原创《基于开源硬件嵌入式专业教学改革》：此文是一篇教学改革论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
摘 要：针对嵌入式专业融合计算机、电子、自动控制等多学科,高职院校的嵌入式专业课程教学内容难度大、实验复杂性高、难以培养学生动手实践能力和工程思维的问题,结合高职学生的认知水平,将开源硬件引入嵌入式专业的专业课程教学.本文分析了Arduino、RaspberryPi等开源硬件的特点和优势,从教学内容、嵌入式实验室建设和创客教育等方面进行了教学实践,探讨以开源硬件平台为载体进行嵌入式专业课程教学的可行性.
关键词：开源硬件；嵌入式专业；教学改革；Arduino；Raspberry Pi
中图分类号：G434 文献标志码： A 文章编号：1673-8454（2017）18-0027-04一、 引言
自从2015年7月国务院印发《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》[1],“互联网+”概念提出以来,经过近两年的探索和发酵,“互联网+”加速了传统行业的转型升级,传统制造企业和硬件设备企业的智能化和互联网已深度融合.嵌入式专业广泛应用于工业控制、智能手机、可穿戴设备、Android嵌入式开发和无人机等领域,使得企业对嵌入式专业的人才需求重新升温,增长迅速；同时硬件的高度集成、模块化对嵌入式人才的要求也随即提升,但高职院校的嵌入式专业的人才培养却相对滞后,无法满足信息2.0时代对嵌入式人才的需求.高职的嵌入式专业属于计算机、电子、自动控制等多专业的交叉学科,课程内容包括底层硬件、软件以及应用程序的开发,专业课程的实践教学因硬件复杂性高、学习难度大,大多以验证性实验为主,很难满足企业对硬件设计人才的技术要求[2].
为了提高高职院校的嵌入式人才的培养质量以适应当今传统行业的智能化转型,必须对嵌入式专业的课程内容更新优化,引入新型的集成芯片和模块化硬件设计等内容,增加微电子学、自动控制和计算机等多学科交叉的知识内容,提高课程的实践性,这势必使得课程的教学难度进一步加大.高职院校的嵌入式专业学生的编程能力较强,但是电子、机械等硬件知识相对较差,解决两者之间的矛盾成为高职院校嵌入式专业人才培养亟待解决的问题.
借助于开源软件的发展思路,近几年开源硬件开始受到嵌入式工程师、电子发烧友和创客等青睐和追捧[3].Arduino作为最典型的开源硬件[4],不仅提供交互良好的集成开发环境,也无需掌握单片机的底层设计和编码,利用其提供的简单函数即可实现功能,可以大大降低硬件知识薄弱的嵌入式专业学生的学习难度,并能满足当今硬件集成化、模块化的设计要求.本文在深入了解开源硬件的优势基础上,探讨开源硬件应用于嵌入式专业的教学改革的可行性.
二、 嵌入式专业教学存在的问题
1.教学内容难度大
高职院校的嵌入式专业一般在计算机院系开设,此专业是融合计算机、电子、自动控制等多专业的交叉学科,学生不仅需要学习计算机、电路电氣、自动控制等专业知识,还需要将这些知识融会贯通加以应用.高职学生的基础薄弱,学习的主动性不足,计算机专业的高职学生面对相对较为深奥的电路、自控类知识,很容易知难而退,难以培养他们的专业技能和创新能力.目前,高职院校的嵌入式专业课程从《C语言程序设计》、《嵌入式系统设计》、《单片机和接口技术》、《ARM体系架构》再到《嵌入式Linux开发》,教学内容相对偏难,高职学生很难在有限的学时内消化大量的知识,往往半途而废.
2.教学方法变革小
嵌入式专业的专业课程实践性很强,目前的教学方法多半是在完成理论教学的基础上,进行少量的验证性实验,学生实际动手组装调试的实验相对较少,很难完全理解学习内容,这种传统的教学方法已完全不能适应高职教育的要求.近几年开展的嵌入式专业的省级、国家级技能大赛,大大促进了嵌入式专业教学方法的改进,通过大赛提高了学生专业学习和动手实践的兴趣,并加快了专业教学内容的更新升级,使理论实践教学有效融合.但竞赛的作用依旧不能跟上行业发展的步伐,智能硬件的飞速发展对嵌入式专业的教学内容和方法都提出了更高的要求.
三、开源硬件的优势
1.开源硬件简介
开源硬件（OpenSourceHardware）的概念源于开源软件的许可方式,由开源运动发起人之一Bruce Perens在1997年首次发起的“开源硬件认证计划”正式确立[5].开源硬件是指采用和开源软件相同方式设计的计算机和电子硬件,硬件设计会公布电路原理图、材料清单,设计图以及软件开发工具包等详细信息[5].
随着FPGA、SoC设计的发展和嵌入式系统在各个行业的快速扩张,以及Google、Intel、Facebook等知名IT企业的推动,开源硬件的生产成本大大降低,各大企业都纷纷设立开源硬件平台项目,代表性的开源硬件开发平台包括：Arduino、树莓派基金会的RaspberryPi、德州仪器的BeagleBone等,其中：Arduino体积小、价格低廉、良好的易用性和扩展性、活跃的技术社区、大量的示例项目和教程,是初学者进行设计、开发实现创意的入门级平台工具,最适合硬件基础弱的高职学生.
2.Arduino的特点和优势
Arduino是目前最受初学者欢迎的一款开源硬件开发平台,秉承共享创意许可的开放源码理念,由Massimo Banzi、David Cuartielles等人在2005年联合设计完成[6].Arduino的硬件包括Arduino官方板、硬件驱动、传感器扩展板,软件开发使用类似Java、C语言的ArduinoIDE,更有Scratch等图形化开发软件,进一步降低了嵌入式开发的难度.
Arduino使用Atmel R单片机,尽管处理能力相对较弱,但它的优势更为明显,包括：
（1）价格便宜,淘宝网的售价基本都在几十元,加上常用传感器、电机、二极管和电阻等的入门级开发套件也就一百多元,对于初学者和学校的实验元器件投入都不是很大,完全能承受.
教学改革论文参考资料：
结论：基于开源硬件嵌入式专业教学改革为关于本文可作为教学改革方面的大学硕士与本科毕业论文教学改革的具体措施论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
