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1、概述
1.1 嵌入式系統(tǒng)定義
我國對嵌入式系統(tǒng)的定義是，以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，在實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求嚴格的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)和應用程序4個部分組成，具有對其他設備進行監(jiān)視、控制或管理等功能。
1.2 嵌入式技術人才需求
近年來，隨著計算機及集成電路技術的發(fā)展，嵌入式技術日漸普及，在通訊、網絡、工控、醫(yī)療和電子等領域發(fā)揮著越來越重要的作用，并伴隨著巨大的產業(yè)需求。據權威部門統(tǒng)計，目前我國嵌入式人才缺口每年為20萬人左右，隨著“三網融合”不斷提速，3G網絡全面鋪開，這一數字還將成倍增長。
2012年，素有國內嵌入式及移動開發(fā)培訓風向標之稱的華清遠見教育集團，在廣泛采集數據、深入調研的基礎上推出《2010-2011年中國嵌入式開發(fā)從業(yè)人員調查報告》（以下簡稱《報告》）。《報告》顯示，目前從事嵌入式開發(fā)“不到1年”和“1-2年”的工程師所占比例分別為35%和20%，占總參與調查人數一半以上（55%）；78%左右參與調查的工程師表示，自己公司目前急缺此領域開發(fā)方面的專業(yè)技術人才?？梢钥闯觯谡麄€行業(yè)發(fā)展過程中，嵌入式人才仍然供不應求。
1.3 高校嵌入式教育現狀
目前，國內大部分普通高校把嵌入式專業(yè)課程當作選修課，沒有把它設為專業(yè)或方向；而一些重點高校的嵌入式教學主要是在研究生層次和科研實驗室中。因此，國內高校的嵌入式教育還沒有形成一套比較科學、系統(tǒng)的課程體系，在人才培養(yǎng)目標和教學水平方面普遍存在著如下問題。
1）嵌入式人才培養(yǎng)目標與實際需求脫節(jié)。
當前高校嵌入式技術人才培養(yǎng)跟不上行業(yè)技術發(fā)展潮流，與實際工程應用需求脫節(jié)，導致在國內嵌入式人才市場上，大學畢業(yè)生就業(yè)困難，而用人單位招聘不到符合標準的開發(fā)人員。究其原因，主要有以下幾個方面：一是高校開設的相關課程教學內容與培養(yǎng)目標不完全一致，缺乏系統(tǒng)性與結構化，教材知識難以遷移到實踐中；二是相關課程教學內容重視知識介紹，輕視能力培養(yǎng)，不能滿足新技術變革的需要；三是相關課程和教學內容設置隨意，因人施教現象嚴重；四是教學方法與配套資源缺失，沒有與實際工程應用需求配套的實驗教學設施以及相關實踐性課程，嵌入式人員創(chuàng)新意識薄弱，實踐能力不強。
2）師資嚴重不足。
嵌入式技術學科是研究如何在一個特定的硬件環(huán)境上開發(fā)與構建特定的可編程軟件系統(tǒng)，應用性強。在教學方面，除了要重視理論教學外，更要注重實踐教學，而且在實踐教學中一般要求以項目為導向；在師資隊伍方面，要求教師軟硬件知識兼通，且需要具有很深的專業(yè)背景和工程項目經驗，這樣才有可能以項目為導向，讓項目貫穿整個教學過程，引導學生充分發(fā)揮主體作用，達到“做中學”的目的。目前，大部分普通高校在嵌入式系統(tǒng)方面師資有限，特別是軟硬件知識兼通的師資嚴重不足，具有企業(yè)工作經歷的專業(yè)教師更是缺乏，教師隊伍的封閉性決定了“雙師型”教師比例不高。因為，不少碩士或博士畢業(yè)后直接踏上教學崗位，很少有機會進行工程實踐，并且熟悉軟件的對硬件了解不夠，或熟悉硬件的不一定熟悉軟件。
2、嵌入式課程體系的建立
2.1 計算機專業(yè)嵌入式人才培養(yǎng)目標
嵌入式系統(tǒng)知識學科融合性強，不同專業(yè)的學生各有其局限性。自動化、測控和電子類專業(yè)學生電子設計基礎較好，程序設計偏弱，偏硬件；而計算機類的學生程序設計基礎好，電子設計能力偏弱，偏軟件?？紤]到高校傳統(tǒng)的計算機專業(yè)特點，應該重點培養(yǎng)嵌入式應用開發(fā)人才。
《報告》調查企業(yè)對嵌入式軟硬件人員的工作安排，如圖1所示。
《報告》認為，在大部分從事嵌入式產品研發(fā)的企業(yè)中，基本都是軟硬件人員分工合作完成產品開發(fā)（接近60%）。在排名前3位的企業(yè)人才需求中，軟件開發(fā)人才的需求高于硬件開發(fā)人才，這一點與2009-2010年度的調查數據相比基本沒有太大變化。
從各大招聘網站的搜索數據中也可以看出，目前嵌入式軟件開發(fā)人才的需求量遠遠大于硬件開發(fā)人才。嵌入式系統(tǒng)項目研發(fā)80%以上的工作量是在軟件部分，軟件是嵌入式系統(tǒng)最核心的部分，也是體現嵌入式系統(tǒng)優(yōu)勢最關鍵的部分，企業(yè)對嵌入式軟件開發(fā)人才的需求必將持續(xù)上漲。
因此，綜合考慮嵌入式系統(tǒng)設計與應用對不同層面的人才需求特點和高校傳統(tǒng)計算機專業(yè)的特點，嵌入式課程體系的培養(yǎng)目標是：在嵌入式系統(tǒng)與應用的4個層面中，培養(yǎng)除硬件設計以外的嵌入式應用開發(fā)、嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)和嵌入式驅動開發(fā)3個層面有一定基礎的人才，重點培養(yǎng)嵌入式應用開發(fā)人才。
2.2 嵌入式課程體系建設依據
近年來，企業(yè)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中對軟件平臺、硬件平臺和軟件開發(fā)語言的選擇情況，依據上述《報告》公布的結果如圖2-4所示。
圖2反映了嵌入式開發(fā)硬件平臺的發(fā)展趨勢。在嵌入式開發(fā)領域，ARM處理器毫無疑問占據了嵌入式處理器90%以上的市場份額，ARM9系列仍是ARM市場占有率最高的處理器（45%）。為了嵌入式軟件開發(fā)服務，我們選擇ARM處理器作為嵌入式硬件實驗平臺，開設基于ARM9處理器的相關課程，培養(yǎng)在ARM9處理器硬件平臺上進行嵌入式應用程序開發(fā)的能力。
圖3可以看出，在軟件開發(fā)平臺的選擇上，嵌入式Linux占據了明顯的優(yōu)勢（48%），Linux以其開源成本低的優(yōu)勢受到眾多嵌入式企業(yè)的歡迎。排名二、三的是Windows.CE和Android，所占比例分別是17%和9%。作為智能手機的主流嵌入式操作系統(tǒng)Android，漸漸成為各大手機廠商新的選擇?；?G移動平臺（特別是Android平臺）的研發(fā)需求將快步增長。因此，在嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)和嵌入式驅動開發(fā)的層面來看，我們以開設嵌入式Linux操作系統(tǒng)、WinCE操作系統(tǒng)、嵌入式Android操作系統(tǒng)等課程為主。從嵌入式應用程序開發(fā)層面來看，我們應著重培養(yǎng)在Linux、WinCE、Android等系統(tǒng)平臺上進行嵌入式應用程序開發(fā)的能力。
圖4顯示在軟件開發(fā)語言的使用上，C語言作為嵌入式開發(fā)最經常使用的語言主導地位是毋庸置疑的，所占比例高達67%；C++所占比例為15%，位居第2；Java所占比例為8%，位居第3。從這組數據也可以看出，傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)主要基于c語言，不管在工業(yè)控制領域、通信領域，還是消費電子領域，C語言均是首選。隨著3G技術的推動，在2009年，移動互聯網發(fā)展迅速，C++、Java等高級語言也得到廣泛應用。因此，從嵌入式應用程序開發(fā)層面來看，我們應著重培養(yǎng)C語言、c++和Java等高級語言的應用能力。
2.8 嵌入式方向課程體系模型構建
通過對目前主流技術及其發(fā)展趨勢和市場需求分析看，為與市場緊密銜接，達到培養(yǎng)合格嵌入式人才的目標，按照計算機專業(yè)嵌入式方向學生大學4年所需能力，我們需建立“2+1+1”三段式4年制的人才培養(yǎng)課程體系模式，即前2學年重基礎，第3學年精方向，第4學年重實踐，堅持工程能力和素質培養(yǎng)4年不斷線的原則，將工程項目教學法貫穿整個教學環(huán)節(jié)，提高學生的學習興趣，增強學生的工程意識和工程實踐能力。課程體系模型劃分為程序設計能力培養(yǎng)（第1學年）、專業(yè)基礎能力培養(yǎng)（第2學年）、嵌入式方向能力培養(yǎng)（第3學年）和工程實踐能力培養(yǎng)（第4學年）4個階段，如表1所示。每個階段均設計相應的教學內容以達到能力培養(yǎng)目的。
3、嵌入式課程體系的實施
3.1 師資培養(yǎng)
由于嵌入式系統(tǒng)所需知識具有學科融合性強、軟硬結合和應用廣泛的特點，要培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的嵌入式人才，除了要有與最新行業(yè)技術配套的實驗設備外，還應當具備一支教學經驗豐富、軟硬件知識兼通且具有一定的專業(yè)背景和工程項目經驗的師資隊伍。因此，加強嵌入式課程教師隊伍建設，應當考慮：一是與企業(yè)合作，邀請企業(yè)中具有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗的工程師來校助教，擔任部分授課、課程設計和學生畢業(yè)論文的指導工作；二是從企業(yè)直接引入具有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗的工程師；三是學校要為年輕教師提供更多培訓與學習交流機會，選派骨干教師定期到專業(yè)的嵌入式開發(fā)企業(yè)進行培訓，或到基層掛職鍛煉，積累工程實踐方面的經驗，掌握最前沿的技術；四是與嵌入式開發(fā)企業(yè)合作開發(fā)嵌入式項目，進一步將理論與實際需求相結合。
3.2 實驗平臺建設
根據計算機專業(yè)嵌入式方向課程的設置和培養(yǎng)目標，選擇ARM處理器作為嵌入式硬件實驗平臺，原因如下：①ARM處理器功能強大，應用靈活，是嵌入式技術發(fā)展的主流，被廣泛應用于智能家電、手機、汽車電子、機頂盒等方面。目前ARM市場占有率居第一位，在技術上可以得到廠商較好的支持。②ARM處理器與市場需求聯系緊密，以刪芯片為核心的實驗設備很多，基于ARM構架的處理器涉及從微控制器（MCU）、微處理器（MPU）到多核的數字信號處理器（DSP），在價格和應用需求上可以滿足學校的選擇要求。③ARM處理器支持的功能模塊多，可擴展性好，能夠提供盡可能多的硬件資源，這樣可以滿足學生完成大多數嵌入式系統(tǒng)基礎知識的實驗，也可以進行綜合設計、創(chuàng)新課題和畢業(yè)設計的課題。
3.3 教學模式改革
鑒于嵌入式技術涉及的知識面廣、應用性強和新技術推出周期短的特點，嵌入式教學除了要重視理論教學外，更要注重實踐環(huán)節(jié)，包括實驗內容的安排和實驗教學方法的采用。
在實驗教學內容上，教師應以市場需求為導向，根據市場主流技術不斷更新或設計新的實驗內容，有層次、由淺入深地安排實驗內容。首先安排基本技能訓練實驗，為后續(xù)實驗和設計打下基礎；其次安排設計性的內容和項目，鍛煉學生獨立思考、獨立解決問題的能力；第三，隨著專業(yè)知識內容的深入，實驗內容應該以綜合性、系統(tǒng)性為主，目的是鍛煉學生綜合運用知識的能力以及團隊協(xié)作精神。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599(2011)23-0000-01
Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System
Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou
(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)
Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.
Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;
Curriculum system
一、引言
嵌入式系統(tǒng)是指以應用為核心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制應用軟件組成，共同實現諸如實時控制、監(jiān)視、管理、移動計算、數據處理等各種自動化處理任務。嵌入式系統(tǒng)以應用為中心，以微電子技術、控制技術、計算機技術和通訊技術為基礎，強調硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求[1]。
嵌入式系統(tǒng)已被廣泛地應用于工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設備、醫(yī)療儀器、智能儀器儀表等眾多領域，如手機、PDA、MP3、手持設備、智能電話、機頂盒等，可以說嵌入式技術無處不在。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年最為熱門的職業(yè)之一。
目前，隨著嵌入式技術越來越熱，國內越來越多的高校陸續(xù)開設了相關課程，并建立了嵌入式實驗室。但是通過各種渠道反映出，很多高校嵌入式課程開設的情況不理想，很多學校建立了優(yōu)良的嵌入式實驗室，卻很難達到理想的授課效果。歸結其原因主要有兩點：一、沒有完善的課程體系；二、需要合適的師資力量。吉首大學作為一所辦在民族地區(qū)的省屬高校，其辦學宗旨之一就是為地方經濟建設服務。吉首大學計算機系一直就是秉承此種宗旨來發(fā)展和培養(yǎng)應用型人才的。從目前的嵌入式系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢來看，計算機專業(yè)本科教學不僅要面向計算機軟硬件系統(tǒng)，更應與嵌入式系統(tǒng)方向相結合，與人才培養(yǎng)模式和人才需求相結合進行適時調整，從理論及實踐課程體系、師資能力到人才培養(yǎng)模式進行整體規(guī)劃，以適應當前應用廣泛的嵌入式系統(tǒng)人才需要。
二、計算機本科專業(yè)嵌入式方向的人才培養(yǎng)目標
按照嵌入式技術及其密切相關的電子信息產業(yè)目前及未來的發(fā)展需求，培養(yǎng)與我國社會主義現代化建設要求相適應的，在德、智、體、美等方面全面發(fā)展，掌握計算機科學與技術基本理論、基本知識和基本技能，具有深厚嵌入式理論基礎、能從事嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)、集成電路設計與應用、無線通信等實際工作，具有良好的政治素養(yǎng)、文化科學素養(yǎng)、較強的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新意識和綜合解決實際問題能力的高級應用型人才。嵌入式系統(tǒng)方向重點培養(yǎng)學生嵌入式系統(tǒng)軟件工程實踐能力，包括軟件工程及各種嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術、調試和測試工具[2]，畢業(yè)后學生將具備嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)能力，有能力適應巨大的嵌入式系統(tǒng)產品市場需求，成為嵌入式系統(tǒng)產品企業(yè)所急需的掌握嵌入式系統(tǒng)軟件技術的人才。
畢業(yè)生具有的知識、素質、能力包括：1.具有良好的思想道德素養(yǎng)和團結協(xié)作的精神，熟悉計算機方面的有關法規(guī)，遵紀守法，善于合作，勇于創(chuàng)新。掌握較豐富的科學文化知識、較扎實的計算機學科基礎知識、系統(tǒng)的專業(yè)基礎知識和基本技能，了解計算機專業(yè)的發(fā)展趨勢和新進展。2.具有較強的學習能力和實踐能力，能夠熟練地運用多種方法獲取知識、理解知識、掌握知識，能夠綜合性地提出問題、分析問題和解決問題；具有較強的計算機綜合應用能力和一定的科學研究能力。3.掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的理論和基本方法，具有嵌入式系統(tǒng)軟硬件的設計、開發(fā)、調試及維護的基本能力。具體掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)，具有在該操作系統(tǒng)環(huán)境下設計、編程及開發(fā)的能力。兼具軟件及硬件的協(xié)調開發(fā)能力。4.具有良好的語言表達和書面表達的能力，適應現代社會的交往溝通方式，具有較強的集體合作和組織協(xié)調的意識與能力。5.熟練掌握一門外語,并能順利閱讀本專業(yè)的外文書刊，了解文獻檢索、資料查詢的基本方法。能夠較熟練地使用英語從事嵌入式方向的研究與開發(fā)。
三、計算機本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系建設思路
嵌入式系統(tǒng)作為一個完整的智能電子系統(tǒng)，需要掌握有關電子和計算機等相關領域的硬、軟件綜合知識。一般而言，自動化、測控和電子類的學生電子設計的基礎較好，程序設計偏弱；而計算機類的學生程序設計基礎好，電子設計能力偏弱。計算機本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系的建設和規(guī)劃，應從以下幾方面結合進行。
（一）計算機本科專業(yè)課程與嵌入式系統(tǒng)方向相結合
嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術以及電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合的產物。嵌入式系統(tǒng)的應用范圍可以粗略分為兩大類：電子系統(tǒng)的智能化(工業(yè)控制、現代農業(yè)、家用電器、汽車電子、測控系統(tǒng)、數據采集等)，計算機應用的延伸(MP3、手機、通信、網絡、計算機設備等)。從這些應用可以看出，要完成一個以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)應用產品設計，需要硬件、軟件及行業(yè)領域相關知識。硬件主要有MCU的硬件最小系統(tǒng)、輸入／輸出電路、人機接口設計。軟件設計有固化軟件的設計，也可能含PC機軟件的設計，這些有關嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件設計和測試也是計算機系統(tǒng)的組成部分之一，嵌入式系統(tǒng)知識體系最主要的三大技術仍然是計算機體系結構、計算機操作系統(tǒng)和計算機網絡，嵌入式系統(tǒng)方向的課程設置應與這些計算機本科專業(yè)課程相結合，在計算機相關軟硬件知識基礎進一步拓展設計和應用知識。
（二）與嵌入式系統(tǒng)自身特點相結合
嵌入式系統(tǒng)以計算機、電子技術為基礎，但嵌入式系統(tǒng)也有其自身的特點。按照層次結構看待嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)分為4層：硬件層、驅動層、操作系統(tǒng)層和應用層，不能片面地從“電子”或“計算機軟件”角度認識嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)軟件硬件密切相關，軟硬件協(xié)同設計已經成為電子系統(tǒng)級工具和方法的主要應用，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件，同沒有對軟件的理解也不可能設計好嵌入式硬件。軟硬件相結合進行課程設置是嵌入式系統(tǒng)的特點要求之一[3]。嵌入式系統(tǒng)設計也是一門實踐性非常強的課程,作為以應用為中心的課程，實踐教學是嵌入式系統(tǒng)教學的關鍵，要求理論與實踐并重，為將學生的操作能力、分析能力、工程設計能力與應用實踐結合起來，引導學生由淺入深地掌握嵌入式系統(tǒng)設計的理論與技術，嵌入式系統(tǒng)方向課程設置應以培養(yǎng)實踐動手能力為核心。
（三）與市場、企業(yè)需求相結合
高校計算機專業(yè)嵌入式方向從需求的角度，總體培養(yǎng)目標是培養(yǎng)人才市場緊缺，企業(yè)需求量大，就業(yè)率高的軟硬結合的復合型嵌入式開發(fā)工程師。嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)應與社會需求相接軌，充分培養(yǎng)學生技能水平與職業(yè)素養(yǎng)，使學生能夠達到企業(yè)實際崗位的用人標準，滿足企業(yè)應用需求，縮短企業(yè)二次崗前培訓，成為具有完備的專業(yè)知識和技術能力的應用型人才。
四、嵌入式方向課程體系基本內容
要完成一個嵌入式系統(tǒng)應用產品設計，需要硬件、軟件及行業(yè)領域相關知識與實踐訓練，嵌入式方向人才培養(yǎng)的定位為應用型技術人才，綜合計算機本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系建設的三個結合點，制定一套培養(yǎng)應用型人才為目標的課程體系[4]。
（一）理論課程體系
計算機科學與技術專業(yè)課程包括電路與模擬電子技術、數字邏輯電路、匯編語言程序設計、計算機組成原理、計算機體系結構、微機原理與接口技術等硬件課程；C語言程序設計、離散數學、數據結構與算法、面向對象程序設計（Java和C++）、軟件工程等軟件課程；操作系統(tǒng)原理、計算機網絡、數據庫原理等專業(yè)核心課程，這些課程也應該為嵌入式方向的支撐課程群。操作系統(tǒng)考慮嵌入式方向課程設置，應增加Linux操作系統(tǒng)的實訓內容。
在這些計算機專業(yè)課程基礎上，刪減原來與嵌入式方向聯系不大，相對獨立的若干專業(yè)課程，適當增大嵌入式系統(tǒng)應用技術方向課程比例，構成計算機專業(yè)嵌入式方向理論課程體系?；A課程中增加嵌入式系統(tǒng)概論，硬件層面上增加可編程邏輯器件及描述語言FPGA/VHDL、嵌入式處理器體系結構。軟件層面上增設Linux下C語言編程、嵌入式Linux驅動開發(fā)、嵌入式實時操作系統(tǒng)、嵌入式應用程序開發(fā)；嵌入式系統(tǒng)級別上考慮軟硬結合增設嵌入式系統(tǒng)設計課程，考慮嵌入式發(fā)展方向，增設WinCE設計與開發(fā)、嵌入式軟件測試技術課程。
（二）實踐課程體系
嵌入式系統(tǒng)是面向應用的，實踐是整個嵌入式系統(tǒng)課程體系中最重要的環(huán)節(jié)，其目標是培養(yǎng)學生實際的嵌入式軟硬件設計能力。在嵌入式課程實踐中，采用多層次專業(yè)實踐與培訓認證相結合的實踐體系。專業(yè)實踐包括課內實驗、課程設計、綜合項目實踐、畢業(yè)實習與畢業(yè)設計，課內實驗學時占每門課總學時數比例不低于30%，課程設計包括軟硬件和應用系統(tǒng)開發(fā)等課程，綜合項目實踐以項目團隊的形式使學生得到團隊協(xié)作的訓練，畢業(yè)實習以校企合作、實習基地形式進行。課內實驗和課程設計可使學生課程理論知識得到鞏固提高，綜合項目實踐則培養(yǎng)學生階段性綜合性實踐能力，畢業(yè)實習和畢業(yè)設計可培養(yǎng)學生綜合分析設計的應用能力。目前，在嵌入式專業(yè)領域內的知名廠商及相關認證也越來越為更多的大學畢業(yè)生及在職工程師所關注，在實踐教學中，引入國際和國內嵌入式認證的培訓內容和知識更新體系，增加實踐動手能力，積累項目開發(fā)經驗，增加就業(yè)競爭力。
五、結束語
在IEEE計算機協(xié)會和ACM共同制定的2004版計算機類課程體系中，嵌入式系統(tǒng)已經被列為核心課程之一。嵌入式系統(tǒng)課程群建設是一項長期、艱難的任務，新知識更新速度明顯快于傳統(tǒng)學科，計算機本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系的規(guī)劃與建設，需要明確人才培養(yǎng)目標和建設思路，并在計算機專業(yè)課程基礎上進行，既重視融合學科的基礎知識積累，又強調實踐性，使嵌入式系統(tǒng)的教學緊隨嵌入式技術的發(fā)展。
參考文獻：
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20世紀末，隨著計算機技術、集成電路技術和智能控制技術的發(fā)展，單片級嵌入式系統(tǒng)迅速發(fā)展，企業(yè)對嵌入式開發(fā)人員的需求量極大，因此嵌入式系統(tǒng)課程在高校設置勢在必行。同時，由于近年來物聯網產業(yè)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)更是備受關注。而嵌入式系統(tǒng)良好的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展機遇也預示著對相關技術人才的巨大需求。但由于嵌入式系統(tǒng)涉及的相關知識多、硬件和軟件結合緊密等特點，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)難度很大，培養(yǎng)這樣的人才對高校也是個挑戰(zhàn)。
嵌入式系統(tǒng)以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。本文針對學校的教學現狀，總結目前通信工程專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學的變化特點，依據課程培養(yǎng)方案，從課程的預備課程體系、教學內容規(guī)劃和設置等方面入手，討論課程的整體系統(tǒng)建設的內容。
一、我院嵌入式課程教學的特點
2007年電子、通信工程專業(yè)在全院率先開設了嵌入式系統(tǒng)課程，并將其定為電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術課程，同年引進了適合教學使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式實驗開發(fā)平臺（基于ARM7架構的Samsung 3C44B0x和ARM9架構Samsung3C2410x嵌入式芯片，實時、開放源碼的多操作系統(tǒng)μC/OS-II、μCLinux和Linux）。經過幾年的教學實踐，課程的培養(yǎng)計劃也隨著課程的教學要求和學?！凹夹g立校，應用為本”的辦學指導方針做了一定的調整，以培養(yǎng)21世紀電子信息類高水平技術人才為目的，將嵌入式開發(fā)與應用課程建設成為我院具有特色的專業(yè)課程。在教學實踐中發(fā)現存在一定的問題。
（1）課程的體系規(guī)劃不斷變化
自嵌入式系統(tǒng)課程開課以來，課程的培養(yǎng)計劃也在不斷的變化中，以適應專業(yè)的培養(yǎng)目標和學校人才培養(yǎng)的需求。幾經調整之后，課程的設置基本穩(wěn)定。因為典型的軟硬件結合的特點，課程的設置主要從理論和實踐兩方面考慮，理論內容安排48課時3學分的內容，實踐內容安排了32課時1學分的實驗，這些是必修的嵌入式教學內容。此外，還可以在學生科創(chuàng)項目和畢業(yè)設計中加入相應的選修實踐內容。課程具體內容規(guī)劃如圖1所示。
圖1 課程體系規(guī)劃
教學課時調整的同時，教學內容和教學方法也在不斷的變化和改進，以適應教學目標的實現。
（2）課程實踐內容設置不合理
開發(fā)與應用課程典型的特點就是實踐性強，如何讓學生在掌握理論的基礎上形成實踐能力，是該類課程的教學難點，并且要做到和專業(yè)培養(yǎng)結合。主要考慮的就是實驗教學內容如何設置，才能和理論有機結合，達到培養(yǎng)目標。
二、課程系統(tǒng)的建設內容
1.建立合理的預備課程體系
嵌入式系統(tǒng)課程內容涉及廣泛，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)的原理和應用技術不是一兩門課程就能講授的，首先需要建立一個合理的嵌入式系統(tǒng)課程預備知識體系的教學來支撐嵌入式系統(tǒng)教學。
結合嵌入式系統(tǒng)的教學要求，需要有兩部分的預備知識儲備。一是硬件部分需要模擬電路、數字電路、計算機系統(tǒng)結構和微機原理課程的支持；二是軟件部分需要C語言、匯編語言、數據結構和操作系統(tǒng)的課程支持。這些課程不是為了嵌入式系統(tǒng)而重復開設的，而是結合嵌入式系統(tǒng)重新調整和優(yōu)化，以便于嵌入式系統(tǒng)的課程學習。
2.根據專業(yè)培養(yǎng)目標設置課程教學內容
嵌入式系統(tǒng)課程目前已經是各大工科高校必不可少的課程。課程教學的培養(yǎng)目標有兩方面：一是學生通過課程的學習能夠了解嵌入式系統(tǒng)的基本原理，熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的整體概貌，掌握某種嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建方法，熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的完整流程。這一部分是嵌入式教學的基本要求目標。二是在專業(yè)知識背景下能夠完成一個相對完整的小型應用系統(tǒng)的開發(fā)，為畢業(yè)后求職或創(chuàng)業(yè)提供一定的基礎。
針對專業(yè)培養(yǎng)目標與課程的性質，教學內容的設置主要分為兩部分：理論和實踐，這兩部分應該相輔相成，實踐內容幫助理論內容的理解，并且理論可在實踐中得到驗證和發(fā)展。如何設置兩者的內容就成了教學過程中的關鍵問題。
（1）理論教學環(huán)節(jié)
嵌入式系統(tǒng)內容多而泛，需要理論教學內容與實踐環(huán)境一致，才能使教學達到目標要求。依據實驗環(huán)境的配備以及與嵌入式主流技術一致的原則，確定理論教學環(huán)節(jié)一是掌握ARM嵌入式處理器的體系結構，匯編指令集以及在ARM體系下的嵌入式編程，使學生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式處理器的硬件開發(fā)平臺，硬件接口開發(fā)；二是Linux嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式軟件設計，以及Linux嵌入式系統(tǒng)開發(fā)舉例；三、系統(tǒng)設計過程中電磁兼容特性的影響和改善的措施。
（2）實踐教學環(huán)節(jié)
實踐教學的內容設置不僅要做到對理論教學的支持，還需要能夠調動學生的主動意識，更好的幫助教學目標的實現，同時兼顧學生的特點和專業(yè)方向，達到“由淺入深，由簡單到復雜”的多層次實踐教學內容。
首先是實驗課程教學，內容依照對比驗證、設計擴展和綜合應用三個層次來設置，這是實踐課程的必修環(huán)節(jié)。對比驗證實踐內容主要根據實驗室的標準配置，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本結構、編程方法和開發(fā)環(huán)境的使用等內容。設計擴展實踐內容和項目指實驗環(huán)境有擴展的空間，給學生發(fā)揮的空間。鍛煉學生獨立思考，獨立解決問題的能力。綜合應用實踐內容隨著理論知識的積累和基礎實踐的鍛煉，實踐內容應該以綜合性、系統(tǒng)級的為主，目的是鍛煉學生綜合運用知識的能力。
其次是可以通過科創(chuàng)、競賽或畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)，此為選修環(huán)節(jié)，針對基礎好的同學可以在通信專業(yè)方向上設置實踐內容，在這個階段，應該在工程和企業(yè)層面來要求學生，要引入設計說明書、設計流程圖、開發(fā)進度表、軟件工程控制文檔和測試報告等概念。
嵌入式系統(tǒng)課程體系的建立要從專業(yè)的培養(yǎng)目標出發(fā)，結合學校資源，建立符合相關專業(yè)培養(yǎng)方向的課程體系，以及適當的應用環(huán)境，體現課程的綜合性，經過幾屆學生的教學活動，該課程體系可以基本達到培養(yǎng)目標的要求。但由于師資和實驗設備等的局限，我們的課程體系還存在很多的不足，今后需要在師資培養(yǎng)和實驗環(huán)境上加大重視，將課程體系不斷完善，培養(yǎng)出有開發(fā)能力的嵌入式人才。
基金項目：嵌入式開發(fā)與應用課程建設（2012KCJS-11）；上海電機學院校級重點課程建設項目。
[中圖分類號]G643 [文獻標識碼]A
引言
隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應用，許多高等院校計算機、電子、軟件等專業(yè)針對市場需求，開設了嵌入式方向相關課程，然而同嵌入式技術的飛速發(fā)展和巨大的產業(yè)需求相比，我國高等教育體系下的嵌入式方向相關課程設置存在教學知識陳舊，缺乏實踐鍛煉，無法適應企業(yè)的實際需要等問題，本文首先結合我校辦學特色和實際教學情況，闡述了基于ARM體系的嵌入式方向課程設置與教學方案，進而探討了農業(yè)院校應用型計算機類嵌入式方向教學過程中存在的問題，最后對存在的問題給出了一些建議，對其他地方院校應用型嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才培養(yǎng)將起到一定的借鑒作用。
一、計算機專業(yè)嵌入式方向培養(yǎng)目標與課程設置
（1）計算機專業(yè)嵌入式方向培養(yǎng)目標
我校計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)整體目標是注重工程能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)目標，尤其側重嵌入式系統(tǒng)工程應用編程等軟件設計開發(fā)。根據學生的接受能力以及我校的辦學特色，具體嵌入式系統(tǒng)的學習體現層次性、漸進性、注重操作性，在教學中注重培養(yǎng)在農業(yè)領域中的嵌入式系統(tǒng)應用能力。
（2）嵌入式方向課程設置
我校于2012年購買了30套基于ARM體系的嵌入式開發(fā)實驗平臺設備，可實現每人一臺的教學環(huán)境，其中嵌入式開發(fā)平臺采用ARM11的UP-Magic6410核心開發(fā)板，所以嵌入式方向的課程設置都是圍繞ARM體系展開教學內容。
嵌入式方向課程設置遵循四個“1”，即“一種主流嵌入式微處理器、一門開發(fā)語言、一種嵌入式操作系統(tǒng)、一套開發(fā)工具”，嵌入式微處理器采用S3C6410X（ARM11），嵌入式開發(fā)語言主要以C語言為主，其他如匯編語言、C++語言、Java語言等為輔；嵌入式操作系統(tǒng)采用Linux；集成開發(fā)工具以ADS為主，輔助Windows CE開發(fā)工具，這樣就能達到系統(tǒng)學習嵌入式技術的要求。表1是我校嵌入式方向專業(yè)課設置時間和學時整體情況。
表1：專業(yè)基礎及專業(yè)課設置情況
嵌入式導論課程：介紹嵌入式的主要應用領域、嵌入式軟件開發(fā)的基本概念、嵌入式軟件開發(fā)的基本流程和基本方法、嵌入式系統(tǒng)的特點。
嵌入式操作系統(tǒng)課程：介紹嵌入式系統(tǒng)基本知識，嵌入式操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的差別。結合典型的嵌入式操作系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的基本構成、工作機制、系統(tǒng)移植剪裁和實時任務調度等內容進行介紹。我校根據具體情況選擇、Linux、WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)進行教學。
嵌入式程序設計基礎：介紹嵌入式系統(tǒng)體系結構、嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法、軟件編程及設備接口和驅動等。通過該課程的學習，學生了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設計方法學的概念、方法和工具嵌入式程序設計基礎，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理與設計開發(fā)思想，學生能完成簡單的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計。
JAVA開發(fā)語言：介紹Java語言的體系結構、Java語言的基本概念和程序設計的基礎知識、面向對象的程序設計的思路和方法。培養(yǎng)學生的編程能力，使學生能夠運用Java語言作為完成應用程序設計。
嵌入式接口技術：介紹鍵盤接口、LED顯示器接口、觸摸屏、通信接口、中斷接口、A/D和D/A轉換、ARM的JTAG接口。
嵌入式高級編程：介紹Android嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建的方法，項目結構；Android的體系結構，嵌入式軟件開發(fā)流程；嵌入式特性開發(fā)，多媒體開發(fā)，數據存儲開發(fā)，聯網開發(fā)等開發(fā)方法，學生通過實踐能達到獨立完成開發(fā)單機、網絡嵌入式軟件的能力。
嵌入式課程是實操性極強的課程，因此實踐教學在嵌入式培養(yǎng)體系中占有重要的地位，既是理論講解的驗證與升華，又是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和獨立分析解決問題能力的重要途徑。我校的嵌入式方向實踐教學課程設置時間和學時大致如下表2所示。
表2：嵌入式課程實踐教學設置情況
嵌入式操作系統(tǒng)實驗內容：典型的嵌入式操作系統(tǒng)的基本構成、工作機制、系統(tǒng)移植剪裁和實時任務調度等。我校根據具體情況選擇Linux嵌入式操作系統(tǒng)進行教學。
嵌入式程序設計基礎實驗內容：在現有的嵌入式開發(fā)平臺上完成嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法、軟件編程及設備接口和驅動等，學生掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設計方法學的概念、方法和工具嵌入式程序設計基礎，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理與設計開發(fā)思想，能完成簡單的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計。
JAVA開發(fā)語言實驗內容： Java語言程序設計的基礎知識、面向對象的程序設計的思路和方法，學生能夠運用Java語言作為完成應用程序設計。
嵌入式接口技術實驗內容：包括鍵盤接口、LED顯示器接口、觸摸屏、通信接口、中斷接口、A/D和D/A轉換、ARM的JTAG接口等實驗。
嵌入式高級編程實驗內容：基于Android嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建的方法；Android嵌入式軟件開發(fā)流程；嵌入式特性開發(fā)，多媒體開發(fā)，數據存儲開發(fā)，聯網開發(fā)等開發(fā)方法，學生通過實踐能達到獨立完成開發(fā)單機、網絡嵌入式軟件的能力。
二、三位一體的嵌入式課程教學體系建設
我校嵌入式系統(tǒng)方向學習側重嵌入式軟件設計部分，實驗室選用UP-Magic6410嵌入式實驗開發(fā)平臺，著重培養(yǎng)學生在該平臺下進行嵌入式Linux程序開發(fā)的相關環(huán)境搭建與軟件設計方法的能力。針對各模塊以及物聯網的應用背景，按照由淺入深，不同課程層次對應不同實驗項目等原則，循序漸進，逐步提高，以滿足不同階段的教學要求，為學生提高了動手能力，為進一步的實踐開發(fā)和畢業(yè)設計打下了良好的基礎，因此，我們提出了三位一體的嵌入式方向課程教學體系結構，如圖1所示。
圖1：嵌入式方向教學體系結構
（1）基礎型
基礎性包括基礎知識和基本技能，主要是為了滿足基本的教學要求和教學目標，課程包括ARM體系的基本知識、基本技能以及基礎類實驗的開展。
教師在基礎性課程實施時，可以根據各自的科研項目按照模塊化將案例分解到各個部分，鼓勵學生對實例所采用的技術和方案進行不同角度的評價，變被動知識灌輸為主動探索思考，使教學理論知識與科研實踐有機地結合在一起。
（2）提高型
提高型包括ARM體系基礎型知識的深化和提升，包括理論知識和實踐內容的進一步深化，理論知識包括嵌入式編程的設計思想和設計方法的提高，實踐教學包括設計類實驗，每個實驗課題規(guī)定1周或更長的時間讓學生動手設計開發(fā)嵌入式應用程序，在強調基礎性知識掌握的同時，鼓勵學生創(chuàng)新的綜合設計。使得學生既掌握了一些具體的通用的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法，也能發(fā)揮主觀能動性，獨立設計并實現較完整的嵌入式系統(tǒng)，激發(fā)學習、創(chuàng)造熱情。要求學生課外查找資料進一步地學習，引導學生進行主動性學習，對某些問題進行深入的分析研究，進而提出自己的設計思想，教師全程指導學生答疑指導工作，啟發(fā)學生進行嵌入式編程，為學生提供一些解決問題的方法。
（3）綜合型
綜合型主要指的是依托科研項目實踐來鍛煉和提高學生動手能力?？蒲许椖靠梢园ń處煹目蒲许椖?、學生的科研項目以及依托科研項目或實踐基地完成的畢業(yè)設計項目。
嵌入式方向課程授課教師可以鼓勵學生參與到教師科研項目之中，如筆者主持的嵌入式系統(tǒng)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應用項目，學生直接參與到前沿的課題和項目中去，成立了興趣小組，將溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)分解成若干子題目，交由各興趣小組，模擬項目的形式實踐開發(fā)，真正做到“在學中做，在做中學”，以務實的項目培養(yǎng)學生的實踐科研能力。
近年來，北京地區(qū)大學生課外科技活動開展的力度逐年加大，筆者指導的學生主持的北京市大學生科研計劃，利用嵌入式平臺，對溫室環(huán)境等參數檢測，進而對溫室大棚實現智能化控制，學生在該課題中，運用所學理論知識，系統(tǒng)的完成了整個項目，獲得了北京市大學生科研計劃成果二等獎，尤其值得一提的是，畢業(yè)的學生在擔任京郊村官期間，將課題成果應用于所服務的村鎮(zhèn)，取得了良好的效果。實踐證明，鼓勵學生參與課外科技活動，將會拓展學生的知識體系，并學以致用，對進一步提高學習興趣以及培養(yǎng)合作精神發(fā)揮了至關重要的作用。
學生的畢業(yè)設計是所學知識的綜合運用的過程，學生從事的畢業(yè)設計已經不僅僅是課程實踐教學，而且還是從事科學研究的過程。為了保證提供充分的畢業(yè)設計時間，提高設計論文和專業(yè)課的學習質量，做到有的放矢，我們將畢業(yè)論文提前到第七學期安排任務，進行設計任務的前期準備及調試工作。
三、建議
（1）采取層次化的知識體系
嵌入式方向的理論知識體系體現專業(yè)基礎知識、專業(yè)綜合知識、專業(yè)系統(tǒng)知識由易到難的漸進性和層次化。
專業(yè)基礎知識包括嵌入式導論、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式程序設計基礎等課程，這些課程的學習包括嵌入式系統(tǒng)基本概念、典型的嵌入式操作系統(tǒng)的基本構成、工作機制、系統(tǒng)移植剪裁和實時任務調度等；嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法、軟件編程及設備接口和驅動等內容。學生通過這些課程的學習目標是掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設計方法學的概念、方法和工具嵌入式程序設計基礎，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理與設計開發(fā)思想，能完成簡單的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計。
專業(yè)綜合知識包括嵌入式高級編程、通過實踐課程獲得的綜合性知識。這些內容包括智能終端的嵌入式軟件開發(fā)方法、編程開發(fā)流程；數據存儲開發(fā)、聯網開發(fā)等開發(fā)方法，學生通過學習能達到獨立完成開發(fā)單機、網絡嵌入式軟件的能力。
專業(yè)系統(tǒng)知識包括基于行業(yè)背景的嵌入式軟件開發(fā)知識，這一層次是通過專業(yè)實習和畢業(yè)設計的環(huán)節(jié)完成的，也就是通過實踐綜合完成的項目后獲得的知識，這不僅涵蓋了符合社會需求的嵌入式方向的新知識、新技術，還包括企業(yè)的項目實施機制等無法從學校課本學習到的知識，為學生順利走向社會工作崗位提供了重要的支持。
（2）采取多方位的實踐教學體系
嵌入式系統(tǒng)作為實操性極強的課程，通過強化夯實基礎實驗、豐富實踐綜合教學內容，獲取更多的實踐項目的多方位立體化實踐教學模式對培養(yǎng)高素質嵌入式系統(tǒng)人才至關重要，目前，我院嵌入式實踐教學改革還處在起步階段，今后我們將在智慧農業(yè)背景下，立足于農業(yè)院校發(fā)展特色，將嵌入式系統(tǒng)實驗實踐體系作進一步完善，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和獨立分析解決問題能力。
針對在校學生缺少行業(yè)背景知識這一問題，需要大力開展與企業(yè)的相關合作，直接把學生派到企業(yè)進行16周的專業(yè)實習甚至12周的畢業(yè)設計，在工程實踐項目選擇上，應該盡量選擇企業(yè)的實際項目，盡可能覆蓋嵌入式領域的內容，比如嵌入式項目一般包括需求分析、硬件平臺設計、軟件平臺設計（包括嵌入式OS的選擇）、應用程序的開發(fā)與系統(tǒng)測試等多方面，使學生能夠通過查閱一定的資料，利用所學的知識解決工程實際中的問題。學生在實踐工程項目中完成畢業(yè)設計和論文，綜合能力得到極大的提升，同時學生可以掌握企業(yè)項目的實施機制，為畢業(yè)后快速進入項目開發(fā)打下良好和基礎，從而實現人才培養(yǎng)和社會需求的無縫對接。
四、結語
隨著嵌入式技術的高速發(fā)展，嵌入式方向課程體系也應不斷改進與之相適應。本文從ARM體系的嵌入式方向培養(yǎng)目標出發(fā)，提出了三位一體的課程體系結構，采取層次化理論知識和多方位的實踐教學方式，使學生在學校就具備扎實的專業(yè)知識和技能，最后將學生送入實訓基地做企業(yè)實際項目，為學生走向工作崗位打下良好的基礎，最終達到計算機專業(yè)嵌入式方向的教學和培養(yǎng)目標。
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嵌入式系統(tǒng)己被廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設備、醫(yī)療儀器等眾多領域。隨著社會的快速發(fā)展，行業(yè)對嵌入式技術人才的需求日益增加。嵌入式系統(tǒng)和相關技術受到廣大工程技術人員和教育者的關注，正成為新興的熱門領域。與傳統(tǒng)8位單片機嵌入式系統(tǒng)相比，以32位微處理器為核心構成的嵌入式系統(tǒng)的顯著特點是具有自己的操作系統(tǒng)和應用軟件，在實現復雜多任務功能時具有明顯優(yōu)勢。兩者在系統(tǒng)構成和研發(fā)方式上都明顯不同。近年來，國內高校陸續(xù)開展嵌入式技術相關課程的教學。但由于嵌入式技術覆蓋的知識面較廣，各高校不同專業(yè)對嵌入式系統(tǒng)教學的相關理論教學內容的選擇、實驗教學與實踐環(huán)節(jié)的組織，依然處于不斷探討和修正的階段[1-3]。
本文主要針對我校自動化專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學，從課程定位、課程內容、教學手段、課程考核等方面進行探討。
1嵌入式技術課程體系及其在本專業(yè)的定位研究
嵌入式系統(tǒng)不是一個獨立的學科。2004年，IEEE和ACM對計算機專業(yè)本科教育的課程體系進行設置，并認為嵌入式系統(tǒng)的課程應包括以下內容：嵌入式的發(fā)展歷程和概述、嵌入式微處理器、嵌入式軟件設計、實時操作系統(tǒng)、低功耗計算、系統(tǒng)可靠性設計、設計方法學、嵌入式系統(tǒng)設計工具、嵌入式多處理器系統(tǒng)設計、網絡化嵌入式系統(tǒng)、接口和混和信號系統(tǒng)等[4]。據此可看出嵌入式技術是一項綜合性非常強的技術，涉及的知識面很廣，既涉及底層微處理器及硬件接口設計，又涉及上層應用軟件設計，同時涉及信號的采集與處理技術、網絡傳輸技術、可靠性設計技術，等等。
除了嵌入式專業(yè)外，相關專業(yè)本科階段的嵌入式系統(tǒng)課程學時都非常有限，多則48學時，少則32學時。在有限的學時里，完成這么多內容，學生無法充分消化所學知識，老師授課也很困難，由此，學生會產生畏難情緒，影響今后的學習。因此，我們認為教學內容的選取是課程首先需要解決的問題，它取決于課程在本專業(yè)的定位，而定位的重要依據應是用人單位對嵌入式人才的需求。
一般來說，一個典型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)涉及以下3個方面。
1) 嵌入式系統(tǒng)設計：包括嵌入式處理器及設備接口硬件平臺的構建和操作系統(tǒng)的裁剪和移植；
2) 嵌入式驅動開發(fā)：包括特定操作系統(tǒng)下設備驅動程序的設計開發(fā)；
3) 嵌入式應用開發(fā)：包括基于特定軟硬件平臺的應用或控制軟件的設計開發(fā)，包括網絡、圖形等。
因此，相關企業(yè)也是從嵌入式系統(tǒng)設計工程師、嵌入式驅動開發(fā)工程師、嵌入式應用開發(fā)工程師3個不同方向招收相關技術人才。從業(yè)者大多來自電子類和計算機類的相關專業(yè)。
在參加相關課程教學研討會、與兄弟院校教師交流、借鑒先期開設嵌入式系統(tǒng)設計學校課程設置，及學生學習效果討論的基礎上，我們結合上述企業(yè)需求，從學生特點出發(fā)，對本校自動化專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程進行如下定位。
1) 與計算機專業(yè)相比，自動化專業(yè)學生的優(yōu)勢偏硬件，從利于學習的角度考慮，我們將課程重點放在培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設計能力和驅動開發(fā)能力上；
2) 將相關嵌入式知識依難易程度劃分成基礎學習和深入進階兩個階段，在本科生和研究生中開展系列教學。根據學生在不同學習階段的特點和基礎情況，在本科生高年級階段和研究生階段按不同側重點安排教學內容和實驗內容。
在本科生高年級階段，我們以激發(fā)學生學習興趣為主，主要是為學生今后進一步深入學習打基礎。自動化專業(yè)一般應在大三下或大四上安排嵌入式系統(tǒng)設計的相關課程。此時，學生一般已具備模電、數電、單片機與微機原理、C語言編程、自動控制原理等基礎知識，但對于軟件工程和操作系統(tǒng)，特別是嵌入式操作系統(tǒng)的知識卻相對比較缺乏，反映到嵌入式系統(tǒng)研發(fā)上，就是缺乏比較完善的知識結構，即只了解硬件，不了解軟件，只了解傳統(tǒng)51單片機系統(tǒng)的編程模式，而缺乏“有操作系統(tǒng)的”嵌入式編程的概念。
因此，我們認為學生沒有必要在學習階段掌握所有和嵌入式相關的知識。根據學生的基礎，本科生階段的課堂講述和相關實驗重點應放在嵌入式系統(tǒng)設計和簡單驅動程序的開發(fā)上，對操作系統(tǒng)移植只作一般性介紹，不做重點詳細講解。教學的重點是使學生了解典型嵌入式系統(tǒng)的構成和研發(fā)方式，特別是開發(fā)環(huán)境的建立和研發(fā)過程中相關工具軟件的使用。對于初學者暫時用不到，且目前理解困難的知識點，教師要用簡單的例子來說明，讓學生明白這些知識點是何時、如何在嵌入式系統(tǒng)研發(fā)過程中起作用，而更深更細的內容我們不必深究。同時，我們要讓學生了解他們正在學習的內容在整個嵌入式技術中所處的位置，了解課上未涉及內容的獲取途徑，鼓勵學生上網查找資料解決問題，教師可提供一些好的學習網站供學生平時學習瀏覽。
研究生階段，我們可在本科生教學的基礎上進一步向縱深方向擴展各部分內容，同時進一步安排若干大作業(yè)，并讓學生組成項目小組，根據個人興趣，組員分別負責系統(tǒng)設計、驅動開發(fā)和應用程序的開發(fā)，在項目實現的過程中，進一步學習相關知識并體會工程概念。
有了這樣的課程定位，我們就可進一步進行教學內容和實驗內容的選擇和安排。
2嵌入式系統(tǒng)理論教學內容的選擇
我們在理論教學內容的選擇上應側重系統(tǒng)設計和驅動程序開發(fā)的相關知識。在眾多嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)中，選擇應用廣泛的Linux操作系統(tǒng)和ARM處理器作為軟硬件平臺。
我們應以學生比較了解的硬件為學習嵌入式技術的出發(fā)點，選擇當前主流嵌入式微處理器(如SUNGSAM公司的S3C2410芯片)，讓學生先掌握底層核心硬件及外設接口部件的無操作系統(tǒng)簡單編程，再將它們組合起來構成一個相對復雜的軟件系統(tǒng)，其實，這就是Bootloader的雛形，通過這種方式使學生輕松過渡到理解和編寫自己的Bootloader，進而編寫基于操作系統(tǒng)的驅動程序，并有機會深入鉆研操作系統(tǒng)內核。
對于系統(tǒng)移植，我們只給出一般性介紹，不做重點詳細講解。實驗中直接利用移植好的系統(tǒng)。
對于嵌入式驅動部分，我們在本科階段只進行簡單字符設備驅動程序的介紹，讓學生掌握設備驅動程序工作的基本原理、掌握字符設備驅動程序的基本架構、相關數據結構和訪問控制，會編寫字符設備驅動程序。
大多例程都進行無操作系統(tǒng)和有操作系統(tǒng)兩種情況下的編程，通過比較簡單的例程讓學生更好地理解兩種編程方式，尤其是理解有操作系統(tǒng)時應用程序系統(tǒng)調用與驅動程序間的關系，從而實現復雜應用的編程。
有些觀點認為在高校嵌入式教學中注重處理器硬件結構和ARM指令的講解上是浪費時間，對此，我們認為要一分為二地看。如果學習者主攻方向為Bootloader和底層驅動，那么，必須花費相當的時間和精力才能掌握。目前，嵌入式應用的主流處理器在體系結構上采用的哈佛結構和更深流水線架構甚至超深流水線、跳轉預測、單指令多數據等復雜技術，如果不進行詳細講解，學生很難理解透徹。當沒有操作系統(tǒng)時，嵌入式處理器就是一個功能強大的單片機，完全可以用于工業(yè)控制，那么，只有充分了解相關處理器的硬件結構和運行機制，才能很好地利用它完成所需功能；當有操作系統(tǒng)時，對開發(fā)人員來說，不論編寫B(tài)ootloader還是驅動程序，都需要對處理器及其相關接口具有相當的了解才能完成；但典型系統(tǒng)硬件組成比較復雜，全部在課堂上講解不可能也沒有必要。我們認為講解嵌入式處理器及其指令系統(tǒng)時最好結合Bootloader。將Bootloader第一階段匯編程序部分用到的硬件進行比較詳細的講解，可以為學生理解和編寫B(tài)ootloader創(chuàng)造條件，學生有了這部分的學習經驗，對底層硬件中其他部分的自主學習也會變得順利。
3嵌入式系統(tǒng)實驗教學內容的設計安排
嵌入式系統(tǒng)課程實驗依托本校實驗中心嵌入式系統(tǒng)實驗室，該實驗室配備多套北京博創(chuàng)公司的UP-NETARM2410-s試驗箱，可用于相關教學和實驗。
實驗內容的安排與理論教學內容相輔相成，主要是加深對課堂教學內容的理解。
由于學生沒有操作系統(tǒng)的知識，在課程初期，我們從應用角度先簡單介紹Linux操作系統(tǒng)的安裝和配置方法及主要命令，同時，讓學生在課下加以學習和體會，彌補這部分知識的不足。
在實驗中，對于無操作系統(tǒng)的實驗，我們強調學生自己動手編寫程序，然后調試，以此熟悉底層硬件的調試環(huán)境和調試方法。所涉及的硬件操作應盡量簡單，主要目的是讓學生了解方法。
帶操作系統(tǒng)后的程序一般比較龐大，對這類實驗，我們主要強調對程序結構的理解，以驗證為主，在此基礎上，增加一些簡單功能，讓學生熟悉嵌入式系統(tǒng)軟硬件工作機制和設計流程。這樣既可以對嵌入式系統(tǒng)研發(fā)中所涉及的硬件接口、操作系統(tǒng)移植、底層驅動、應用程序設計環(huán)節(jié)及流程都有模塊化了解，又可為今后根據個人興趣進行更進一步的學習建立概念。另外，有興趣的同學也可在畢業(yè)設計階段進行相關選題的實現，繼續(xù)進一步學習嵌入式技術。
由于現有實驗設備廠家提供的實驗指導書不能完全滿足使用要求，對此，我們針對教學內容重新設計實驗，并編制相應的實驗指導書，方便學生學習和驗證。
4教學手段和課程考核方式
4.1強調對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具、基礎實驗及調試方法的重視
嵌入式系統(tǒng)學習強調實驗，然而，嵌入式系統(tǒng)的代碼規(guī)模較大，本科生實驗學時有限，課堂實驗應多以驗證性實驗為主。因此，學生必須認真對待基礎實驗，通過基礎實驗熟悉開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具及程序調試方法，為自主學習打下基礎。
在嵌入式學習過程中，實驗課對學生有非常重要的意義，但是，學生在實驗中如果只是根據實驗指導書所描述的原理和步驟，按部就班進行操作，那么，他們也只能得到一些實驗結果，卻無法了解具體實現細節(jié)，基本達不到實驗的目的。要想通過實驗真正達到學習的目的，學生必須扎扎實實地從基礎實驗做起，不僅要了解實驗原理和步驟，還要認真研究實驗程序，搞清具體的實現細節(jié)，并在開發(fā)環(huán)境中利用各種工具對各個細節(jié)加以調試和驗證，從中不斷發(fā)現問題、思考問題、解決問題，學習別人的編程方法和程序撰寫風格，逐步建立工程概念，達到學習的目的。每一個基礎實驗都有其學習重點，或針對某一具體硬件接口，或針對某種訪問方法，只有掌握了相關基礎硬件操作方法和實驗方法，才能通過實驗來學習和研究新器件、新原理、新方法，才能進行綜合設計、才能談到創(chuàng)新。本科生嵌入式課程總課時少、實驗課時有限、課下自主學習時間不能保證，因此，認真做好基礎實驗、熟悉開發(fā)環(huán)境和掌握開發(fā)調試實驗方法，對學生今后進一步學習非常有益。
對嵌入式技術興趣濃厚的學生，我們可指導其在課余或畢業(yè)設計時進行綜合性項目實踐，將任務按處理器及硬件接口設計、系統(tǒng)移植、驅動程序設計、應用軟件設計等劃分成若干模塊，讓學生分工合作，在實踐過程中深入學習。
4.2通過學生自己的設計實例演示激發(fā)學生的學習興趣和學習信心
嵌入式技術內容多、學時少，學習難度大。因此，本科教學應以實際應用為主選擇教學內容，加強實驗，理論教學和實驗各占20學時。同時，由于嵌入式系統(tǒng)與特定行業(yè)應用密不可分[5]，泛泛的教學很難激發(fā)學生的興趣。為提高學生學習興趣，我們可以利用畢業(yè)設計對學生感興趣的消費類電子產品，如家庭安防系統(tǒng)、mp3、mp4、學生信息管理系統(tǒng)進行先期研發(fā)，并在完善后將其在教學中給學生演示，以激發(fā)學生學習興趣，讓學生有一個感性認識，并作為嵌入式系統(tǒng)設計實例進行詳細分析。雖然上述示例中的內容學生比較熟悉，但是，如果它們是由學生親自動手設計制作，其意義就不同了，它不僅大大激發(fā)了學生的學習興趣，也大大提高了學生課堂學習積極性。
4.3考核方式設計
我們在考核方式上采用筆試+實驗的形式，筆試題目主要考察基本概念，實驗考核方式則是將實驗題目按難度分成若干等級，等級越高分值也越高，學生可自由選擇實驗等級，依完成程度在相應等級內得分，以此鼓勵學生多學習、多實踐。
5課程的長期建設問題
隨著社會的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)課程越來越重要。嵌入式系統(tǒng)課程要想持續(xù)發(fā)展，必須具有一支實踐經驗豐富的教師隊伍，實驗訓練設備和場所要有保證；同時，我們應鼓勵教師引導學生參加嵌入式系統(tǒng)設計大賽，在大賽中鍛煉學生，也鍛煉教師。目前，我校在這些方面都還處于起步階段，需適當加大這些方面的人力物力投入，逐步建立校內外實訓基地。
由于一門課程涵蓋的內容有限，因此需要對嵌入式系統(tǒng)課程體系進行深入研究，將嵌入式系統(tǒng)課程體系中的某些內容與現有教學計劃中相關課程內容進行合理拆分和組合融合，或適當增加一兩門選修課，使嵌入式系統(tǒng)設計課程在自動化專業(yè)的教學更加順暢，學生的知識結構更加合理，更加適應社會的需求。
嵌入式技術綜合性強、涉及知識面廣，要想在一門課程里覆蓋所有內容不現實。本文在分析企業(yè)對嵌入式技術人才需求的基礎上，結合本校自動化專業(yè)學生的知識結構特點，進行課程定位，并對嵌入式系統(tǒng)課程教學過程中教學內容選擇、實驗設計、教學手段及考核方式等相關問題進行論述。本文提出的方法，在中國地質大學(武漢)自動化專業(yè)本科選修課教學及畢業(yè)設計中進行了實施，學生在40學時的課程學習中，對嵌入式系統(tǒng)設計中包括嵌入式處理器及設備接口硬件平臺的構建和操作系統(tǒng)的裁剪和移植及Linux下設備驅動程序的設計開發(fā)的流程和方法有了基本的認識和了解，為后續(xù)進一步學習打下了基礎，達到了課程設置的目的。實踐表明，本文提出的有關嵌入式系統(tǒng)教學思路和方法切實可行、行之有效。
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New Thinking on Automation Undergraduate Teaching Issues Related to Embedded Systems
ZHANG Lijun
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）42-0156-02
《嵌入式應用》是許多高職高專電子信息工程技術專業(yè)和物聯網應用技術專業(yè)的專業(yè)核心課程。該課程的教學改革是這兩個專業(yè)的教學改革的重要組成部分。由于該課程涉及的教學內容范圍很廣、難度很高，教材各單元之間的邏輯關系是簡單的堆砌、繁縟的羅列，所以很多學生對該課程產生畏學、厭學情緒。本文結合筆者在教學實踐中的改革，基于行動體系的教學模式對《嵌入式應用》課程進行開發(fā)。讓教師成為學習過程的組織者與協(xié)調者，指導學生通過一系列的動手實踐活動而掌握職業(yè)技能、習得專業(yè)知識。讓學生成為學習過程的中心，即行動者，通過“反思性實踐”，解決特定的個人的問題，通過自我調節(jié)的學習行動去構建知識及經驗體系[1]。
一、課程內容設計的改革
1.崗位需求及能力分析。通過對珠三角等城市的電子企業(yè)進行調查可知，嵌入式應用主要涉及的典型工作崗位包括電子產品生產、安裝和調試員、電子產品營銷和技術支持員、PCB設計員、嵌入式硬件測試員、通信和安防技術員以及家電維修技術員。
這些崗位要求學生具有介紹和銷售嵌入式產品能力、繪制和修改嵌入式產品PCB板能力、安裝和維護嵌入式產品能力、嵌入式產品軟件開發(fā)能力、嵌入式產品軟硬件調試能力等等。（1）介紹和銷售嵌入式產品：要求學生了解產品的各項功能以及技術指標，并能用流利而清晰的語言表達出來;與客戶交流時表現良好的態(tài)度，以誠信經營為基本原則推銷產品。（2）繪制和修改嵌入式產品PCB板：要求學生會安裝和使用常見的電子CAD軟件，根據客戶的要求繪制或修改PCB電路圖。（3）安裝和維護嵌入式產品：要求學生根據產品說明書把產品正確安裝并運行起來;能夠查找、分析故障原因，排除故障。（4）嵌入式產品軟件開發(fā)：要求學生會安裝和使用常見的嵌入式軟件開發(fā)軟件，在嵌入式軟件工程師的指導下完成一些基本的軟件開發(fā)工作。（5）嵌入式產品軟硬件調試：要求學生學會產品的軟件與硬件的聯調方法，在遇到產品調試問題時，能夠分析和確定是硬件設計問題還是軟件設計問題，并指出問題的產生原因、發(fā)生過程以及解決意見。
2.人才培養(yǎng)目標。根據多元智能理論，人類智能是多元的，個體身上獨立存在著語言智能、音樂智能、數理邏輯智能、視覺窨智能、人際關系智能、內省智能、肢體運動智能等七大智能[2]。不同的教育對象因擁有處于不同水平的七大智能結構而產生較大的差異。對于技工學校、職業(yè)高中、中專學校、職業(yè)中專、高職高專院校以及高等本科院校，不同使用同一教學模式與教學方法。高職高專院校傾向于職業(yè)教育，應抓對學生的智能結構，因材施教，才能培養(yǎng)出滿足社會對高職高專學校的人才需求。職業(yè)教育的培養(yǎng)對象，主要能傾為形象思維，培養(yǎng)目標應為技術型、技能型、技藝型的人才。依據多元智能理論，通過對職業(yè)院校學生的智能類型的準確定位，可以得到這樣的結論：就業(yè)導向的職業(yè)教育課程，應以從業(yè)中實際應用的經驗和策略的習得為主、以適度夠用的概念和原理的理解為輔，即以過程性知識為主、陳述性知識為輔[3]?！肚度胧綉谩氛n程根據崗位需求、能力分析以及教育對象的智能類型確定課程目標：課程緊緊圍繞著工作任務、企業(yè)研發(fā)項目和典型產品案例，在學習過程中突出對學生職業(yè)能力的訓練，讓學生掌握eclipse等嵌入式開發(fā)工具的使用方法，能夠安裝、調試與維護基于ARM內核的嵌入式產品，能夠設計一些簡單的Android操作系統(tǒng)APP軟件，并運用良好的語言和文字把嵌入式產品的功能和技術指標等信息表達出來，學會團隊協(xié)作、自主創(chuàng)新、解決實際問題的能力，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德。
3.學習情境開發(fā)。學習情境的選擇應遵循情境性、科學性和人本性原則。知識主要分為兩類：陳述性知識和過程性知識。陳述性知識主要用來說明事物的性質、特征和狀態(tài)，主要解決“是什么”和“為什么”的問題。過程性知識主要用來指出通過某種作業(yè)形式間接推測其存在，主要解決“怎么辦”和“怎么做更好”的問題。在實際工作過程中，這兩類知識往往是結合在一起的。最初要理解“是什么”和“為什么”的陳述性知識，然后再利用過程性知識實現“怎么辦”和“怎么做更好”，最后學習者所掌握的過程性知識也會促進新的陳述性知識的學習。在學習過程中，還要注重人本性的體現，培養(yǎng)正確的社會能力，樹立正確的人生觀和價值觀，提高個體的綜合素質能力。
學習情境的設計需要對教材內容進行知識序化?！肮ぷ鬟^程系統(tǒng)化”要求課程開發(fā)必須解決兩個問題：一是課程內容如何選擇，二是課程內容如何排序[4]。教材是教育對象的重要學習資料。在由實際情境構成的以過程邏輯為中心的行動體系的職業(yè)教育中，簡單地講述教材各章節(jié)的知識點無法讓學生習得過程性知識?；诠ぷ鬟^程系統(tǒng)化的知識序化，應該根據課程的教學目標，選擇合適的教學內容。如果教材的內容無法滿足課程的教學目標，就需要將“課外知識”轉變成“課內知識”。這里將嵌入式產品的安裝與調試等相關內容增加到課程內容。將教材各單元的應用例子組織成“課內線”，再利用教材學習到的知識點再遷移到以酒店管理系統(tǒng)為主題的“應用線”，再結合“課內訓練―課外項目-企業(yè)實習的”技能訓練環(huán)和“學習指導-論壇交流-海量資源-創(chuàng)新活動-進階訓練-企業(yè)項目”的資源平臺環(huán)，最終形成“雙線雙環(huán)”教學模式[5]。以酒店管理系統(tǒng)為主題的綜合應用案例遵循由淺入深、循序漸進、由易至難、由簡單到復雜的原則，包括“歡迎用戶”、“聯系酒店”、“員工信息添加”、“員工信息管理”、“消防管理”以及“酒店介紹”六大學習情境。雙線教學模式讓學生既能掌握教材各單元的知識與技能，更學會知識與技能的遷移應用，并且不是簡單地重復學習內容，而是將知識與技能應用到更為完整的綜合應用案例中。
二、教學方法和教學手段的改革
1.堅持“教、學、做”一體化的教學方式，注重培養(yǎng)學生的動手實踐能力。在教學過程中，以項目為載體的情境化教學設計教導學生本單元的教學內容和教學目標，先學會如何實現“課內線”，再引導學生完成“應用線”，讓學生以學中做、做中學、再學中做的學習方式完成學習過程。校內實訓室為課題的“教、學、做”一體化的教學方式提供了典型的軟硬件學習環(huán)境。
2.堅持項目小組教學法，注重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)調、語言溝通能力。將學生以2―3人分為一組，分組時可以自由組合，但要兼顧學習水平較差的學生不能抱團。在學習過程中，學生可以分組討論、分組講解、相互評分。分組教學讓學生之間能夠相互討論、相互學習，在“一人計短，兩人計長”的學習氛圍下，學生更容易完成學習項目，自信心也在積累中，學習積極性也在不斷提高。組內如何領導組員參與學習，如何分工完成項目，也能細分地挖掘學生的個人專長。
3.堅持項目驅動教學法，注重培養(yǎng)學生完成一個完整作品的綜合能力。許多應用例子是從一個完整作品中分割出來的，專注某個知識點進行單獨學習。而一個作品要求學習者在考慮問題方面更全面，知識遷移能力更高。學習者學習“課內線”的全部例子是整個學習過程的基本要求。在實際中，企業(yè)不可能要求學生按照教材內容重復實現一次。企業(yè)產品不斷在創(chuàng)新，這要求勞動者將原來的知識應用到新的場合中。
四、考核方式的改革
考核方式由過程性考核、結業(yè)性考核和綜合性考核組成。過程性考核主要考查學生完成每一個子項目時的表現和學習效果，占40%;結業(yè)性考核是隨機抽取一個子項目作為期末實操考核，占40%;綜合性考核主要考查學生完成一個完整功能作品時的表現和學習效果，占20%。在考核過程中，均要求學生完成對嵌入式產品的操作、講解產品的功能和技術指標、上交項目報告。教師會根據學生的學習過程中的表現給出成績。
經過近幾年的教學實踐證明，基于行動體系對《嵌入式應用》課程進行開發(fā)，不僅調動學生的主觀能動性，提高學生完成項目的自信心，還提高學習積極性，增強學習氛圍。
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Development and Practice of Embedded Application Curriculum Based on the Action System
LIANG Wen-zhen
隨著物聯網的推進，嵌入式系統(tǒng)以不可阻擋的勢態(tài)迅猛發(fā)展，作為進軍物聯網橋梁的《嵌入式系統(tǒng)》課程也被高校重視起來，高校是勞動力市場供給方，是培養(yǎng)和供應嵌入式技術人才的重要來源，高校也都在想方設法進行教學改革，注重對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，面向社會，進一步適應市場需求，培養(yǎng)社會所需的技術人才。強化教學內容的實踐性和前沿性，同時也加大與合作企業(yè)教師引進的力度。這里以《嵌入式系統(tǒng)》課程為切入點，對傳統(tǒng)課程教學模式的優(yōu)、缺點進行分析，肯定了面向市場需求的課程教學模式的優(yōu)點，總結出面向市場需求的《嵌入式系統(tǒng)》課程一體化教學模式的亮點，為其他課程進行課程一體化課程教學模式的改革與創(chuàng)新提供了理論依據。
一、傳統(tǒng)課程教學模式的優(yōu)、缺點
任何事情的發(fā)展都是雙向的，有對有錯，有優(yōu)點也存在缺點，傳統(tǒng)課程教學方法經過教育教學工作者的繼承和發(fā)揚，有優(yōu)勢同時存在不足之處，這里進行分析：
（一）傳統(tǒng)教學優(yōu)點
在信息技術不成熟的時代，傳統(tǒng)教學的優(yōu)點就體現出來，教學老師是占主導地位，由于學生從外界所能獲取的信息較少，學生對老師的依賴性很強，老師上課過程中就能很好地體現教師情感；老師上課過程中所需要的教學器材成本低，易推廣實施；老師所講的教學理念容易實施，老師上課的權威性就能發(fā)揮的淋漓盡致；學生依賴老師建立完整的知識結構與體系；這種以教學內容的穩(wěn)定性和單一性為基本出發(fā)點，以知識記憶和再現為基本學習目標，強調掌握知識的數量和準確性，強調對過去知識的記憶，強化知識的積累過程，學生能在此環(huán)境下靜心學習，能掌握知識的要領，對知識的記憶的能力得到加強。
（二）傳統(tǒng)教學缺點
傳統(tǒng)教學的優(yōu)點是不能否認的，但缺點也是不可忽視的，這里要辯證地去對待，要根據大環(huán)境的變化實時應對，信息時代下，傳統(tǒng)教學已經不能適應現代教育教學的需要，不能重視傳授知識，忽略學生個體發(fā)展能力的培養(yǎng)。在教學方法上，理論與實踐的脫離；在教學內容上，單一的教學內容與時代脫軌；在教學形式上，單一化、模式化的教學讓學生對學習失去興趣；在師生關系上，重教師的傳道，忽視學生學習的主動性，這在某一種程度上，壓抑著學生內在學習的潛力，使學生產生抵觸的學習情緒，對學習產生厭惡感，從而阻擋學生學習的通道。
二、面向市場需求的課程教學模式的優(yōu)點
高校所做的培養(yǎng)方案一定要跟上市場的節(jié)拍，不能忽略市場的需求，對于高校的人才儲備庫，要能根據社會需求自動調整，而不是傳統(tǒng)的一套，或者把傳統(tǒng)的部分全部丟棄，全部重新洗牌，這種做法都是片面的，要能根據所需實時進行調整，傳統(tǒng)好的部分是可以借鑒的，做到有智慧地吸取精華，剔除糟粕。根據社會的需求進行調整。
（一）所學有所用
面向市場需求的課程教學模式重視學生的全面發(fā)展，要培養(yǎng)學生學習的興趣，興趣能調動學生學習的積極性，開發(fā)學生內在的潛能。根據市場的需求培養(yǎng)學生學習的能力，注重學生學習的過程，同時要提升學生的應用能力，使所學有所用，應用價值得到了體現，學生就愿意花時間花精力有目的地學習。
（二）超越教材
面向市場需求的課程教學模式，重視學生掌握獲取知識的方法，教學不脫離社會與人的發(fā)展的實際要求，使學生讀活書，活讀書，提升學生思維和創(chuàng)新能力，超越教師和教材。知識在內容上包含著深刻的思維和豐富的智慧，而在形式上，卻是簡單、呆板、現成的結論。傳授知識絕不意味僅僅展現教材上現成結論和現成論證在形式上的匯聚，而應重在揭示隱含在其中的有豐富內容的思維過程，并引導學生的思維深入到知識的發(fā)現或再發(fā)現的過程中去，惟其如此，學生才能真正理解和掌握知識，并把教材上的智慧轉化成自己的智慧。
（三）理論融合實訓
把理論與實訓融為一體，讓學生在真實的環(huán)境中學習專業(yè)知識，掌握專業(yè)理論，培養(yǎng)專業(yè)技能，從理論到實訓形成一個完整的、全面的知識架構。
通過所學有所用、超越教材、理論融合實訓等環(huán)節(jié)可以使學生有很好地適應工作環(huán)境，并能發(fā)揮出自己最大的優(yōu)勢，能與市場無縫的鏈接，更好地融入市場。
三、面向市場需求的《嵌入式系統(tǒng)》課程一體化教學模式的亮點
嵌入式系統(tǒng)課程是高年級本科生和研究生的課程，隨著信息技術的發(fā)展，嵌入式技術的應用領域越來越廣泛，嵌入式技術人才的社會需求越來越強。高校注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，面向社會，進一步適應市場的需要，培養(yǎng)社會所需要的技術人才。安徽新華學院是一所民辦高校，經過近不斷的改革與創(chuàng)新，已經探索出教、學、做、研一體化的教學模式，具體體現以下4個方面：
（一）培養(yǎng)學生專業(yè)課的學習興趣
通過“校企合作、工學結合、產教結合”新路，讓學生感覺專業(yè)課學習的樂趣，學習知識不是低年級點對點的學習，對于高年級的學生，老師要善于培養(yǎng)學生點到面的學習能力，甚至是由點到面，由面到體的學習，這樣能激發(fā)學生學習專業(yè)課的興趣，最大地調動內在的潛能。
（二）完善的實踐教學體系
加強實驗、課程設計、課外興趣小組、等多個環(huán)節(jié)建設，形成較為完善課程的實踐教學體系。增加了設計型、綜合型、創(chuàng)新性實驗項目的比重，占總實驗項目的比例達到80%以上。同時，以培養(yǎng)實踐能力為目標，強化實驗內容建設。
（三）組建實踐就業(yè)相結合的平臺
利用現代化信息技術，不斷引進虛擬、仿真實踐教學資源，構建虛擬實驗室，提供學生模擬企事業(yè)技能操作環(huán)境的場所。在原有基礎上，精心調整和設計新實踐教學體系，從基礎實驗、綜合與設計性實驗和創(chuàng)新試驗三個層次來培養(yǎng)學生實踐動手能力、知識應用及創(chuàng)新能力。
（四）融入CDIO工程理念
在《嵌入式系統(tǒng)》授課過程中，融入CDIO工程理念，重在培養(yǎng)學生的終生學習能力、團隊交流能力和大系統(tǒng)掌控能力。有效地提高學生的就業(yè)能力和社會競爭力，更好地為社會作貢獻。組建一支結構合理、基礎扎實、科研意識強的師資隊伍。老師要站在科研和教學的最前沿，將最前沿的研究成果奉獻給學生。利用現代化信息技術，不斷加強內在的能力，將教學融入到科研中，提升教學科研水平，打造一支開放型、多元化、教學與科研并重的高水平教學團隊。
高三是學習生涯的重要階段，現在普遍反映的是“老師教得很辛苦，學生學得很辛苦”。高三語文復習是對學過的大量基礎知識的一再牢記鞏固，但在復習課的教學過程中，如果老師只是一味地給學生灌輸課本上的基礎知識，學生不僅會逐漸失去獨立思考的能力，還會漸漸地對語文這門學科感覺到厭煩。學習要講究效率，高效的復習方法，才能帶來更好的復習效果。因此，高三的教師和學生們應該識別并走出高三語文復習課的誤區(qū)，對新課程的課程觀要有充分的認識和理解，新課程視野下的高三學生們苦于學的同時，更應該樂于學。
一、新課程的內涵
新課程的改革目的是通過推行素質教育，改變傳統(tǒng)教學太過注重知識傳授的機械記憶，強調學生主動參與、勤于思考、樂于探究的態(tài)度，提倡多學科綜合教學，注重學生實踐能力的提高?；诘睦砟钍顷P注學生發(fā)展、強調教師的成長、以學定教。
新課程的課程觀總結起來，主要包括以下幾個方面[1]：
（一）課程價值觀：以學生為本。新課程視野下，基礎教育最重要的價值是學生的全面發(fā)展與個性培養(yǎng)， 尊重學生的獨特個性和學習能力的差異，促進學生健康成長，快樂學習的課程價值觀。
（二）課程文化觀：科教與人文的結合。不僅要注重科學知識的傳授，也應該培養(yǎng)學生的人文素養(yǎng)?？茖W人文主義，應該是實現科學與人文彼此關照、相互包容， 最終達到二者你中有我、我中有你， 協(xié)調統(tǒng)一、渾然一體[1]。
（三）課程生態(tài)觀：回歸現實生活。學習高于生活，也源于生活，基礎課程的設置應該突破學科的束縛，回歸生活，避免學生一味讀書，缺乏生活常識。
（四）課程實施觀：教學相長。新課程背景下，應該營造一種引導學生質疑、調查、探究， 促進學生在教師指導下主動地、富有個性地學習的環(huán)境。
二、高三語文復習目前存在的問題
（一）偏愛“題?！?戰(zhàn)術，學習任務重
高三語文教學過程中，教師注重提高學生的應試能力，在高三復習過程中，教師偏愛“題?！睉?zhàn)術，引導學生通過大量做題，牢記正確答案，寄希望于考試中的撞車現象的發(fā)生[2]。這樣的復習方式，加重了學生的學習任務，減少了學生看書的時間，讓學生只是盲目地做題，并不能真正的掌握知識，短時間的強效記憶也并不是很牢靠。
（二）重視復習資料，對教材的重視不夠
高三的復習過程中，會有很多資料需要學習，歷屆的高考真題可以讓學生了解試卷結構，熟悉考試模式，但太過依賴真題、密卷之類的命中率，而忽視教材內容的學習，是常見的教學復習的誤區(qū)，高考試題都是源于教材的，不能本末倒置。
（三）多媒體教學下，學生缺乏思考
信息技術分發(fā)展給教學帶來了便利，很大程度上減輕了教師的負擔，也調動了學生的積極性，但過分地依賴課件，忽略教材內容，會讓學生失去了獨立思考，自主學習的能力。
（四）注重基礎知識的熟記，忽略了閱讀和寫作的重要性
閱讀和寫作在語言類學習中很重要，在高考中也占了很大的一部分分值，但在教學過程中教師和學生容易將復習重心放在基礎知識的識記上，輕視閱讀與作文的訓練，?？赡苁怯捎谝恍┥У幕A知識題目比較難，但一段時間的學習后容易產生明顯的效果，而閱讀合作需要長時間的積累。
三、新課程視野下提高高三語文復習效率的策略
針對上述問題，本文主要給出了以下幾點建議：
（一）營造廣泛閱讀、樂于求知的氛圍
語文課堂教學應注重培養(yǎng)學生的興趣，只有當學生自己感受到了學習的樂趣，才會更愿意學，學起來會更有效率。應該鼓勵學生在課余時間廣泛閱讀，關注一些時事熱點，將課程知識和課下的收獲結合，知識面更豐富，視野也更廣闊。有教育專家曾指出，復習過程中，讓學生做一張試卷與做十張試卷效果是一樣的[3]。可見題海戰(zhàn)術是不夠科學的，掌握解題方法比做海量的試題更有效，要學會舉一反三。
（二）教材為主，復習資料為輔
在復習的過程中，應該以教材為主，復習資料只是起輔助作用，高考試題源于教材，教材是根據教學大綱編制的，應該是學生最重要的復習資料。教師對復習資料的把握應該要適當，同時也應該引導學生結合教材對復習資料進行學習。但也不能忽視復習資料的重要性，復習資料能彌補教材內容的缺陷，畢竟教材的更新速度比較慢，每年都會出來一些新的題型和考點，復習資料可以幫助學生了解新題型和考試重點，結合起來學習才能夠更有效。
（三）培養(yǎng)學生探究學習的能力
“授之以魚，不如授之以漁”[3]，不能太依賴參考答案，教師應該引導學生有自己的學習方法，讓學生自己去探索，并掌握規(guī)律，形成能力。注重對學生語感的培養(yǎng)，可以開設閱讀和寫作訓練課程，讓學生在練習過程中提高自己的語言理解能力，也能積累更多的知識。
（四）給學生心理減壓，營造輕松的學習氛圍
現在經常會出現有高三的學生不堪重負，心理壓力太大不能正常參加高考的新聞。高三的學習很重要，時間很緊張，有時候家長和老師就容易在行動和語言上給學生心理暗示，讓他們時刻想著高考的重要性，這樣會造成學生的心理負擔，當長期處于高壓狀態(tài)，不利于學生個性的健全成長，反而會適得其反。所以，在高三語文的復習過程中，老師不僅應該少給學生心理暗示，還需要注意合理引導學生正確認識高考，幫助學生減緩心理壓力。
四、結束語
隨著教學體制的不斷改革，學習效率成了教學過程中探索的熱點話題。教育體制改革的核心是怎樣組織教學的實施，而最重要的途徑就是課堂的教學。語文復習的過程是溫習學過的知識，不像學習新事物那樣讓人有新鮮感，記記背背過程也比較枯燥，高三學生的復習時間很緊張，所以提高學習效率顯得尤為重要。在高三語文復習的過程中，容易出現一些教學上的誤區(qū)，比如大搞題海戰(zhàn)術；重復習資料，輕教材；不注重寫作閱讀能力的培養(yǎng)，教師和家長容易給學生施加心理壓力等，這些都可能導致教師和學生都很辛苦，但是教學質量不高。所以，本文主要是結合新課程的一些理念，給出了上述的一些教學上的建議。
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中圖分類號:G642文獻標識碼:A
1引言
網絡、通信、多媒體和信息家電時代的到來,無疑為32位嵌入式系統(tǒng)高端應用提供了空前巨大的發(fā)展空間;同時,也為力不從心的8位單片機向高端發(fā)展起到了接力作用。嵌入式技術及產品的快速成長成了全球IT產業(yè)發(fā)展的顯著特征,嵌入式技術是二十一世紀最有活力和生命力的新技術之一。然而在中國,嵌入式軟件復合型人才的缺乏,已成為嵌入式產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,作為對新技術研究和探索最活躍的群體之一――高等院校中獨立軟件學院,如何接受嵌入式技術帶來的挑戰(zhàn),學習嵌入式、研究嵌式、使用嵌入式,已成為一個重要的研究課題,加強與完善高校嵌入式系統(tǒng)教學迫在眉睫。由于國內嵌入式系統(tǒng)教學起步較晚,目前還沒有形成適應高校教學的一個統(tǒng)一的教學體系和教學規(guī)范。由此強調要以信息技術為手段,深化教學改革和人才培養(yǎng)模式改革,如何根據社會的實際需要,培養(yǎng)具有一定專業(yè)特色的和特定能力強的軟件實用型、復合型人才是我們學院應首要解決的問題。因此必須深入探究嵌入式系統(tǒng)課程體系結構,尋求各專業(yè)嵌入式系統(tǒng)實踐教學解決方案,積累教學實踐經驗,建立較規(guī)范的嵌入式系統(tǒng)教學體系,使嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)技術更好地融入到教學與科研活動中,以適應社會對嵌入式系統(tǒng)人才的需求,對于深化我國高校的教學改革具有重要的現實意義。
2嵌入式系統(tǒng)教學體系探究
嵌入式系統(tǒng)作為一個新興的課程體系,目前在教學過程中相關先修課程與基礎知識的準備教學內容(包括硬件平臺與軟件平臺)的選擇、實驗教學與實踐環(huán)節(jié)組織等問題依然處于爭論和探索階段。國內高校對于嵌入式系統(tǒng)的教學研討從嵌入式課程體系的設置、嵌入式理論教學的開展、嵌入式實驗教學的開展、嵌入式綜合設計與學生工程實訓等幾方面展開。
2.1嵌入式系統(tǒng)教學分析
(1) 從應用角度來分析,具有世界最大嵌入式技術市場的中國,嵌入式系統(tǒng)教學中更多的強調以“應用”為中心。嵌入式系統(tǒng)應用程序的開發(fā)還必須具有一定的行業(yè)領域知識,教學中最好要在一個實際的應用項目開發(fā)環(huán)境中去實踐,提高嵌入式軟件開發(fā)方面的綜合應用能力。
(2) 從學科專業(yè)角度來分析,嵌入式系統(tǒng)涉及多門交叉學科致使將嵌入式系統(tǒng)的教學大致分為三類:軟件學院專業(yè)嵌入式教學;計算機專業(yè)嵌入式教學;微電子、電子信息工程、自動化等相關專業(yè)嵌入式教學。在嵌入式系統(tǒng)教學中應重視不同專業(yè)嵌入式課程體系建設、課程目標和內容等方面展開。
(3) 從技術角度來分析,嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件有機的結合體。要考慮什么樣的硬件設計更容易編寫驅動程序,軟件處理效率等因素就必須要學習操作系統(tǒng)和驅動程序開發(fā)相關的知識,同時需要考慮如何取舍軟硬件設計。由此嵌入式系統(tǒng)教學中應注重培養(yǎng)同時具備軟件和硬件兩方面及綜合性知識分析能力。
2.2嵌入式系統(tǒng)方向理論課程體系
本科階段的按專業(yè)方向課程規(guī)劃既要重視基礎理論的學習,又要注重實踐性,既要突出專業(yè)自身特點,又要把握嵌入式系統(tǒng)在多學科知識領域中相互滲透的規(guī)律。不同專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系如圖1所示。信息工程專業(yè)涉及的專業(yè)基礎課包括數字電路、微機原理與接口技術、單片機原理與接口技術、計算機組成原理、可編程邏輯器件、EDA設計等課程。而軟件工程專業(yè)涉及的專業(yè)基礎課則為C/C++語言、數據結構、計算機網絡編成、編譯原理、軟件工程、操作系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)課程體系包含兩個專業(yè)的相關內容。數字電路的知識是從事嵌入式系統(tǒng)的必備,關鍵要增強邏輯思維能力。C語言作為一種“高級的低級”語言、易移植、易維護、可讀性強、具有強大的內存操作能力,成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最佳選擇。數據結構與算法在嵌入式系統(tǒng)教學中要作為重點,可適當增加實驗課時,無論學生以后從事嵌入式系統(tǒng)的軟件還是硬件開發(fā),這門課的思想將貫穿其中,這兩門課程教師應當要求學生加強上機實驗的操作,鼓勵相互交流,體會編程的思想。
嵌入式處理器體系結構:在嵌入式領域中廣泛應用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微處理器。ARM公司引發(fā)了嵌入式領域的一場革命,在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位,是目前32位市場中使用最廣泛的微處理器,學習以ARM為架構的嵌入式技術具有非常廣闊的前景。對于嵌入式操作系統(tǒng):目前比較適合用于本院教學主要有VxWorks、Windows CE、Linux(uClinux)和μC/OS-Ⅱ等?；贚inux內核穩(wěn)定可靠、源碼免費開放等優(yōu)勢成了教學和學習嵌入式操作系統(tǒng)的首選。嵌入式的軟件開發(fā)從智能手機開發(fā)(SYMBIAN)、J2ME程序設計、數字媒體終端等實踐編程。嵌入式軟件開發(fā)語言主要有匯編語言、C/C++語言、Java語言等。
2.3嵌入式系統(tǒng)方向實驗課程體系
嵌入式系統(tǒng)是實踐性很強的課程體系,學好嵌入式系統(tǒng)課程不僅有助于學生了解系統(tǒng)設計的基本方法,而且能提高學生對于相關學科的理解和實際應用能力。在嵌入式系統(tǒng)教學中,實驗是最重要的環(huán)節(jié)之一,是學生掌握嵌入式系統(tǒng)設計技術的關鍵。為滿足不同專業(yè)學生的學習要求,我?，F有嵌入式系統(tǒng)實驗設備40套(XScale PXA270處理器)及相關配套實驗儀器及測試儀器,實驗教學內容涉及微處理器系統(tǒng)設計、嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式中間件平臺開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)等內容。為達到教學目標,將實驗教學體系分為基礎類實驗、系統(tǒng)設計類實驗和創(chuàng)新類實驗?；A類實驗:采用理論授課與動手實驗相結合的方式,讓學生了解開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程,掌握實驗開發(fā)工具的使用方法,熟悉軟件編程環(huán)境,根據實驗指導書的內容進行實驗的調試,讀懂實驗源程序和程序的運行過程,使學生能夠進行修改、組合和補充式的應用編程。包括ARM集成開發(fā)環(huán)境ADS1.2的使用與仿真調試方法、ARM中的匯編程序與C語言調用的混合編成等15個實驗。系統(tǒng)設計類實驗:主要采取精講精練的方式進行,使學生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法。教師指定幾個設計課題,并提供任務書,任務書內容包括實驗題目、實驗所涉及的主要內容、要實現的功能說明及實驗中應注意的問題。學生自行設計實驗方案,編寫實驗程序,選擇硬件接口并調試,獨立進行課題設計,并寫出設計實驗報告,教師在設計過程中僅起指導作用。包括嵌入式Linux內核分析、裁減、移植和燒寫在內的10個實驗。創(chuàng)新類實驗:為了培養(yǎng)學生的科研能力、創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力,研究課題和內容由他們自己提出,或是來自教師的科研課題,或是與企業(yè)相結合的科研項目,學生自己討論確定研究方法和研究手段,利用現有的實驗設備和條件進行課題研究,教師在一定階段給予必要的指導。
3嵌入式系統(tǒng)教學實踐
(1) 注重理論知識和實踐訓練相結合教學,著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。
結合實例講解理論,使理論來源于實踐,又進一步指導實踐。在課堂教學中,要求教師注重體現工科特色,突出本課程在嵌入式軟件開發(fā)中的基礎性作用。由于嵌入式系統(tǒng)是一個實踐性很強的課程體系,學生的動手能力的培養(yǎng)是嵌入式系統(tǒng)教學中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。在教學方式上,注重采用理論與案例相結合的課堂教學、系統(tǒng)的多級課程實踐、工程實習以及前沿技術講座等多種形式的教學與實訓,使學生在掌握扎實的嵌入式軟件基礎理論、開發(fā)技術和工具的基礎上,進行嵌入式軟件的設計和開發(fā)。實現對嵌入式系統(tǒng)的感性認識和理性認識相統(tǒng)一。在實踐教學手段上,除了繼續(xù)加強畢業(yè)設計(論文)、畢業(yè)實習、課程設計和理論課內實踐教學外,還提出了“實驗選修課”的新模式,要求各專業(yè)大學生必須修滿一定的實驗選修課學分。實驗選修課面向全校各專業(yè)開放,課程強調以實踐為主,進行綜合性、設計性的訓練。而該課程的教授中占據著核心地位的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng):采取學校與企業(yè)合作,企業(yè)中有工程經驗豐富的一線工程人員和高水平的技術團隊,構建這樣一個高水平的學生工程實踐環(huán)境,為學生提供實際項目開發(fā)機會,完善自身職業(yè)素質和工程能力;通過大學生嵌入式設計競賽可以針對具體問題使學生在實踐中提高發(fā)現問題,解決問題的能力。
(2) 配套立體化教材,共享嵌入式系統(tǒng)教學資源。
如果僅僅是購買了一個開發(fā)套件而沒有相應的配套技術資料,可想而知學習的效果肯定是很差的,因為只有配套的資料才能體現出設計者的原創(chuàng)思想,更為重要的是在學習過程中遇到了困難,配套的技術資料可以幫助老師和學生加深理解、解決問題。各硬件廠商提供的產品芯片說明和開發(fā)參考以及嵌入式操作系統(tǒng)的源代碼和相應軟件環(huán)境使用說明是最好的教材。但資料多為英文,學生使用起來比較吃力,所以此時教材的選擇非常重要,課程開始給學生推薦經典的教材,在此基礎上引導學生盡快過渡到英文資料的閱讀和使用上。多媒體教學比傳統(tǒng)教學的模式具有更大的優(yōu)勢,多媒體教學把枯燥的計算機內容轉化為生動的圖像、交互和視聽媒體,把教學內容直觀化,有利于學生更好地接受知識。同時,加強教師的培訓,提高教師應用網上資源進行教學、整合網上資源的技能。
(3) 總結教學方法,提高實際教學效益。
運用“學教并重”進行課程教學設計、采取了互動式教學、采用啟發(fā)式、范例式課堂教學、現代與傳統(tǒng)教學手段相結合,直觀、生動的等多種教學方法,激發(fā)學生主動學習熱情,讓他們成為教學中的主體,并培養(yǎng)其收集相關領域信息、拓寬知識面的能力。將教學的重點放在培養(yǎng)學生發(fā)現、分析問題、解決問題能力上。從而達到能理解嵌入式軟件設計文檔;獨立負責嵌入式軟件組件編碼和調試;執(zhí)行軟件組件的單元測試;符合嵌入式軟件開發(fā)企業(yè)的入職要求等教學效益。
4結語
嵌入式系統(tǒng)在國內真正得到發(fā)展還是近幾年的事情,還沒有形成統(tǒng)一的教學體系和規(guī)范,加之社會對高素質嵌入式系統(tǒng)人才的需求日益增加,各個高校迫切要求建立嵌入式系統(tǒng)課程體系、實驗體系、教材體系和教師培養(yǎng)體系,本文所探究的針對軟件本科專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)理論課程體系和實驗課程體系,積累嵌入式系統(tǒng)的教學實踐,融合了社會企業(yè)的需求和軟件專業(yè)的特點,符合實際應用。當然,獨立軟件學院的嵌入式方向的教學還任重道遠,需要從事嵌入式系統(tǒng)教學的教師在實踐中不斷地進行研究、不斷地積累經驗,不斷地創(chuàng)新,才能培養(yǎng)出社會所需要的高素質嵌入式技術人才。
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The Teaching Research and Practice of Embedded System for the Software Speciality
HE Jian-feng, JIANG Lin, LIU Lin
0、引言
嵌入式技術是21世紀最有活力和生命力的新技術之一，近年來已逐漸成為IT行業(yè)的核心方向。我們有理由相信在未來20年內，全球將進入嵌入式時代和移動互聯網時代。特別是最近幾年，隨著嵌入式軟硬件技術的迅猛發(fā)展，嵌入式產品已經迅速滲入各個行業(yè)，生活中隨處可見嵌入式技術的產品及應用，例如智能家電、智能手機、各類導航設備、數碼相機、高清電視、視頻監(jiān)控等。智能機器人、醫(yī)療儀器、航空航天等領域同樣離不開嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)產品開發(fā)已經成為當前最有發(fā)展前途的行業(yè)之一。
1、嵌入式系統(tǒng)人才需求狀況
嵌入式系統(tǒng)是指在產品或設備內部以微控制器為核心，實現數字化和智能化功能的軟件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的意義在于對設備進行智能控制，實現其創(chuàng)新價值。嵌入式系統(tǒng)人才行業(yè)需求分布如表1所示。
目前，我國嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的特點有以下幾個方面。
1）人才儲備不足。嵌入式系統(tǒng)產業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動了社會工業(yè)化和信息化的快速發(fā)展，對經濟增長起到積極地促進作用。生產嵌入式系統(tǒng)產品和設備的企業(yè)也不斷增加，相關人才的需求量也隨之增加。但是學校和社會教育培訓機構對嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)機制和規(guī)模還不夠完善，造成了人才奇缺的狀況。
2）專業(yè)基礎門檻高。從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人員必須具備一定的系統(tǒng)領域專業(yè)基礎，要掌握軟件的底層開發(fā)技術和硬件工作原理。所以在進行嵌入式系統(tǒng)學習之前，首先要熟悉軟硬件的基礎知識。
3）技術人員就業(yè)面廣。嵌入式系統(tǒng)的相關產業(yè)分布較廣，不同的行業(yè)又有不同的軟硬件側重點。例如，通信工程、電子工程方向的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員主要從事硬件設計工作，嵌入式操作系統(tǒng)、內核剪裁程序和驅動開發(fā)相關的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員主要從事軟件設計與實現工作。所以嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的就業(yè)面很廣，要根據實際情況進行定向培養(yǎng)。
2、嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)模式
培養(yǎng)合格的嵌入式系統(tǒng)人才，是一項科學的系統(tǒng)工程。經過多年的理論研究和教學改革，我們探索出一套符合嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)要求的培養(yǎng)體系，具體內容包括教學方法改革、課程體系改革、教學環(huán)境建設、師資隊伍建設、校企聯合辦學等。
1）教學方法改革。我們采用基于建構主義教學理論的任務驅動式教學方法作為嵌入式系統(tǒng)課程的基本教學方法。任務驅動式教學法的核心思想就是以學生為中心展開課程，把任務作為主線，教師作為向導，引導和調動學生的主觀能動性。在課程展開過程中設置一系列能夠體現綜合設計能力的教學任務，學生通過完成這些任務來掌握課內外知識，同時養(yǎng)成獨立思考和實踐創(chuàng)新的良好習慣。
2）課程體系改革。嵌入式系統(tǒng)課程體系的最大特點就是突出實踐環(huán)節(jié)，因為嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)是面向工程的。學生只有在校內外完成足夠的實踐內容才能真正掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的能力。嵌入式系統(tǒng)專業(yè)中幾乎所有的專業(yè)課程都有實驗環(huán)節(jié)，重要的課程還專門設置了課程設計環(huán)節(jié)，由學生組成小型團隊完成與課程相關的項目。
3）教學環(huán)境建設。為了更好地展開教學，學校投入專項資金建設了嵌入式實驗室，購買了實驗教學設備。以此為契機，計算機科學與信息工程學院設置了眾多大、中、小型實驗室，并配以不同的等級。對于大型A級實驗室，主要供全院學生進行專業(yè)基礎課程實驗使用；對于中型B級實驗室，主要功能為專業(yè)方向課的課程設計實驗場所；對于小型的C級實驗室，主要供學生組建的小型項目研發(fā)小組使用。不同的實驗室有不同的管理辦法，這一措施有力地保障了學生對實驗教學的不同需求，對促進教學起到了非常積極的作用。
4）師資隊伍建設。建立一支熟練掌握嵌入式專業(yè)技術的師資隊伍是提高教學質量的關鍵因素之一。學校采用“雙師型”教師隊伍建設的方法，選派教師和研究人員到企業(yè)實地考察、學習和工作，參與企業(yè)的產品開發(fā)和項目建設。經過一段時間的鍛煉后，教師的專業(yè)技能得到了更新或提升，并且明確了企業(yè)用人的原則，真正實現“努力做到企業(yè)需要什么，我們的教師就精通什么，我們的學生就會什么。”
5）校企聯合辦學。為了讓教學更加貼近工程應用實際，學校定期邀請企業(yè)精英來學校開展技術講座。通過介紹行業(yè)動態(tài)和前沿技術的發(fā)展現狀，讓學生了解就業(yè)形勢和技術學習的方向。另外學校還和國內外知名嵌入式系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)簽訂聯合培養(yǎng)協(xié)議，企業(yè)派遣專業(yè)人員到校內進行課程輔導，學校派遣教師和學生到企業(yè)頂崗實習。
3、嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)實踐
3.1 教學體系改革
嵌入式系統(tǒng)專業(yè)在依托校內辦學優(yōu)勢和當地嵌入式技術產業(yè)資源優(yōu)勢的基礎上，響應學校應用型人才培養(yǎng)改革的號召，分階段地實施嵌入式系統(tǒng)教學體系改革。嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教學體系改革示意圖如圖1所示。
準備階段，我們建立了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教研室和相關教師隊伍，組織教師進行理論研究和培訓，同時結合學校應用型人才培養(yǎng)的要求制定嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)方案；合作階段，利用校企合作平臺的優(yōu)勢，建設一批校內外實習基地，同時為嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教學配備軟硬件教學環(huán)境；實踐階段，采用任務驅動教學法展開面向實踐與創(chuàng)新的職業(yè)技能培養(yǎng)課程，同時利用校內外的企業(yè)合作資源進行定向培養(yǎng)；拓展階段，在完成教學目標的同時，要敏銳捕捉企事業(yè)單位的人才需求信息，以組織就業(yè)指導和企業(yè)見面會的形式來拓展教學理念。最后還要不斷完善人才培養(yǎng)體系，把建設過程中的寶貴經驗應用到其他專業(yè)的教學中去。
3.2 課程體系改革
在明確教學體系的基礎上，哈爾濱師范大學對嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的課程體系也作了較大修改，如表2所示。
課程體系中主要包括以下5類課程。
1）公共基礎課：是本科生必修的基礎課程，如高等數學、外語、體育、計算機基礎等。
2）專業(yè)基礎課程：計算機相關專業(yè)人才學習的基礎課程，包括c語言程序設計、模擬電子技術、數字電子技術、電子線路CAD、單片機原理及應用、數據結構、面向對象程序設計、微機原理與接口技術、軟件工程導論、JAVA程序設計等。
3）專業(yè)方向課程：該類課程主要培養(yǎng)學生成為合格的嵌入式系統(tǒng)工程設計人才，主要課程有嵌入式程序設計基礎、嵌入式系統(tǒng)體系與結構、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件設計、嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)、嵌入式Linux驅動開發(fā)、WinCE操作系統(tǒng)開發(fā)基礎等。
4）課程設計：為培養(yǎng)學生掌握嵌入式系統(tǒng)專業(yè)相關課程而開設的課程設計，包括c語言課程設計、數據結構課程設計、CAD課程設計、數據結構課程設計、JAVA課程設計、嵌入式程序設計課程設計、WinCE操作系統(tǒng)課程設計等。
5）企業(yè)實踐：主要包括專家講座、工程實踐、企業(yè)實習、畢業(yè)設計等。這些課程不同于校內課程，需要依托校企合作平成。這類課程直接面向就業(yè)，對學生的職業(yè)技能和就業(yè)去向有較大影響。
3.3 校企合作建設
學校根據嵌入式系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)模式的要求，結合學校和企業(yè)聯合培養(yǎng)學生的實踐探索，積極建設資源共享、技術交流、就業(yè)定向培養(yǎng)等聯合培養(yǎng)體系。學校聘請企業(yè)精英到校內任教或輔導，同時還派學生到企業(yè)參加技術培訓和產品開發(fā)工作。哈爾濱師范大學的“數字電路”課程就是和當地電子科技企業(yè)合作開設的，任課教師是對方資深開發(fā)工程師，完成該門課程學習的學生可以簽署專業(yè)人才就業(yè)協(xié)議，優(yōu)先被企業(yè)錄用。這種合作形式充分利用了學校和企業(yè)的資源優(yōu)勢。學生通過努力學習可以獲得就業(yè)機會，這也激發(fā)了其主動學習的積極性，可謂一舉兩得。學校嵌入式軟件系統(tǒng)培養(yǎng)模式具體內容還包括：
1）建立校企合作培養(yǎng)聯盟。學校和當地嵌入式行業(yè)協(xié)會、知名企業(yè)共建“嵌入式技術人才培養(yǎng)校企聯盟”，學校和企業(yè)按照行業(yè)規(guī)定和相關政策的要求，提供必要的教學資源，建立嵌入式系統(tǒng)技術人才儲備基地。校企聯盟的任務就是完善教育培訓機制，建立“嵌入式應用技術”、“嵌入式產品運維服務”等專業(yè)領域的課程群和培訓體系，把企業(yè)的理念引入學校，用行業(yè)標準規(guī)范教學體系。
2）在校內組建以學生為主體的嵌入式技術研究團隊，成立“學生創(chuàng)新團隊”和“學生工作室”等團體，定期舉辦技能大賽和技術交流論壇。這些團體的骨干人員可以優(yōu)先和企業(yè)簽訂就業(yè)意向協(xié)議，為學生提前就業(yè)和企業(yè)人才儲備做準備。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A
1新課程體系模式的基礎改革
1.1 整體設置課程內容，解決體系內部課程間的內容交叉問題
原有的嵌入式課程體系內部相關課程之間各自形成體系，教學內容存在重復和交叉的問題。為此，我們對課程設置進行了一定的調整，通過實踐項目，將課程體系中的主要內容相互銜接與融合，使學生建立完整的嵌入式系統(tǒng)設計的概念。嵌入式課程體系主要分為“理論課程體系”與“實踐課程體系”兩部分，其中“，理論課程體系”又分為“基礎理論課程體系”與“面向應用的理論課程體系”兩個子體系。3個子體系間具有一種階梯式的遞進關系，他們相互補充，相輔相成。其中，“基礎理論課程體系”是“面向應用的理論課程體系”的基礎，“面向應用的理論課程體系”是“基礎理論課程體系”的提升，通過“面向應用的理論課程體系”的學習，實現對“基礎理論課程體系”的全面鞏固，“理論課程體系”是“學―做―用”一體化教學模式中“學”這一環(huán)節(jié)的具體實施，在該教學模式中具有重要的指導意義?！皩嵺`課程體系”是對“理論課程體系”的全面提升，是“學―做―用”一體化教學中“做”與“用”兩個環(huán)節(jié)的具體實施，該體系包括了“專業(yè)實踐”與“培訓認證”兩個方面，其中“專業(yè)實踐”培養(yǎng)學生從理論到實踐的應用能力，在此過程中注重的是不同課程間的內容交叉與整合?！芭嘤栒J證”環(huán)節(jié)通過讓學生參與相關認證，培養(yǎng)學生發(fā)現問題、解決問題的能力；另外，一旦通過認證，學生的就業(yè)前景將會更加廣泛，這反過來也刺激了學生的學習積極性與目的性。
1.2 改變教學模式，解決理論教學和實踐教學“骨肉”分離的教學模式
在理論教學中，往往采用的都是“粉筆 + 黑板 +PPT”的傳統(tǒng)教學模式。在這個過程中，為了使學生理解相關的實驗內容，教師通常會通過PPT 對相應實例程序進行講解、分析。有些學生看到冗長的程序后直接放棄，有些雖然能堅持聽下來，但對程序的整體系統(tǒng)思路及實現過程不太了解，只有“就事論事”，把這一個實例搞清楚，等到實驗課時直接將示例程序寫入實驗板中，甚至只照搬實驗書進行簡單的連線了事。這種“骨肉”分離的理論和實踐教學模式難以實現學生全面的掌握與創(chuàng)新。為了解決這一問題，課題組老師經過長時間的思考與摸索，根據教學內容，將每一個實驗內容分解成多個子模塊，通過循序漸進的方式，使學生逐個完成這些子模塊，最終完成一個個的項目。在這個過程中，學生會經常用到一些編程工具，所以，這個過程學生對編程工具的使用會越來越熟練，同時編程能力也得到較大的提高。這樣可以使理論和實踐教學環(huán)節(jié)有機融合，有效地解決這兩個教學環(huán)節(jié)相脫節(jié)的問題，徹底轉變傳統(tǒng)的課堂教學和實踐教學分離的教學方法。
1.3 構建“階梯式”的設計項目，提高學生綜合素質
根據“學―做―用”一體化的教學模式，按照分階段、遞進式的教學改革思路，構建階梯式的嵌入式應用系統(tǒng)設計項目，創(chuàng)新嵌入式應用系統(tǒng)設計教學與實踐方案。再通過諸如大學生科技創(chuàng)新項目、科技競賽、工程認證等創(chuàng)新層的擴展鍛煉，經歷過基礎層和應用層學習鍛煉的學生的嵌入式系統(tǒng)綜合設計能力得到大幅提高。
2“學―做―用”一體化教學模式的實踐效果
2.1調動了學習積極性，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力
這也是“學―做―用”一體化教學模式的主要目的。該教學模式通過基礎層、應用層及創(chuàng)新層 3 層分階段、遞進式的教學基本思路，能有效提高學生的學習積極性，使學生真正做到“在學習中思考，在思考中鞏固，在鞏固中提高”的總體目標。
2.2激發(fā)了學習興趣，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識
通過激發(fā)學生的學習興趣，挖掘學生的學習潛能，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。在該教學模式中，我們設置了學生自我設計、自我完成的研究型項目，可有效地激發(fā)學生的學習興趣，鍛煉他們的動手能力，同時也可培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。
2.3學會了合作，培養(yǎng)了團隊精神
隨著科學研究的發(fā)展和深入，建立團隊、相互合作是必然趨勢，這就要求項目中每一位成員必須具有團隊精神。因此，我們在“階梯式”教學項目中注重培養(yǎng)學生合作和團隊精神，特別是“應用層”和“創(chuàng)新層”兩個階段的項目需要同學們分工合作，共同完成這個項目。
2.4教學相長，師生共同提高
通過“學―做―用”一體化教學模式，特別是在“創(chuàng)新層”，學生在導師的指導下完成一個個項目，實際上是一個共同合作，相互學習的過程。在這個過程中，學生的創(chuàng)新能力得到提高，導師的科研能力也到了進一步的鍛煉。
2.5因材施教，促進學生個性化發(fā)展
通過“學―做―用”一體化教學模式，教師可以根據學生的興趣和綜合素質，進行不同分工，分別側重培養(yǎng)學生的理論水平、動手能力和創(chuàng)新能力，達到個性化發(fā)展。
3結語
新教學模式打破了傳統(tǒng)教學模式，對學生的理論水平和創(chuàng)新能力進行培養(yǎng)，有效提高了學生在嵌入式課程體系中的學習效果，提升了其創(chuàng)新能力。雖然該教學模式取得了一定的成功，但在教學實施過程中還存在著教學體系還不夠完善的問題，尤其是進一步建立和完善“學―做―用”教學中實驗室的管理體系，管理制度，安全防范措施等，逐步優(yōu)化適應現代學科發(fā)展的項目內容，形成更有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神，創(chuàng)新能力的教學體系。
參考文獻
