高教学成果。

（二）重视项目创新，抓好实施过程

1.项目设计。相比以往的“嵌入式操作系统”课程教学而言，项目驱动教学法无疑更有利于调动学生的积极主动性，促使学生全身心地投入自主发现、解决问题过程中。但是项目驱动教学法对于内容设计要求非常高，这也需要教师能够充分把握项目设计质量，为后续的教学奠定扎实的基础。想要达到事半功倍的教学成果，必须保障项目驱动教学内容设计科学合理，因此项目任务应具备以下几点特征：（1）项目内容难度、工作量要符合学生实际，不能超出学生能力范围，否则很难在规定的时间内完成教学，无法严格按照规定时间完成项目开发。（2）项目任务设计要具有实际意义，能够对学生进行有效培养，内容方面必须贴近现实生活，可以借助某些真实发生过的案例进行项目任务设计。（3）项目任务必须涵盖“嵌入式操作系统”课程的所有知识内容，紧扣教学大纲。项目驱动教学确实具有诸多优势，尤其在“嵌入式操作系统”课程改革中，教师要保障项目任务内容的完整性、可操作性，涵盖GCC、Makefile及Linux等基本操作，形成完整的项目驱动教学体系［14］。

2.项目实施。“嵌入式操作系统”课程项目驱动教学的实施地点主要安排在实验室，方便教师讲解相关知识点后及时开展实践操作，通过编写代码的方式进行验证，切实掌握知识要点与操作原理。另外项目任务需要实时借助Linux虚拟机，学生也可以在自己的计算机上安装，以便课后能够深入了解项目任务，解决课堂时间不够充足的问题。首先，由教师提出项目任务，激发学生的学习兴趣和探究欲望，并将项目的功能分解为对应的教学知识点，强调完成项目任务即可掌握相关知识与技能，比如Linux基本命令、Ⅵ操作、Linux的C语言编程等。其次，教师应给予适当指导，并根据学生的实际情况制定项目进度表，为后续的考核评价提供依据。随后将学生分为3～4人一组，鼓励小组内部讨论，合力完成项目任务。可以多借鉴国外的项目驱动教学经验、市场上嵌入式专业培训经验等，打造更适合学情的项目驱动教学模式。依据“嵌入式操作系统”课程的特点，合理融入相关概念与知识点。

3.优化项目结构，明确教学主线。科学合理地设计项目驱动教学内容至关重要，这也是教师优先考虑的问题，应基于“嵌入式操作系统”课程特点、学生能力培养需求，设置不同类型的项目，从而满足教学实践。除此之外，教师必须保证项目驱动教学结构分明，紧紧抓住教学主线，可以将项目驱动教学划分为三个阶段，每个阶段完成不同的知识学习和技能训练。第一，验证阶段，由教师对基础理论进行讲解、示范，同时引导学生掌握嵌入式操作系统的设计方法与注意事项，依据教师讲解的理论内容，对相关知识点进行验证。第二，设计阶段，作为项目任务的实施阶段会对学生的基本应用能力与实践操作进行锻炼，需要学生按照教师的要求完成相关内容设计，如小组合作完成原理图设计、电路板图设计，包括电路板与功能单元的测试代码都由学生独立完成，通过实践操作完成简单的项目设计，可帮助学生扎实地掌握知识点，强化实践能力。第三，最终应用阶段，可以选择学生较为感兴趣的项目，如“智能小车控制模块的开发”作为实践应用任务，依据掌握的Wi-Fi数据传输单元知识、控制单元及超声波测距单元知识等，合作完成PCB图、原理图与软硬件功能调试。

4.引入真实案例，启发学生思维。可以多借鉴国外的项目驱动教学经验、市场上嵌入式专业培训经验等，打造更适合学情的项目驱动教学模式。目前案例资料最多的就是基于单片机的智能小车、智能机器人制作项目，这也是比较适合学生练手的项目内容。除此之外可以提高难度，比如基于Arduino的3D打印机制作项目，需求：使用单片机，通过限位开关和温度等传感器控制步进电机移动、加热头，将打印材料加热挤出后凝固成型。硬件：Arduino mega2560开发板、3D打印机套件、打印材料、安装工具等软件，如Marlini开源程序、上位机软件Print3D、切片软件（推荐Cura）、三维制图软件（推荐犀牛）等。再比如基于Linux的嵌入式网络视频监控系统，面向安防等领域的应用，具有多个摄像头同时进行视频传输，为减少带宽、提高视频分辨率和帧率，就需要使用编码标准对视频编码后再传输，可以先做一个软编码器，如基于H.265的编码，主要涉及摄像头驱动和编码库，Linux网络服务器使用开源的mjpg-streamer。图1是基于单片机的智能小车的制作图。

5.改革考核方法，突出教学特点。考核评价是项驱动教学中不可或缺的部分，能够对学生的学习成果、项目实践成果进行考核，明确其中的不足，便于后续优化改进。考核评价体系应突出学生的实践、创新能力，而非以往的最终结果，且“嵌入式操作系统”课程特点决定了考核评价体系的综合性与实践性，无法通过传统闭卷考试的方式对学生进行客观衡量。因此在项目驱动教学中，要摆脱传统试卷考核的方式，采取平时成绩与实验成绩相结合的模式。同时重视学生在项目实践过程中的表现，从而保障评价考核体系的公平客观性。另外实践考核可以采取过关制。根据项目任务的实践执行及格，如未完成项目任务，总成绩达到标准要求也为不合格。这样才能引导学生进行反思，切实改善项目实践中流于形式、应付了事的问题。

结语

本文以忻州师范学院电子科学与技术专业为例，以能力培养为主线，分层次地探讨“嵌入式操作”系统课程体系及其之间的关系，提出了嵌入式系统课群新体系、理论实践教学相结合、以项目驱动为主线的模式组织教学，对学生的自主学习能力与综合实践能力展开培养，同时形成良好的合作意识，攻克较难或操作要求较高的知识点。通过实践不难看出，项目驱动教学法的作用、价值得到验证，学生普遍能够充分参与，并在大学生创新创业大赛中取得了优异的成绩。通过两年的实践，“嵌入式操作系统”课程建设与改革取得显著的效果。

参考文献

［1］罗西.嵌入式操作系统课程在线教学方式探究［J］.软件工程，2021（1）：54-56.

［2］赵贞贞，袁泽明，王颖锋，等.嵌入式操作系统课程线上教学模式探究［J］.科技视界，2020（34）：21-22.

［3］岳雪亭，王瑞尧，周瑞敏.嵌入式操作系统课程教学模式研究［J］.信息与电脑（理论版），2020（20）：221-222.

［4］陈永强，赵斌，谭毅，等.基于达成度评价的“嵌入式操作系统”课程改革探析［J］.江苏科技信息，2018（27）：75-77.

［5］李月洁.关于高校嵌入式操作系统课程教学的探索与思考［J］.电脑知识与技术，2016（16）：154-155.

［6］刘留，周涛，陶成.通信学科类研究生以科研为驱动的“理论实践一体化”教学研究［J］.教育教学论坛，2019，14（4）：239-240.

［7］石增敏，戴雷，刘文俊，等.以工程应用能力为导向的专业学位研究生案例教学法实践［J］.中国电力教育，2018（12）：64-66.

［8］ 魏玮.高校研究生课程混合式教学模式构建路径研究［J］.大学，2021（31）：79-81.