基于ARM嵌入式系统的研究性教学探讨
摘要：文章阐述了基于ARM嵌入式系统的电类专业本科生研究性教学的研究与实践经验总结。首先分析了开展研究性教学的必要性和主要条件；其次从社会需求、综合性、创新性、性价比等方面探讨了ARM嵌入式系统作为研究性教学平台的主要优势；接着提出了基于ARM嵌入式系统的研究性教学的模型，包括主要研究目标、主要研究内容、主要研究形式、主要研究期望等内容；最后总结了开展研究性教学的主要成效。实践结果表明，开展基于ARM嵌入式系统的电类专业本科研究性教学，对提高大学生综合应用能力、实践能力、创新能力，提高大学生的专业核心能力和就业的核心竞争力，具有非常明显的成效。
关键词：研究性教学；ARM嵌入式系统；研究性教学平台；研究性教学模式；研究性教学成效
作者简介：谭会生（1966-），男，湖南茶陵人，湖南工业大学电气与信息工程学院，副教授。（湖南株洲412008）
基金项目：本文系湖南工业大学教育教学改革教学之星专项（项目编号：2011C03）、湖南省教育厅大学生研究型学习与创新性实验计划项目（项目编号：2009-225）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）10-0070-02
一、开展本科生研究性教学的必要性和条件
研究性教学是一种新的教育理念，是一种新的现代学习观，它强调学习的自主性和开放性。在教师的研究性教学理念的引导下，教学设计被看成是一项系统工程，从研究思想、研究手段、研究策略等各方面进行教学过程的全新设计，激发学生的研究及探索科学问题的兴趣。学生运用探索的方法，对问题进行研究，最终获得知识。研究性教学理念要求教师通过自己的教学，培养学生做事和做人的能力和素质。
综合现有观点并结合作者多年实际开展研究性教学的实践，作者认为开展本科生研究性教学必要性如下：大众化高等教育的差异化教育的需要；提高大学生综合应用能力的需要；提高大学生实践动手能力的需要；提高大学生专业创新能力的需要；提高大学生专业综合素养的需要；改变大学生被动学习学风的需要。随着经济社会的发展和高等教育的大力发展，我国高等教育已由精英化教育转向大众化教育，学生群体出现多样化的趋势，学生学习兴趣、学习能力、学习需求的差异性日显突出。为了提高大众化高等教育的质量，更好地满足市场经济条件下对人才的高要求，笔者按人才培养方案组织教育的同时，对一些优秀和比较优秀的学生，根据社会发展的需求、学生的兴趣爱好、学生的职业规划等，进行加深与扩展，实现优才优教。
开展本科生研究性教学的主要条件如下：提高教师研究性教学的能力；激发学生研究性学习的积极性；提供研究性教学资源与教学场地；选择一个合适的有效平台；构建有效的研究性教学评价与评估体系。其中选择一个合适的有效平台，是研究性教学持续而有效开展的一个关键性因素。作为电类专业研究性教学的有效平台，应该方便学生进行软件仿真和硬件设计与制作，并具有综合性强、创新性强、成本低廉、灵活性强等优点。
二、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的主要优势
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统融合了计算机软硬件技术、通信技术和微电子技术，是集成电路发展过程中的一个标志性成果。可以预言，嵌入式系统将成为后PC 时代的主宰。
嵌入式系统具有非常广泛的应用，包括智能产品、工业自动化、办公自动化、电网安全、电网设备检测、石油化工、商业应用、安全防范、网络通信、汽车电子与航空航天以及军事等各个领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升多领域技术水平的有力工具。
按照体系结构分类，目前世界上有四大流派的嵌入式处理器内核，即MIPS处理器内核、ARM处理器内核、PowerPC和68K/COLDFIRE。其中ARM架构处理器已在高性能、低功耗、低成本应用领域中占据领先地位，它在当今最活跃的无线局域网、3G、手机终端、手持设备、有线网络通信设备中得以广泛应用。
利用ARM嵌入式系统设计实现电子系统具有以下几个方面的优点：芯片内外资源丰富，硬件系统简单；可运行各种实时操作系统，降低了复杂系统应用程序开发的难度；可运行多种操作系统，应用程序开发难度降低，系统人机界面友好；系统数据处理能力强，控制精度高；有成熟的开发工具，丰富的开发资源和资料；目前ARM具有众多的开发人群，有助于降低企业项目开发成本、保持开发的连续性。
使用ARM嵌入式系统作为研究性教学的平台，它具有以下优点：技术先进、社会急需、综合性强、创新性强、成本低廉。
三、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的研究模型
为了描述基于ARM嵌入式系统的研究性教学的研究背景、主要研究目标、主要研究内容以及主要研究期望，图1给出了基于ARM嵌入式系统的研究性教学模型。现将主要内容具体阐述如下：
1.利用ARM嵌入式系统开展研究性教学的研究目标
利用ARM技术开展研究性教学的研究目标，主要包括三个方面：基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现基础训练；基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现相关研究；基于ARM嵌入式系统的系统设计与实现课题研究。
2.利用ARM嵌入式系统开展研究性教学的研究内容
利用ARM技术开展研究性教学的研究内容，主要包括三个方面的内容：
（1）ARM嵌入式系统设计开发基础研究：主要包括ARM器件结构、ARM汇编语言、C/C++语言、操作系统移植、应用程序开发、驱动程序开发等嵌入式系统设计与实现基础理论、基本方法、基本工具的学习与使用。
（2）ARM嵌入式系统设计与实现相关研究：主要是与课题设计和实现有关的数字信号处理、数字图像处理、工业智能控制、网络通信控制、数字家电控制等基础理论、实现算法和系统仿真等研究，重点是实现算法的设计、选择和仿真。
（3）基于ARM的嵌入式系统设计与实现：主要包括系统设计需求分析、ARM实现硬件设计、ARM操作系统移植、ARM应用程序设计、ARM驱动程序设计、ARM系统组装与调试。
3.基于ARM嵌入式系统开展研究性教学的主要形式
基于ARM嵌入式系统开展研究性教学的主要形式，包括组建ARM嵌入式系统学习兴趣小组、课题系统设计与实现研究小组和选拔教师科研项目助理等，通过专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等形式开展研究活动。
四、基于ARM嵌入式系统的研究性教学的主要成效
1.熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧
从研究性学习训练学生的毕业设计论文的质量可以看出，他们熟练掌握ARM嵌入式系统基础理论、基本方法、基本技巧、调试方法和调试技巧，能够尽快地适应从事嵌入式系统设计与开发工作。
2.熟练掌握与ARM嵌入式系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧
经过研究性学习训练的学生，无论是以前学习过并且掌握的、还是以前学过但似是而非的、或是以前根本没接触过需重新学习的，现在已熟练掌握与ARM嵌入式系统设计开发课题相关的基础理论、基本方法、基本技巧。
3.全面提高学生的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力和就业核心竞争力
通过研究性学习训练的学生，不但具有良好的参考文献查找能力、分析利用和文档处理能力，同时他们的综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力大为提高，就业核心竞争力显著提高，80%的学生毕业时均能找到从事嵌入式系统设计与开发的工作，并且工资待遇也相当不错。
五、结论
实践结果表明，以课题为中心，以兴趣为纽带，以新兴的、有着广泛发展前途的ARM嵌入式系统的学习与应用为目标；采用ARM嵌入式系统学习兴趣小组、课题设计与实现研究小组、参加教师科研项目等形式；通过具体的专题训练、分散研究、定期讨论、按需答疑、总结汇报等活动；开展基于ARM嵌入式系统的电类专业本科研究性教学，对提高大学生综合应用能力、实践动手能力、创新创业能力；提高大学生的专业核心能力，就业的核心竞争力，培养从事嵌入式系统研究、设计与开发的高级人才，具有非常明显的成效。
参考文献：
[1]行龙.引入研究性教学理念,着力提高本科教学质量[J].中国高等教育,2007,(22):44-45.
[2]王金发.整合理念,构建开放式研究性的教学与学习新模式[J].中国高等教育,2007,(21):20-22.
[3]刘赞英,王岚,朱静然,等.国外大学研究性教学经验及其启示[J].河北科技大学学报(社会科学版),2007,(1):68-75,50.
[4]张伟刚.大学研究性教学与科研方法[J].高等理科教育,2009,(2):65-69.
[5]瞿振元.以培养拔尖创新人才为核心提升教育质量[J].中国高等教育,2008,(1):19-22.
[6]朱崇实.研究型大学创新型人才培养的思考与探索[J].中国高等教育,2007,(21):17 -19.
[7]李昌新,刘亮,庄森.论大学研究性教学的价值取向及实施条件[J].高等农业教育,2011,(3):19-21.
[8]马维华.嵌入式系统原理及应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
[9]李新峰,何广生,赵秀文.基于ARM9的嵌入式Linux开发技术[M].北京:电子工业出版社,2008.
[10]王诚,梅霆.ARM嵌入式系统原理与开发[M].北京:人民邮电出版社,2011.
[11]廖义奎.ARM与FPGA综合设计及应用[M].北京:中国电力出版社,2008.
（责任编辑：宋秀丽）