IT類(lèi)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

宋鶯

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430205）

IT類(lèi)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

宋鶯

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430205）

為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的IT類(lèi)嵌入式軟件人才，提出符合計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的嵌入式軟件技術(shù)方向人才培養(yǎng)目標(biāo)。制定一套切實(shí)可行的課程體系和教學(xué)模式。同時(shí)分析了嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多層次嵌入式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，嵌入式實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)除重視硬件平臺(tái)的選型外，應(yīng)采用仿真軟件完善實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)境的方法提高實(shí)驗(yàn)效率。

軟件類(lèi)專(zhuān)業(yè)；嵌入式軟件開(kāi)發(fā)；教學(xué)研究；教學(xué)實(shí)踐

1.引言

目前我國(guó)無(wú)論是普高和職高，計(jì)算機(jī)軟件教育普遍以應(yīng)用軟件為主，學(xué)生更多接觸的是.Net、Java之類(lèi)應(yīng)用層面的東西，使得軟件業(yè)呈現(xiàn)出中低端人才過(guò)剩。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)需求的推動(dòng)，信息技術(shù)進(jìn)入到以嵌入式系統(tǒng)為代表的后PC時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，嵌入式人才缺口達(dá)到了每年50萬(wàn)人左右[1]，而開(kāi)設(shè)嵌入式軟件專(zhuān)業(yè)的學(xué)校很少，并且學(xué)校不能向?qū)W生提供嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系和工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)出來(lái)的、注重能力培養(yǎng)的課程體系。由此強(qiáng)調(diào)要以信息技術(shù)為手段，深化教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式改革，如何根據(jù)社會(huì)的實(shí)際需要，培養(yǎng)具有一定專(zhuān)業(yè)特色的和特定能力強(qiáng)的軟件實(shí)用型、復(fù)合型人才是我們學(xué)院應(yīng)首要解決的問(wèn)題。因此必須深入探究嵌入式系統(tǒng)課程體系結(jié)構(gòu)，尋求各專(zhuān)業(yè)嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)解決方案，積累教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立較規(guī)范的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系，使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)更好地融入到教學(xué)與科研活動(dòng)中，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才的需求[2]。

2.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)嵌入系統(tǒng)方向的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)

由于嵌入式系統(tǒng)涉及的內(nèi)容廣泛，與計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)性很強(qiáng)，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)在有限的時(shí)間內(nèi)精通各方面的內(nèi)容是相當(dāng)困難的，我們必須夯實(shí)基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)。通過(guò)走訪武漢軟帝、軟通動(dòng)力等科技有限公司發(fā)現(xiàn)，公司中嵌入式系統(tǒng)方向的硬件和軟件開(kāi)發(fā)是分開(kāi)進(jìn)行的。目前，本院計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)普遍開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)軟件課程及其實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程，已具備良好的軟件技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)于硬件設(shè)計(jì)人才，需要掌握較深厚的硬件基礎(chǔ)及硬件接口方面的知識(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)系的學(xué)生難度較大。因此，我們認(rèn)為結(jié)合本院的實(shí)際情況，探索本院計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)可以轉(zhuǎn)入面向嵌入式系統(tǒng)定制和嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工程師的人才培養(yǎng)。學(xué)生在熟悉硬件的基礎(chǔ)上，以軟件為發(fā)展重點(diǎn)，著重培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)中接口驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)，適當(dāng)增加一些硬件相關(guān)課程及其實(shí)踐，加強(qiáng)硬件基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)，從而提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。在實(shí)踐體系中以硬件和軟件為基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)中軟件綜合開(kāi)發(fā)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生畢業(yè)后將掌握主流嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)、嵌入式軟件理論、嵌入式軟件編程的方法和工具、基本具備本領(lǐng)域分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力、具備一定的工程實(shí)踐能力、能夠?qū)W以致用并能適合市場(chǎng)需要的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人才。

3.嵌入式軟件開(kāi)發(fā)課程教學(xué)體系探究

要達(dá)到上述的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人才培養(yǎng)目標(biāo)，在課程設(shè)置上，應(yīng)遵循發(fā)揮專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)的原則，從企業(yè)的實(shí)際用人需求出發(fā)的原則，嵌入式方向課程與主干課程充分融合的原則。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)在現(xiàn)有軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的情況下，可從調(diào)整專(zhuān)業(yè)課程結(jié)構(gòu)，整合一體化課程，增加嵌入式人才培養(yǎng)所需的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)核心課程入手，進(jìn)行課程體系的重構(gòu)。該專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置一般包含以下課程：

（1）嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

在“微機(jī)原理與接口”這門(mén)課程內(nèi)容上增加對(duì)ARM處理器工作原理、ARM的匯編指令系統(tǒng)和接口技術(shù)的內(nèi)容。無(wú)論學(xué)生以后的方向是ARM+WinCE、ARM+LINUX、ARM+ VXWORKS中的哪一種，學(xué)習(xí)本課程都是非常重要的。

（2）嵌入式操作系統(tǒng)類(lèi)課程

大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性都很強(qiáng)，目前最重要的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要包括Vxworks操作系統(tǒng)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)課程中增加嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)容。學(xué)生至少須掌握一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)。

（3）嵌入式軟件設(shè)計(jì)與編程相關(guān)課程

本課程確定具體的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用方向，我們根據(jù)需要設(shè)置以“移動(dòng)通信服務(wù)終端”為主攻方向，本院可以在“Windows CE與嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)”或“嵌入式Linux設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”中選擇一種。

（4）嵌入式開(kāi)發(fā)的相關(guān)軟硬件基礎(chǔ)課程

“數(shù)字電路”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“匯編語(yǔ)言”、“C/C++”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法”、“軟件工程”等，這些都是軟硬件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)嵌入式軟件和系統(tǒng)方向的基礎(chǔ)。另外，針對(duì)具體的應(yīng)用需求，還可以開(kāi)設(shè)與該應(yīng)用需求相關(guān)的一些課程。

（5）嵌入式開(kāi)發(fā)綜合課程設(shè)計(jì)該課程綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)基本理論及方法、嵌入式系統(tǒng)原理、嵌入式操作系統(tǒng)、特定開(kāi)發(fā)工具等知識(shí)進(jìn)行一個(gè)小型嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)，通過(guò)讓學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題的能力和決策能力，掌握如何進(jìn)行資料查閱搜集以及如何與團(tuán)隊(duì)合作的技巧[3]。

這一體系教學(xué)層次分明、思路清晰，教學(xué)內(nèi)容彼此呼應(yīng)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)責(zé)任明確，系列課程（實(shí)驗(yàn)）相互配套。由于嵌入式系統(tǒng)將多種學(xué)科交織在一起，所以在制訂課程體系時(shí)充分考慮了各學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，形成嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方向人才培養(yǎng)的獨(dú)特體系，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)中設(shè)置嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方向是可行的，它符合社會(huì)發(fā)展的需要。

4.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐

結(jié)合國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、大學(xué)生競(jìng)賽和科研實(shí)踐來(lái)綜合設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的實(shí)踐體系。借鑒美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)率先提出的“Learning by doing”的教學(xué)理念，這種教學(xué)理念旨在強(qiáng)化工程學(xué)科的學(xué)生全面的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)。使學(xué)生“從做中學(xué)”，取得到了較好的教學(xué)效果[4]。

（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容突出嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)為重點(diǎn)，將實(shí)踐劃分為基礎(chǔ)層、應(yīng)用層和提高層3個(gè)層次。以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程為例，設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容（如表1）。

表1 ：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)踐的保障，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中硬件及軟件資源是關(guān)鍵。由于ARM芯片不僅價(jià)格上可以滿足學(xué)校的要求，還可以得到廠商較好的技術(shù)支持，所以當(dāng)前選擇嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件平臺(tái)應(yīng)以ARM微處理器為主，輔以其他芯片。同時(shí)選擇一款合適的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，除了看其所使用的微處理器外，重要的就是該平臺(tái)所支持的功能模塊多少以及它的可擴(kuò)展性[5]。另外，僅僅依靠學(xué)校在教學(xué)硬件設(shè)備上的投資，很難完全滿足多層次實(shí)踐教學(xué)的要求。為此，我們一方面向?qū)W校申請(qǐng)?jiān)黾釉O(shè)備投資，擴(kuò)建和充實(shí)必需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，更新和擴(kuò)充了計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)接口技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。另一方面充分利用計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)。我們已搭建了嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了部分硬件實(shí)驗(yàn)的軟件化?？梢詽M足嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)的需要，節(jié)省大量資金，提高實(shí)驗(yàn)效率。

（3）組織課外研發(fā)活動(dòng)

學(xué)院為學(xué)習(xí)成績(jī)較好且對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有濃厚興趣的同學(xué)提供課外研發(fā)活動(dòng)的條件，組成課外科技活動(dòng)小組，學(xué)生由4~6人自發(fā)組成多個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)小組，并指派教師在各個(gè)階段給予指導(dǎo)和幫助；有相關(guān)課題的教師也將其中一些具備一定開(kāi)發(fā)能力的同學(xué)納入自己的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。此外，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、大學(xué)生競(jìng)賽中。

5.小結(jié)

在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，只有建立合理教學(xué)體系，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新性競(jìng)賽。這樣就能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，充分挖掘出這些同學(xué)的創(chuàng)造潛能。

（注：本文系湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2011014；湖北省教育廳青年科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：Q20121906；湖北省教育廳科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2011jytq044）

[1]盛鴻宇,魏志光.關(guān)于開(kāi)展“嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)項(xiàng)目”的設(shè)想[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24（5）：60-64.

[2]何劍鋒，姜林，劉琳.軟件類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)探究與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（18）：111-113.

[3]張光建，王勇，黃賢英.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程體系的研究與實(shí)踐[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2008，22（11）：169-172.

[4]何宗健.同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院“嵌入式軟件開(kāi)發(fā)導(dǎo)論”課程介紹[J].計(jì)算機(jī)教育，2006，（8）：4-6.

[5]田浩.嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究[J].湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)（人文社科版），2011，8（11）：129-130.