嵌入式课程总结范文

导语：如何才能写好一篇嵌入式课程总结，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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中图分类号：G642

0 引 言

大规模在线开放课程（massive open online course， MOOC）是基于课程与教学以及网络和移动智能技术发展起来的新兴在线课程形式。MOOC是一种全新的、更公平的教育模式，它借助互联网，通过MOOC平台的课程讲座视频、嵌入式课程进行测试与评估以及师生在线互动，教与学随时随地都可以发生[1]。然而，MOOC在迅速发展的同时，由于其自身存在的一些不可避免的问题，使得MOOC饱受争议。没有规模限制、没有先修条件、MOOC注册率高而完成率低以及师生不能深入交流等问题日渐凸显，且难以得到有效解决[2]。因此，MOOC被不断改进，许多新的教学模式应用到MOOC中，弥补之前MOOC的不足，超越了原有的MOOC模式，MOOC已经进入后MOOC时代。

在后 MOOC时代涌现的一些新样式中，SPOC最为典型。SPOC（small private online courses，小规模限制性在线课程）表示小型的、私有的、在线课程，它是针对MOOC来说的，这一概念最早是由美国加州大学伯克利分校的阿曼多?福克斯教授提出的[3]。与 MOOC相比，SPOC吸收和传承 MOOC的先进思想，将 MOOC的潜能更好地发挥出来，变革传统的教学结构，实现对现行课堂的有效翻转，最终提高教学质量。SPOC把学习的人数进行了限制，通常限定在几十人到几百人之间，不同于MOOC同一课程拥有注册人数几十万甚至几百万，另外，SPOC在MOOC的基础上增加了教师和学生面对面的交流。相比之下， SPOC的学习活动更加灵活高效，能满足学习者个性化学习的需求[4]。

嵌入式课程是信息技术行业的核心课程，在国外信息类人才培养中尤其得到重视。目前，嵌入式软件市场的规模剧增，已形成一个充满商机的巨大产业，并且成为整个软件业的发展支柱[5]。在家电、手机、各种数码产品等都向智能化方向发展的今天，嵌入式技术越来越成为当前最热门、最具发展前景的IT应用领域，吸引越来越多的工程师投入到这一行业[6]。本文研究嵌入式课程教学模式，通过SPOC充分利用MOOC平台上的教学视频资源，并与翻转课堂有机结合应用到课堂教学中。SPOC与翻转课堂相结合的方式可以提高学生的学习主动性、增强学生的动手能力、培养学生的创新意识和创新能力，使学生能够独立地进行项目开发和编程。

1 传统教学模式存在的问题

嵌入式课程是计算机课程的重要组成部分，嵌入式课程包含Linux系统应用、嵌入式系统设计和嵌入式系统案例分析等实践性较强的多门课程，这些课程采用传统的教学模式存在以下问题：

（1）在传统的教学模式下，老师的授课时间有限，只能单方面把课程的内容传授给学生，没有与学生交流的机会。

（2）部分学生存在惰性，老师讲多少就听多少，并不实际动手练习，导致仅理解理论内容，却不会实际应用。

（3）大部分学生在实践活动中虎头蛇尾，一遇到困难就轻易放弃，没有解决难题的决心，从而也无法真正的掌握和理解所学知识。

（4）传统的教学模式只重视成绩和分数，泯灭了学生动手实践的欲望，导致学生缺乏创新能力。

SPOC和翻转课堂相结合的教学模式提供一个新的思路：如果学生能够在课前完成相关知识的学习，就会减少教师课堂讲授时间，从而留给学生更多的时间进行实践、参与交流讨论和获得教师的指导，解决学生只停留在对理论内容的理解、动手机会少、不会将所学内容应用到实际的项目开发中去的问题。

2 基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法

基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法可以分为四个阶段：前端分析、课程设计、课堂教学和评价，具体模式如图1所示。

2.1 前端分析

任何课程开始前都必须进行前端分析，这样设计出的教学资源才具有针对性、个性化，因此，前端分析对一门课程设计的成功与否起到非常关键的作用。本文中，前端分析涉及3个要素，分别为学习对象、教学内容和学习环境。

学习对象主要包括学生年级、学生已经学过的相关课程以及对学过课程的掌握情况。嵌入式课程分为硬件课程和软件课程，因此课程的设置应该分为3个阶段：第1阶段为嵌入式硬件开发，作为嵌入式软件开发的平台基础；第2阶段为嵌入式软件开发；第3阶段为嵌入式综合开发实践。单片机原理等基础理论课程是学好嵌入式硬件开发的基础，嵌入式软件课程包括嵌入式操作系统和Linux系统应用等课程，只有将以上课程学好才能进行嵌入式综合开发实践。

教学内容研究应该从理论和实际开发能力两方面入手。理论方面，对于C语言、数据库、数据结构、单片机原理、计算机网络等前导课程，教师要在保证理论授课学时的前提下，适当增加或强调嵌入式开发中必需的知识基础，以保证后续嵌入式开发课程的顺利进行。在实际开发能力方面，教师要强化和规范嵌入式硬件课程、嵌入式软件课程、嵌入式综合开发实践课程中的实践环节，为学生配备齐全的软、硬件开发环境，让学生通过动手实践掌握所学的内容。

学习环境主要包括传统的课堂教学环境和基于MOOC的在线学习环境，将课堂教学和在线学习结合起来，提高教学质量。

2.2 课程设计

课程设计主要包括教学视频、教学大纲、拓展资源、测试作业几个部分。根据教学需要，教师可以充分利用MOOC平台上优质丰富的教学资源，对其进行编辑和整合，设计成富有逻辑结构的视频资源上传到网络教学平台。教师还可以将电影录像、电子书、其他资料等作为拓展资源提供给学生。测试作业包含测试题和大作业，测试题至关重要，学生可以带着问题去观看教?W视频，也可以看完教学视频后做测试题，这样有助于学生对重点、难点的理解与掌握，进而提高学生的学习效率和学习质量；大作业用来综合性的测试学生的学习情况，需要由一组学生来共同完成，大家一起讨论，相互激发灵感，这种方式可以提高学生们的创新意识和团队意识。

2.3 课堂教学

课堂教学阶段在整个教学模式中的地位十分重要。在课程开始前，根据学生原有的知识基础、学习个性和风格等信息将学生进行异质分组，并选出每个学习小组的组长。

课堂教学的实施过程借鉴翻转课堂模式，翻转课堂是推动师生互动、激发学生学习兴趣的有力手段，真正体现“以学生为中心”的教育理念。本文将翻转课堂分为两种形式：一种侧重于分析本次课的重点和难点；另一种侧重于对实际项目进行分析和讲解。

第一种形式要求学生在课前通过MOOC平台上提供的教学视频，学习嵌入式课程的基础知识，然后，通过完成测试题验证对知识点的掌握情况。在课堂教学过程中，学生针对教师在课前提出的问题进行讨论，并采用轮流的方式对本次课的重点和难点进行讲解。在该门课程的课堂教学中，每名学生至少有一次机会讲解知识点。最后，教师对课程内容的重点、难点进行说明，并对知识内容进行系统化的总结和梳理。

第二?N形式通过大作业的方式，以小组为单位，共同完成一个项目。大作业是对学生学习本门课程的综合性考察，嵌入式软件开发的作业可以是多进程程序编写、管道通信、Linux环境下“生产者与消费者”的实现等。嵌入式实践开发的作业可以是智能家居、智能停车场等。在课堂教学过程中，小组组内成员之间、各小组成员之间针对大作业的内容相互讨论，并每组选出一个代表对自己组的作业完成情况进行汇报展示，学生之间共同鉴赏、互相评价。教师可以在每名学生展示作品或学习成果后进行逐一评价，也可在所有学生成果展示完毕后做最后的总结，教师最终对学生的学习成果进行总结和评价。

课后主要是学生对学习进行复习和巩固，检验自己掌握知识的情况，分享课中学习的感悟与收获。教师则针对大家课上提出的问题进行反思和总结，对课程知识进行系统化的梳理和总结，并根据学生课上的表现、反应以及学生在学习过程中的意见对课前、课中阶段进行及时调整。

2.4 评 价

评价环节既要体现评价主体的多元化又要注重评价样式的多样化，关注学生的效果，采用形成性评价和总结性评价两种评价相结合的方式。

形成性评价包括多个因素：登录网络教学平台的次数、下载教学视频的次数、课堂出勤情况、课堂讨论的积极程度以及小组成员间互评等多个方面。小组成员间互评主要从学生与对小组其他成员讨论问题的情况、参与小组活动情况以及对小组的贡献等方面出发，对自己和小组成员作出评价。这种评价方式有利于学生更好地参与到小组学习活动中，能够提高组内成员间合作学习的积极性，同时，教师对学生的评价也同等重要，教师应该根据以上因素对学生进行评价，给出学生的平时成绩。

总结性评价则主要包括学生的平时测验、作业完成质量和期末考试成绩。最后，教师根据形成性评价和总结性评价的一定比例给学生最终量化分数。

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关键词： 嵌入式系统 ARM μC/OS-Ⅲ

引言

嵌入式系统是一个很宽泛的概念，我们一般将以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统称为嵌入式系统。近十年来，随着当前各行各业对单片机能力的要求越来越高，如主频高、功耗低、外设多、互连方便、支持操作系统等，嵌入式处理器市场正在32位化，ARM芯片以其高性价比取代51芯片成为嵌入式系统设计的新宠，同时μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统因源码获取方便成为嵌入式系统学习的首选对象。

在实际教学中发现：（1）学生拘泥于嵌入式软硬件知识细节，不能从嵌入式产品的系统层面和设计过程中整体地动态地了解、理解和掌握嵌入式系统设计知识；（2）学生太过依赖学院实验室现有的嵌入式实验箱或自己购买的嵌入式开发板，不敢或很少尝试设计并制作自己的嵌入式开发板；（3）学生对嵌入式操作系统了解有限，忽视相关开发工具的使用与掌握。

本文将从嵌入式系统课程实验板DIY（Do It Yourself）开始，探索课程实验板DIY自主实验指导方法，尝试通过适当的适度的DIY实验操作指导，训练学生在规定的时间内和有限的成本下制作自己的嵌入式系统实验板，培养学生进一步自主探索学习嵌入式系统知识的兴趣。

1.研究目标与关键问题

1.1研究目标

依据《嵌入式系统》课程教学内容，研究课程实验板DIY教学方法，制定课程实验板DIY指导手册，指导学生逐步DIY自主制作自己的课程实验板，让学生在实践课程实验板DIY过程中亲身领会并掌握嵌入式系统软硬件设计方法，并最终基于ARM Cortex-M3微处理器和实时操作系统μC/OS-III搭建嵌入式系统的软硬件平台，完成课程实验并定制特色功能。

1.2关键问题

（1）如何让学生快速设计、投板、焊接并调试自己的ARM实验板，并且时间和成本可控。

（2）如何让学生在自己的ARM实验板上主动探索来完成课程实验，并且及时总结相关问题和对应的解决方案。

2.《嵌入式系统》DIY实践

借助当前便利的电路板PCB制作与生产工艺，在课程实验板DIY指导手册帮助下，指导学生逐步完成课程实验板DIY实践。

值得一提的是，当前电路板PCB打样双面板价格50元/款起，尺寸大小10cm*10cm以内，完全满足课程实验板制作要求。

2.1实践任务布置

在《嵌入式系统》授课之初，强调嵌入式系统课程实践的重要性，引导学生思索如何动手实践。然后课程设计任务，要求自己动手制作ARM最小系统板，运行μC/OS-III操作系统，满足课程各项实验要求，定制开发自己的特色功能。

说清楚两个限制：（1）必须使用ARM Cortex-M3微处理器和μC/OS-Ⅲ实时操作系统；（2）必须在一学期内完成（大约3个月）并且成本可控（100元左右）。

2.2实验板硬件制作

针对选定微处理器芯片（如ARM STM32F103），提供课程实验板原理图，仅涉及最小系统板硬件（包括ARM芯片、晶振、SWD调试、USB供电模块）和课程实验所需硬件支持（包括基于GPIO的LED和KEY，以及UART模块）。芯片管脚全部基于排线引出，便于学生后续的扩展实验。考虑到学生可能初次进行PCB制版，因此实验板PCB图提供半成品，完成最后的布线。

当然，学生完全可以部分或全部修改实验板原理图和PCB图，前提是学生必须有电路板制版经历。强烈建议初学者不要做太多的修改，而是完成剩下的PCB布线，并投板、焊板，进而编程与调试。

本阶段计划时间两周，可阶段验收成果为：（1）丝印学生姓名的PCB空板；（2）焊接完成的ARM实验板。

2.3实验板程序练习

实验板程序分为两部分，本着简单易学和循序渐进的学习原则，依据《嵌入式系统》课程教学内容，仅涉及LED、KEY和UART三个常见外设，训练内容包括ARM裸板程序和操作系统程序两部分，下表仅列举部分实验内容。

在此过程中，为了调动学生积极主动性，可以实行一定的奖励措施，如通过额外的平时分鼓励学生，将在硬件制作与软件编程实践过程中遇到的问题和对应的解决办法记录下来，并通过教师确认后集中给各位学生以参考。

本阶段时间持续整个学期，可阶段验收成果为课后作业和实验报告。

2.4特色功能实现

学生通过在ARM实验板硬件基础上扩展功能模块，基于μC/OS-III任务程序实现自己的特色功能，如红外测距、温湿度采集、小车控制等，并完成课程设计报告。

课程设计报告内容包括：（1）课程设计简述，阐述目的、内容和意义；（2）需求分析，阐述功能需求、技术指标、设计约束；（3）总体方案设计，涉及系统框图、功能框图、业务流程图等；（4）硬件设计，涉及硬件框图、器件选型、模块电路图等；（5）软件设计，涉及软件框图、关键数据结构、核心模块流程图等；（6）系统测试，包括测试目的、测试步骤、测试结果、结果分析；（7）附录，主要包括扩展的功能原理图和关键代码。

本阶段时间为学期的最后两周，可阶段验收成果为课程设计实物和报告。

结语

经过近三年的嵌入式系统课程教学实践，初步形成一套比较完整的自主实验指导方法和对应的实验板DIY指导手册，已成功指导百余名学生制作自己的ARM实验板，并实现自己设计的特色功能。

参考文献：

[1]石海贝，任秀峰.浅谈嵌入式系统的应用与开发[J].信息与电脑：理论版，2010（2）.

[2]江维，桑楠.面向高等教育的嵌入式系统教学改革[J].计算机教育，2011（16）.

[3]王振华，刘慧芳.嵌入式软件开发实践教学改革与探索[J].教育教学论坛，2016（34）.

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关键词：系统设计，实践教程，创新性，嵌入式系统

【中图分类号】G420

1.研究现状和选题意义

1.1 研究现状

高等职业教育是高等教育的重要组成部分，它是根据一定职业岗位实际业务活动范围的要求，培养技术应用性或职业性人才。如何培养高技能型人才来满足社会快速发展的需要？教学是关键！而实验教学作为高等职业教育的主要形式，它不同于理论课教学，它不但要使学生掌握理论知识的同时，怎么能快速地应用到社会社会生活之中来满足人们生活的需要，那这就要求我们要以实践教学为主，培养学生的动手能力，免得把学生培养成一个书呆子，不会学以致用。这就要求各高校要重视实验教学环节，那么我们在实验教学中，采取什么样的教学方法才能真正提高学生的技能，达到高职教育人才培养的目标？

1.2选题意义

“嵌入式系统”课程作为电子信息专业中的一个主修方向，在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点，刚开始讲述“嵌入式系统”课程时，由于并没有太多的经验，还是依照课堂理论、课下实验的传统教学方式。但是随着教学的深入，发现这种教学过程中存在很多问题，主要体现在：

（1）《嵌入式系统》的前导课程比较多，例如：《C语言》、《微机原理》、《单片机原理与设计》，如果学生们对这些课程学的不扎实，理论及实践基础太差的话，那嵌入式系统技术课程对他们来说更是头疼。

（2）课程内容涉及面广，知识内容多。以蒋建春编写的《嵌入式系统原理与设计》为例，此书介绍嵌入式系统的硬件和软件知识、嵌入式系统平台的构建、ARM嵌入式处理器的体系结构、嵌入式系统常用模块设计、嵌入式操作系统的基础知识、嵌入式实时操作系统OS-Ⅱ、嵌入式软件测试基础知识等。在有限的课时内，很多内容只能浅显地介绍，一个学期下来，一部分学生看上去了解了嵌入式系统的许多内容，但是一到具体的应用实际就会发现还欠缺很多知识和技能。

（3）传统的以教师为核心的课堂上，在讲解这门综合性实践性很强的课程时，很多学生都是被动接受知识。又因为这门课本身就比较枯燥乏味，内容复杂，需要掌握的知识又很繁琐，学习一段时间后，也就渐渐失去了兴趣。

（4）由于学时数有限，又加上需要很多理论知识的讲解，不可能安排很多的实验环节，在相对较短的实验课程内，学生需要熟悉开发的软硬件环境，如开发工具、实验环境、了解试验内容，读懂实验程序。在这期间，学生自主的实践动手能力得不到充分地锻炼，某种程度上也就仅仅是熟练了一种开发工具而已。

针对以上关于嵌入式系统教学存在的问题，逐步对实验课进行教学改革，把以项目应用的教学理念逐步引入到课堂当中。其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。

2.转变后的实践教学课程的实施方法

2.1 实践课程的实施方法

（1）知识技能检测法。把学生进行分组实验，每组四个学生，老师命题，学生选题的方式，对学生的知识技能进行检测，最后老师通过知识提问和实验结果，给学生打分。能通过此实验的组数进行表扬，没有通过的组数让他们查找原因。对完成较好好者给予奖励，这样激发了学生学习的潜能，他们都想成为老师眼中的佼佼者。最后大家一起总结讨论，这样学生记忆深刻，在实践中学习。

（2）项目驱动法。在“嵌入式系统”的前期授课中布置课程设计，也可以课程设计的内容让学生结合自己的兴趣爱好自行拟订，学生在已有的专业知识基础上，选择一个自己感兴趣的题目作为本学期的课程设计来完成。这样学生会带着自己的问题在刚开始学习这门课就要深入了解课程的内容，同时课下查询相关的资料，这比课堂被动地接受知识更能培养学生的学习能力。学生自己设计、画原理图、程序流程图、开发调试、固化芯片、查阅整理资料等，一方面培养了学生的实际动手能力，另一方面培养了学生开发项目的能力，为以后工作打下良好的基础。

2.2实验过程需要完成性

实验成果的要求为一个类似标准产品的嵌入式系统，要求学生完成从设计到实现的所有步骤，根据实际功能需要，设计系统的硬件结构，选择单片机及元器件，用Proteus进行电路仿真，然后制作印制版电路，最后做出调试板，进行测试和调试，最后每位学生均需要写出实验总结和体会。这样，学生就掌握了工程实践系统的总体开发流程。

2.3 由任课老师进行一体化的教学指导

首先，任课教师要选用一本好的教材，最好选以项目驱动为主题思路编写的教材，例如：郭志勇主编的《单片机应用技术项目教程》就是一本优秀的教材，突出实践技能培养在课程中的主题地位，用实际项目来引领理论，使理论从属于技能实践。教师的主要教学工作需要围绕实验环节进行。任课教师需要提前在课程教学中进行周密的实验设计和讲解，以提高学生的实验效率。在实验教学中，任课教师亲自指导学生，前提条件教师对整本书的内容有全面的理解和认识，这样遇到问题可以有的放矢，从而取得更好的效果，同学们渔业有信心和目标学好这门课程，这样一方面培养了学生的动手能力，另一方面，也锻炼了学生的项目实践能力。

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1 教学模式研究的主要内容和重点目标

美国学者乔伊斯和韦尔认为：“教学模式是构成课程和作业、选择教材、提示教师活动的一种范式或计划”[4]。也有人认为：“教学模式可定义为在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序”[5]。任何教学模式都需要指向和完成一定教学目标，教学目标在教学模式结构中处于核心地位。笔者以应用能力?樽钪匾?目标，主要考虑研究理论教学、实验教学、课余教学和测试考核四个子模式，明确教学模式研究四个重点目标，如图1所示。从教学过程角度，按照理论―实验―课余―考核的环节顺序可形成完整的顺序教学过程；从教学模式结构角度，各子模式对应模块功能既相对独立又彼此促进。要真正实现四个子模式及重点目标，最终达到培养良好应用能力这一最重要目标，必须进行教学模式改革。

2 理论教学模式改革措施及教学内容安排

（1）设计从硬到软多层次的可与其他多学科融合的通用型可自适应的嵌入式开发教学内容体系：按照从底层硬件、中层软件到高层应用的思路，从整体上规划嵌入式课程教学内容体系，使其涵盖嵌入式系统开发生命周期（开发环境建立和熟悉、嵌入式处理器开发、嵌入式操作系统移植、基于嵌入式操作系统的软件开发、嵌入式软件中间件开发、嵌入式综合应用开发）。同时，教学内容体系考虑以模块化组合方式自适应地涵盖或扩展多方面基础知识和技术（ARM、DSP、C语言、汇编、单片机、EDA等），既兼顾软硬件两方面的基础内容，又具有和其他专业课融合应用的通用性和灵活性。

（2）建立立体优化可共享的复合型集成型多媒体教学资源库：通过分批分类分级建立可重复可共享的、多角度多媒体的、丰富优化的、嵌入式相关的多方位多课程复合型教学素材库、资源库、课件库，构建学生全面互联的综合知识结构体系，以扩大理论教学广度、深度，扩大学生学习选择面和自由度。

（3）建立在线/离线可学的综合型集成型近远程教学平台：针对嵌入式课程群（ARM、 DSP、单片机、EDA等），充分应用多媒体、网络通信、数据库等技术，建立可在线离线学习的混合型可集成的、可近远程多终端（PC，移动端，网络等）的按权限访问和共享的教学平台。

（4）将以“教授―学习”为主的传统理论教学模式转变为以“自学―引导/指导/辅导”为主的翻转课堂[6-7]模式：通过充分利用建立的多媒体教学资源库和在线离线可自学的近远程教学平台，教师采用实物展示、案例分析、操作演示、视频参考、同步开发、代码共享、项目引导[3]、分组讨论、互动总结、游戏竞赛、课堂交流、专题讲座等直观动态、互动性强的课堂教学方法和手段，建立自主学习的理论教学模式，提高学生学习能动性和积极性，实现学生第一次知识内化[7]和初步建模。

考虑通信、软件、物联网、计算机、网络5个专业，针对ARM和DSP处理器，进行理论教学内容模块化安排设计（见表1），以初步建立软硬多层次的多学科融合的通用型自适应的嵌入式开发教学内容体系。

嵌入式课程理论教学大致安排6个内容单元模块，其中，单元模块2、4、5作为嵌入式课程核心内容，应安排20～35学时的教学。

3 实验教学模式改革措施及教学内容安排

（1）设计从硬到软多层次的完整的嵌入式开发实验内容体系：按照从底层到高层、从硬件到软件、从平台到应用的思路，从整体上规划嵌入式课程实验体系，使实验体系完全涵盖嵌入式系统开发生命周期。

（2）建立整合嵌入式及相关课程群的复合型集成型实验资源库：通过分批分类分级建立可重复可共享的、多角度多媒体的、丰富优化的实验素材、资源、案例项目库，培养学生全面互联的综合应用实践能力。

（3）建立可依据学生层次条件和专业特长进行模块化自适应伸缩调节和阶段式进度控制的综合集成型实验平台：采用内容模块化设计，分阶段设计和逐步深入措施，在不同阶段（初学、应用、创新）设计不同功能实验（验证型、创新型和设计型实验）。采用因材施教方针，根据基础不同的各层次学生（高职、本科、研究生）和特长不同的各专业学生（通信、计算机、软件）适当组合操作/实验模块，调节各阶段功能实验侧重比例，灵活调整实践内容和深入程度。

（4）转变“上机―指导”为主的传统实验模式到“分级引导―分工开发―团队讨论”为主的合作实验模式：在嵌入式实验室软硬件设备和平台支持和嵌入式创新团队教师联合指导背景下，针对案例或项目的应用和开发，采用教师―高年级开发者―低年级学习者（或导师―研究生―本科生）的跨年级分级引导/指导/开发的合作实验模式，即教师/导师带领跨年级学生团队，以分工合作竞争开发项目的形式，采用每周研讨式团队内进度沟通和实时通信等手段，紧紧围绕案例学习或应用项目实际需求，开展嵌入式开发知识和技能的实验，通过实时教学及跟踪指导， 实现学生第二次知识内化[7]和深入建模。

针对ARM和DSP处理器，同样考虑5个专业，对实验教学内容模块化安排（见表2），以初步建立多层次的涵盖开发生命周期的复合型自适应的嵌入式实验教学内容体系。

嵌入式课程实验教学大致安排5个单元的实验项目，见表2。上述实验中，验证型实验作为必选基础实验，应安排16～28学时的实践上机；设计型和创新型实验作为各专业可选的提升实验和综合应用实验，应安排至少14学时的实训练习。

4 课余教学模式改革措施

（1）设计从硬到软多层次的完整的嵌入式开发课余教学内容体系：整体上规划嵌入式课程课余教学体系，并结合其他相关课程（C语言、汇编、数据结构、软件工程、微?C接口、单片机、物联网、DSP、EDA等）设计嵌入式交叉复合应用项目课题，以可选可组合可交叉复合应用的模块化课件/组件形式支持课余碎片化自由化时间的在线离线式自主学习和对应的提示性发问式[8]指导。

（2）建立整合嵌入式及其相关课程群的复合型集成型课余资源库：通过分批分类分级建立丰富共享的课余素材、资源、案例项目库，以满足课余利用丰富资源进行参考式学习的需求。

（3）构建可在线聊天或离线留言的方便自由互动交流的社区或网络空间平台：在社区（离线论坛）或网络空间（在线聊天室）平台开展以互动探讨交流总结为形式的课余学术会议型讨论和教学指导活动，以期实现在自由讨论中获得结论、以课余指导补充完善结论，最终实现结论的强效获取，达到利用多角度观点对比和多冲突观点碰撞促进所学知识的快速第三次内化[7]和完整建模的目的。

（4）建立可充分复用实验室及设备的可沟通指导和合作开发的师生课余指导团队：通过三级（教师―高年级指导者―低年级指导者，或导师―研究生―本科生）师生课余指导团队及时有规律在线指导（如三级指导1次/周，二级指导1次/半周）和定时参与课余活动互动讨论（如全范围自由讨论1次/周），实现对学生课余学习的泛在式指导和沟通，解决其学习疑问、促进其学习进展并掌握其学习进度，进而促进师生的课余实践能力的提高和专业素质的提升。

（5）建立具有实践能力和创新意识的竞赛型企业型师生团队：通过组建有良好技术基础、实践项目经验、产品开发能力和创新意识的课余竞赛师生团队，充分复用实验室和企业设备，利用开放创新实验机制和校企合作平台或实训基地，教师带领学生承担或参与校内专业技能比赛，参加嵌入式横纵向项目、企业或国家专业竞赛（如嵌入式物联网设计大赛、嵌入式系统大赛等），参与权威认证考试，完成基于竞赛或项目的课余深度指导性实践教学，使学生获取更丰富竞赛型/项目型实践开发经验，进一步促进学生专业素质的提升和从业竞争力的提高。

5 测试考核模式改革措施

（1）设计从硬到软多层次分模块的嵌入式开发测试考核内容体系：测试考核主要包含理论、实验、课余三方面。在整体上规划测试考核内容体系，并结合其他相关课程设计测试考核课题，以可选可组合可交叉复合应用的模块化测试组件和进度记录机制实现在线/离线式自主或随堂测试、平时和期末考核。

（2）建立整合嵌入式及相关课程群的复合型集成型测试考核资源库：通过分批分类分级分模块分进度建立丰富共享的测试和考核素材、资源和案例项目库，以满足多角度测试考核需求。

（3）建立依赖个人教学实践完成进度和开发团队合作能力及贡献度的分级测试考核机制：构建综合集成型在线离线测试考核平台，充分反映学生知识和技术掌握进度，将个人学习进展和实践能力分级量化记录，采用由理论学习进度和各级实验完成度决定的分级测试考核，并补充课余互动参与度和贡献度测试考核，同时以学生团队（3～6人）为主体，引入个人在团队中的任务技术难度、重要度、工作量、完成度、协作性等多项测评系数，并加入个人在团队的合作能力和团队贡献度测试考核。

（4）建立涵盖个人多方面能力的综合成绩评估机制：在测试考核平台上，将个人理论学习能力、实践实训开发能力、知识吸收内化能力、团队合作能力、团队贡献程度和竞赛创新能力等多方评估因素纳入成绩评估，其中，个人实践实训开发能力、团队合作能力、竞赛创新能力应给予优先重点考虑权重，力求满足企业选择人才标准。

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关键词：嵌入式系统；集中授课；教学方式

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0182-02

一、引言

随着信息化与工业化的融合及工业4.0国家战略的提出，嵌入式系统技术有着越来越广阔的应用空间。目前，嵌入式系统技术已经深入应用到了工业控制、智慧城市、智慧交通、智能家居、智能医疗、智能穿戴、通信设备等人们生活的各个领域。为了适应社会对嵌入式系统开发人才的紧迫需要，如今大多数高校在电子信息工程、自动化等专业开设了嵌入式系统方向[1-3]。在嵌入式系统开发方向课程教学中大多高校仍采用传统的授课方式，即把相关专业课分散到三到四个学期，每门课又分散到一个学期讲授，每周二到三次课。其教学效果并不理想，学生普遍感到该课程难以掌握。为了解决上述问题，本文给出集中授课方式在嵌入式系统方向教学中应用的一些想法和意见。

二、嵌入式系统方向开设背景及课程介绍

（一）嵌入式系统开设背景

所谓嵌入式系统是软硬件紧密结合的综合系统，一般而言，嵌入式系统由嵌入式硬件和嵌入式软件组成，它是面向用户、面向应用、面向产品的专用计算机系统。嵌入式系统拥有软件硬件可裁剪，对可靠性、成本、体积和功耗严格要求的特点。基于嵌入式系统的“专用性”以及“嵌入性”，在各个领域均有嵌入式系统的广泛应用。因此当前嵌入式系统拥有巨大的发展潜力、社会需求大量的嵌入式软硬件工程师。在此背景下，以及遵循培养应用型人才的教学理念下，国内绝大多数高校纷纷开设嵌入式系统开发课程。

目前我校的嵌入式系统方向人才培养目标是：掌握电子技术、嵌入式系统应用与开发、物联网技术开发与应用等工程领域的实践知识和技能，具备嵌入式开发、嵌入式系统测试、物联网应用开发能力，能在通信、电子设备设计制造、物联网应用、IT业等部门从事嵌入式系统软硬件分析与设计、测试、物联网研究与开发、电子信息系统应用与维护、开发、测试、销售及研究等生产和管理第一线需要的高素质应用型人才[4]。

（二）嵌入式系统课程介绍

嵌入式系统课程一般包括：Linux系统、C语言、C++面向对象的程序设计、ARM微处理原理与应用、嵌入式系统GUI开发。其中Linux系统为嵌入式系统课程的核心部分，在今后的嵌入式开发编程过程中大多是在Linux环境下进行；C语言则属于嵌入式系统开发最基础也是最重要的编程语言，目前嵌入式系统硬件开发多是基于C语言；C++语言则是属于面向对象的高级编程，嵌入式系统GUI开发则是在Linux环境下在Qt上使用C++语言进行图形界面的编程设计；最后ARM微处理器的原理与应用是整个嵌入式系统课程的精华也是其难点所在，所有的程序都需要在ARM处理器上运行，所以学习好ARM原理与运用无论以后做硬件工程师还是软件工程师都有着重要意义[5-7]。

三、嵌入式系统方向教学方式现状

目前绝大多数高校仍然采用传统的授课方式来讲授嵌入式系统课程，即把相关专业课分散到三到四个学期，某门课程在一个学期开展，分散在15～18个教学周，每周讲授4～6节课。从近几年毕业生难以适应市场的需求来看，按照传统的教学方式对嵌入式系统课程进行教学显然有着巨大的不足之处。主要不足是：

1.知识点的讲授不连贯，往往在下节课浪费了大量的时间来进行上次课的补习。

2.实践应用少，尤其对于应用开发型的课程，讲完理论之后缺失及时的实验开发。即使加了实验课，某些实验项目不能在两节课完成[8]。

3.时间跨度过大，嵌入式系统课程知识涉及面广，仅仅上述的四门基础课程按传统授课计划一学期一门课来看，需要两年才能完成。

4.高校针对嵌入式系统教学知识落后于当下嵌入式技术发展，同时也缺乏有资深嵌入式工作经验的教师。

四、集中授课方式在嵌入式系统方向教学应用

集中授课方式是指把某门课程集中在一段时间内连续进行学习，直到该门课程进行完毕，再开展下一门课程的学习。整个学习阶段大致是以知识点做基础，实际应用做课程案例，开发项目为驱动，注重提高学生的实际编程能力。这样能够及时有效地进行针对性学习，能够稳固知识点，加强学生实践动手能力，而且学习时间跨度大大降低，根据人类的记忆规律更能使学生加深理解记忆，更好地掌握本阶段的知识[9]。

由于嵌入式课程涉及知识面广，系统的嵌入式系统开发课程我在这里大致分为了四个阶段：

1.嵌入式系统开发基础篇。首先，进行Linux系统的基础学习，其主要内容为：学习Linux系统的理论知识，如Linux系统简介、Linux的文件系统、文件类型及属性、文本编辑器等；之后进行学习Linux系统下的常用命令和shell编程；最后也是以后常使用的知识便是编译与调试，学习GCC编译器和GDB调试器以及make工具，通过makefile文件来描述源程序之间的相互关系并自动维护编译工作。其次，在学习了Linux基础之后便可以在Linux环境下进行开发，也就意味着进入了C语言的高级编程学习中，而在此阶段学习中不能像传统教学一样仅仅教授C语法基础，要更深入学习C语言的灵魂知识――指针的学习，之后进行C的高级编程，例如编译的预处理、链表及操作、树和二叉树等知识的学习。这样就基本上完成了本阶段的理论学习，本阶段最后一步是学生实战提高的一项内容即C项目系统的设计开发，在一个系统项目的开发过程中几乎会用到此前所学的所有知识，学生在开发过程中也会看清自己学习中所欠缺的知识。

本阶段因为是基础性知识学习，在后期学习应用中均占有很大的分量，所以用时也是最长的一个阶段，约在5～6周方可完成阶段性学习。

2.嵌入式开发系统篇。在完成了C语言的学习后，便可以开始进行学习Linux系统程序的设计，本阶段学习目标便是掌握Linux系统编程和网络编程的基本方法，掌握多进程和多线程的编程能力。学习过程中主要学习进程与线程的原理、进程间通信的方式、网络的基本原理、Socket编程等。在此阶段的学习中要多锻炼大型程序和复杂项目框架的设计能力，使得学生能够在未来工作中具备掌控和领导项目的潜力。

在完成本阶段性学习之后，同样需要大量的练习以及系统项目的设计开发训练。本阶段主要是系统的设计学习，则需训练诸如局域网OICQ程序设计、远程终端管理系统之类的开发项目，来提高学生系统设计开发能力。本阶段主要学习系统的基础性开发，大约在四周左右完成。

3.嵌入式开发的软件应用篇。本阶段主要进行C++面向对象的程序设计开发，学习类和对象的区别与应用，面向对象程序设计的三个基本特征：封装、继承和多态。因其在C语言基础上演变而来，故而此阶段属于快速学习阶段，在一到两周即可完成。然后学习系统GUI开发，主要要求掌握Qt开发的基本流程和Qt提供的类库的使用方法。在整个的软件应用阶段会在两周内完成。

虽然学习用时比较短，项目的开发练习依然不可缺少，在未来工作中这类快速学习并加以应用的情景有很多，学生们有必要也必须有快速学习的能力。

4.嵌入式开发的硬件篇。本阶段在整个嵌入式系统开发中属于难点，需在本阶段学习ARM微处理原理和应用，主要掌握ARM的基本架构、指令系统，同时也要了解ADS集成开发环境；嵌入式Linux的系统移植，主要掌握u-boot启动流程、u-boot的移植流程及关键步骤，学会构建根文件夹系统，掌握整个嵌入式Linux系统开发方法；学习Linux驱动开发，掌握嵌入式Linux设备驱动程序的基本原理、架构和设计方法以及驱动开发中常用的机制和内核资源。

该阶段主要以实验为主，加强学生动手能力，熟悉嵌入式的硬件程序开发，该阶段也在四周左右。

五、总结

经过对社会上嵌入式系统培训机构的调研来看，大多数机构都是应用的此类授课方式专项培训嵌入式系统开发人才，而经过培训之后的学员有着扎实的知识功底和良好的实用技能，明显比高校毕业生有更高的动手能力和岗位适应优势。因而在高校嵌入式系统方向课程的教学中尝试使用集中授课方式，对提高应用型人才培养有重要的借鉴意义。

参考文献：

[1]王崴.“嵌入式系统”课程的教学改革与实践[J].常州工学院学报，2013，26（1）.

[2]郭锐.嵌入式系统教学中若干教学方法研究与实践[J].科技信息，2012，（16）.

[3]彭道刚，李辉，夏飞.基于项目驱动的嵌入式系统教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（28）.

[4]张广渊，肖海荣，马昭，梁伟.应用科技大学本科生科研能力培养改革探讨[J].大学教育，2014，（4）.

[5]冀常鹏，马飞，徐维.项目驱动的嵌入式系统教学改革.电气电子教学学报，2012，（33）.

[6]郑广海，曲英伟.嵌入式系统课程群实践教学优化整合与知识融合的研究[J].2015，18（6）.

篇6

为了强化创新人才培养方法,在该项重大赛事中取得优异成绩,各高校都积极开展了赛前备赛工作,在以比赛促进创新人才培养方面积累了丰富经验。武汉大学以竞赛为契机,为让更多的学生从竞赛中受益,逐步摸索出了一些通过积极备赛促进创新人才培养的教学思路。

1备赛的意义

竞赛的目的在于引导高校在嵌入式教学中注重培养大学生的自主学习和创新能力、团队协作精神和理论联系实际的学风[3-4];加强动手能力和工程实践能力的训练;提高学生针对实际问题设计和研发嵌入式系统的能力[5]。

实践证明,作为一种重要的教学途径和手段,嵌入式竞赛对创新人才的培养起到了极大的促进作用[6]。但由于竞赛条件(参赛队数和人数)所限,如果是为竞赛而竞赛,最终只能有极少数学生真正参与到竞赛中并获益,而很大一部分学生,包括在选拔过程中因为种种原因被淘汰下来的,纵然有很大的激情和能力,却享受不到竞赛带给他们的机会和挑战,这种强烈反差与竞赛创办的主旨及创新人才的培养目标是明显不相适应的。有些高校在备赛过程中忽略了这种矛盾,盲目强调竞赛结果的重要性,使竞赛成了少数学生的“游戏”。

积极备赛,并不仅仅是在竞赛前积极地组织、选拔和培训优秀学生,取得优异成绩,更重要的是利用嵌入式竞赛的契机,主观能动地将比赛的形式和方法贯穿于备赛和竞赛过程中,让更多的学生真正参与到竞赛中来,在整个过程中得到锻炼和提高,因为共同进步要比一两个单纯的奖项有意义得多。

2将备赛作为扩大竞赛受益面的重要手段

武汉大学嵌入式系统竞赛备赛工作依托武汉大学国家工科基础课程电工电子教学基地和国家电工电子类实验教学示范中心的大共享开放式实验教学平台,以武汉大学―英特尔嵌入式与多核技术联合实验室、创新实验室、电子综合实验室和EDA与DSP技术实验室为主体展开,面向全校电子信息大类的十余个专业(电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程和测控技术与仪器等)及计算机学院和国际软件学院等相关专业的学生,为扩大竞赛的受益面,我们从以下几方面作了积极的探索和实践。

2.1从分步淘汰制转变为分组制

早期的备赛组织就是选拔和淘汰学生的过程,即先海选出一批学生进入实验室,进行第一阶段的培训,中期再进行一次优选,最后在竞赛前夕优中选优,决定正式参赛学生,淘汰下来的学生只能离开。2006年开始,我们将这种分步淘汰制转变为备赛分组制,即根据层次差异,将学生分为研究组和学习组。

备赛时间从比赛前1年的9月份开始到正式开赛前(以2008年竞赛为例,备赛时间为2007年9月～2008年3月),历时约6个月,分为两个阶段,即前3个月的第一阶段和后3个月的第二阶段。

在第一阶段,对报名参加的学生均予以接收,并以3人/队为单位进行统一管理,教学工作主要是分批次在嵌入式与多核技术实验室进行。第一阶段结束后进行一次综合考评,然后将学生分组,研究组的学生被分配到创新实验室或电子综合实验室进行提高和强化,学习组的学生则可以选择继续现有的学习或跟随研究组的学生一起进阶。

在第二阶段,研究组的学生在教师的指导下发挥特长,针对具体的关键技术和应用(如ARM与FPGA混合系统设计、GPS应用等)展开学习和研究。第二阶段结束后,学生提交作品或研究成果等,最终的参赛选手从研究组的学生中产生,学习组的学生若表现突出亦可加入到研究组中。

2.2强化校企合作,为备赛创造优越条件

相对正常的教学过程,备赛的实践性很强,与企业间的合作更为重要。通过强化与企业间的联合,建立高校与企业更深层次的互助合作关系,不仅能节约资金,为扩大竞赛受益面创造条件,更能将企业的创新意识、理念和最新科技成果带进校园。

2005年,为促进嵌入式教学发展,武汉大学正式加入英特尔大学合作计划,2007年和2009年,在与英特尔公司建立长期稳定的互助与合作发展关系的基础上,我校分别建立了武汉大学―英特尔多核技术联合实验室和武汉大学―英特尔嵌入式技术联合实验室,并获赠包括英特尔Xscale架构教学平台、英特尔®凌动教学平台和多核软件开发包在内的,具有很强实践价值的嵌入式和多核系统开发设备与软件,这些硬件环境为利用备赛扩大竞赛受益面工作的有效实施创造了优越条件。

除了硬件配套设施的建立,我校还定期邀请企业专家来实验室讲学,或组织学生进行技术培训,或参与学生设计方案的讨论等。图1展示了英特尔公司知名专家来我校讲座的情况。

2.3以课程为背景,促进教学与备赛的有效结合

武汉大学电子信息学院嵌入式系统与设计和多核架构及编程技术两门本科生课程对备赛工作起着支柱性作用,多核架构及编程技术课程还荣获2007年度“教育部―英特尔精品课程”称号。作为英特尔多核课程大学计划三所种子学校之一,武汉大学在协助华中、华西、华西北等三十几所高校开设多核课程的过程中,与兄弟院校之间进行交流与合作,积累了一定经验。不同于嵌入式课程的正常教学,嵌入式竞赛具有针对性强的特点,在备赛教学过程中,课程组的老师从实践应用的角度出发,结合最新的嵌入式技术,对两门课程的教学与实验内容进行了反复提炼,精炼成“嵌入式系统综合设计”和“多核编程与系统优化”两个课程专题,组织学生强化训练,学生在紧张和连续的短期教学过程中收益很大。

除了两门课程专题外,我们还聘请校内外的技术专家有针对性地讲解电子系统综合设计、图形图像处理与编程技术、音视频处理技术、Linux操作系统与程序设计等,学生可以选听,还可以进行实践,灵活丰富的教学活动受到学生的热烈欢迎。

这些以备赛为基础的教学活动的深入开展,极大激发了学生的创作热情,很多有创意的想法和设计作品反过来又作为各课程的参考设计和实例引入到教学中,丰富了相关课程的建设与发展。

2.4将备赛与竞赛有机融合

备赛第二阶段的结束,正式参赛选手的确定,并不意味着竞赛所带来的机会与挑战对那些未能选上的学生就到此停止了。我们把这部分学生组织起来,除了参赛资格外,让他们享受跟参赛选手同等的待遇,包括接受竞赛指导、专题讲座和讨论、课程免修和研究经费支持等,淡化竞赛概念,支持和鼓励“非参赛”学生进行参赛作品的设计与研究。对于他们提出的创新想法和设计,或酌情加入到竞赛作品并给予丰厚的奖励,或推荐申报国家级或校级大学生创新科研项目,或作为嵌入式系统设计优秀作品给予大力支持。

2.5评价与考核重在引导和激发创新潜能

备赛中的评价与考核只部分作为选拔的依据,最终目的还是监督学生做好阶段性知识点和成果总结,鼓励他们进行创新和实践。评价和考核机制参考了竞赛规章,按照实际情况进行了调整,根据学生(或团队)完成的设计作品情况、作品展示、设计总结报告、答辩表现等因素进行综合评价,详细评分标准包括:

(1) 设计作品的原创性(构思、功能、电路、指标等方面的创造性等)(15%)。

(2) 设计作品的功能、指标设定的合理性和完备性(20%)。

(3) 设计作品完成程度(包括主要功能和技术指标等)(30%)。

(4) 答辩过程中回答问题的正确性、准确性和发挥(15%)。

(5) 设计报告(20%)。

评价将设计难度和工作量乘以一定的难度系数,难度系数在1～1.8之间;以自愿为原则,鼓励学生对自己的设计进行5～10分钟的讲解,对表现优秀者给予10分以内的嘉奖;从分值分布的情况可以看出,我们更强调体现学生创新潜能的因素,如设计创新性、构思独特性和合理性等(占35%)。优秀的设计作品或研究内容将被选择参赛或推荐,教师还就有关内容指导学生申请国家级或校级大学生科研创新项目,对于半成品或未成品,教师会提出修改意见,并提供技术指导。

3实践成果

近几年来,利用嵌入式竞赛的机遇和挑战,通过组织备赛工作,我校电气信息、电子信息类专业学生在嵌入式系统工程实践能力、知识综合应用能力和综合素质方面有了极大提高。报名参加嵌入式竞赛的人数逐年增加,2010年已达到近200人。嵌入式多核技术实验室创新教育如火如荼,我校成为武汉大学电子信息学院“三创”教育先进模范之一。以下是我校取得的一些成绩:

(1) 以嵌入式系统与综合设计作为重要组成部分之一的电子综合设计实验教学团队在2009年获得武汉大学首届唯一团体杰出教学贡献校长奖;

(2) 我校学生在近几年的各项比赛中取得了优异成绩,在2006年嵌入式竞赛中获得全国三等奖3项;2008年嵌入式竞赛中获得全国一、二、三等奖各1项。

(3) 我校教师积极探索“备赛中扩大嵌入式竞赛受益面”的教学方法,促进了实践教学活动的深入开展,仅2006～2009年,竞赛指导小组教师指导本科生全国大学生创新设计项目5项,校级科研项目30余项,部分项目已以优异的成绩通过科技验收。

4结语

以嵌入式竞赛为契机,依靠积极备赛所形成的优势资源、创新环境及学生互助机制等,能让更多的学生直接从中受益,促进创新人才培养,我们将坚持不懈地探索下去。

参考文献:

[1] 崔金钟,卢显良. 通过国家竞赛促进“嵌入式系统”课程实验教学的改革[J]. 计算机教育,2007(5):39-41.

[2] 以赛促教,以赛促学:“英特尔杯大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛”系列报道之二[J]. 计算机教育, 2008(13):118-119.

[3] 周家伦. 创新型人才培养与大学生综合素质教育[J]. 中国高等教育,2006(5):38-39.

[4] 侯晓峰. 嵌入式系统邀请赛:不仅仅对学生有益[J]. 计算机教育,2006(5):9-10.

篇7

关键词 嵌入式系统;教学改革;课程建设

中图分类号:G642.0 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2010)18-0039-02

Teaching Reform and Practice for Embedded System Course in Application-oriented Colleges//Zhang Wenfen, Gao ShouPing, Lu Wukui

Abstract This paper introduces the characteristics of embedded system course and the problems embedded system teaching faced in application-oriented colleges. According to the teaching reform and practice of our school, this paper proposes the corresponding reform measurements from the aspects of teaching contents, textbook construction, practice teaching, interest cultivation and teacher staff construction.

Key words embedded system; teaching reform; course construction

Author’s address Faculty of Computer, Xiangnan University, Chenzhou, Hunan, China 423000

嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统[1]。20世纪90年代以来,嵌入式系统软、硬件技术发展迅速,应用领域逐步扩大,嵌入式技术也成为最热门、最有发展前途的计算机技术之一。

随着嵌入式技术人才需求量的增加,许多高校的计算机、电子、通信、自动化等专业都相继将嵌入式系统课程列入教学计划。嵌入式系统作为一门较新的课程,其教学内容的选择、教学模式的确定、实验教学的组织等问题,依然处于探索阶段。

本文主要针对应用型本科计算机专业的嵌入式系统课程教学,对湘南学院在教学改革过程中取得的成果和经验加以总结,提出一些改革措施和建议。

1 课程目标

目前社会所需的嵌入式人才是掌握电子设计及计算机相关知识的人才,也就是通常所说的硬件工程师和软件工程师,而其中软件设计人才约占80%左右[2]。硬件工程师主要由电子技术类专业的人员担任,软件工程师则主要为计算机类专业人员。

对于应用型本科计算机专业学生,嵌入式系统课程的教学目标是:通过本课程的学习,使学生了解和掌握嵌入式的基本概念、系统结构和嵌入式系统软件开发的基本方法;能够使用开发工具设计开发简单的嵌入式系统设备驱动程序和应用软件;为进一步学习和研究嵌入式系统打下基础。

2 课程的特点

嵌入式系统是一门综合性很高的计算机专业课程,所需基础知识较多,涉及内容广泛,不仅涵盖软、硬件技术的很多方面,而且与通信、自动控制、电子等专业知识相关。要求学生具有较好的计算机软、硬件基础知识,教学的难度较大。嵌入式系统是一门实践性很强的课程,只有通过实验才能真正理解和掌握嵌入式系统开发的方法。

嵌入式系统具有非垄断性的特点,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断市场。主流产品的多样性决定了嵌入式教学内容的多选择性,各高校讲授的处理器和操作系统不尽相同,配备的实验平台也不一样。

3 课程改革与实践

3.1 教学中存在的主要问题

基于嵌入式系统课程的上述特点,嵌入式系统教学普遍面临一些困难,存在一些问题,了解这些问题有利于在教学环节有针对性地采取措施进行改进。主要问题有:内容多,课时少;没有统一的经典教材;实践能力培养不够,实验课时不足,过于依赖实验箱;学生对此课程的兴趣小;师资力量较弱;等等。

3.2 相应的课程建设与改革实践

1)教学内容选择。2004年IEEE和ACM对计算机类本科教育的课程体系进行设置时指出,嵌入式系统课程应包括以下内容:嵌入式的发展历程和概述、嵌入式微处理器、嵌入式软件设计、实时操作系统、低功耗计算、系统可靠性设计、设计方法学、嵌入式系统设计工具、嵌入式多处理器系统设计、网络化嵌入式系统、接口和混合信号系统等。讲授全部这些内容是不切实际的。目前,各高校嵌入式系统课程多为32～48课时,湘南学院为50课时,即便只讲授其中的基础和核心内容,课时安排也非常紧张。

根据课程目标的要求,有所侧重地选择教学内容,以软件开发为主,包括应用软件和驱动程序开发,放弃硬件设计内容。并且在多种处理器、操作系统中选择主流、有发展前景的ARM微处理器和嵌入式Linux作为主要授课内容,不贪多贪全。教学内容包括主要的开发过程和技术,用少量简单例子说明各环节的相关知识和开发方法。不追求多和复杂,而重视来龙去脉,既让学生有全局观,便于知识扩展和课后自学,又不会让多、难、复杂的内容吓跑学生。湘南学院嵌入式系统课程的教学内容如表1所示。

2)教材建设。确定了教学内容之后,应该根据教学内容为学生选择一本合适的教材,教材应当包含尽可能多的教学内容,并且在教学内容的基础上有所扩展。目前并没有统一的经典教材可供使用,现有的教材多但不实用。解决方法:选购现有教材+试验箱提供的教材+自己补充内容。湘南学院选用的教材是《基于ARM嵌入式Linux应用开发与实例教程》[1],补充内容主要包括嵌入式系统概述、汇编语言和C语言混合编程、简单的启动程序和Linux常用命令,以及一些例子程序。此外,结合学院实际情况,积极展开自编教材和实验指导书的相关工作。

3)实践教学。针对嵌入式课程实践性强的特点和实验课时普遍偏少的现状,引入“Learning by Doing”的教学思想,适当提高实验课比例。建议将总学时的3/4安排为实验课,把与实验直接相关的理论带到实验课上讲解。理论课占总学时的1/4左右,主要讲授基础知识、基本原理,比如第一章的全部和第二、三章的大部分内容。另外,对学生开放实验室也可以弥补实验课时的不足,提高学生动手能力,特别是对于进行嵌入式课程设计和毕业设计的高年级学生。

在实验教学中还存在过于依赖实验箱的问题,学生只需按照试验箱自带的实验指导书的步骤一步一步操作就可以轻松完成实验。实验箱就像一个“黑盒子”,学生对其中的功能实现不甚了解。针对这种情况,建议任课教师将实验箱现有的例子程序作为参考例题,对题目进行一些修改后再作为学生的实验题。包括实验箱提供的驱动程序,不宜全部作为“黑盒子”直接调用,而是让学生编写最简单的一两种设备(比如LED和串口)的驱动,以了解驱动程序的开发方法。

4)兴趣培养。兴趣是最好的老师,只有学生对这门课程有了兴趣,才会有更高的学习热情和积极性,才能有更多收获。为了提高学生对嵌入式系统课程的兴趣,采取下面的几条措施。

①在理论教学中,选择简单、基础、易于理解的内容及实际应用中最常用到的内容来讲解,难以理解和非常用的内容则尽量不涉及,以减少学生学习时的挫折感。

②在实验环节,教师布置的实验题目要集知识性、趣味性于一体,使学生能够把所学的知识运用到解决一些趣味性的问题上,变被动学习为主动学习[3]。

③提前布置课程设计题目。在课程的前期就把课程设计的选题公布给学生,并且在其后的教学中尽量以课程设计中需要用到的功能作为例题或者实验题,让学生带着问题和需求学习。

④注意发现对嵌入式系统有兴趣的学生,提议他们将嵌入式系统设计作为毕业设计的选题之一。此外,鼓励这部分学生参加大学生电子设计大赛等活动的嵌入式系统设计大赛,这样既可以发掘和进一步培养嵌入式系统的人才,又可以通过这部分学生带动其他学生的积极性。

5)师资队伍建设。嵌入式系统的发展速度快,课程的实践性强。嵌入式系统课程教师不仅应该具备扎实的理论基础,还应具有较为丰富的实践经验。针对教师理论基础扎实但实践经验不足的情况,学院采取“把授课教师送出去”的措施,选送教师到公司或者研发能力强的高校进行短则几天、长则半年到一年的进修学习。到目前为止,大部分授课教师都有外出学习和培训的经历,极大地提高了教师的实践能力。另外,学院也在积极争取“把实际项目请进来”,由教师组成开发团队进行开发,进一步丰富教师的项目经验。只有具备丰富的实践经验,教师才能在教学中理论联系实际,把握重点,激发学生的兴趣,取得更好的教学效果。

4 结束语

上述改革措施已在学院的教学实践中发挥了积极作用,显示出成效,对各院校的嵌入式系统课程教学模式改革和课程建设具有一定的借鉴意义。不同院校可以根据自身及学生的特点,选择教学内容,调整教学方式,培养出更优秀的嵌入式系统的人才。

参考文献

[1]林晓飞,刘彬,张辉.基于ARM嵌入式Linux应用开发与实例教程[M].北京:清华大学出版社,2007

篇8

关键词： 嵌入式应用 教学体系 实验教学

嵌入式技术是21世纪计算机技术发展的一个重要方向。嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志。

在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，技术的飞速进步及市场对高端智能产品需求的日趋增长，8/16位微处理器已无法满足高端智能产品对微处理器性能的最低要求。而32位嵌入式微处理器因其高主频、低功耗、高性价比、可运行嵌入式操作系统等特点，已经在高端智能产品、工业控制、信息家电等领域已取得了广泛应用[1，2]。

近年来，在电子信息学科单片机原理及应用课程、16位及32位微机原理及接口电路等课程的教学中，仍以汇编语言、接口编程等作为主要知识点进行讲授，现有课程内容、教学设施和教学手段与现今嵌入式技术的飞速发展严重脱节，技术差距在不断加大，传统的课程体系和教学方法已经无法满足应用型人才培养的要求。为此，更新嵌入式应用相关课程教学内容，进行课程改革和实验建设迫在眉睫。

1.循序渐进，构建三位一体的课程群体系

目前嵌入式应用的实现主要有三种形式：面向实时性要求较低、无需多线程的简单系统，一般选用单片机等8位或16位处理器的解决方案，适用于低端应用场合；面向处理速度较快、需要操作系统支持的场合，可选用基于FPGA或ARM的片上系统（SOC）的解决方案，适用于高端应用场合；而在如汽车电子、航空航天等工业级应用场合，一般自主开发专用数字集成电路实现嵌入式应用[3]。

图1 嵌入式应用的实现形式

嵌入式应用课程群针对这三个方向开设三门主干课程：单片机原理与应用、片上系统与嵌入式应用和数字集成电路设计，《单片机原理与应用》以8051为代表，主要讲授8位微处理器的结构和工作原理，让学生对嵌入式系统形成基本概念，学习一般微处理器的指令集、工作原理、硬件配置和软件开发。《片上系统与嵌入式应用》以FPGA为平台，着重讲授SOPC系统设计方法，在先修课程的基础上逐步深入，让学生从这门课程的讲授中既能学习到实用性较强的简单数字系统开发，又能接触到如底层驱动程序、实时操作系统等嵌入式应用的前沿技术。最后，特别针对本专业微电子的专业特点，开设《数字集成电路设计》，专门讲授嵌入式处理器数字IC的开发和使用，培养学生具有设计具有自主系统架构嵌入式专用IC芯片的能力，形成本专业特色鲜明的培养模式。

图2 嵌入式应用课程群体系

2.教学科研并重，不断更新教学内容和教学方法

嵌入式领域的技术更新换代速度十分的快，因此，要求教师在教学过程中不断跟踪新技术，更新教学内容和教学方法。在“嵌入式应用”课程群建设的过程中，我们将课程的教学内容和教师所承担各级科研项目中所获得的工程实践经验紧密结合起来，在每个轮次的教学中，都会根据目前最新的前沿技术，加入一部分新的教学内容，以达到更好地提升学生知识水平的效果。我们编写了适合我校办学特色的嵌入式系统实验（实训）指导书、PPT教学课件、AVI视频教学动画等教学资料。目前，课程群中三门课程在教学内容和方法方面都进行了有益的探索。

（1）《单片机原理与应用》课程采用目前工程实践广泛采用的C程序设计语言进行描述，改变了以往使用汇编语言讲授枯燥、乏味的特点，更易于学生理解和实际应用。同时，我们还在课堂教学中引入了Proteus单片机仿真软件进行案例教学。在讲授完单片机的基本原理之后，教师以讲授实际案例为手段训练学生对于各知识点的理解和应用能力[4]。在此过程中，学生与教师同步在课堂中用自己的计算机完成案例的复现，并用Proteus仿真软件验证程序运行的实际效果。应用案例教学法，学生的学习不再是一味地听，而转变为实际动手实践，在实践中尝试、总结和提升，学生学习效果显著强化。

（2）《片上系统与嵌入式应用》是一门新开课程，主要讲授Nios II软核处理器的体系结构、设备和SOPC系统的开发流程。在课程内容上，侧重嵌入式处理器的应用而非原理，避免与单片机课程重复。在上一学期学生学习过单片机课程的基础上，重点讲授SDRAM存储器、Flash存储器、UART接口等低端单片机系统不涉及的内容和应用实例。在教学方法上，采用任务驱动法来激发学生的学习兴趣，以一个简单的设计实例为主体，介绍软硬件的开发流程，开发环境的使用和编程思想，使学生循序渐进，逐步深入[5]。例如：设计一个点阵显示屏控制器，围绕这个任务让学生熟悉构建SOPC系统所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三态桥、定时器、锁相环、自定义点阵等外设的特点和编程方法。这种教学方法将学习的难点分散到各个任务中，能使学生在完成任务的同时深刻理解所学内容。

（3）《数字集成电路设计》课程以Verilog语言设计为切入点，从最简单的逻辑电路设计开始，逐步深入复杂的微处理器电路设计。在教学内容上，针对嵌入式应用课程群的特点，围绕微处理器的主要结构如ALU、ROM、寄存器组、RISC模型机等电路的原理和设计方法进行讲授，学生在经过这门课程的学习后，可以掌握自己动手开发一块具有自主知识产权的专用嵌入式处理器芯片的能力。

3.开设综合性、设计性实验，培养学生创新能力

应用型本科人才并不是“狭窄于技术”的工匠，应具有开放的辩证思维和创新精神。在嵌入式课程群实践体系的建设过程中，除了开设常规的基础性实验以外，在《片上系统与嵌入式应用》和《数字集成电路设计》课程设计中开设了一系列的综合性和创新性实验，这些课题来源于实际的工程设计和科研项目，由学生自行提出可行的设计方案，与指导老师共同讨论后实施，整个过程由学生主导，充分发挥学生的主观能动性和创造力。我们将实验内容分为以下三类。

（1）基础性实验。主要是让学生在实验指导书的指导下将理论课上所掌握的知识和概念通过实验的方式进行巩固，通过直观、具体的实验结果验证理论结果，熟悉软件使用方法和设计流程。包括PWM直流电机控制、标准输入输出设备字符串流控制、PIO控制流水灯、自定义外设点阵控制等实验。

（2）综合性实验。这部分实验区别于基础性实验，并不给出具体的实验过程，只给出基本原理和大致方案，要求学生综合运用所学专业知识，周全考虑，自行确定具体的实验步骤和方法。这部分实验往往涉及多门知识点甚至是多门课程，包括无线温度数据采集、μC-OS多任务操作系统、触摸屏人机交互等实验。

（3）创新性实验。这部分实验主要面向部分基础知识过硬、动手能力强的优秀学生，利用课外时间提高他们在嵌入式应用方面的实际能力。这类实验以省、校两级大学生实践创新项目为载体，不拘泥于理论和实验课程的范围，由学生自主选题，形成创新团队，由团队指导老师负责。我们成立了开放的嵌入式创新实验室，实验室由老师、实验员和高年级学生共同值班，学生可以随时申请使用实验设备，完成相应的实验。通过这种形式的锻炼，嵌入式创新实验室的同学在省大学生电子设计竞赛、全国电子专业人才设计与技能大赛中都取得了优异成绩。

4.结语

嵌入式应用课程群经过以上所述课程体系的调整、教学内容的丰富及实验教学的改革，不断增加新知识，改进教学手段和教学方法，通过课堂教学、实验教学和教学科研的结合，在学生创新意识和实践动手能力培养方面进行了有益尝试和探索。未来我们将在深化教学改革的过程中不断探索，不断完善，探索出一套适合应用型人才培养的嵌入式应用教学培养模式。

参考文献：

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[4]陈林，魏淑桃，石林祥等.应用型本科“SOPC设计与应用”课程教学改革探索[J].计算机教育，2012（19）：82-85.

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在嵌入式、移动互联网、物联网等热门技术日益普及的今天，嵌入式系统产品正不断渗透进各个行业，作为包含在这些硬件产品中的特殊软件形态，其产业增幅不断加大，而且在整个软件产业中所占的比重日趋提高。嵌入式产业不仅是一个技术密集型产业，而且还是一个技术快速革新的产业。这决定了对人才的要求不仅需要扎实的专业基础知识，而且需要根据技术的变革迅速进行知识更新和技能提升。当前，计算机应用技术日新月异，通信设备、终端、软件等产品不断更新换代，这就对从业人员提出了更高要求。嵌入式行业经过近年来的快速发展，已经进入一个稳定的高速发展和成长期，企业人才需求现状依然保持供不应求的整体状态，虽然已经有越来越多的核心技术人员加入到嵌入式专业领域，但依然无法满足企业高速发展对人才的旺盛需求。同嵌入式技术的快速发展相比，我国教育机构技术和培养则相对滞后，一方面有些学生毕业就面临失业；另一方面一些嵌入式企业却有项目需求找不到合适的人才来实现。造成这一现象的原因主要是，部分学校的高等教育和产业发展相对脱节[1]，目前国内的高校教育中不是偏向硬件，就是偏向软件，硬件设计人员通常比较缺乏系统全面整合设计，而软件开发人员则相对缺乏硬件观念；企业真正需要的有动手能力的嵌入式软件人才，还需要经过一段时间的培训才能上岗。

嵌入式系统人才的匮乏还表现在软件业呈现中低端人才过剩、高端人才缺乏的不合理布局。近年来，尽管随着国家政策的重视、市场的整体推动及多渠道的嵌入式人才培养体系的不断完善，嵌入式开发人才需求瓶颈的问题，在逐步得到缓解，但是整个嵌入式专业人才市场的供求关系还是不匹配，据权威部门统计，我国目前嵌入式软件人才缺口每年仍为50万人左右，我省目前嵌入式软件人才缺口也在2万人左右[2]。因此编制高职和本科嵌入式专业人才培养方案和教学标准，促进高职、本科嵌入式专业人才的培养显得非常迫切。

二、嵌入式技术应用专业专本科衔接专业教学标准研制的步骤

1.准备阶段

（1）成立课题领导机构，组建课题组，聘请专家。

（2）收集资料与理论研修，加强国内外嵌入式专业教学资料和学科建设资料收集，加强课程理论、教学设计理论、教学科学研究方面理论方面资料的收集。

（3）调研准备。召开由课题组负责人和课题组成员参加的开题会议，根据教研院的要求写出调研方案，明确调研目的、调研对象以及调研主要内容，落实调研工作任务分工。

2.实施阶段

（1）制定方案。制定整体标准研制方案，设计调查问卷，制定具体调研工作计划，具体到调研的企业、学校和行业协会以及人员安排。在广泛听取意见的基础上，对工作计划进行修改、完善、充实并最终完成调研工作计划和问卷设计。

（2）开展调研。在广东省范围内对高校嵌入式教学活动的情况和嵌入式行业企业开展专题调研，摸清情况。通过调研相关企业、高职院校、应用型本科院校及不同年限的毕业生等，了解嵌入式行业企业的产业结构、现状及未来发展趋势；明确本专业典型的目标工作岗位及相应知识、技能要求，分析不同层次毕业生就业岗位群和职业生涯路径[3]；比较各院校的人才培养方案，分析构建高本一体化人才培养方案在衔接中存在的问题，从而得出相应的解决方案，为嵌入式专业的专业教学标准编制提供依据。

通过调研，查明了已存在的专业方案和课程设置是否合理，是否过时，了解可以改进的地方，并针对发展趋势进行课程的合理增删调整。通过调研，找出了课程设置重叠和不合理的地方。通过调研资料推论出课程设置的合理学期，解决专本教学方案中课程重叠和进阶的问题，找到嵌入式专业高职教育和应用型本科教育衔接的办法。

（3）最后对调研资料进行汇总分析，调研资料包括访谈录音记录，回收的纸质版、电子版问卷，通过QQ、微信等网络访谈记录等等，得出高本衔接计算机应用技术专业（嵌入式技术应用）相关行业现状、企业发展状况及专业职业教育发展情况，以及企业岗位群，岗位专业能力要求、从业人员职业生涯发展路径等结论。

（4）开展企业岗位工作流程研讨会。

3.总结阶段

（1）在理论与实践研究的基础上，分析各类调研数据，收集、整理、汇总研讨研究成果。

（2）撰写研究报告和教学标准研制论文，结集出版研究成果。

（3）结题报告会。组织专题对课题进行评审，聘请有关专家、课题负责人及有关行政领导出席，对标准研制进行评审，鉴定和验收。

三、嵌入式技术应用专本衔接调研的结论和对课程标准建设的指导意义

通过严格设计调研问卷，对问卷主题进行筛选以及反复修正，分别从行业现状与发展、企业基本情况、企业对嵌入式人才的需求、嵌入式岗位能力要求、职业技术标准、毕业生就业情况等方面进行问卷主题分类设计[4]，并考虑到近年来嵌入式技术在物联网、云计算、移动互联网等领域更加深入的应用和发展，专门在本次调研中增加了相关的题目，在此基础上进行数据的汇总、统计和分析得出调研结论[5]。通过这些调研活动和结论对教学标准研制产生指导意义。

企业调研主要结论和高校对嵌入式专业建设的意义如下：

（1）通过调研发现，嵌入式系统应用领域和行业中，中小规模公司占多数，这体现了嵌入式系统和通用计算机系统的区别。一般而言，通用计算机行业的技术常常集中在大中型企业，技术密集，对人才和资金要求比较高，而嵌入式系统的应用领域则分散在各个行业中，不同应用领域的产品需要结合不同的硬件平台和技术，专业性较强，企业专注度更高，充满了竞争、机遇与创新，因此，中小规模的公司能够在某个领域完成特定的嵌入式产品创新，满足市场需求，基于这个原因，催生出一批中小规模的嵌入式领域的企业。因此高校在嵌入式专业人才培养目标定位时，可以定位在培养能满足中小企业需求的嵌入式毕业生上。

调研还发现，企业对嵌入式产品研发人才需求量较大，这表明对企业而言，企业急需的是嵌入式开发和嵌入式设计人才。这一调查为高职和应用型本科一体化专业培养方案的研制提供了目标，要求在人才培养方案制定时应考虑更高标准，以嵌入式研发人才的培养为目标，而不是满足于培养能在嵌入式行业就业的技术支持人才和相关行业销售人才。

（2）企业比较看重毕业生的创新能力、协同能力和所学专业的学习能力。其中协同能力主要指的是：要求培养的学生，应对计算机技术有较为全面的了解，以便在企业从事嵌入式研发时，能够具备对项目的全局把握能力，能够在团队开发的过程中有效的协调和沟通。尤其在嵌入式项目的研发过程中，技术层面较多，分工和专业化程度高，如果从事软件开发的对硬件完全不了解，或者从事底层开发的人员对上层应用不明情况，这样在协同开发时会产生很多低效的现象。因此在开展课程教学时，高职/本科阶段都应以这些能力的培养为目标开展有针对性的培养。这方面能力的培养主要应在项目综合实训课程中完成。另外，学科竞赛对创新能力的培养具有重要作用。因此，高校应多为专业大赛提供相应条件，专业技能大赛应在校内、校外、行业、教育主管部门、企业等多级别多层次范围上开展竞赛，以便为更多学生提供训练和培养综合创新能力的机会。

（3）企业对高校计算机类嵌入式技术专业毕业生的要求较高，这需要高校紧密结合行业需求和技术进步的方向，不断改进课程体系，增加最新最能体现社会热点需求与人才培养要求的课程，以使学生毕业就能上岗，充分满足企业对创新型人才的要求。这也要求学校在嵌入式专业上增加投入不断提高师资水平，培养人才，并采用多种形式深化开展校企合作，以使得高职教育能够与社会需求同步，始终站在满足社会需要的嵌入式专业最新技能人才培养的前沿。

企业对毕业生动手能力的要求较高。企业对动手能力的要求主要理解为实践能力，包括焊接、测试，对软硬件设备的使用能力以及实际的开发经验等。

企业对人才处理人际关系的能力也有要求。处理人际关系的能力主要是指：（1）对嵌入式系统的全局理解，以便研发团队内不同技术背景的人员协同从事产品开发工作时能够互相协助。（2）沟通能力，主要是与人交往和默契配合能力，能够提高工作效率和工作热情度。

企业对学生嵌入式专业知识要求较高，专业知识的能力培养主要集中在以下几个方面：编程能力，对嵌入式体系结构和嵌入式接口知识的掌握，电路分析能力，代码调试能力，文档撰写与阅读能力等。

因此，高校在教学培养方案和课程设置时应该以能满足以上企业需求的知识和能力培养为目标，各项知识技能的培养应在课程中得到体现。

建议在课程设置时注意：在专/本阶段主要课程设置中以某项编程语言（对嵌入式专业一般而言是c语言）的掌握和编程能力培养为纲，并在某些具体课程中应有针对性的传授嵌入式硬件知识和技能，如焊接调试技巧，识图画图能力和软硬件编程调试方法。在项目实训课程中培养综合运用知识的能力和团队协同、沟通能力。

为了弥补现有教学方案的不足，根据调研的数据，按照企业对人才能力的要求，我们对原有课程设置进行了调整，调整后的专业教学方案在多门课程中着重按照企业对学生能力的要求非常有针对性地进行人才培养：

在嵌入式接口技术中采用ARM Cortex M3芯片讲述接口技术课程，培养学生掌握接口知识，相对于51单片机而言，这样调整后课程难度加大很多，但对学生学习能力的提高大有裨益，而且能满足当前企业对毕业生的要求，缩短了学生毕业后到企业就业后再培训和重新学习的时间。

在嵌入式项目设计综合实训等多门实训课程中培养项目实践经验和协同能力。

在数据结构等语言相关的多门课程中重点培养c语言编程技巧和能力。

在电子电路课程中培养焊接技能、使用仪器技能和电路分析调试能力。

在接口技术等多门课程中都要有针对性的培养专业英语文档阅读能力和技术文档撰写能力。英语水平的要求主要体现在以下几个方面：对嵌入式研发和设计而言，芯片手册（Datasheet&Reference Manual）是最权威的文档，对技术问题的理解常常要落实到英文手册上；提高英语专业阅读能力有助于借助于网络查找疑难问题，找出答案；高职和应用型本科一体化人才培养过程中，学生在升入本科以后有继续深造的可能，英语能力的培养使得学生能够选择更好的职业发展通道。因此，在高职阶段应该打好英语基础，适应专本一体化人才培养的要求。建议在某些课程中开展阅读英文芯片手册的教学过程，逐步使得学生技术文档阅读能力得到提高。

通过对嵌入式教学标准的布局和课程的设计，将企业对人才能力需求分布到各门课程中去，以便培养的毕业生适应用人单位的需要。

（4）企业对嵌入式专业人才知识面“宽”和“精”的要求。虽然企业对编程语言有多种要求，但对于某一个人才的要求常常是专而不是多。因此，作为计算机科学与技术专业大类中的一个非常有针对性的分支，嵌入式技术专业教学标准的设置中应该将某一门语言的“专”作为人才培养的考虑因素。所以在高职嵌入式技术专业教学标准的编制和课程设置中，我们考虑以c语言能力培养为主线，课程中对和c语言相关联的课程安排的多一些，略有兼顾其它语言，以便学生在每个学期都能够以c语言为工具进行嵌入式知识和技能的训练，使得高职阶段有5个学期能够使用c语言进行编程和能力培养，使得学生具备扎实的c语言基础，培养较强的嵌入式编程和实践能力，以便更好的接轨企业和更高一级院校对编程语言熟练程度的要求。

如何把一门编程语言嵌入到5个学期当中？既满足大部分学生对课堂教学内容新鲜感的渴求，不会有太多重复，又能渐进式的推进学生在编程语言的使用上能力的提高和发展？这对教师水平和教学内容提出了要求。建议高校尤其是高职院校在嵌入式专业上增加投入不断提高师资水平，培养教师人才，并采用多种形式深化开展校企合作，将企业的实际项目引入课程作为教学内容，完成课程共建，以使得高职教育能够与社会需求同步，始终站在满足社会需要的嵌入式专业最新技能人才培养的前沿。通过调研，产生如下建议：

一是多让企业在学校开办讲座进行交流。二是需要校企深度合作。目前有些学校校企合作仍处于摸索阶段，对课程教学内容没有深度开发，也没有形成长效机制。有必要在浅层合作的基础上开展进一步的校企共建，在课程共同开发，校企互聘等方面开展深入合作。

四、嵌入式专业教学标准研制和推广的一些建议

嵌入式系统是信息产业走向二十一世纪知识经济时代最重要的经济增长点之一，由于高校刚刚开始专门针对嵌入式工程人才培养的学科设置，从事该行业的师资来自不同专业背景，比如电子工程、软件工程、通信工程、自动控制等，不同学科背景缺乏有机整合，嵌入式知识体系系统性和针对性较差，知识较为陈旧，毕业生缺乏工程实践能力，无法适应企业的实际需要。因此嵌入式方向应重点培养学生嵌入式系统工程实践能力，包括软硬件工程及各种嵌入式系统开发技术，调试和测试工具使用能力。目前广东省高校的软件教育普遍以应用软件为主，学生接触比较多的是.net，java，安卓开发之类应用层面的东西，作为嵌入式开发需要的几个技术支柱：计算机组成原理和体系结构，计算机操作系统，计算机网络的教学内容比较老化，不能跟上最新技术的发展。师资力量的理论基础扎实但实践经验不够，这需要经常性的对师资进行重点专题技术培训（比如网络驱动技术），以便更新教师知识体系，跟随最新技术的发展步伐。

在标准研制过程中我们发现，嵌入式系统专业发展迅速，知识复杂，跨学科。由于各高校嵌入式专业培养目标的广泛性，研制广东省高职嵌入式教学标准，既要有参考意义又不能限定各高校该专业的培养目标在一个单一的范围内。因此，各学校可根据自己学校的生源，师资力量和实验实践条件来开设嵌入式课程，由于嵌入式技术具有起点高、复杂性的特点，对高职起点学科建设而言，建议设定好学科建设和人才培养主要方向，以使学生在有限的求学生涯中能够在主要方向上得到扎实的训练，建立坚实的基础，对主要方向所包含的技术更加深入和精通，技能能够更加熟练掌握，以便更容易满足嵌入式研发企业用人需求和升入本科继续发展。考虑不同师资和实验条件，可以选择较为主流的STM32+UCOSIII平台，或者ARM Cortex-A11+Linux平台中的一种作为学科建设的主要方向，各门课程都围绕人才培养主要方向来开设和进行课程内容设计。不同专业也可以结合自己的传统特色，如电子专业可以在电子电路和嵌入式EDA（FPGA、CPLD）技术等方向上发挥各自优势，不同高校的嵌入式专业培养从事嵌入式领域内不同岗位的学生，提高专业就业率。

五、结语

本文讨论了嵌入式专业专本衔接专业教学标准研制的过程。重点讨论了嵌入式技术专业教学标准调研过程得到的行业现状和结论，以及这些结论对高校嵌入式专业课程标准建设的指导意义。并给出了高职院校嵌入式专业学科建设、课程设置与规划、课程内容教学，专本衔接以及校企合作的一些建议。

参考文献：

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[3] 罗保山.高职计算机应用专业嵌入式系统方向课程的设置[J].职业技术教育，2008（8）：20.

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关键词：嵌入式系统；教学改革；能力提升

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0221-02

嵌入式系统是高等学校电子信息、计算机、自动化等本科高年级学生的一门专业技能课程，是以应用为核心、以计算机技术为基础、涉及微电子技术、电工电子技术、微机原理等多门学科的综合学科。从各个角度分析嵌入式系统课程中知识框架，与学生兴趣相结合，真正做到学以致用，提升学生能力，是目前所有工科类课程面临的一个重要问题。为此，笔者针对嵌入式系统教学过程，开展名为“嵌入式系统教学中学生能力提升探索”的教学改革尝试，并初步收到积极效果。该教学改革理念也可为微机原理、可编程逻辑器件、DSP技术原理等类似课程提供参考。

一、课程特点及主要存在问题

嵌入式系统是高年级课程，有很强的工程实践性和知识综合应用性，要求学生联系先修课程，结合新知识，灵活融汇分析并解决实际工程问题的能力。教学中，需要任课老师既重视理论知识的传授，又要培养学生的工程应用能力。笔者结合工作中对嵌入式系统教学的体会，对该课程特点及主要存在问题总结如下：

1.联系广，理解难。要较好地把握嵌入式系统内容，必须对先修课程有很好的学习基础，能较好地将从低年级以来的专业课联系起来，才能深入理解本门课程内容。比如要很好地理解嵌入式系统触摸屏的原理及编写相应程序，必须理解触摸屏内部结构。其内部结构框图中涉及多个MOS管组成的模拟电路，需要学生很好理解NMOS、PMOS不同的通断过程及对电路的影响。如果学生不熟悉MOS管的通断原理，而单纯靠记忆来使用触摸屏，则很难做到活学活用。

由于学生水平及能力各不相同，为了使大部分学生能较好地学懂所讲授内容，则需要老师在讲新知识之前花时间复习修课程的相关内容概念。然而这种做法势必导致第二个问题：占用本来有限的课时。

2.学时少，内容多。近年来，由于推广素质教育，各门课程理论教学时间不断缩减。以笔者所讲授的嵌入式系统课程为例，理论课时仅仅为22学时，该学时远远少于专业必修课，且随着嵌入式技术日新月异，该门课程除了课本内容外，还需要补充其他与现代技术接轨的新内容。因此，如何精选每节课授课内容，在有限的课堂时间内使学生掌握到尽量多的内容，且不感到枯燥无味，是嵌入式系统等工科类课程普遍存在的问题之一。

3.实验旧，扩展难。由于课时安排原因，本门课程仅配套3个实验，且实验与理论课程不对应，所使用的实验箱年代较久，不能与现代新技术接轨，且无法在原有基础上进行扩展，只能进行某些简单的功能性验证的实验。如何通过实验辅助理论教学，提升学生能力水平，也是课程教学中需要解决的问题之一。

二、教学过程学生能力提升探索

针对上述存在问题，必须在教学过程中克服客观困难，调动学生的学习兴趣及积极性，从而实现学生能力提升的效果。为此，围绕嵌入式系统教学中的两大难点，笔者开展了学生能力提升的探索改革。

1.学生理论知识与实践能力的提升探索。理论指导实践，实践验证理论，因此对于工科学生来说，不能一味注重实践，也不能只懂得纸上谈兵的理论，需要理论和实践能力相辅相成，才能得到能力提升。然而，笔者在教学过程中发现，由于学生个体差异，能力倾向不同，有些学生注重实践锻炼，然而理论知识并未提升，有些同学只注重理论知识，工程实践能力不足。且大部分学生理论与实践知识的反馈提升能力不够。

以笔者讲授嵌入式系统液晶屏内容为例，对于使用液晶触摸屏，设计的理论知识包括：液晶屏的分类――TFT屏和STN屏；显示颜色――单色和彩色；灰度等级――单色、4级、16级；彩色等级――STN屏为256色和4096色，TFT屏非调色板为64K色和16M色，TFT屏调色板为256色等等。如果学生不懂得上述理论知识，在实际操作中，则不能很好地编写合适程序调试出预期效果。然而，仅仅懂得上述理论内容也不够，还需要考虑其他实际工程问题，比如：TFT屏的电路连接方式与STN屏是否一致？STN屏的驱动电流需要多大才合适，且不至于导致液晶屏过亮或过热？采用何种驱动器性价比更高？等等。上述问题并不只是理论，而是跟实际工程实践相关。

鉴于此，针对如何提升学生的理论知识与实践能力的问题，首先，笔者在课堂上对于基础理论知识，如液晶屏的分类、灰度及彩色等级等内容均予以清楚阐述；另外，通过课程设计、创新实验项目、实验课程等环节，提升学生的动手能力；最后，针对实验中出现的问题及失败现象，鼓励学生从理论上找到原因后再反复实践验证，达到理论与实践相辅相成且共同提高的目的。

2.学生硬件与软件知识的提升探索。对于电子及自动化等专业学生来说，嵌入式系统课程不仅要掌握软件编程，而且要掌握硬件电路设计能力，软硬件知识结合，才能较好地完成工程项目。

然而，由于先修课程学生水平及倾向不同，面对同一个系统问题，有些同学在电路基础、模拟电子技术等课程上掌握较好且较有兴趣，会比较倾向使用硬件方法来解决问题，而有些同学对于C语言程序编程、数字电路等课程把握较好，会倾向于通过软件编程方法来处理问题。

对于简单系统，上述两种方法均是可取的。但是对于功能复杂的系统，不可能仅采用单一硬件或者软件解决问题，需要考虑各方面因素，软硬件结合起来应用。因此，要求学生不仅掌握硬件电路设计能力，对于软件编程能力的具备同样也是必须的。

在提升学生硬件和软件综合设计能力问题上，笔者首先在课堂上给出案例，启发学生提出各种不同软硬件设计方案；进一步，布置工程案例作为课后作业，要求学生设计或列举出多种设计方案，综合比较可行方案；最后，布置一个贯穿本门课程的课程设计，该设计需要涉及硬件电路及软件编程，通过该课程设计的完成，最终达到提升学生硬件电路设计与软件编程能力的目的。

三、教学成效

笔者将上述教学改革内容用于嵌入式系统教学过程中，收到了较好的效果。通过问卷调查和课后反馈访谈，学生普遍反映能将先修电子知识与嵌入式系统联系起来，且在此过程中，学生的学习兴趣和能力均得到了提升。通过课堂案例引入及分析，提升了学生对嵌入式系统的工程应用能力和设计能力。笔者相信，所开展的教学改革探索在一定程度上提升了学生对嵌入式产品进行软硬件综合设计的能力，增强了学生对嵌入式系统最新动态追踪的兴趣、对相关领域深入学习的信心。

四、结束语

在深入了解嵌入式系统课程特点、现状和不足的基础上，笔者结合自己的实际教学切身体会，对嵌入式系统开展了教学改革探索。着重从理论与实践、硬件与软件上对学生能力进行提升。实践表明，该类措施较大程度上激发了学生的学习兴趣及其主观能动性，提升了教学质量和学生能力。

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