基于立體模型的嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)改革嘗試

摘要:本文針對當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與人才培養(yǎng)的諸多問題，介紹了在計算機(jī)專業(yè)開展嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的方法，在分析“嵌入式系統(tǒng)”課程本身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種分層次、多方位的立體教學(xué)模型，實(shí)踐證明，這種模式極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，有效提高了他們的實(shí)際動手能力，在高校嵌入式教育中是一種行之有效的方法。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)教學(xué);立體模型;實(shí)訓(xùn)教學(xué)

當(dāng)今，大學(xué)生的就業(yè)壓力日益增大，但是，一方面有些計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)就面臨失業(yè)，另一方面一些企業(yè)的嵌入式開發(fā)項(xiàng)目沒有人做，嵌入式方面的專業(yè)人才供不應(yīng)求。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在通信領(lǐng)域我國至少需要15萬嵌入式技術(shù)人才，未來隨著“三網(wǎng)融合”不斷提速，3G網(wǎng)絡(luò)全面鋪開，將帶來更大的人才需求。在相當(dāng)長的時間內(nèi)，嵌入式軟件人才都將是企業(yè)爭奪的目標(biāo)。同嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展相比，我國教育機(jī)構(gòu)技術(shù)和培養(yǎng)則相對滯后，造成這一現(xiàn)象的原因主要是，目前國內(nèi)的高校教育中不是偏向硬件，就是偏向軟件，硬件設(shè)計人員作風(fēng)通常缺乏系統(tǒng)全面整合設(shè)計，而軟件開發(fā)人員則相對缺乏硬件觀念，同時，教學(xué)中理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生沒有積極性。企業(yè)真正需要的有動手能力的嵌入式軟件人才，還需要經(jīng)過一段時間的培訓(xùn)才能上崗。為了深入實(shí)施本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程，推進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革，進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，讓學(xué)生具有更強(qiáng)的核心競爭力，使畢業(yè)生的就業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)現(xiàn)“零適應(yīng)期”，本文提出一種分層次、多方位的立體教學(xué)模型，也就是通過以縱向?qū)嵱?xùn)內(nèi)核為主，橫向?qū)Ρ扔布檩o的一種教學(xué)模式，利用暑假對學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，在提高學(xué)生理論認(rèn)識的基礎(chǔ)上大大提高了學(xué)生的動手能力[1-2]。

1嵌入式系統(tǒng)教育的現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)教育目前主要有兩種形式，一為高校課程教育，二為社會職業(yè)培訓(xùn)。這兩種形式都存在一些弊端，主要表現(xiàn)在以下兩個方面:

(1) 許多高校根據(jù)市場需要，不管什么專業(yè)，不管條件是否成熟，都開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程。教師在教學(xué)過程中盲目使用理論比較深的教材，只講理論，講解內(nèi)容多而繁，偏離社會需求，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很茫然，沒有掌握到嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)。

(2) 社會職業(yè)培訓(xùn)為了迎合學(xué)生的動手興趣，則過分忽略理論知識，一味地讓學(xué)生實(shí)踐，學(xué)生只是機(jī)械地進(jìn)行操作訓(xùn)練，并不知道為什么這么做，導(dǎo)致學(xué)生的社會適應(yīng)性差，自我完善能力差，只能從事低層次的操作，而沒有設(shè)計開發(fā)能力。

針對目前嵌入式教育存在的這些問題，本文提出以橫向硬件升級為基礎(chǔ)，縱向案例逐層深化遞進(jìn)，構(gòu)建一種立體教學(xué)模式，在理論與實(shí)踐之間搭建一座立交橋，使學(xué)生在總體上把握這門課程的本質(zhì)。

2立體教學(xué)模式

實(shí)訓(xùn)教育不同與平時的正常教學(xué)，教學(xué)時間短而集中，如何通過不多的案例將主要的理論融入教學(xué)中并提高學(xué)生的興趣是關(guān)鍵。實(shí)訓(xùn)過程分為三個步驟:(1)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，總體上講解嵌入式系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng);(2)以一個具體的案例為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生在單片機(jī)上采用C語言實(shí)現(xiàn)一個簡單任務(wù);(3)多層次增加任務(wù)難度，使學(xué)生明白采用單片機(jī)無法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的任務(wù)(如多任務(wù)處理)，因此會主動考慮如何尋求更加便利的硬件工具，如ARM以及復(fù)雜的操作系統(tǒng)，

如UC/OS來完成[3-4]。因此，我們在硬件的選型上采用從簡單到復(fù)雜的遞進(jìn)過程，如圖1所示:

通過這種方式，計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生很快就了解了單片機(jī)與ARM的區(qū)別，基本掌握了硬件的選型原則與基本外圍電路的設(shè)計原理。

在案例的選擇上采用逐層遞進(jìn)的方式，即后一個案例包含前一個案例的內(nèi)容，并加以深化，這樣學(xué)生前面所實(shí)踐的內(nèi)容是后一個案例的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“無縫”鏈接。在南華大學(xué)計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中，重點(diǎn)采用以內(nèi)核為主要實(shí)踐案例，講得多不如講得精，通過講解最小的內(nèi)核是一個無限循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個簡單的交通燈調(diào)度系統(tǒng)，最后移植UC/OS操作系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)交通燈的調(diào)度功能。如圖2所示。學(xué)生通過這個實(shí)訓(xùn)，在掌握嵌入式系統(tǒng)的基本技能之外，又進(jìn)一步深化了對操作系統(tǒng)的理解。

這樣，以操作系統(tǒng)與編程為理論指導(dǎo)，輔之以硬件的基本電路設(shè)計，以逐層遞進(jìn)的案例與實(shí)驗(yàn)硬件平臺為實(shí)踐手段，建立了一套行之有效的立體教學(xué)模型，如圖3所示。教學(xué)結(jié)果顯示，學(xué)生在這種模式下的求知欲很強(qiáng)，非常想弄清楚各種模式之間的差別與聯(lián)系，擺脫了傳統(tǒng)的教學(xué)模式的束縛，效果顯著。

3結(jié)語

針對計算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)，南華大學(xué)在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)改革上提出了一種立體教學(xué)模型，收到了較好的成效。不僅提高了學(xué)生就業(yè)率，在就業(yè)后的調(diào)查顯示，學(xué)生不但具有基本的動手能力，還有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，對不同的平臺與系統(tǒng)都能很快地進(jìn)入角色，受到用人單位的好評，是計算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)培養(yǎng)的一種有效的教育模式。

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The Embedded System Training Reform Based on the Three-dimensional Model

LIU Li， YANG Xiao-hua， MA Jia-yu

(School of Computer Science and Technology， University of South China， Hengyang 421001， China)

Abstract: Many problems of the current embedded teaching with personnel training are aimed at， and the teaching reform method on embeded course in computer majors is described. Based on the characteristics of embedded system course， a hierarchical and multi-faceted three-dimensional teaching model are presented. The practice has proved that this model mobilized the enthusiasm and initiative of the student learning and improved their practical capabilities effectively， which shows that it is an effective approach in the embedded education of colleges and universities.

Key words: embed system teaching; three-dimensional model; training

(編輯:彭遠(yuǎn)紅)