虚拟实验平台在嵌入式系统教学改革中的应用

2022-09-10

嵌入式系统教学的教学中受到传统教学观念因素的影响, 教学当中存在着诸多问题, 而在当前教学改革发展背景下, 创新教学就成为促进嵌入式系统教学发展的关键。将虚拟实验平台应用在嵌入式系统教学当中, 就有助于提高学生的学习效率和质量。

一、嵌入式系统教学问题及虚拟实验平台的应用作用

(一) 嵌入式系统教学问题

随着当前我国的科学技术水平的提升, 社会发展中对技术人才的需求也比较大, 嵌入式系统技术的应用比较广泛, 这就使得高校在教学当中对这一方面人才的培养有着良好的契机。

嵌入式系统的教学过程中, 由于受到教学观念以及方法等因素的影响, 还存在着诸多的问题有待解决, 主要体现在以下几个层面:

其一, 嵌入式系统教学时间不充足。从嵌入式系统的实际教学现状能够看到, 教学时间的缺乏是比较突出的问题, 当前的课程教学时间的安排中尤其是实验教学的课时比较少[1]。嵌入式系统课程的教学包括诸多的内容, 如硬件结构以及汇编指令等等内容, 在课程知识结构的难度上都比较大, 需要有足够的课时才能有助于学生消化。而在实际的教学当中, 压缩学时成为弥补课时不足的一个重要方法, 在有限的时间内放入大量的嵌入式系统知识内容, 学生很难在高压的学习气氛中掌握到嵌入式系统的知识内容, 学生的学习热情也很难有效的激发, 这就不利于学生的进一步学习发展。

其二, 教学和实验没有紧密结合。从嵌入式系统教学的现状能够看到, 理论教学和实验教学没有结合起来, 教学没有同步。实验配合讲课内容针对性的为学生呈现嵌入式系统教学知识, 才能让学生对该知识内容有直观的感受, 方便学生理解[2]。而实验教学也是嵌入式系统课程教学的一个重点, 但是从实际的现状能够看到, 并没有将教学和实验进行结合起来, 这就造成学生对知识很难理解, 到了实验的过程中也不知所措, 不知道怎么去入手, 整体的学习效果比较差。

其三, 嵌入式系统教学进程脱节。嵌入式系统教学过程中, 由于教学的方法比较单一, 没有创新教学方法, 教学过程中不注重对学生进行积极引导和启发, 学生在学习起来就比较的被动, 不能和谐的配合起来, 这就造成了教学效率比较低的现象, 影响了学生的进一步学习发展。

(二) 嵌入式系统教学虚拟实验平台的应用作用

嵌入式系统的实际教学过程中, 为能够提高教学的质量就要充分注重创新教学的模式和方法, 虚拟实验平台的应用是比较重要的, 能有效发挥其积极作用。嵌入式系统内容和诸多的领域都有着联系, 如芯片设计以及微电子设计等等, 所涉及到的知识面比较广, 让学生能良好的学习到嵌入式系统的知识内容, 这就需要采用新的教学方法, 虚拟实验平台的利用就显得比较重要[3]。为能丰富实验平台以及为学生学习嵌入式系统知识带来乐趣, 就要注重问题为主的实验教学手段的科学应用, 积极引导学生自我思靠以及动手实践, 培养学生探究能力让学生自我解决问题。

嵌入式系统教学中对虚拟实验平台的应用下, 选择内容上比较方便, 通过嵌入式系统软硬件设计结合的试验, 积极培养学生知识选择以及运用的能力, 硬件设计实验当中能通过当前的软件工具运用, 让学生自主的完成小系统设计以及使用。通过优秀的现有项目以及学科竞赛要求作为典型案例, 能够加强对学生的积极引导, 让学生从实践当中提高自身解决问题的能力, 发挥虚拟实验平台的积极作用[4]。

二、嵌入式系统教学虚拟实验平台的模块和应用措施

(一) 嵌入式系统教学虚拟实验平台的模块

嵌入式系统教学中对虚拟实验平台的应用, 要发挥实验平台诸多模块的功能作用, 让学生能够通过虚拟实验平台的运用掌握嵌入式系统知识以及设计方法, 能循序渐进的提高学生的专业知识水平。虚拟实验平台模块有着不同的类型, 其中有最小系统模块, 如微处理器芯片LPC2138、时钟电路以及复位电路等都是比较重要的模块内容。再者, UART实验模块也是比较重要的模块内容, 这一模块主要是通过微处理器芯片串行接口UART0连接到Proteus提供串行接口仿真终端, 最终实现串行接口全功能仿真[5]。GPIO实验模块也是比较重要的模块内容, 这是通过两个引脚来实现控制单个发光二极管以及一个按键, 最终实现简单实验。

另外, 虚拟实验平台模块当中的定时器模块主要是实现完成定时器计数以及定时和捕获功能的, 还有外部中断实验模块内容, 以及SPI实验模块、ADC实验模块、PWM实验模块、DAC实验模块、看门狗实验模块、液晶控制实验模块等等, 这些模块都发挥着各自不同的功能作用, 为嵌入式系统教学发展提供了良好的技术支持, 促进了学生的学习质量和效率。

(二) 嵌入式系统教学虚拟实验平台应用措施

将虚拟实验平台在嵌入式系统教学当中加以应用, 就要和具体的教学需求紧密结合起来, 为学生学习嵌入式系统知识提供技术支持, 可从以下几个层面加强重视:

第一, 注重针对性应用提高教学质量。虚拟实验平台的应用不是盲目无计划的, 是需要按照实际的嵌入式系统教学的需要而进行针对性应用, 才能发挥其积极作用价值的。ARM是新32位处理器内核, 在实际的教学过程中, 嵌入式系统知识内容相对比较多, 如体系结构以及硬件结构和汇编指令几个重要方面。而教学中要面面俱到内容就比较深入, 理论教学过程中为提高教学质量, 就要在内容的广度深度上进行调整, 只有这样针对性的应对, 才能有助于提高教学质量[6]。

嵌入式系统的实际教学内容中, 保障教学目标基础上选择适合学生学习的内容, 保留强化ARM体系结构基础知识教学内容, 对于汇编指令的内容进行相应缩减, 硬件结构选择性讲解, 重点就要让学生掌握基础的定时器以及串行接口等, 不能多而全, 要精干, 只有这样才能有助于提高学生的学习效率。

第二, 科学应用虚拟实验设备。嵌入式系统教学中注重创新发展是比较重要的, 将虚拟实验设备引入到嵌入式系统教学课堂当中去, 将课程的实践以及应用能力有效提升。应用虚拟实验设备的基础上, 就能在讲述嵌入式系统的抽象知识点的时候, 让学生能通过虚拟实验设备的操作运用更为直观的感受, 进行现场编制程序以及在平台上仿真运行, 学生能直观看到实验运行结果, 这对提高学生的学习积极性以及质量就有着保障, 让学生更高效的消化吸收相应知识。

虚拟实验设备的应用要演示在先, 实践在后, 让学生能明确课堂的学习任务以及教学的目的, 这样才能有助于学生进一步学习发展。

第三, 注重虚实的有效转换。虚拟实验平台的运用中, 要注重在课堂以及课后的虚拟仿真练习之后, 学生进入到实验室通过虚拟实验编程真实实验, 就会更为有条理的着手实施, 让学生能有更多时间来体会虚拟实验和真实实验, 从而让学生对嵌入式系统的知识点有更深入的了解。通过嵌入式系统课程设计结合虚拟实验平台最小系统等实验模块的运用下, 来设计简单的实验开发板, 能让学生从电路原理图着手实施, 从浅到深的实施, 这对促进学生更好学习到嵌入式系统知识内容就有着积极促进作用。

第四, 注重考核的多样化措施实施。嵌入式系统教学中运用虚拟实验平台, 在对学生实施考核方面也是比较重要的, 这就需要从多方面加强重视, 通过虚拟实验平台改革传统课程的实验成绩加上试卷成绩的考核方式, 要实现考核方式的多样化目标。平时理论教学中针对性设计仿真题目, 纳入到成绩考核范围, 如在课后进行增加有着竞赛性的仿真题目, 激发学生参与的主动积极性, 鼓励学生走上讲台现场仿真实验等, 这些都能做为考核的方式。

三、结语

总而言之, 嵌入式系统的教学改革发展过程中, 要充分注重教学模式的创新应用, 以学生的未来发展为基础, 将虚拟实验平台和嵌入式系统教学改革相结合, 让学生在新的学习环境下掌握更多的专业知识, 提高自身的实践能力, 只有如此才能有助于自身未来发展。希望上文中对虚拟实验平台的相关应用研究的分析, 能有助于实际教学发展。

摘要：随着教育改革的进一步深化, 加强嵌入式系统教学改革, 融入新的技术就显得比较重要, 将虚拟实验平台和嵌入式系统教学相结合, 对促进教学改革就有着积极促进作用。基于此, 本文主要从理论角度, 对嵌入式系统教学的情况加以阐述, 然后就虚拟实验平台的应用作用以及实际实验平台模块和应用详细探究, 希望能为实际的嵌入式系统教学改革发展起到一定启示作用。

关键词：嵌入式系统,虚拟实验平台,教学改革