時間：2022-06-03 17:43:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇嵌入式課程總結(jié)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)模式；獨立學(xué)院
1.引言
目前，國內(nèi)開設(shè)有關(guān)嵌入式系統(tǒng)課程的獨立學(xué)院極少，培養(yǎng)出的基于Linux平臺上的嵌入式軟件開發(fā)人員更是鳳毛麟角。所以，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)的獨立院校，特別是有計算機、電子技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的工科獨立院校，應(yīng)該盡早引入嵌入式系統(tǒng)的教育，結(jié)合自己專業(yè)特點，大力開展嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)工作。
2.嵌入式系統(tǒng)簡介
嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，而是指小型、專用的計算機系統(tǒng)。它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時設(shè)計人員把這兩種軟件組合在一起，應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。
3.國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀
國內(nèi)教育界將嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)大致分為三類：軟件學(xué)院專業(yè)嵌入式教學(xué)；計算機專業(yè)嵌入式教學(xué)；電子、自動化等相關(guān)專業(yè)嵌入式教學(xué)，對于嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)研討從嵌入式課程體系的設(shè)置、嵌入式理論教學(xué)的開展、嵌入式實驗教學(xué)的開展、嵌入式綜合設(shè)計與學(xué)生工程實訓(xùn)等幾方面展開。
4.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式的探討
綜觀國內(nèi)外，長期以來都沒有專門針對嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)科設(shè)置，從事該領(lǐng)域的研發(fā)人員都來自不同專業(yè)背景，例如自控、電子工程、通信工程、計算機應(yīng)用等專業(yè)。由于知識結(jié)構(gòu)不能完全滿足嵌入式系統(tǒng)工程的要求，需要經(jīng)過較長的再培訓(xùn)才能勝任嵌入式系統(tǒng)工程師的工作。嵌入式系統(tǒng)教育給傳統(tǒng)計算機、電子信息工程教育帶來了巨大的沖擊和挑戰(zhàn)，也帶來了歷史的發(fā)展機遇。嵌入式系統(tǒng)工程（ESE）是一個全新的專業(yè)，需要企業(yè)和社會的認知過程，課程體系需要經(jīng)歷設(shè)計、發(fā)展、完善的過程。
通過與國內(nèi)其他高校的專家的探討與學(xué)習(xí)，結(jié)合西部高校普遍存在的資金非常缺乏，實驗條件的局限，以及電子信息工程專業(yè)學(xué)生的特點，我們積累和總結(jié)出關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教育教學(xué)模式的一些想法，列舉如下：
4.1 建立一套適合學(xué)校特點的課程體系
嵌入式課程是近幾年來建立的一門新課程，有它自身的特點、規(guī)律。嵌入式的課牽扯面很廣，包括研究生的課程、本科生的課程、技能課程的培訓(xùn)等。由于該課程與實際結(jié)合得非常緊密，容易教成短期培訓(xùn)，而作為一門課程要有自己的規(guī)律，不要把這個課程做成嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的技能培訓(xùn)，要結(jié)合獨立學(xué)院的自身培養(yǎng)目標(biāo)特點制定出相應(yīng)的教學(xué)計劃以及實施方案。例如在我校，針對電子信息工程專業(yè)，目前師資力量等都不能滿足直接建立一個嵌入式系統(tǒng)的專業(yè)，設(shè)想把嵌入式系統(tǒng)設(shè)定為電子信息工程專業(yè)本科主修方向，在低年級時開設(shè)相關(guān)的專業(yè)選修課，讓有意于此方向的學(xué)生打好基礎(chǔ)，在本科高年級進一步學(xué)習(xí)。作為電子信息工程專業(yè)，在教學(xué)中一定不能光注重應(yīng)用，也要將清楚計算機本身的規(guī)律在什么地方，為什么發(fā)展嵌入式，有什么原理進行探討，從而建立一套適合我們特點的課程體系。
4.2 課程應(yīng)該分層次
嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的層面應(yīng)不同，有研究生、本科生高年級、重點大學(xué)、普通大學(xué)、獨立學(xué)院等的分別，在授課時有所區(qū)別。在本學(xué)院推行這門課，考慮到針對的是電子信息工程專業(yè)，和其他學(xué)院的側(cè)重點是不同的，但作為電子信息專業(yè)中的一個主修方向，在教學(xué)中應(yīng)該突出原理與應(yīng)用的緊密結(jié)合且能體現(xiàn)出理論和實踐并重的特點，在教材的選定上應(yīng)該包括有關(guān)嵌入式處理器、操作系統(tǒng)（linux或ubantu）、開發(fā)平臺和應(yīng)用，重點學(xué)習(xí)原理及相關(guān)應(yīng)用。
4.3 主動去獲得更多的支持
由于學(xué)校在技術(shù)、經(jīng)驗、資金等方面有很多的困難，所以應(yīng)該主動尋求以獲得更多的幫助，例如主動跟國內(nèi)外相關(guān)公司索取資料、設(shè)備，要求一些技術(shù)支持等，積極組織教師參加全國范圍的各種嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研討會、及到各知名企業(yè)進修，讓教師深入了解技術(shù)發(fā)展。
4.4 可利用仿真軟件、書籍內(nèi)容輔助實驗教學(xué)
如果讓理論知識能讓學(xué)生達到所見即所得是本課程教學(xué)的重點和難點，由于資金的缺乏，現(xiàn)成的實驗板很昂貴，應(yīng)采用仿真和實驗相結(jié)合的方法，一部分學(xué)生在SkyEye、microwindows仿真環(huán)境下做實驗，一部分學(xué)生在實驗板上面做實驗，在實驗之后再一起互相討論。
4.5 利用互聯(lián)網(wǎng)進行教學(xué)交流
由于教師對嵌入式系統(tǒng)課程不熟悉，在教學(xué)中要自己一邊學(xué)習(xí)一邊講課，應(yīng)該充分利用極其豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，例如教學(xué)課件及背景資料都可以從網(wǎng)站上下載，教師和學(xué)生均可通過論壇交流。
4.6 全國高校大學(xué)生電子競賽及行業(yè)相關(guān)競賽
通過組織學(xué)生參加全國高校大學(xué)生電子競賽來深入了解和學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)。雖現(xiàn)在的電子競賽還沒有直接用到嵌入式系統(tǒng)，但是我們必須現(xiàn)在開始在思想上有所改變，主要是使學(xué)生多搞創(chuàng)新想法，而不僅僅是產(chǎn)品創(chuàng)新。
5.結(jié)語
嵌入式系統(tǒng)工程是一個全新的專業(yè)，目前的關(guān)鍵是怎樣與現(xiàn)有專業(yè)學(xué)科融合，以及怎樣進行現(xiàn)有課程體系的改革和調(diào)整。我國在嵌入式系統(tǒng)教育方面起步較早的是北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院的嵌入式系統(tǒng)系，他們已經(jīng)形成了較為完善的課程體系、專業(yè)水平較高的師資隊伍和與國際技術(shù)接軌的嵌入式系統(tǒng)工程實踐環(huán)境，目前，嵌入式系統(tǒng)系在我院本科生達到480人。獨立學(xué)院由于很多因素的制約在教育上也比較落后，但已經(jīng)積極行動起來，投身到嵌入式系統(tǒng)教育中去，為我國嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展輸送更多的優(yōu)秀人才。
參考文獻
[1]馬忠梅.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式探討[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）：5-37.
[2]徐敏，林瑞金.關(guān)健生嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009（3）：13-22.
關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);課程群;實驗教學(xué)體系;開放實驗室;教學(xué)方式
隨著嵌入式技術(shù)日益普及,國內(nèi)外企業(yè)紛紛加大了對嵌入式產(chǎn)品的研發(fā),嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的人才需求也日益旺盛[1]。為了適應(yīng)社會和行業(yè)的廣泛需求,全國各高校紛紛開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程,嵌入式系統(tǒng)課程一時成為各高校最受歡迎和最熱門的課程之一[2]。然而,與嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展相比,我國教育機構(gòu)在此方面的培養(yǎng)則相對滯后[3-4],作為一個新興的課程體系,嵌入式系統(tǒng)課程在理論教學(xué)和實踐教學(xué)方面存在很多不足,特別是一般院校在教學(xué)實踐中遇到了很多困難和問題[5-7]。本文針對這些問題和不足進行了分析,并結(jié)合筆者在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方面的實踐和對其他高校經(jīng)驗的總結(jié),提出了相應(yīng)對策以供討論和研究。
1現(xiàn)狀分析
作為一個新興的課程體系,嵌入式系統(tǒng)的理論教學(xué)和實踐教學(xué)一直處于不斷探索和磨合的階段,遠不如其他課程那樣成熟和完善。一般院校的教學(xué)實踐目前主要存在以下幾個問題:
1) 嵌入式系統(tǒng)入門難,且不同專業(yè)的學(xué)生各有其局限性。
嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域門檻較高,要求開發(fā)人員不僅要懂底層的硬件,而且要有較高的軟件專業(yè)水平[8],在有限的學(xué)時里要掌握好軟硬兩方面,對學(xué)生來說壓力很大。各專業(yè)學(xué)生的背景知識參差不齊,自動化、測控和電子類的學(xué)生往往硬件基礎(chǔ)好,軟件偏弱;而計算機和軟件工程類的學(xué)生往往軟件基礎(chǔ)好,硬件偏弱。
2) 實驗環(huán)節(jié)復(fù)雜,師資力量有限。
一般院校在嵌入式系統(tǒng)方向的師資有限,特別是實驗人員極其匱乏,而嵌入式系統(tǒng)實驗難度大,過程復(fù)雜,學(xué)生遇到的問題多,需要教師投入很多的精力和時間。另外,嵌入式實驗設(shè)備需要比其他實驗更多的維護和管理,這也會增加實驗老師的工作量。
3) 實驗設(shè)備匱乏,實驗資源使用受限。
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板、仿真工具等實驗器材價格不菲,學(xué)生無法自行配備,只能到實驗室進行實驗,而這限制了學(xué)生隨時、隨地學(xué)習(xí)的靈活性,也限制了學(xué)生創(chuàng)意和靈感的發(fā)揮,而一般院校經(jīng)費投入有限,開發(fā)板的數(shù)量有限,這也在相當(dāng)程度上限制了學(xué)生的實踐時間和空間。
4) 實驗內(nèi)容單一,缺乏綜合性和創(chuàng)新性內(nèi)容。
很多院校的實驗學(xué)時偏低,且實驗內(nèi)容單一,大都是基礎(chǔ)性、驗證性實驗,缺乏設(shè)計性、綜合性實驗,有的即使是綜合性的,但很少更新,與業(yè)界的主流開發(fā)技術(shù)和開發(fā)平臺脫離,致使學(xué)生所學(xué)與業(yè)界實際需求有差距,失去了嵌入式教學(xué)的意義。
5) 缺乏完善的立體教學(xué)資源和環(huán)境,同時教學(xué)手段落后、單一。
很多院校還沒有建立起完善的教學(xué)體系,更缺乏支撐學(xué)生學(xué)習(xí)的立體教學(xué)資源和環(huán)境,除了上課和實驗以外,缺乏其他的方式、手段來鞏固和促進學(xué)生的學(xué)習(xí)和進一步的發(fā)展。在教學(xué)方式上,仍然采用了過去相對落后和單一的講學(xué)方式,只是采用PPT進行“灌輸式”、“一言堂”的理論講解。
2對策探討和研究
本文結(jié)合筆者的實際任教經(jīng)驗、平時的思考以及對一些重點院校、嵌入式技術(shù)公司的調(diào)研,提出針對上述幾個問題的對策以供研究和探討。
1) 院系合作,建立合理、完善的嵌入式系統(tǒng)課程群。
嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容多而雜,系統(tǒng)性和綜合性強,嵌入式系統(tǒng)本身就是一個包含軟件和硬件的完整微型計算機系統(tǒng),因此,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計原理和技術(shù)不是一兩門課程就能講授的,需要建立一個完整的嵌入式系統(tǒng)課程群。參考和總結(jié)各高校嵌入式系統(tǒng)課程的開設(shè)情況,本文認為圖1所示的嵌入式系統(tǒng)課程群是可以借鑒的。
其中,硬件基礎(chǔ)和軟件基礎(chǔ)課程是作為嵌入式系統(tǒng)課程的先修課程,在低年級開設(shè),而嵌入式系統(tǒng)原理、嵌入式處理器結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)4門課作為課程群的主干課,主要為本科三、四年級和研究生開設(shè)。這些課程不是為了嵌入式系統(tǒng)而重復(fù)開設(shè)的,而是結(jié)合嵌入式系統(tǒng)進行重新調(diào)整和優(yōu)化,以便于嵌入式系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)。
為了節(jié)約師資力量和共享實驗設(shè)備,相關(guān)院系可以建立合作機制,互補開設(shè)課程。例如,計算機專業(yè)的學(xué)生可以選修自動化或電子專業(yè)的模擬電路等課程,而自動化或電子專業(yè)的學(xué)生可以選修計算機學(xué)院的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)等課程。這樣既可以節(jié)約師資力量,也可以共享實驗設(shè)備,還可以使“偏軟”和“偏硬”專業(yè)的學(xué)生進行軟硬互補,互相學(xué)習(xí)、互相促進。
2) 加強師資培訓(xùn)和進行結(jié)構(gòu)性擴展。
要解決實驗課中師資力量受限的問題,在不額外引入師資的情況下,可以從橫向和縱向兩個方面進行師資培訓(xùn),達到擴展師資力量的目的。橫向是加大對本專業(yè)的硬件類課程的相關(guān)實驗員(例如體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字電路課程的實驗員)的培訓(xùn),使之可以兼任嵌入式系統(tǒng)實驗員;縱向是可以著力培養(yǎng)少數(shù)優(yōu)秀研究生,使之可以和教師一起帶實驗,每年進行一次選拔,以維持能夠帶實驗的常規(guī)人員陣容。
3) 建立開放實驗室。
解決學(xué)生實驗設(shè)備受限的問題,有兩個思路:一是建立全天候開放性實驗室,使學(xué)生可以隨時隨地到實驗室學(xué)習(xí)和實驗,這里需要建立嚴格的管理制度,既保障學(xué)生自由的學(xué)習(xí)又保障實驗室的安全和規(guī)范運作,目前國內(nèi)很多高校已經(jīng)有這方面的成功經(jīng)驗;二是可以引入和開發(fā)能夠運行在通用PC平臺上的MPU仿真軟件如SkyEye, 通過仿真軟件,學(xué)生可以在自己的PC上建立起ARM系列MPU的運行、調(diào)試環(huán)境,對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件進行開發(fā)調(diào)試,學(xué)生通過初步調(diào)試后,可以再到實驗室真實環(huán)境下驗證,能夠緩解實驗時間、實驗設(shè)備有限的壓力。
4) 構(gòu)建“一體化、多層次、開放式”創(chuàng)新實驗教學(xué)體系。
嵌入式課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強的課程,只有建立完善的實驗教學(xué)體系才能培養(yǎng)出真正有動手能力的學(xué)生。可以建立多層次、逐步遞進的實驗教學(xué)體系,如圖2所示。
在實驗教學(xué)中,還應(yīng)注意打通課程之間的“壁壘”,做到“兩個貫通”――在縱向上把專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課的實驗內(nèi)容上下貫通,在橫向上將不同門類課程的實驗教學(xué)內(nèi)容左右貫通。
5) 建立完善的立體教學(xué)資源和環(huán)境,改進教學(xué)方式和手段。
可以從以下幾個方面完善教學(xué)資源和環(huán)境:一是建立嵌入式系統(tǒng)課程資源網(wǎng)站,集資源共享、技術(shù)交流、信息反饋等多功能于一體,讓師生、學(xué)生之間可以自由學(xué)習(xí)和交流;二是舉辦嵌入式系統(tǒng)技術(shù)講座,邀請來自高校的研究成果突出的學(xué)者,來自公司企業(yè)的工程技術(shù)人員進行專題講座,使學(xué)生能接觸到最新的知識和實用技術(shù),并了解社會對嵌入式系統(tǒng)人才的具體需求;三是對難理解、較抽象的課程內(nèi)容開發(fā)配套的CAI軟件輔助教學(xué);四是展開校企合作,為學(xué)生創(chuàng)建工程實踐環(huán)境;五是舉辦校內(nèi)嵌入式系統(tǒng)競賽,并引導(dǎo)學(xué)生參加地區(qū)和全國性的競賽,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
改進教學(xué)方式和手段可以從大力開發(fā)CAI課件、Flas、網(wǎng)絡(luò)視頻課件入手,以增強教學(xué)的生動性、直觀性、形象性,不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也能促進學(xué)生對重點和難點的掌握和吸收。對于工程項目,可以錄制項目的完整過程,在實踐教學(xué)中向?qū)W生展示從設(shè)計到實現(xiàn)整個過程的原理、方法和技巧。
3國內(nèi)高校成功經(jīng)驗
關(guān)鍵詞:計算機;嵌入式;教學(xué);ARM
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)[1]。它一般由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四部分組成,用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)因體積小、可靠性高、功能強、靈活方便,其應(yīng)用已深入到各個領(lǐng)域[2]。每年全球嵌入式系統(tǒng)帶來的相關(guān)工業(yè)產(chǎn)值已超過1萬億美元。嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一[3]。針對市場對嵌入式人才的巨大需求,許多高校的計算機,通信、電子、自動化等專業(yè)都相繼開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)課程。嵌入式系統(tǒng)作為高校新興的一個專業(yè)方向,如何開展“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué),以達到學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)知識、掌握嵌入式系統(tǒng)基本開發(fā)方法和應(yīng)用的目的,是很多高校都在思索的問題。
本文首先分析了目前“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)普遍存在的一些問題,然后對本科院校計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的教學(xué)和課程設(shè)置應(yīng)解決的主要問題進行了探討,最后,結(jié)合教學(xué)實踐,總結(jié)了一些教學(xué)經(jīng)驗。
1“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)中存在的問題
由于各高校開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程的時間并不長。目前,各高校在教學(xué)中都處于探索階段,存在如
下一些亟待解決的問題。
1.1缺少高質(zhì)量的教材
因為嵌入式技術(shù)往往和行業(yè)背景結(jié)合緊密,所以高校在選用課程教材時,應(yīng)考慮理論和實踐應(yīng)用相結(jié)合、面向應(yīng)用的教材,只有選用這類教材,教學(xué)才不會和實踐應(yīng)用脫節(jié),陷入空洞的理論講解。但通過近幾年的教學(xué)實踐和市場調(diào)研發(fā)現(xiàn),由于新技術(shù)日新月異,相應(yīng)教材的更新速度很難趕上技術(shù)更新的速度,這也導(dǎo)致了很難找到一套普遍適用的系列教材,給教學(xué)帶來一定不利影響。
1.2內(nèi)容深度不夠
嵌入式系統(tǒng)是一門很新的技術(shù),目前雖然很多高校開設(shè)了這方面的課程,但是師資往往沒有同步跟上,很多教師都是從單片機教學(xué)轉(zhuǎn)型而來,缺少嵌入式系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的系統(tǒng)培訓(xùn),在短期內(nèi)無法跟上新技術(shù)變革,因此出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容廣度有限,深度不夠的現(xiàn)象。
1.3缺少實踐性
嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是一門實踐性很強的技術(shù),實踐是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。如指令編程、驅(qū)動程序設(shè)計、內(nèi)核的移植設(shè)計和應(yīng)用等知識的學(xué)習(xí),需要學(xué)生通過大量的實踐環(huán)節(jié)來加深理解和掌握。但是目前很多高校在開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程時,缺少相應(yīng)的實驗設(shè)備,沒有與工程實際應(yīng)用密切結(jié)合的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計,使得學(xué)生實踐能力不強,學(xué)習(xí)沒有興趣,達不到應(yīng)有的效果,學(xué)生發(fā)展后勁不足。
2計算機專業(yè)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)的一些思考
嵌入式系統(tǒng)的特點是涉及知識面廣,綜合性、實踐性強,學(xué)科發(fā)展快,因而學(xué)習(xí)難度大。不同的專業(yè)有不同的特點,對于計算機專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程而言,不能簡單的照搬其它專業(yè)的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)模式,必須根據(jù)計算機專業(yè)學(xué)生和課程特點量身打造適合本專業(yè)的教學(xué)模式。經(jīng)過近幾年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn),對于計算機專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程,若想達到良好的教學(xué)效果,需要先解決以下幾個方面的問題。
2.1選擇ARM芯片還是其它芯片
構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的核心之一是嵌入式處理器。可以作為嵌入式處理器的主流芯片有ARM、微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、數(shù)字信號處理器(DSP)等。目前在嵌入式領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的是ARM系列芯片。ARM處理器具有高性能、低功耗、低成本的特征[4]。作為世界第一大IP知識產(chǎn)權(quán)廠商,ARM公司本身不直接生產(chǎn)芯片,而是靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可,將其設(shè)計的芯片知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)給其他公司,由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。可以說,ARM公司引發(fā)了嵌入式領(lǐng)域的一場革命,在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導(dǎo)地位,是目前32位市場中使用最廣泛的微處理器[5]。目前,ARM已經(jīng)成為移動通信、手持計算設(shè)備、多媒體數(shù)字消費等嵌入式應(yīng)用的RISC(精簡指令集計算機)標(biāo)準(zhǔn)。因此,學(xué)習(xí)以ARM為核心芯片架構(gòu)的嵌入式技術(shù)具有非常廣闊的前景。基于ARM芯片的應(yīng)用廣泛性,在教學(xué)實踐中,應(yīng)選擇ARM作為學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的重點內(nèi)容。
2.2選擇ARM7還是ARM9
眾所周知,ARM7的教學(xué)偏重于硬件,ARM9的教學(xué)偏重于軟件。談到計算機專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程,大家自然就會選擇ARM9。于是,現(xiàn)在各高校計算機專業(yè)在引進“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)實驗箱時,一種流行的趨勢是普遍采用ARM9核的實驗箱,一方面體現(xiàn)了教師們迫切希望讓學(xué)生能接觸最先進的、實用的、前沿技術(shù)的良好用心,另一方面也暴露了一
些認知上不足之處,因為這種追求高端設(shè)備的做法并非適合計算機專業(yè)。ARM7作為學(xué)習(xí)ARM9的基礎(chǔ),如果讓學(xué)生跳過ARM7而直接學(xué)習(xí)ARM9是比較困難的,也達不到良好的學(xué)習(xí)效果。因此,計算機專業(yè)的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)也離不開ARM7這一教學(xué)環(huán)節(jié),因為一個從事基于ARM9的嵌入式Linux或Windows CE軟件開發(fā)的程序員,如果沒有扎實的硬件理論,硬件設(shè)計和制作基礎(chǔ),是很難勝任的。此外,計算機專業(yè)的學(xué)生還有部分人將從事基于實時操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計,這也是離不開對ARM7的學(xué)習(xí)的。有鑒于此,我們完全有理由在教學(xué)中著重強調(diào)ARM7的重要性。
基于上述原因,我們認為ARM9教學(xué)偏重于軟件,ARM7教學(xué)偏重于硬件,二者是互補的。對計算機專業(yè)而言,最好能在課時允許的條件下,兩方面的課程都能開設(shè)。我們的做法是:教學(xué)中側(cè)重于ARM7,而科研中側(cè)重于ARM9。這種做法經(jīng)教學(xué)實踐證明是可行和有效的。
2.3選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)還是其它操作系統(tǒng)
目前,嵌入式操作系統(tǒng)可選范圍很大,成熟的嵌入式操作系統(tǒng)有嵌入式Linux系列、Windows CE系列和眾多的實時操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)用于嵌入式系統(tǒng),產(chǎn)生了幾個不同的版本,重要包括µClinux、嵌入式Linux和RTLinux等,其中µClinux適用于處理器內(nèi)沒有MMU(內(nèi)存管理單元)的ARM處理器,RTLinux則側(cè)重改善Linux的實時性,而嵌入式Linux除了在圖形和文件系統(tǒng)上與桌面Linux有所不同外,內(nèi)核本身并無差別,因此作為內(nèi)核一部分的網(wǎng)絡(luò)功能與桌面Linux的一樣強大。Linux作為一種開放源代碼的操作系統(tǒng),在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。因此,在實際教學(xué)中選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)是非常合適的,既不存在版權(quán)問題,可以免費使用,同時其開源性,有利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。在嵌入式操作系統(tǒng)教學(xué)中,應(yīng)以嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為講授和學(xué)習(xí)的重點。
另外,“嵌入式系統(tǒng)”課程可以說是整個計算機學(xué)科的綜合,它基本上涉及了計算機學(xué)科的方方面面,包括硬件方面、軟件方面和網(wǎng)絡(luò)方面等。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)之前,首先學(xué)好這些方面的課程,打下了良好的基礎(chǔ),才能把嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容學(xué)好。
3教學(xué)實踐經(jīng)驗
在“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)實踐中,除了注重課堂教學(xué)效果外,還需要采用多樣化的輔助教學(xué)手段,全面提高課程的教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】CDIO；電子信息；實踐教學(xué)；改革與實踐
早在2000年，由美國麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究組合，在Knut andAlice Wallenberg基金會近2000萬美元資助下，該組合通過四年的研究與探索，創(chuàng)立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO國際合作組織。先進的CDIO，代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。“CDIO”是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)，也是“做中學(xué)”和“基于項目教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，特別注重學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，因而本課程教學(xué)將結(jié)合CDIO的教學(xué)理念，將學(xué)生動手能力的培養(yǎng)作為課程培養(yǎng)的重點之一。
1.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用的教學(xué)現(xiàn)狀
《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》是一門針對工程應(yīng)用的、具有很強實踐性的課程，對電子信息類學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)、學(xué)生的就業(yè)及個人的發(fā)展起到很重要的作用，它可以充分體現(xiàn)學(xué)生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力。嵌入式系統(tǒng)知識在電類專業(yè)整個課程體系中處于承上啟下的核心地位，一般工業(yè)控制系統(tǒng)和智能儀器儀表的實現(xiàn)都離不開嵌入式系統(tǒng)。
然而目前大多數(shù)院校采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法，大綱要求規(guī)定教學(xué)為32學(xué)時，因此，一般是20個學(xué)時的課堂理論學(xué)習(xí)，再加上12學(xué)時的實驗教學(xué)，其結(jié)果是教的面廣但不深，學(xué)的也似懂非懂，使得大多數(shù)學(xué)生對《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程失去了學(xué)習(xí)興趣，甚至到學(xué)習(xí)結(jié)束也不知道嵌入式系統(tǒng)為何物、能有什么作用，達不到理想的教學(xué)效果。
2.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用的教學(xué)特點
在培養(yǎng)“卓越工程師”的教學(xué)理念的指導(dǎo)下，把工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)為周圍本課程的教學(xué)目標(biāo)。針對嵌入式系統(tǒng)工程應(yīng)用中系統(tǒng)設(shè)計、電路仿真、設(shè)備調(diào)試等工程實際，課程建設(shè)強調(diào)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，致力于學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成、嵌入式設(shè)備技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題能力的培養(yǎng)。
基于嵌入式的各類系統(tǒng)的設(shè)計需要工作人員者具有較強的嵌入式基礎(chǔ)理論知識和實際動手能力，是對工作人員綜合能力與創(chuàng)新能力的考查。本文將從“卓越工程師”人才培養(yǎng)為目標(biāo)，結(jié)合電子信息類專業(yè)學(xué)生的特點，對學(xué)生“嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用”能力培養(yǎng)的相關(guān)課程內(nèi)容、實踐教學(xué)方案和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進行探索，結(jié)合做中學(xué)（CDIO）教學(xué)模式，對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模型、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進行了探討，探討如何培養(yǎng)出適應(yīng)社會需要的創(chuàng)新型人才，更好地體現(xiàn)出高校教育學(xué)生和服務(wù)社會的雙重功能。
嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用是一門綜合性知識的教學(xué)，以ARM Xscale體系處理器為研究學(xué)習(xí)的主要對象，從編程模型、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計基礎(chǔ)和嵌入式開發(fā)環(huán)境等多個方面做了比較完整的介紹詳細介紹，使學(xué)生深入理解和掌握ARM Xscale體系處理器的指令系統(tǒng)，如何應(yīng)用定時器、AD/DA、中斷、LCD控制器等的關(guān)鍵技術(shù)來對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)研究，讓學(xué)生從總體上把握嵌入式系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和技術(shù)細節(jié)。因而，本文將從課程講授開始，就激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、理論結(jié)合實踐的CDIO教學(xué)模式。
3.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用的CDIO教學(xué)實現(xiàn)
3.1 課程體系及地位
本課程是電子與信息工程專業(yè)、通信與信息專業(yè)的一門專業(yè)課程和學(xué)位課。基于CDIO的項目教學(xué)模式，是一種重視專業(yè)課程之間有機聯(lián)系的學(xué)習(xí)方式。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用是一門實踐性很強的工程應(yīng)用型課程，它所涉及到的先導(dǎo)課程一般有《模電》、《數(shù)電》、《電路》、《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計》等，其后續(xù)課程主要包括《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》、《智能儀器儀表》、專業(yè)見習(xí)及畢業(yè)設(shè)計。
3.2 課程項目的選取
根據(jù)本課程的教學(xué)大綱要求，筆者經(jīng)過仔細分析，并結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，將嵌入式系統(tǒng)的知識點分成八個子項目及一個課程項目，以求由易到難，由淺入深，讓學(xué)生逐步掌握嵌入式系統(tǒng)的所有知識及應(yīng)用技能。課程主要內(nèi)容由“基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居控制系統(tǒng)”項目設(shè)計過程來引出，該項目涉及到各類傳感器數(shù)據(jù)采集、AD轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理與放大、定時控制、中斷控制、液晶顯示等。對于其它沒有涉及到的課程內(nèi)容，通過另外的任務(wù)形式引出相關(guān)內(nèi)容。課程設(shè)計的八個子項目分別為嵌入式系統(tǒng)存儲資源與最小系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)引導(dǎo)、IRQ中斷處理、信號調(diào)理與放大、串口傳輸、實時時鐘、液晶顯示、智能家居控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等設(shè)計。
3.3 教法說明
在教學(xué)手段上確立以人為本、以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教育理念。將課程項目“智能家居控制系統(tǒng)”按知識點分為若干個相對獨立的子項目，每個子項目作為一個獨立的教學(xué)單元，每個教學(xué)單元按以下三個步驟進行教學(xué)：
（1）部署任務(wù)
通過“講解與演示并行，講解與練習(xí)同步”的方法，完成嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的介紹，布署子項目的具體任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生入手項目；
（2）探究方法
接受任務(wù)后，學(xué)生通過小組討論、查找國內(nèi)外與本項目相關(guān)的資料，掌握項目的研究現(xiàn)狀、探索項目解決的方法，確定最終解決方案，并在老師指導(dǎo)下分步實施；
（3）總結(jié)成果
子項目實現(xiàn)后，每組派一名同學(xué)進行項目成果的交流與現(xiàn)場演示，老師提問學(xué)生解答，穿插點評，并最終形成總結(jié)報告。
3.4 考核方式及能力培養(yǎng)
在注重基本理論掌握的同時，側(cè)重學(xué)生多種能力的培養(yǎng)和有效學(xué)習(xí)的引導(dǎo)。通過對學(xué)生基礎(chǔ)知識的考核，掌握學(xué)生分析問題、解決問題的能力情況，形成了一套科學(xué)的考核方法。課程設(shè)立了實驗項目，著重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。理論考核占成績的50%，實驗項目考核占50%，提高了對學(xué)生動手實踐能力的考核要求。“CDIO”模式應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革后，學(xué)習(xí)過程變成了學(xué)生人人參與的項目創(chuàng)新開發(fā)過程，學(xué)生在項目實踐中理解并把握了課程要求的知識與技能，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，增強了學(xué)生團隊合作的精神，體驗了項目創(chuàng)新的苦與樂。
4.結(jié)束語
在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中實施基于“CDIO”的項目教學(xué)法，以項目為教學(xué)平臺，通過項目的推進，使學(xué)生的知識量不斷積累、提高，
并逐步掌握嵌入式系統(tǒng)的原理及開發(fā)應(yīng)用。學(xué)生在完成項目而充滿成就感的同時，增強了繼續(xù)探索問題的信心，激發(fā)了強烈的求知欲，同時也可培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，這就是在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中實施基于“CDIO”項目教學(xué)法的好處。基于“CDIO”項目教學(xué)法較好地解決了教與學(xué)的矛盾，是一種值得推廣的教學(xué)方法。
參考文獻
[1]林春景等.基于CDIO理念的《過程檢測與控制》教學(xué)方法改革與實踐[J].大眾科技，2012（4）：226-227.
嵌入式系統(tǒng)的研究內(nèi)容較為寬泛，其中主要包括嵌入式硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。嵌入式軟、硬件設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容的選取原則應(yīng)是適合本科生學(xué)習(xí)、與課程學(xué)時匹配、并具有較好的課堂展示效果。因此嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容的合理選取對課程授課效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起著至關(guān)重要的作用。
（一）嵌入式系統(tǒng)課程硬件設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的選取
嵌入式系統(tǒng)硬件是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，是嵌入式系統(tǒng)與實際環(huán)境交互的載體，其性能的優(yōu)劣直接影響嵌入式系統(tǒng)的可靠性和實時性，決定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的成敗，因此硬件設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中處于十分重要位置。在嵌入式硬件教學(xué)中，嵌入式課程的首先需要向?qū)W生介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件在系統(tǒng)中的作用，并以日常生活中常見的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備為例（例如手機、MP3播放器等等）直觀的講解嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立嵌入式硬件系統(tǒng)的基本概念。在此基礎(chǔ)上，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)著重講授嵌入式系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)，從硬件體系結(jié)構(gòu)的三個層次給學(xué)生講解嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計。
1.嵌入式處理器，它是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，負責(zé)整個嵌入式系統(tǒng)的運行。嵌入式處理器選型原則是硬件設(shè)計的重要教學(xué)內(nèi)容之一，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)能引導(dǎo)學(xué)生了解處理器選型時應(yīng)考慮的因素，如處理器性能、價格以及可獲得的技術(shù)支持等等，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)種嵌入式處理器的特點和實際工程需要對處理器選型能力[3]，為其后續(xù)嵌入式硬件設(shè)計的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
2.嵌入式系統(tǒng)的電路，主要包括嵌入式系統(tǒng)存儲器、時鐘電路、數(shù)據(jù)端口、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路等等，其中，時鐘電路、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路為嵌入式系統(tǒng)最基本單元，具有這三個基本單元和處理器單元的系統(tǒng)即可正常工作，也稱其為嵌入式最小系統(tǒng)。嵌入式課程應(yīng)能幫助學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)電路種類、功能及其設(shè)計方法，建立嵌入式最小系統(tǒng)的概念。
3.嵌入式系統(tǒng)外部設(shè)備，主要是指嵌入式系統(tǒng)與真實環(huán)境交互的各種設(shè)備，包括外存儲設(shè)備（如FlashCard）、IO設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)等）、打印設(shè)備（如打印機）。在學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)硬件的三個層次的基礎(chǔ)上，嵌入式課程應(yīng)選擇一款適合課堂教學(xué)的處理器，并具體的講解嵌入式硬件的各個電路的設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法和設(shè)計目標(biāo)。嵌入式課程硬件教學(xué)在選擇處理器作為授課和研究對象時，應(yīng)該考慮應(yīng)用廣泛且學(xué)習(xí)難度較低的嵌入式微控制器。在眾多的嵌入式微處理器中，ST公司于2011年推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的STM32F104微處理器具有廣闊的市場應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、多媒體、精密儀器、家電等各個領(lǐng)域，STM32F104微處理器對于初學(xué)者來說具有開發(fā)簡單、直觀并且可獲取豐富的網(wǎng)絡(luò)支持的特點，因此本文以基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)為課程硬件教學(xué)內(nèi)容，介紹STM32F104微處理器的主要特性，如處理的主頻、字長等，并以框圖形式介紹STM32F104微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和片上的各個功能模塊，如片上內(nèi)存、片上AD和DA轉(zhuǎn)換器、各種通信接口等。同時，任課教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生如何閱讀芯片的英文數(shù)據(jù)手冊，掌握英文數(shù)據(jù)手冊的章節(jié)安排和閱讀方法，提高學(xué)生英文文獻的閱讀水平，并能從中快速獲取芯片的主要性能指標(biāo)。在嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計教學(xué)中，嵌入式課程必須著重強調(diào)系統(tǒng)的電源電路設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計以及時鐘電路設(shè)計。
嵌入式電源電路設(shè)計教學(xué)主要向?qū)W生介紹電源電路的兩種類型，即線性電源和開關(guān)電源，以及兩種電源電路的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理和各自特點以及應(yīng)用場合，并在此基礎(chǔ)上向?qū)W生介紹2~3種常用的電源控制芯片，如線性電源常采用LM7805、AMS1117-3.3等線性穩(wěn)壓芯片，開關(guān)電源則常采用LM2596、MP2359等開關(guān)電源芯片，簡單介紹各個電源芯片的主要參數(shù)，如輸入電壓范圍、輸出電流等參數(shù)等。嵌入式系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計的課程教學(xué)主要向?qū)W生介紹兩種類型的時鐘電路，即無源晶體和有源晶振電路，講解這兩種類型時鐘的特點和應(yīng)用場合以及時鐘電路設(shè)計的注意的事項，并用多媒體給出兩種類型電路結(jié)構(gòu)，向?qū)W生分析電路中各個元件的作用。嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路教學(xué)需向?qū)W生介紹兩種類型的嵌入式復(fù)位電路，即阻容式復(fù)位和專用復(fù)位芯片復(fù)位，介紹兩種電路的特點，同時介紹幾款常用的專用復(fù)位芯片(如MAX811)，讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計方法。如果說嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的大腦，那么嵌入式系統(tǒng)的IO設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)的四肢，是和現(xiàn)實世界交互的設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)IO設(shè)備的教學(xué)需引導(dǎo)學(xué)生建立嵌入式系統(tǒng)中IO設(shè)備的概念，并舉例說明嵌入式系統(tǒng)常用的一些IO設(shè)備，如嵌入式顯示屏、鍵盤、打印機等。在IO設(shè)備的教學(xué)中，課程應(yīng)首先介紹IO設(shè)備與嵌入式處理器的接口技術(shù)，分別介紹并行接口和串行接口，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)接口類型，并根據(jù)實際工程需要選擇不同接口類型的IO設(shè)備，同時引導(dǎo)學(xué)生掌握各種接口的時序，并能夠熟悉幾種常用的接口類型，如I2C、Intel式并行口、SPI等接口以及各種接口的數(shù)據(jù)傳輸速率和物理接線數(shù)目等。
（二）嵌入式課程軟件設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的選取
嵌入式軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，與嵌入式硬件一起作為嵌入式設(shè)計的核心內(nèi)容，因此，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計是嵌入式課程授課的重要內(nèi)容之一。嵌入式軟件教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式軟件開發(fā)能力，向?qū)W生講解嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，即嵌入式軟件可分為應(yīng)用程序、應(yīng)用程序接口、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備驅(qū)動程序，加強學(xué)生對各個軟件層次的把握。嵌入式軟件設(shè)計授課需要向?qū)W生講授各軟件層的功能與特點、嵌入式軟件開發(fā)所需要具備的先行課程知識，明確嵌入式實時操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的核心，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)學(xué)會軟件設(shè)計的分工。嵌入式課程應(yīng)能夠向?qū)W生介紹幾種目前較為流行的嵌入式操作系統(tǒng)，讓學(xué)生對目前常用的嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及其主要特點有所了解。目前，嵌入式實時操作系統(tǒng)可分為兩種類型，即商用型和免費型，商用型操作系統(tǒng)有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但是價格昂貴；免費型操作系統(tǒng)在價格方面具有較大的優(yōu)勢，主要以Linux為代表，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)要求學(xué)生能夠熟悉并掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理和使用方法。
μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)是一種規(guī)模較小和源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)，特別是學(xué)生在具備μC/OS-II操作系統(tǒng)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗之后，再學(xué)習(xí)某些大型的操作系統(tǒng)（如嵌入式Linux）則可大大提高學(xué)習(xí)效率并獲得較好的學(xué)習(xí)效果，因此本文選取μC/OS-II操作系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)的授課內(nèi)容和研究對象，并以μC/OS-II操作系統(tǒng)為例講授基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)、驅(qū)動程序開發(fā)以及圖形用戶接口的使用方法。同時，嵌入式軟件教學(xué)需向?qū)W生介紹嵌入式軟件開發(fā)工具和開發(fā)平臺，其中主要介紹交叉開發(fā)系統(tǒng)調(diào)試結(jié)構(gòu)和使用方法。嵌入式交叉開發(fā)系統(tǒng)由宿主機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和目標(biāo)機系統(tǒng)構(gòu)成[4]，嵌入式課程教學(xué)需要幫助學(xué)生直觀的了解嵌入式軟件開發(fā)的工作形式、嵌入式軟件開發(fā)需要具備哪些條件和做哪些準(zhǔn)備工作。同時，嵌入式課程需要向?qū)W生講解1~2種嵌入式微處理器的上位機開發(fā)軟件，目前STM32F104微處理器的軟件開發(fā)普遍采用KeilμVision開發(fā)軟件以及JLINK仿真器，則嵌入式課程需要向?qū)W生介紹KeilμVision開發(fā)環(huán)境設(shè)置方法、工程項目的建立方法、JLINK仿真器硬件連接方式以及驅(qū)動程序安裝方法，使得學(xué)生能夠自主構(gòu)建基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)平臺，并能在此開發(fā)平臺上新建工程項目、下載程序、仿真運行、斷點跟蹤調(diào)試等。
二、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)化
在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程中，任課教師必須研究和制定一套有效的教學(xué)方式，合理安排課程授課內(nèi)容順序，注重知識的承前啟后，對嵌入式系統(tǒng)的一些先行課的相關(guān)章節(jié)知識點需要進行必要的復(fù)習(xí)，比如在硬件設(shè)計中，需復(fù)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路、微機原理及接口技術(shù)等課程的相關(guān)知識點，在嵌入式軟件設(shè)計教學(xué)中，需復(fù)習(xí)C語言程序設(shè)計、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程，為嵌入式系統(tǒng)課程作必要的準(zhǔn)備。
（一）嵌入式課程硬件設(shè)計教學(xué)方式改革
嵌入式硬件設(shè)計教學(xué)中，任課教師可在課堂上準(zhǔn)備一些實驗設(shè)備[5]，將軟、硬件實驗直接融合到理論課程的教學(xué)中，在課堂上首先向?qū)W生展示一塊嵌入式系統(tǒng)硬件電路板，如STM32F104應(yīng)用開發(fā)電路板，讓學(xué)生近距離觀察電路結(jié)構(gòu)和板上的各種元器件，并作簡要介紹，使得學(xué)生能夠直觀的認識嵌入式系統(tǒng)硬件電路，然后以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生對電路圖如何設(shè)計和生成產(chǎn)生興趣，授課教師此時可介紹嵌入式硬件設(shè)計步驟以及電路設(shè)計的相關(guān)軟件，讓學(xué)生了解嵌入式硬件原理圖和印制電路板圖（PCB圖）設(shè)計過程和設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，授課教師在課堂上以一個簡單的嵌入式電路系統(tǒng)為例，現(xiàn)場安裝Protel電路圖繪制軟件，講解并演示電路原理圖和PCB圖的繪制步驟和方法。在電路圖設(shè)計的演示之后，授課教師應(yīng)給學(xué)生講解硬件電路的調(diào)試過程和調(diào)試方法，讓學(xué)生掌握嵌入式電源電路、時鐘電路、接口電路的調(diào)試方法，并在課堂上現(xiàn)場演示硬件調(diào)試，最后以處理器的一個IO接口控制的LED燈閃爍為例，編寫LED燈閃爍的例程，讓學(xué)生直觀的把握嵌入式系統(tǒng)調(diào)試方法。
（二）嵌入式課程軟件設(shè)計教學(xué)方式優(yōu)化
嵌入式軟件教學(xué)的主要內(nèi)容是嵌入式操作系統(tǒng)的移植方法、使用方法和應(yīng)用程序編寫。授課教師在講解嵌入式操作系統(tǒng)的使用方法時，可在課堂上利用多媒體教學(xué)手段基于μC/OS-II的操作系統(tǒng)編寫應(yīng)用程序，在操作系統(tǒng)的每個任務(wù)的主循環(huán)中添加斷點，讓學(xué)生直觀的感受操作系統(tǒng)多任務(wù)切換機制，并以一個簡單的軟件例程，要求學(xué)生現(xiàn)場進行構(gòu)思，開展廣泛的交流，然后將學(xué)生構(gòu)思的各種方案在多媒體上進行現(xiàn)場編程實現(xiàn)、輸出結(jié)果，讓學(xué)生對自己方案的正確性、合理性有直觀的認識和理解，并促使其對方案進行修正，以使學(xué)生迅速掌握μC/OS-II的操作系統(tǒng)的使用方法和應(yīng)用程序設(shè)計方法。
三、嵌入式系統(tǒng)實驗和實踐教學(xué)的優(yōu)化
實驗教學(xué)和實踐教學(xué)是教學(xué)過程中重要環(huán)節(jié)，可提高學(xué)生對理論知識的理解和把握，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、獨立思考解決問題的能力。學(xué)生可以通過實驗來驗證理論課程知識，對于課堂上的例程，學(xué)生可以通過自己的學(xué)習(xí)和理解對其進行修改，然后進行實驗，驗證其修改正確與否，這是一種極其有效的學(xué)習(xí)方法。嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)課程的工程實踐環(huán)節(jié)，旨在訓(xùn)練學(xué)生的動手實踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的方案論證能力、工程項目設(shè)計和開發(fā)能力，適應(yīng)學(xué)生就業(yè)和社會需求。
（一）嵌入式課程實驗教學(xué)
嵌入式實驗教學(xué)需要向?qū)W生詳細介紹實驗系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)、電原理圖和系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，并以一個簡單的例程引導(dǎo)學(xué)生熟悉和如何使用實驗系統(tǒng)的硬件電路和軟件開發(fā)環(huán)境以及實驗操作步驟。實驗課程的章節(jié)內(nèi)容安排應(yīng)遵循由簡入繁的原則，明確實驗方法、實驗步驟和實驗?zāi)康模龑?dǎo)學(xué)生從一個簡單的IO端口控制LED燈閃爍的例程開始學(xué)習(xí)，完成從新建工程、編寫程序、下載程序調(diào)試、觀看實驗結(jié)果的實驗過程，再以2~3個難度逐步增加的實驗，明確實驗?zāi)繕?biāo)（即實驗成功后應(yīng)看到的實驗現(xiàn)象），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動手實驗的興趣。學(xué)生在實驗期間遇到問題，指導(dǎo)教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生檢查問題并解決問題，而并非直接告訴學(xué)生答案，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。在學(xué)生正確完成實驗后，指導(dǎo)教師應(yīng)積極鼓勵學(xué)生采用多種不同的軟件算法完成同一個實驗，提高學(xué)生的編程能力和拓寬學(xué)生的視野。在完成實驗的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在現(xiàn)有實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)一些簡單的電子設(shè)備，如數(shù)字電子鐘、數(shù)字溫度計、計算器等，讓學(xué)生切身的感受到嵌入式技術(shù)的廣泛用途。
（二）嵌入式課程設(shè)計教學(xué)
嵌入式系統(tǒng)作為一門應(yīng)用性很強的課程，進行項目化教學(xué)是課程設(shè)計教學(xué)改革的必由之路[6]。本文采用項目開發(fā)為驅(qū)動的課程設(shè)計形式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)嵌入式硬件設(shè)計、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動設(shè)計、應(yīng)用程序設(shè)計，以一個完整的項目開發(fā)作為課程設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生全面掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的全部過程，鞏固所學(xué)的理論知識。在課程設(shè)計選題方面，指導(dǎo)教師可提供一定數(shù)量設(shè)計課題，設(shè)計課題需具備較高的綜合性和可行性，難度適中，要能夠達到訓(xùn)練學(xué)生嵌入式方案論證能力和軟、硬件設(shè)計能力的目的。學(xué)生也可根據(jù)自身的知識特點擬定課題，經(jīng)指導(dǎo)教師審核修改后進行課程設(shè)計，同樣，自擬課題也要達到綜合訓(xùn)練的目的。課程設(shè)計的選題和實施應(yīng)能培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式方案論證和制定項目具體實施計劃的能力，規(guī)范學(xué)生的嵌入式項目開發(fā)方法和開發(fā)步驟。在嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計結(jié)束后，學(xué)校應(yīng)提倡以學(xué)院為單位組織嵌入式系統(tǒng)設(shè)計大賽，進一步鍛煉學(xué)生嵌入式工程實踐能力，達到學(xué)以致用的目的。
四、結(jié)論
關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；嵌入式系統(tǒng)安全；教學(xué)方法
中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0186-02
一、引言
隨著高校培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才需求的提出[1]，高校在課程設(shè)置、教學(xué)模式等方面進行了改革。《嵌入式系統(tǒng)安全》課程實踐性較強，而傳統(tǒng)教學(xué)方法只注重講述理論模型，缺乏創(chuàng)新，加之學(xué)生水平參差不齊，導(dǎo)致課程授課目標(biāo)無法很好完成。為此，探索新的教學(xué)培養(yǎng)模式勢在必行。
二、目標(biāo)
嵌入式系統(tǒng)安全課程內(nèi)容涵蓋了安全體系結(jié)構(gòu)/協(xié)議、認證技術(shù)、病毒與惡意代碼、網(wǎng)絡(luò)入侵、入侵檢測與防火墻、嵌入式系統(tǒng)安全等內(nèi)容。課程順應(yīng)嵌入式系統(tǒng)與移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，快速建立對嵌入式移動互聯(lián)網(wǎng)安全的全貌概覽。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠了解嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全的基本知識和掌握具體應(yīng)對辦法，獨立學(xué)習(xí)與初步設(shè)計嵌入式系統(tǒng)安全方案，為今后應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)或從事移動互聯(lián)網(wǎng)安全管理打下良好基礎(chǔ)。
為了鼓勵學(xué)生獨立思考、培養(yǎng)創(chuàng)新思維，在授課過程中，筆者根據(jù)案例教學(xué)法的特點，照顧到課程綜合性和實踐性強的特點，逐步采取“案例導(dǎo)向教學(xué)+實際的案例分析+實踐操作”的方式實施教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果。
三、方法設(shè)計
案例教學(xué)（Case Teaching Method）是由美國哈佛法學(xué)院前院長C.C.Langdell于1870年首創(chuàng)[2]，后經(jīng)哈佛企管研究所所長W.B.Doham推廣，被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。
案例教學(xué)法對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有深遠意義[3]。應(yīng)用到本課程中，在每個技術(shù)專題的講解過程中，采用“知識點鋪墊+案例導(dǎo)向教學(xué)+實際的案例分析+小組討論+實踐操作+小組實訓(xùn)總結(jié)”的教學(xué)模式展開試點教學(xué)。
四、實施方案
在實際授課過程中，結(jié)合案例教學(xué)法和課程實際特點，筆者采用如圖1所示的教學(xué)模式展開教學(xué)。
如在講解網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)專題時，首先鋪墊知識點。網(wǎng)絡(luò)攻擊分為三個階段：預(yù)攻擊、攻擊、后攻擊階段。預(yù)攻擊階段要收集目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)、目標(biāo)主機的信息。如，獲取網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、主機操作系統(tǒng)類別、開放端口和服務(wù)情況等。有了基礎(chǔ)知識的鋪墊，必須輔以實際案例。因此，課堂中為學(xué)生演示信息收集過程。通過網(wǎng)絡(luò)命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或網(wǎng)絡(luò)登錄截取banner信息等，推斷目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)主機的基本信息。這些都是學(xué)生日常使用網(wǎng)絡(luò)和計算機中常接觸的命令和操作過程，但沒有理論知識的鋪墊，很少有人能夠聯(lián)想到這類操作可幫助黑客獲取到如此重要的敏感信息。
完成了上述內(nèi)容，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性已被調(diào)動起來，接下來進行具體的案例分析。課堂中演示用實際工具，如端口掃描、漏洞掃描軟件，獲得目標(biāo)主機的系統(tǒng)漏洞和開放端口/服務(wù)情況。通過案例解析，讓學(xué)生從理論了解到實際操作，有了直觀、具體的認識。在小組討論階段，老師可提出問題：“上述掃描工具的實施原理是什么？能否借助于之前學(xué)習(xí)過的網(wǎng)絡(luò)知識、編程知識，自己設(shè)計實現(xiàn)一個類似的軟件工具？”
鑒于課堂授課時間有限，接下來的“小組討論”和“實踐操作”階段留在課后完成。但教師需為學(xué)生進行小組劃分，并給出具體任務(wù)。
在“小組討論”和“實踐操作”階段，教師不再是課程知識的傳授者，轉(zhuǎn)而充當(dāng)指導(dǎo)者的角色，幫助學(xué)生完成任務(wù)。之后，要求學(xué)生在課堂上進行“小組實訓(xùn)總結(jié)”，通常是以“作品展示+演說答辯”的形式進行。
五、評價準(zhǔn)則
課程授課模式發(fā)生了變化，相應(yīng)地，課程教學(xué)效果的評價準(zhǔn)則也要做出適當(dāng)調(diào)整。筆者在教學(xué)過程中，通過實踐，總結(jié)出了一套新的綜合評價指標(biāo)。如圖2所示。
由于課程特點，授課內(nèi)容是以專題展開的，教學(xué)過程圍繞項目進行，所以評價標(biāo)準(zhǔn)也以項目為單位。評價表的評分標(biāo)準(zhǔn)分為過程評價和結(jié)果評價兩部分。每個部分都充分考慮“案例分析、團隊合作、新知識點理解、辯論/答辯”等階段的學(xué)生表現(xiàn)，在評分過程中，教師評分和同學(xué)評分的比例也有所調(diào)整。該評價準(zhǔn)則，涵蓋了教學(xué)過程的各個階段，充分尊重教師和學(xué)生的評價結(jié)果，能夠合理、準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果。
六、總結(jié)
將案例教學(xué)法應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)安全課程中，結(jié)合課題特點，采取“知識點鋪墊+案例導(dǎo)向教學(xué)+實際的案例分析+小組討論+實踐操作+小組實訓(xùn)總結(jié)”的教學(xué)模式展開教學(xué)。這種方式具有深刻的啟發(fā)性，突出課程實踐性特點，縮短了抽象教學(xué)情境與實際生活情境的差距，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決實際問題的能力和品質(zhì)。
參考文獻：
[1]王攀峰，張?zhí)鞂?試論傳統(tǒng)課堂教學(xué)的基本特征及其面臨的困境[J].教育理論與實踐，2011，（5）：49-53.
[2]案例教學(xué)[EB/OL].[2015-11-10].
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；實驗教學(xué)；實驗平臺
1.背景
如今嵌入式系統(tǒng)在日常生活中扮演著越來越重要的角色。從消費電子產(chǎn)品到航天工業(yè)，從熱門的電子應(yīng)用（如智能手機和平板電腦等）到相對不起眼的應(yīng)用（如人造衛(wèi)星等），嵌入式系統(tǒng)直接或間接地影響人們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)的巨大潛力使得教育工作者對它的討論從來沒有停止過。世界無數(shù)的教育工作者提出了大量新穎和具有創(chuàng)造性的方法和理論，以促進嵌入式系統(tǒng)教育水平的提高，他們大都贊同嵌入式系統(tǒng)具有與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系的顯著特點。
嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在一個廣闊的領(lǐng)域，如簡單的微控制應(yīng)用、控制系統(tǒng)、分布式嵌入式控制、片上系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式PC、關(guān)鍵系統(tǒng)、機器人、計算機設(shè)備、無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)和信號處理。同時，一些交叉領(lǐng)域知識對于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者也同樣重要，如安全、可靠性、節(jié)能、軟件/系統(tǒng)工程、實時計算和人機交互等。
對于想成為合格嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者的學(xué)生來說，他們希望能夠親手接觸這些嵌入式應(yīng)用，因此設(shè)計一個高效的實驗系統(tǒng)非常重要。實驗平臺應(yīng)該能聯(lián)系抽象的理論知識和實際應(yīng)用，以幫助學(xué)生領(lǐng)會嵌入式系統(tǒng)的知識奧秘。
2.嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的特點
嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)與其他課程實驗教學(xué)有兩個方面的不同：軟硬件高度結(jié)合、知識和技術(shù)更新速度快。嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的特點如圖1所示。
嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的第一個特點是軟硬件高度結(jié)合。一個完整的嵌入式系統(tǒng)需要在軟硬件基礎(chǔ)之上工作。在嵌入式實驗教學(xué)中，任何一個環(huán)節(jié)的缺失或弱化都是錯誤的。我們過去就犯過這方面的錯誤。嵌入式系統(tǒng)是清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系大四本科生的一門專業(yè)必修課。學(xué)生希望在課程結(jié)束后對嵌入式系統(tǒng)有一個完整的認識，但是發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)完這個僅有2個學(xué)分的課程后，依然無法設(shè)計出一個軟硬件兼?zhèn)涞耐暾度胧较到y(tǒng)。因此，我們讓學(xué)生使用開源軟件工具設(shè)計諸如鼠標(biāo)或鍵盤等設(shè)備的驅(qū)動程序，但是效果并不理想，岡為學(xué)生僅僅熟悉了他們所實驗的部分內(nèi)容，而這些內(nèi)容只是他們應(yīng)該掌握內(nèi)容的一小部分，這不僅是由于實驗任務(wù)的限制，還因為學(xué)牛無法接觸硬件層面的操作，無法全面領(lǐng)會嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)的另一個特點是嵌入式系統(tǒng)知識和技術(shù)更新速度快。在第1節(jié)我們曾提到過，緊跟實際應(yīng)用是嵌入式實驗教學(xué)的一個關(guān)鍵元素。由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日新月異，嵌入式實驗課程講述的知識和技能以及嵌入式實驗設(shè)備和組件都必須不斷發(fā)展。我們在對清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生的調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，對傳統(tǒng)嵌入式實驗平臺的主要批評是實驗設(shè)備和組件過于陳舊，實驗平臺與當(dāng)前技術(shù)聯(lián)系不夠緊密，實驗內(nèi)容缺乏吸引力。
綜上所述，設(shè)計一個高效的嵌入式實驗平臺必須考慮軟硬件結(jié)合和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展這兩個因素。
3.當(dāng)代學(xué)生的特點
除了嵌入式實驗課程本身，學(xué)生是不可忽略的另一個關(guān)鍵因素。學(xué)生是實驗的參與者，他們對實驗的感受影響著實驗課程教學(xué)的成敗，但是我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗方法令當(dāng)代學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，這主要是因為學(xué)生一代一代地不斷發(fā)展與進步，而傳統(tǒng)的實驗方法卻多年不變。
文獻[2]指出當(dāng)代學(xué)生與過去的學(xué)生有所不同：缺乏鉆研精神、缺乏耐心和依賴于軟件。當(dāng)代學(xué)生的特點如圖2所示。
當(dāng)代學(xué)生的第1個特點是缺乏鉆研精神絕大多數(shù)學(xué)生成長于用戶至上主義日益流行的社會環(huán)境。相對于基礎(chǔ)原理，他們更關(guān)注功能；相對于架構(gòu)，他們更關(guān)注表象。簡而言之，當(dāng)代學(xué)生中很少有人理解嵌入式系統(tǒng)的基本原理，另一方面，傳統(tǒng)的實驗平臺專門為演示和驗證書本中講述的原理而設(shè)計，因此學(xué)生漸漸地?zé)o法將實際應(yīng)用與特別設(shè)計的實驗相聯(lián)系，產(chǎn)生的問題是如果學(xué)生無法預(yù)見所學(xué)知識的未來應(yīng)用前景，就會將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到其他方面。由此可見，將實驗平臺與時興技術(shù)相結(jié)合非常重要。
當(dāng)代學(xué)生的第2個特點是缺乏耐心。生活節(jié)奏的日益加快和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的日益普及，使得當(dāng)代學(xué)生漸漸缺乏耐心。他們習(xí)慣在實驗開始后急于見到結(jié)果，就好像點擊鼠標(biāo)后立刻能在屏幕上看見反應(yīng)，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教學(xué)總是從對課程的全面描述分析開始。實踐證明這種描述很必要，它可以幫助學(xué)生全面了解課程的知識結(jié)構(gòu)，但是這些內(nèi)容有時會讓學(xué)生退卻，因為學(xué)生感覺課程非常抽象與枯燥。鑒于這些問題，新實驗平臺應(yīng)該在嵌入式系統(tǒng)的第一堂課就引起學(xué)生的興趣，同時提供一個吸引人的“結(jié)果”。
當(dāng)代學(xué)生的第3個特點是依賴于軟件。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展通常被認為是民眾賦予的。在某種程度上，這種發(fā)展是電子工程向更智能化發(fā)展的結(jié)果。然而，電子工程這種不可見的層面，通常被復(fù)雜的用戶界面和其他圖標(biāo)所偽裝，使得大家將其歸功于計算機科學(xué)，而不是電子工程。許多大學(xué)并沒有意識到這個問題，而將大部分注意力放在嵌入式軟件設(shè)計，忽略硬件層次的介紹。這種在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的錯誤關(guān)注導(dǎo)致出現(xiàn)“軟件比硬件更加重要”的錯誤認識。為了糾正這個偏見，我們應(yīng)該重視硬件并將其引入嵌入式系統(tǒng)課程。
總之，為了設(shè)計一個高效的實驗平臺，當(dāng)代學(xué)生的特點不容忽視。
4.設(shè)計嵌入式實驗平臺的原則
基于上述討論，我們提出嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實驗平臺的幾項設(shè)計原則。
完整性：實驗平臺應(yīng)該相對完整。學(xué)生不但能接觸軟件，而且能操作硬件。這個原則主要解決兩個問題：首先糾正學(xué)生偏重于軟件的錯誤；其次在第一節(jié)課就能吸引學(xué)生，告訴他們課程最后能夠建立一個基本的卻相對完整的系統(tǒng)。
開發(fā)性：實驗平臺應(yīng)該能幫助學(xué)生自由地實現(xiàn)創(chuàng)新思想。實驗平臺在軟件和硬件上都應(yīng)為學(xué)生預(yù)留足夠數(shù)量和種類的接口，使學(xué)生能夠以此為基礎(chǔ)構(gòu)建自己的嵌入式系統(tǒng)。在實踐過程中，越來越多的基于實際應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)由學(xué)生實現(xiàn)，同時學(xué)生的創(chuàng)造熱情也被激發(fā)出來。
從教學(xué)的角度看，實驗平臺應(yīng)包含以下特點。
可升級性：平臺的軟硬件應(yīng)該能分別擴展和升級，而無需對整個平臺進行修改。如第2節(jié)所述，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)升級速度快，尤其是硬件設(shè)備。為了滿足經(jīng)常升級的需要，可升級性原則應(yīng)該被放在關(guān)鍵位置。
靈活性：實驗內(nèi)容應(yīng)該能根據(jù)課程的要求而裁剪，以便于實驗平臺的廣泛推廣。大多數(shù)定制的實驗平臺在靈活性上有所欠缺，其實驗內(nèi)容無法增加或減少，而為了適應(yīng)課程學(xué)時的變化不得不重新設(shè)計實驗。
為了達到上述目標(biāo)，我們提出一個完整的概念模型。目標(biāo)系統(tǒng)的概念模型如圖3所示。
這個概念模型由3個中間層和2個層組成。中間層包括主系統(tǒng)層、中間通道層和從系統(tǒng)層。層包括應(yīng)用層和組件層。我們將解釋這個模型如何能實現(xiàn)前面提出的目標(biāo)。
完整性：把中間3層看作一個整體，這個基本模型由一個典型嵌入式系統(tǒng)中的主要元素組成，從最頂層的應(yīng)用層到最底層的功能組件層。學(xué)生可以接觸完整系統(tǒng)的每一個組件。
開放性：模型的最頂層和最底層向?qū)W生開放。實驗平臺的設(shè)計者將足夠多的軟硬件接口提供給學(xué)生，這些接口必須是完整的和用戶友好的。使用硬件接口，學(xué)生能夠通過連接所需的硬件模塊構(gòu)建一個創(chuàng)新的嵌入式設(shè)備；使用軟件接口，學(xué)生可以方便地加載硬件模塊所需的軟件資源。
可升級性：實驗平臺設(shè)計應(yīng)該模塊化和層次化，每一層為上一層提供上層接口，為下一層提供下層接口。每一層可獨立地進行擴展和升級，與相鄰層次的接口保持兼容。模型的中間層被設(shè)計為3層結(jié)構(gòu)，這個靈感來自于Phidgets的設(shè)計，它能為實際設(shè)備的實現(xiàn)提供更多可能性。
靈活性：每個層次都能根據(jù)課程的重點而被加強或削弱，因此實驗內(nèi)容可根據(jù)課程要求而變化。實驗課可被安排在兩層或更多層之上。基礎(chǔ)實驗要求學(xué)生建立一個基本的嵌入式系統(tǒng)，而在高級實驗中，學(xué)生能深入研究模型中的各個層，以實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計。
基于這個概念模型，學(xué)生不難設(shè)計出一個高效的嵌入式實驗系統(tǒng)。
摘要：本文針對目前高校特別是獨立院校計算機學(xué)科教學(xué)中理論與實踐課程存在的問題，創(chuàng)造性地提出了一套適用于計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的課程體系和培養(yǎng)方案。
關(guān)鍵詞：嵌入式；課程體系；培養(yǎng)模式
中圖分類號：G642
文獻標(biāo)識碼：B
1存在的問題
與當(dāng)前發(fā)展迅速的嵌入式計算機技術(shù)及其巨大的市場潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，高校的嵌入式方向教育相對滯后。國內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)教育還處于初期階段，雖然部分高校開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程，但大都作為選修課，課時很短，還沒有形成統(tǒng)一的課程體系和人才培養(yǎng)模式。而且知識體系系統(tǒng)性和針對性較差，知識較為陳舊，大多停留在8位單板計算機應(yīng)用的低水平層次上，導(dǎo)致畢業(yè)生缺乏工程實踐能力，無法適應(yīng)企業(yè)的實際需要。高層次嵌入式軟件工程人才更是嚴重匱乏，嚴重制約中國未來嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
導(dǎo)致這個結(jié)果的原因，一方面是高校對目前的技術(shù)發(fā)展不夠重視，另一方面是因為普通高校的課程體系受到教育部的指導(dǎo)制約。獨立院校作為一種新型的教育單位，作為對普通高校資源的補充，具有較大的靈活度和自由度。我院對現(xiàn)行的教育體制進行了深入的調(diào)查和研究，形成了獨具特色的課程體系和培養(yǎng)模式，并取得了一定的成績。
2嵌入式方向課程體系的改革
獨立院校的教學(xué)體系偏向于應(yīng)用，因此我院結(jié)合學(xué)生的實際情況，面向企業(yè)的人才需求，緊跟高科技技術(shù)的發(fā)展步伐，對計算機科學(xué)技術(shù)專業(yè)的課程體系進行了改革，形成了一套獨具特色的面向嵌入式方向的人才培養(yǎng)方案。
嵌入式方向的課程體系可以分為三個主線，分別是軟件基礎(chǔ)課程、硬件基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。
軟件基礎(chǔ)課程主要注重對學(xué)生知識的培養(yǎng)，而不是對語言工具使用的培養(yǎng)。軟件基礎(chǔ)課程培養(yǎng)的目的是讓學(xué)生掌握一種軟件設(shè)計思想，并掌握程序設(shè)計的基本方法，為后面的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。軟件課程主要開設(shè)下列課程：“計算機導(dǎo)論”、“C語言”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“離散數(shù)學(xué)”、“Visual C++程序設(shè)計”等課程，取消了以往的16位“8086匯編語言程序設(shè)計”課程，而只是在微機原理與接口技術(shù)中大致講解，同時在“ARM體系結(jié)構(gòu)與編程”里增加了ARM匯編語言，這些課程為后面的專業(yè)課程奠定了基礎(chǔ)。另外在選修課程方面增加了“Java程序設(shè)計”等高級語言的課程，供學(xué)有余力的學(xué)生選修。
硬件基礎(chǔ)課程主要側(cè)重于讓學(xué)生掌握硬件基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用。基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方向的特點，去掉了以前偏重原理的理論課程。硬件基礎(chǔ)課程主要有“電路分析基礎(chǔ)”、“數(shù)字邏輯電路”、“計算機組織與體系結(jié)構(gòu)”、“微機原理與接口技術(shù)”等課程。這些課程的開設(shè)目的是讓學(xué)生掌握計算機硬件基礎(chǔ)理論和計算機接口技術(shù)的原理與基本應(yīng)用，為后面的專業(yè)課程打下基礎(chǔ)，從而能夠更好的理解和學(xué)習(xí)專業(yè)課程。
專業(yè)課程從第五學(xué)期開設(shè)。專業(yè)課程以“ARM體系結(jié)構(gòu)與編程”為基礎(chǔ)，又分成兩個部分。一部分是Linux方向，主要開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實踐”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計”等課程，學(xué)習(xí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)、Linux驅(qū)動程序和嵌入式Linux應(yīng)用程序設(shè)計。另一部分是WinCE方向，主要開設(shè)“WinCE系統(tǒng)設(shè)計”、“WinCE系統(tǒng)設(shè)計實踐”、“WinCE系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計”等課程，學(xué)習(xí)WinCE在嵌入式平臺上的應(yīng)用程序開發(fā)。為了配合這兩個方向，還在專業(yè)選修課程里面增加“Linux系統(tǒng)管理與應(yīng)用”和“面向操作系統(tǒng)的程序設(shè)計”兩門課程，作為專業(yè)課程的補充。
如圖1所示，綜合來講，本課程體系主要有以下幾個特點：
(1) 主線分明。課程體系分為三個主線，課程設(shè)置合理，安排緊湊。
(2) 壓縮基礎(chǔ)課，突出專業(yè)課。比如不再將8086匯編語言程序設(shè)計作為單獨的一門課程，而只在微機原理與接口技術(shù)中的一部分講解；同時增加了ARM匯編語言程序設(shè)計的內(nèi)容。
(3) 增強了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。如“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程和“WinCE嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程，理論環(huán)節(jié)為48個學(xué)時，實踐環(huán)節(jié)為32個學(xué)時，另外又增加了專項訓(xùn)練。
圖1 課程體系關(guān)系圖
3嵌入式方向培養(yǎng)模式的改革
課程培養(yǎng)模式的改革主要從三個方面進行，即課堂教學(xué)模式的改革、實踐教學(xué)模式的改革和考核模式的改革。
(1) 理論教學(xué)模式的改革
根據(jù)課程分類的不同，需要采用不同的教學(xué)方法。我們將開設(shè)課程分為兩種類型，一種是基礎(chǔ)課程，一種是專業(yè)課程。對于基礎(chǔ)課程，課堂教學(xué)方法仍然采用一般的以理論講解教學(xué)為主的教學(xué)方法。而對于專業(yè)課程，則需要根據(jù)實際情況對教學(xué)方法進行改革。
專業(yè)課程的課堂教學(xué)模式采取“案例啟發(fā)式”和“團隊學(xué)習(xí)法”兩種形式相結(jié)合的模式。“案例啟發(fā)式”即在進行專業(yè)課程學(xué)習(xí)時，用一個適當(dāng)?shù)膶嶋H案例貫穿課堂教學(xué)始終，每一節(jié)課堂教學(xué)將基礎(chǔ)理論知識講解完畢后，還要對案例相關(guān)內(nèi)容進行講解。整個課程下來，正好將一個完整的案例講解完畢，這樣就給學(xué)生一個整體的項目開發(fā)的印象。同時在課堂教學(xué)中，將學(xué)生分為5～6人一組，每組設(shè)定一個項目組長。要求學(xué)生在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，以小組為單位，對所學(xué)的知識進行討論，在每次課后都要查找一些相關(guān)的資料并形成文檔，作為課后作業(yè)，加深對課堂知識的印象。另外還要按照理論教學(xué)的進度，每個小組在一個學(xué)期的時間完成一個項目，以加強理論教學(xué)環(huán)節(jié)所學(xué)的知識，同時培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。
(2) 實踐教學(xué)模式的改革
專業(yè)課程的實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成。實踐教學(xué)分為三個部分：課堂實驗教學(xué)、校外畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。
課堂實驗教學(xué)在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，改變以往只注重驗證性實驗的方法，強化實驗過程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從“驗證性實驗”轉(zhuǎn)為“驗證性實驗與開發(fā)研究性實驗”相并重的教學(xué)方式。要求學(xué)生不但要完成課堂驗證性實驗，還要在此基礎(chǔ)上，完成一定的開發(fā)研究性和創(chuàng)新性實驗。這些實驗的結(jié)果最終計入考核成績。實驗的考核方式從過去的只注重實驗結(jié)果轉(zhuǎn)移到實驗過程與實驗結(jié)果并重的考核方式。
畢業(yè)實習(xí)是安排在學(xué)生畢業(yè)之前，所有課程結(jié)束之后的一個專業(yè)實習(xí)，為時一個月。在實習(xí)期間，要求學(xué)生進入學(xué)校“產(chǎn)學(xué)研”合作的對口企業(yè)，參與到企業(yè)的實際項目中，并采用企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校導(dǎo)師“雙導(dǎo)師”制的培養(yǎng)方式。學(xué)生在實習(xí)期間，跟著企業(yè)導(dǎo)師的項目進行實際實踐，并在雙導(dǎo)師的指導(dǎo)下選定畢業(yè)課題。實習(xí)主要鞏固學(xué)生的課堂基礎(chǔ)知識，對學(xué)生進行系統(tǒng)的項目培訓(xùn)，并完成從學(xué)生到公司職員的角色轉(zhuǎn)換。
畢業(yè)設(shè)計安排在畢業(yè)實習(xí)之后，為時三個月。學(xué)生可以在畢業(yè)實習(xí)期間從企業(yè)選取畢業(yè)設(shè)計題目，也可以從教師的項目中選取畢業(yè)設(shè)計題目。學(xué)生利用三個月的畢業(yè)設(shè)計時間，完整的完成一個項目，達到了解行業(yè)領(lǐng)域，熟悉企業(yè)開發(fā)環(huán)境，綜合應(yīng)用專業(yè)知識的目的。畢業(yè)設(shè)計可以在企業(yè)完成，也可以在學(xué)校完成。
另外，還對實驗室的管理方式進行改革，由以前的封閉式管理改為開放式管理。對本院的學(xué)生，除計劃內(nèi)實驗時間之外，學(xué)有余力的同學(xué)也可以在其他時間自主進入實驗室做實驗或者開發(fā)項目。對其他院系的師生，可以在實驗室空閑時間進入實驗室進行實驗或者開發(fā)項目。同時，鼓勵不同院系的學(xué)生共同協(xié)作學(xué)習(xí)、開發(fā)同一課題或項目。
(3) 考核方式的改革
考核方式改為“課程考核＋認證考核”的1+1模式。其中課程考核總結(jié)為“一二三四”，即期末成績分為四個部分，分別為平時考勤成績、課程實驗成績、自主學(xué)習(xí)成績(以學(xué)習(xí)報告形式提交，包括項目完成情況等內(nèi)容)、期末考試成績，比例為10％:20％:30％:40％。認證考核以信息產(chǎn)業(yè)部“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師”認證和微軟“WinCE嵌入式工程師”認證為主，以其他認證為輔，鼓勵同學(xué)們通過對嵌入式系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，最終取得至少一個嵌入式系統(tǒng)方向的認證證書，以此來檢驗同學(xué)們對嵌入式系統(tǒng)知識的掌握程度。同時積極組織學(xué)生參加嵌入式大賽，比如“全國大學(xué)生電子大賽”、“全國大學(xué)生‘博創(chuàng)杯’嵌入式設(shè)計大賽”、“‘ZLG’杯ARM嵌入式系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計大賽”等競賽，對參賽的學(xué)生指派專職指導(dǎo)教師，并對得獎學(xué)生給予折算學(xué)分的獎勵。
改革后考核方式，能夠基本全面的考查學(xué)生對知識的全面掌握程度，并有效的調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓枯燥的專業(yè)學(xué)習(xí)變的豐富多彩。
4結(jié)束語
目前該課程體系和培養(yǎng)模式已經(jīng)在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院得以應(yīng)用，從老師和學(xué)生的反映來看，取得了較好的效果。在以后的進一步實踐過程中，我們將根據(jù)實際情況及時對該課程體系和培養(yǎng)模式進行調(diào)整，構(gòu)建一個科學(xué)規(guī)范的、滿足獨立院校需求的嵌入式創(chuàng)新復(fù)合型人才培養(yǎng)體系和培養(yǎng)方案。
參考文獻
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[3] 邵貝貝. 關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的思考[C]. 第三屆全國高等院校教學(xué)研討會論文集,2005.
關(guān)鍵詞：CDIO 嵌入式系統(tǒng) 課程改革
中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-02
隨著后PC時代的到來，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個萬眾矚目的焦點。目前已廣泛用于信息家電，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)控制，醫(yī)療衛(wèi)生，航空航天等領(lǐng)域[1]。我國也十分重視嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，并將嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品作為一種新的經(jīng)濟增長點，但是目前我國從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人才極為緊缺，勢必影響我國嵌入式領(lǐng)域趕超世界發(fā)達國家的進程，因此培養(yǎng)大量嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的專業(yè)人才顯得尤為
重要。
如何才能培養(yǎng)滿足社會需要的高水平嵌入式系統(tǒng)人才已成為高校關(guān)注的焦點。但是國內(nèi)的大部分高校整體仍然停留在20世紀(jì)80年展起來的以8位51單片機為核心的教育水平上，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和實驗并沒有形成一種適合地方高校、適應(yīng)社會需求的教學(xué)體系。針對以上問題，迫切需要建立一種全新的、以ARM為核心內(nèi)容的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系，從根本上解決嵌入式系統(tǒng)發(fā)展對高素質(zhì)人才的需求[2]。
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面[3]。基于以上原因，本項目將基于CDIO理念，對嵌入式系統(tǒng)課程進行教學(xué)改革，將CDIO理念融入到嵌入式系統(tǒng)課程的理論與實踐教學(xué)中去，期望改變學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的方法，讓學(xué)生更好的掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。
1 課程改革方案
嵌入式系統(tǒng)是相對于通用計算機系統(tǒng)提出的“嵌入式計算機系統(tǒng)”，它是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)[4]。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)性和社會需求，將嵌入式系統(tǒng)課程及其實踐環(huán)節(jié)引入CDIO工程教育理念，課程教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式、教學(xué)管理與組織方式等方面開展改革工作，實踐教學(xué)從實驗內(nèi)容、畢業(yè)設(shè)計以及競賽三個方面進行改革，改革方案如下圖1所示。
2 課程教學(xué)改革
2.1 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)
嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，更加注重學(xué)生的實際開發(fā)能力，在教學(xué)過程中一般要求以項目為導(dǎo)向、以開發(fā)平臺為核心，這不僅要求教育模式和教育方法上的改革，還需要建設(shè)相應(yīng)的實驗平臺。嵌入式系統(tǒng)課程改革與其他教學(xué)體系一樣需要各環(huán)節(jié)教師相互配合，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)統(tǒng)籌安排，形成一個整體，使學(xué)生的學(xué)習(xí)層次化、階梯化，這是一個完整的遞進增長過程。通過一整套的訓(xùn)練，學(xué)生可以更好的適應(yīng)社會，無論是在理論上還是在實踐上都得到實質(zhì)的提高。
2.2 教學(xué)方法和手段
由于嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)具有很強的實踐性，在進行嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式，主要采用以項目為導(dǎo)向的教學(xué)方式。整個教學(xué)過程可以分成兩條主線，第一條主線是理論基礎(chǔ)及其實踐基本技能訓(xùn)練，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式；第二條主線以引導(dǎo)學(xué)生的積極性、開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主，在課程中給出多個項目，學(xué)生選擇感興趣的項目，在學(xué)習(xí)理論知識的同時自行分析、設(shè)計并完成。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容比較多，僅通過一兩種教學(xué)方發(fā)達不到教學(xué)目的，所以，采用授課案例分析、演示、實驗、查閱資料并總結(jié)，以及項目驅(qū)動等多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式進行，讓學(xué)生能夠及時汲取和充分掌握所學(xué)知識。
2.3 教學(xué)管理和組織
初期，通過教師在多媒體上做、學(xué)生在計算機上模仿的講練結(jié)合的教學(xué)方式為主。這種方法很重要，隨著課程的發(fā)展，教師減少講解，隨之，鼓勵學(xué)生通過多種手段（如上網(wǎng)、去圖書館、實驗等）收集大量信息，并利用自學(xué)等多種學(xué)習(xí)方式開展學(xué)習(xí)。最后，根據(jù)能力挑選出小老師輔導(dǎo)其他學(xué)生上機，并由他們組織學(xué)生團隊，一些項目基本由學(xué)生團隊自主完成。在學(xué)習(xí)過程中鼓勵學(xué)生和其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生交流，有利于學(xué)生對其他知識的攝取和掌握。在學(xué)習(xí)過程中，教師和學(xué)生之間沒有任何界限，教師是學(xué)生團隊的合作伙伴，是解決實際問題的朋友。教師通過解決問題的方法啟發(fā)學(xué)生，影響學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生良好的解決問題的能力，而不單純是傳授專業(yè)知識和技能。
2.4 教材使用和實驗指導(dǎo)書
有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的教材和實驗平臺很多，但內(nèi)容側(cè)重點不同，實驗平臺質(zhì)量參差不齊，并且嵌入式系統(tǒng)課程軟硬件升級較快，很難固定一本教材和一個實驗平臺。故可指定幾本質(zhì)量較高的參考教材，也可給學(xué)生指定一些結(jié)合自己專業(yè)的實驗開發(fā)平臺，讓有興趣的同學(xué)擴展自己的知識面。由于嵌入式課程的實踐性較強，為提高學(xué)生的實踐動手能力，實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容和組織形式也非常重要，要經(jīng)常修訂，革故鼎新。結(jié)合該院學(xué)生的實際情況，對實驗內(nèi)容進行了改進，修訂了實驗指導(dǎo)書。
3 實踐教學(xué)改革
3.1 實驗教學(xué)
建立合理的嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)體系，將CDIO理念融入實驗教學(xué)。實驗是嵌入式教學(xué)的重要組成部分，除了需要完備的實驗設(shè)備之外，實驗課程的開設(shè)也非常重要。現(xiàn)擁有PAX270實驗平臺40套，除了實驗箱之外，還配備了相應(yīng)的開發(fā)模塊，后期計劃更新實驗設(shè)備，使實驗開設(shè)更加完善。整個實驗體系可包括：基礎(chǔ)型實驗，讓學(xué)生掌握基本技能，提高學(xué)生對基本知識點的理解；綜合設(shè)計型實驗，綜合整個課程的知識，訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用各學(xué)科特別是計算機應(yīng)用學(xué)科知識的能力及團隊合作精神，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。
3.2 畢業(yè)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計是檢驗學(xué)生對大學(xué)四年所學(xué)知識的應(yīng)用能力。而嵌入式系統(tǒng)恰恰是融合了學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識。因此在畢業(yè)設(shè)計時，提出了較多與嵌入式相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計課題，例如有關(guān)Linux、Android、ARM等方面的選題。并且將CDIO理念融合到對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計選題和課題指導(dǎo)上。通過最近幾屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計完成情況來看，不僅所做內(nèi)容有所提高，學(xué)生的實踐動手能力也得到了大大提升。
3.3 競賽
如果說畢業(yè)設(shè)計是考察學(xué)生的綜合能力，那競賽就是考驗學(xué)生的創(chuàng)新能力。在過去幾年，我們帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)習(xí)了有關(guān)嵌入式競賽方面的內(nèi)容，并在2012年首次參加了嵌入式物聯(lián)網(wǎng)大賽，并進入了決賽，取得全國三等獎。現(xiàn)正在積極準(zhǔn)備第二次的參賽，不僅學(xué)生參與人數(shù)增加，相應(yīng)的競賽平臺也隨之更新，得到了學(xué)校和院系的大力支持。讓學(xué)生參加競賽，不僅可以極大鍛煉的學(xué)生的實踐能力，還能加強學(xué)生的管理能力和團隊合作精神。
4 結(jié)語
按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、方法和實踐教學(xué)上的改革。在以具體項目為載體的教學(xué)模式下，讓學(xué)生能夠圍繞項目進行自主學(xué)習(xí)，為完成項目開發(fā)，學(xué)生將在課程中主動去學(xué)習(xí)項目開發(fā)所需要的知識，培養(yǎng)和提高學(xué)生的項目開發(fā)能力和初步具備解決實際問題的能力。不僅嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果有明顯提高，學(xué)生在嵌入式競賽中也取得了優(yōu)異成績，為社會培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的應(yīng)用型產(chǎn)業(yè)
人才。
參考文獻
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[2] 朱兵，李莉.地方性高校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系研究[J].科技信息，2007（32）：6-14.
關(guān)鍵詞：Linux；高職院校；存在問題；改革措施
中圖分類號：G712 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0053-02
一、引言
嵌入式Linux操作系統(tǒng)源碼的開放性，使Linux倍受業(yè)界人士的偏愛。近年來，隨著嵌入式Linux操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在高職院校中，有關(guān)專業(yè)陸續(xù)開設(shè)了Linux操作系統(tǒng)這門課程。專業(yè)不同，加之高職學(xué)生群體的特殊性，Linux操作系統(tǒng)課程在教與學(xué)兩個方面都面臨著嚴峻的考驗，Linux課程改革刻不容緩。
二、高職院校嵌入式Linux教學(xué)現(xiàn)狀剖析
Linux操作系統(tǒng)是嵌入式專業(yè)必設(shè)的核心課程，是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計的核心技術(shù)，也是學(xué)習(xí)ARM硬件技術(shù)的基礎(chǔ)，只有二者結(jié)合，才能設(shè)計或開發(fā)出更優(yōu)秀的嵌入式產(chǎn)品。目前，高職院校中嵌入式專業(yè)Linux課程體系及教學(xué)還存在一系列問題有待解決，只有正確解決存在的問題，才能使學(xué)生更好地領(lǐng)悟到Linux的精髓，發(fā)現(xiàn)Linux的魅力所在。
1.缺少前導(dǎo)基礎(chǔ)課程。Linux課程的學(xué)習(xí)，需要有一定的前導(dǎo)課程。如：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語言、操作系統(tǒng)原理等。很多高職院校基本都沒有開設(shè)匯編語言和操作系統(tǒng)原理課程，這給Linux課程教學(xué)帶來很大難度。其中操作系統(tǒng)原理是學(xué)習(xí)Linux課程的基礎(chǔ)，沒有操作系統(tǒng)原理的知識，直接學(xué)習(xí)Linux課程無疑是雪上加霜。
2.課程開設(shè)次序混亂。Linux課程需要的一些前導(dǎo)課程，與Linux課程開設(shè)次序混亂，有的課程平行學(xué)期開設(shè)，如JAVA課程和Linux課程同學(xué)期開設(shè)；有的課程后置學(xué)期開設(shè)，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在Linux課程下個學(xué)期開設(shè)。這些問題的存在，主要是專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理所致，進而暴露出高職院校教師專業(yè)知識缺乏、專業(yè)能力不強等問題。
3.課程銜接現(xiàn)漏洞。嵌入式專業(yè)，學(xué)習(xí)Linux是為學(xué)習(xí)ARM硬件體系打基礎(chǔ)，Linux課程必須開設(shè)在ARM課程之前，避免平行開設(shè)。教授Linux課程的教師可以不了解ARM硬件體系結(jié)構(gòu)，但教授ARM課程的教師必須具備Linux操作系統(tǒng)知識。在具體的教學(xué)中，兩門課程間應(yīng)做到無縫銜接，但在教學(xué)的具體實施中，兩門課程脫節(jié)嚴重，兩門課程的教師應(yīng)做全面的溝通和交流，使課程教學(xué)能夠順利進行。ARM課程必須在Linux操作系統(tǒng)下學(xué)習(xí)驅(qū)動程序編寫、內(nèi)核移植及代碼燒寫等工作，不使用操作系統(tǒng)，ARM就如同單片機一樣，發(fā)揮不出自身的技術(shù)優(yōu)勢。
4.教學(xué)方法單一。高職院校的Linux課程教學(xué)一般在計算機實驗室進行，采用老師邊講解邊操作的傳統(tǒng)模式，在這種情況下，學(xué)生做的有針對性的實驗較少，教學(xué)環(huán)節(jié)中缺少項目設(shè)計環(huán)節(jié)，學(xué)生無機會參與科研項目開發(fā)，更不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)進行到中間階段，學(xué)生普遍進入疲勞期和厭學(xué)期，后期教學(xué)很難順利開展。
5.師資力量薄弱。在高職院校新興的嵌入式專業(yè)，精通Linux操作系統(tǒng)的教師為數(shù)不多，嚴重存在軟硬件分家的現(xiàn)象，有的教師只懂Linux操作系統(tǒng)，對相應(yīng)的ARM硬件體系不了解，有的教師了解ARM體系結(jié)構(gòu)，但對Linux操作系統(tǒng)望而生畏。如何讓嵌入式專業(yè)的教師既精通軟件，又精通硬件，是高職院校嵌入式專業(yè)急需要解決的師資能力問題。
三、高職院校嵌入式專業(yè)Linux課程改革措施
在高職院校課程改革的大趨勢下，嵌入式專業(yè)Linux課程改革勢在必行，在進行Linux課程改革之前，第一要明確本校嵌入式專業(yè)人才培養(yǎng)的方向，第二要明確Linux課程所對應(yīng)的業(yè)內(nèi)崗位需求，在明確這兩個問題的基礎(chǔ)上，Linux課程改革才能進行開展。采用“理論+實踐+應(yīng)用+項目”的教學(xué)思路，以Linux理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新實踐教學(xué)為依托，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，形成課程基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新實踐相互促進的互動教學(xué)機制。課程建設(shè)以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的最廣泛共享為目標(biāo)，堅持改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)思想和理念，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，堅持開拓創(chuàng)新，依托學(xué)校的學(xué)科特色，堅持以學(xué)生為本，促進學(xué)生主動構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)[1]。
1.嵌入式專業(yè)課程體系改革。嵌入式專業(yè)為高職院校新興專業(yè)，課程體系建設(shè)尚不成熟，需要進一步發(fā)展和完善。核心課程的前導(dǎo)基礎(chǔ)課程盡量增開，或設(shè)置成必修的選修課形式增開。同時，要嚴格軟硬件課程開設(shè)的比例，電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)、硬件原理及版圖制作這三門硬件課程不能割舍，這三門課程是嵌入式方向硬件基礎(chǔ)和靈魂，本校的嵌入式專業(yè)擬增設(shè)硬件原理及版圖制作這門硬件必修課。總之，課程體系的改革需要以專業(yè)人才培養(yǎng)方向為導(dǎo)向，以行業(yè)的技術(shù)發(fā)展為指導(dǎo)。
2.課程結(jié)構(gòu)設(shè)置改革。Linux操作系統(tǒng)用途越來越廣泛。目前，中國多數(shù)企業(yè)和高校均采用RedHat Linux操作系統(tǒng)，Red Hat Linux操作系統(tǒng)分為多個版本，在教學(xué)過程中，教師在授課時應(yīng)統(tǒng)一版本，選取對應(yīng)版本的教材。不同的專業(yè)，學(xué)習(xí)Linux課程的方向也不同。在某一課程對應(yīng)的所有崗位需求上，不同專業(yè)的學(xué)生均有選擇機會，但作為嵌入式專業(yè)的人才培養(yǎng)方向，Linux課程人才培養(yǎng)崗位如表1所示，嵌入式專業(yè)在Linux教材選取、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、實踐操作等方面，偏重于Linux命令、shell編程等內(nèi)容，嵌入式專業(yè)Linux的后續(xù)課程ARM體系結(jié)構(gòu)及嵌入式C技術(shù)應(yīng)用開發(fā)會在Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的實踐操作、項目開發(fā)。上述三門課，保證了嵌入式專業(yè)的學(xué)生在畢業(yè)時能夠勝任表1中1～4對應(yīng)的職位。課程結(jié)構(gòu)設(shè)置應(yīng)與本課程行業(yè)對應(yīng)崗位密切聯(lián)系，將行業(yè)崗位需求作為課程結(jié)構(gòu)改革的導(dǎo)向和依據(jù)。
3.實驗環(huán)境改革。Linux操作系統(tǒng)這門課和上機操作密不可分，這就要求有相應(yīng)的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境。目前，部分高職院校采用獨立的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境，Linux操作系統(tǒng)這門課在純Linux操作系統(tǒng)下完成。Linux操作系統(tǒng)的桌面環(huán)境和Windows操作系統(tǒng)的桌面環(huán)境差異很大，學(xué)生對Linux操作系統(tǒng)非常陌生，這給教學(xué)工作帶來了很大阻力。在Linux操作系統(tǒng)命令的實踐過程中，常出現(xiàn)學(xué)生改動或刪除系統(tǒng)文件的情況發(fā)生，嚴重會導(dǎo)致Linux操作系統(tǒng)癱瘓，這種情況無疑給機房計算機的管理和維護帶來壓力。鑒于上述問題，建議在實驗室的計算機上安裝windows操作系統(tǒng)，在windows操作系統(tǒng)上安裝VMware虛擬機，在虛擬機上安裝Linux操作系統(tǒng)，這樣的實驗環(huán)境對硬件要求不高，也利于教師的授課和學(xué)生的學(xué)習(xí)，用戶可在windows和Linux之間靈活切換，若因?qū)W生誤操作使Linux操作系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可以輕松在虛擬中實現(xiàn)重裝，也可以事先在虛擬機中對Linux操作系統(tǒng)進行克隆，做系統(tǒng)的備份，這種實驗環(huán)境給機房的管理和維護帶來了便利。
4.教學(xué)方法改革。轉(zhuǎn)換教學(xué)模式，發(fā)揮學(xué)生的主動性，高職教師應(yīng)該重點培養(yǎng)學(xué)生如何學(xué)的能力，尤其Linux操作系統(tǒng)這門課，shell命令種類繁多，每條命令又包括相應(yīng)功能的參數(shù)，讓學(xué)生牢記每條指令和參數(shù)是不現(xiàn)實的，這就要求老師培養(yǎng)學(xué)生具有獨立學(xué)習(xí)的方法和能力，靈活運行man手冊命令和help在線幫助文檔；充實教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)，教師在授課的過程中，要多選幾本參考教材，多參考網(wǎng)絡(luò)資料和專業(yè)技術(shù)論壇，使教學(xué)內(nèi)容能夠充實、全面，項目案例應(yīng)以典型性和綜合性為宜；加強實踐操作，提高學(xué)生的實踐操作能力，依托Linux相關(guān)技能大賽，提升學(xué)生的動手能力和獨立完成項目的能力，鼓勵學(xué)生參與教師的科研項目或企業(yè)的真實項目，提升學(xué)生真實項目實戰(zhàn)經(jīng)驗，為今后就業(yè)創(chuàng)造有利條件[2]。
5.培養(yǎng)雙師型教師隊伍。鼓勵并支持教師走出課題，深入相關(guān)企業(yè)進行實踐鍛煉或進行學(xué)習(xí)深造，提升教師自身的專業(yè)能力與項目組織、管理及實施的能力。目前，部分高職院校開展教師到企業(yè)一線實踐鍛煉或科技掛職等工作，均為提升教師自身的專業(yè)技術(shù)水平和項目實踐能力提供了寶貴機會。此外，部分高職院校也為教師提供假期各種專業(yè)技能培訓(xùn)或在線學(xué)習(xí)的機會，希望教師們能夠重視繼續(xù)學(xué)習(xí)的機會，努力提升自身的雙師型教師的能力。
四、結(jié)束語
Linux源碼的開放性，使Linux技術(shù)使用領(lǐng)域更為廣泛，從桌面環(huán)境到嵌入式行業(yè)，Linux越來越受歡迎。Linux課程在嵌入式專業(yè)扮演著重要角色，Linux課程改革沒有成形的套路可循，需要教師不斷地去探索、總結(jié)、發(fā)現(xiàn)，Linux課程改革任重而道遠[3]。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 單片機與嵌入式系統(tǒng) 案例教學(xué) Proteus仿真
中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A
0 引言
單片機與嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強、理論緊密聯(lián)系實際的課程，由于內(nèi)容抽象，在教學(xué)中采用傳統(tǒng)的授課模式，學(xué)生往往難以理解，出現(xiàn)的問題主要有以下三個方面：（1）單片機與嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件相結(jié)合的產(chǎn)物，學(xué)生在學(xué)習(xí)之前需要掌握計算機組成原理、匯編語言、C語言程序設(shè)計等多門課程，相較于硬件課程，難度較大。（2）傳統(tǒng)教學(xué)模式因缺乏合適的教學(xué)演示，教學(xué)效果不理想。（3）教材選擇困難。雖然經(jīng)過這么多年的發(fā)展，但由于各個學(xué)校之間課程體系不同、學(xué)生程度不一，如何選擇一本適合本校本專業(yè)的教材依然不是一件容易的事情。
1 單片機與嵌入式系統(tǒng)案例教學(xué)介紹
案例教學(xué)過程由設(shè)計準(zhǔn)備、教學(xué)實施、總結(jié)反思三個階段組成。為了提高教學(xué)效果，可將學(xué)生分組，以組為單位進行案例的設(shè)計與講解。設(shè)計準(zhǔn)備階段教師要選擇好知識點，并組織學(xué)生小組圍繞該知識點思考系統(tǒng)功能，設(shè)計電路和編寫程序；教學(xué)實施階段教師只講解理論內(nèi)容，然后由學(xué)生小組介紹對該內(nèi)容的理解，并通過Proteus演示案例的電路設(shè)計圖、源程序和仿真效果，其他小組可以提出不同看法和解決方案，最后在教師指導(dǎo)下形成知識點的最佳案例解決方案；總結(jié)反思階段可要求學(xué)生對案例進行總結(jié)，寫成文檔作為平時作業(yè)，同時也要鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生對案例進行擴展，提高教學(xué)效果。
2 單片機與嵌入式系統(tǒng)案例教學(xué)實例
以MCS-51單片機為例，輸入/輸出接口、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器和串口通信是教學(xué)中的重點內(nèi)容，以下是筆者在教學(xué)中總結(jié)的幾個實例。
2.1 LCD液晶顯示實例
（1）使用Proteus軟件繪制電路原理圖，如圖1所示，1602芯片的RS、R/W、E控制端分別與單片機P2.0、P2.1、P2.2引腳相連，D0～D7數(shù)據(jù)端依次與P0.0～P0.7相連。（2）使用Keil C進行軟件編程，將1602的寫命令模式、寫數(shù)據(jù)模式和初始化分別用函數(shù)實現(xiàn)，方便了主函數(shù)的調(diào)用。程序?qū)崿F(xiàn)了常用字符和自定義字符的顯示。源程序如下：
2.2 定時/計數(shù)器產(chǎn)生方波實例
（1）使用Proteus軟件繪制電路原理圖，如圖2所示，利用單片機的P2.0引腳輸出方波，進而可以驅(qū)動揚（下轉(zhuǎn)第171頁）（上接第120頁）聲器發(fā)出聲音。（2）使用Keil C進行軟件編程，定時/計數(shù)器T1初始化，模式控制寄存器TMOD設(shè)置為0x10（使用T1的定時功能，工作于模式1），初值設(shè)置為10000（每0.01s產(chǎn)生一次中斷），進而生成50Hz的方波，源程序如下：
3 結(jié)語
關(guān)鍵詞：電子設(shè)計競賽；嵌入式系統(tǒng)競賽；嵌入式系統(tǒng)課程；實驗教學(xué)
中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：B
文章編號：1672-5913（2007）09-0039-03
英特爾杯大全國學(xué)生電子設(shè)計競賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽（以下簡稱嵌入式系統(tǒng)競賽）是教育部大力倡導(dǎo)和推動的競賽，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，它們的宗旨是引導(dǎo)高校在實驗教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)；加強動手能力和工程實踐能力的訓(xùn)練；提高學(xué)生針對實際問題進行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的能力。嵌入式系統(tǒng)競賽自2002年開始舉辦，到2006年已經(jīng)舉辦了三屆。比賽規(guī)模也從一開始國內(nèi)的15所高校28支參賽隊拓展到第三屆的來自東南地區(qū)67所高校149支參賽隊。在國內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)競賽已為越來越多的企業(yè)和學(xué)校認可和重視，其知名度和影響力已逐漸提升，甚至超過電子設(shè)計競賽的地位。
1 國家競賽的內(nèi)容和特點
嵌入式系統(tǒng)競賽為了能夠進一步豐富全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的形式和內(nèi)容，同時讓一些學(xué)有余力、自學(xué)鉆研能力強的學(xué)生能夠盡顯才華，該比賽一改電子設(shè)計競賽專家組命題競賽的形式，提出了“不設(shè)命題，自主發(fā)揮，不封閉比賽場地，延長比賽周期”的新理念。此外， 由于嵌入式系統(tǒng)所采用的硬件平臺是由組委會統(tǒng)一提供的，加強了比賽的透明度和公平性，使得更多的優(yōu)秀學(xué)子能夠擁有在平等條件下展示自己的自學(xué)鉆研和動手實踐能力的機會。開放性的題目設(shè)置使得學(xué)生和指導(dǎo)老師不再拘泥于一些基礎(chǔ)的內(nèi)容和方向，設(shè)計開發(fā)也從8位、16位的單片機跨越到了以32位處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計上，應(yīng)用知識也突破了電子設(shè)計競賽的單一電子學(xué)科的范圍，擴展到包括計算機科學(xué)、自動化控制、數(shù)字通信在內(nèi)的諸多領(lǐng)域。更加強大的處理器功能和更加開放的競賽形式使得參賽者可以自由發(fā)揮創(chuàng)意，但同時，由參賽隊伍自主命題所帶來的更大的自由度意味著沒有很多的東西可供參考或直接借鑒，更高的競賽水準(zhǔn)也對學(xué)生提出了更高的要求。這一競賽同時也更關(guān)注參賽作品的創(chuàng)新性、方案的合理性、作品實現(xiàn)的難度和工作量、作品以及設(shè)計文檔的完整性等方面指標(biāo)，任何一方面的忽略都可能影響最終成績的評定。
2 競賽暴露出的我校原有“嵌入式系統(tǒng)課程”實驗教學(xué)的弱點
國家競賽的內(nèi)容和特點，代表著國家對大學(xué)生在嵌入式方面培養(yǎng)的具體要求，雖然我們多次指導(dǎo)學(xué)生參加國家競賽，并且多次都取得了較好成績，但我們深深感受到我校原有的“嵌入式系統(tǒng)課程”實驗教學(xué)已不能夠完全滿足國家的培養(yǎng)要求，主要存在著以下弱點。
（1）實驗教學(xué)中注重了對學(xué)生軟件編程的訓(xùn)練，而輕視了對其硬件設(shè)計訓(xùn)練
由于在實驗教學(xué)中對處理器核心電路的設(shè)計、接口電路的設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計等方面的訓(xùn)練內(nèi)容較少，導(dǎo)致學(xué)生對硬件的基礎(chǔ)知識缺乏。在競賽中參賽學(xué)生對系統(tǒng)接口的擴展、利用可編程邏輯器件的設(shè)計電路、對處理器性能的估計等方面顯得知識和經(jīng)驗不足。
（2）實驗教學(xué)中注重了學(xué)生對上層軟件的設(shè)計，缺少培養(yǎng)低層軟件的設(shè)計能力
在實驗教學(xué)中由于應(yīng)用軟件方面的實驗項目，相對容易教學(xué)。而低層軟件的實驗項目需要功能強大的開發(fā)工具，同時設(shè)計和調(diào)試的難度大，所以實驗教學(xué)中減少了低層軟件的實驗項目。這種安排導(dǎo)致學(xué)生在競賽中對低層軟件的了解、設(shè)計、調(diào)試能力不足，甚至對該方面的工作無從下手。但是低層軟件是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，競賽中該方面的任務(wù)非常大。
（3）實驗教學(xué)中驗證性和設(shè)計性實驗項目較多，綜合實驗項目少，缺少自主命題的課程設(shè)計
實驗教學(xué)中沒有注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生作的實驗都是教師預(yù)先設(shè)計好的題目，學(xué)生不需要質(zhì)問可行性，只要埋頭完成就達到了實驗要求。這種實驗?zāi)Ｊ綄?dǎo)致學(xué)生在競賽中不能根據(jù)自己的知識開拓思路，提出好的設(shè)計題目，設(shè)計出新穎的產(chǎn)品，而是希望老師想出一個題目，自己來實現(xiàn)。
（4）實驗教學(xué)中采用的實驗平臺單一
實驗室只提供基于X86的嵌入硬件實驗平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)。由于軟硬件平臺單一，導(dǎo)致學(xué)生的實驗項目種類少，不能按照產(chǎn)品的需求進行選擇系統(tǒng)，不能夠認識到嵌入式系統(tǒng)軟硬件多樣性的作用性。2006年競賽中Intel公司提供了兩種平臺，分別是eXcale PXA270 和低功耗的嵌入式X86。競賽學(xué)生不能夠根據(jù)目前提供的平臺，選擇相對應(yīng)合適的題目，完全忽視了兩個平臺區(qū)別和適合的應(yīng)用方向。
（5）實驗教學(xué)缺少對團隊合作的訓(xùn)練
能在競賽中取得好成績的參賽隊，往往都是隊員之間配合默契，遇到難題集思廣益，共同謀求解決問題的辦法，在整個競賽過程中隊員們相互鼓勵，相互促進，努力爭取最好成績，這種團隊合作精神正是我們過去實驗教學(xué)中所忽視的。過去我們希望讓每個同學(xué)從頭到尾獨立完成整個實驗，所以安排一人一組設(shè)計實驗項目，工作量也就較小，而學(xué)生之間相互協(xié)作能力培養(yǎng)不夠。
（6）實驗教學(xué)中對學(xué)生的實驗報告要求不夠
有的同學(xué)實踐能力很強，但撰寫設(shè)計報告能力較差。報告中僅展示出自己最終設(shè)計方案，而對各種方案的比較和論述不夠，對系統(tǒng)的性能缺少分析，甚至缺乏理論的推導(dǎo)。
3 改進“嵌入式系統(tǒng)課程”實驗教學(xué)的措施
從這幾屆電子設(shè)計競賽的題目和嵌入式系統(tǒng)競賽及今后的發(fā)展趨勢來看，競賽的工程背景越來越濃，它既強調(diào)理論設(shè)計，更強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)。它既考核了學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識的能力，更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識。競賽涉及的內(nèi)容往往是一個課程群而非單一的一門課。這就要求我們的實驗課程必須進行改革。為此，我們采取了以下措施。
（1）增加自主命題的綜合實驗項目
增加自主命題的綜合實驗項目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好以及平時在相關(guān)方面的了解，自行提出或與教師討論制定出一些命題。在這類綜合實驗項目的指導(dǎo)上，老師的教學(xué)方式也以啟發(fā)學(xué)生獨立分析思考問題、獨立解決問題為主，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮他們的潛能。
（2）分層次進行實驗
由于學(xué)生的能力和興趣的不同，我們安排的實驗項目分為驗證性實驗、命題性綜合實驗、自主命題性大型綜合實驗。部分學(xué)生主要以驗證性實驗教學(xué)為主，指導(dǎo)他們進行各種驗證性實驗，深化理論知識的理解；對該課程有興趣并且有能力的學(xué)生，可以指導(dǎo)他們進行命題性綜合實驗或自主命題性大型綜合實驗，使他們深入到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科研項目的設(shè)計及開發(fā)能力。這樣，既完成了教學(xué)任務(wù)，又可以發(fā)掘優(yōu)秀的學(xué)生人才，使他們的能力得到更進一步的提升。
（3）實驗教學(xué)應(yīng)深入系統(tǒng)的底層
在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)實踐中，教師指導(dǎo)學(xué)生實驗往往僅在硬件平臺的基礎(chǔ)上做一些應(yīng)用性的程序和實驗，很少讓學(xué)生深入系統(tǒng)底層去研究，如學(xué)習(xí)硬件原理和結(jié)構(gòu)，編寫驅(qū)動程序，編寫bootloader代碼，移植操作系統(tǒng)等。這樣學(xué)生即使能夠在某嵌入式平臺上，對某些硬件編程實現(xiàn)特定的功能，卻往往對硬件的原理和功能一知半解。當(dāng)他們遇到新的題目要求或不同的硬件平臺時，就無從下手。實驗教學(xué)不能達到舉一反三的效果。因此，我們在新的實驗教學(xué)中，改變了以往的方法，讓學(xué)生在實驗中深入系統(tǒng)的底層，了解系統(tǒng)的工作原理，不僅讓學(xué)生知其然，還要知其所以然。這樣讓學(xué)生在以后面對類似的問題時，也能從容分析問題并加以解決。
（4）實驗教學(xué)應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生軟硬件綜合設(shè)計的能力
從歷屆嵌入式系統(tǒng)競賽的比賽結(jié)果來看，名列前茅的作品往往是軟硬件綜合設(shè)計比較出色的作品，有的作品在組委會統(tǒng)一提供的開發(fā)板基礎(chǔ)上，又拓展了很復(fù)雜的硬件電路，同時軟件上也做了大量的工作，具有較高的難度。這也是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點，系統(tǒng)中離不開硬件，因此我們在實驗教學(xué)上，也必須加強軟硬件綜合設(shè)計能力的培養(yǎng)。通過讓學(xué)生參與軟硬件綜合設(shè)計的項目，來培養(yǎng)他們軟硬件綜合設(shè)計的能力。
（5）實驗平臺的多樣化
嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計是產(chǎn)品決定系統(tǒng)，即根據(jù)產(chǎn)品的功能和指標(biāo)，進行處理器的選擇，存儲器的種類和大小的選擇，接口和外設(shè)的安排等。如嵌入式處理器的選擇時，移動設(shè)備由于功耗的要求，一般選擇ARM芯片；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以選擇以IBM 的Power為內(nèi)核的高性能處理器。因此實驗室應(yīng)該提供多種實驗平臺，通過建設(shè)，目前我們實驗室已擁有基于8051，80C51FXX，MSP430，PowerPC 860 ，ARM9 ，X86，EPOSN 32位嵌入式處理器，PicPlaze和MicroPlaze軟核的實驗板和實驗箱。同時對部分實驗箱系統(tǒng)配有 Windows CE、Linux、Vxworks、ucOS II、Delta等多種嵌入式操作系統(tǒng)。學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計項目進行選擇。使學(xué)生在實驗中能夠充分發(fā)揮各種實驗板和操作系統(tǒng)的功能，避免大材小用，殺雞用牛刀。設(shè)計時應(yīng)該以既要完成項目的功能和指標(biāo)，又要以減少產(chǎn)品成本為目標(biāo)。設(shè)計完成后能夠估計該產(chǎn)品的硬件和軟件成本。通過這樣的訓(xùn)練，不僅能夠培養(yǎng)出一般的程序員和硬件工程師，而且可以培養(yǎng)出高層次的人才。
（6）團隊合作的訓(xùn)練
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工作量一般較大，如果學(xué)生的選題項目大，應(yīng)該分組進行，一個項目組安排三到五人進行設(shè)計，安排一個學(xué)生為項目組組長。小組成員共同制定編寫項目總體方案，項目計劃等文檔。將項目分解成為幾個子項目，每個人負責(zé)設(shè)計和實現(xiàn)其中的一部分，各個部分完成后，共同調(diào)試。通過實驗訓(xùn)練學(xué)生的團隊合作能力，使他們認識到個人單兵作戰(zhàn)在時間、知識和能力的劣勢和團隊合作的重要性。通過進行團隊合作訓(xùn)練，使學(xué)生畢業(yè)后進入公司，很快融入項目組，發(fā)揮其作用。
4 總結(jié)
實驗教學(xué)改革是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要從事實驗教學(xué)的教師持之以恒的不斷努力。嵌入式系統(tǒng)競賽對我們的實驗教學(xué)改革起到了積極的推動作用，通過競賽，使我們不斷跟蹤國家對大學(xué)生在嵌入式方面的要求，使我們了解其他兄弟院校的現(xiàn)有實驗教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)我們當(dāng)前實驗教學(xué)的不足之處，并加以改進和完善；通過改革使得實驗更能引起學(xué)生的興趣，啟迪思維，培養(yǎng)創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力；通過改革使一批優(yōu)秀人才在實驗中脫穎而出，同時使實驗教師得到自身業(yè)務(wù)的提高。
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