赤峰學(xué)院嵌入式方向課程教學(xué)改革研究

劉偉學(xué)

（赤峰學(xué)院 學(xué)科建設(shè)規(guī)劃處，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

赤峰學(xué)院“十二五”期間突出培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，著力構(gòu)建“厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用”的人才培養(yǎng)模式，計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院是我校應(yīng)用型院系之一，對(duì)地方應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有不可推卸的責(zé)任.但我校計(jì)算機(jī)教學(xué)卻仍然停留在計(jì)算機(jī)技術(shù)的初期階段，主要圍繞基礎(chǔ)理論加通用PC機(jī)來進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)的.

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用的緊密結(jié)合，通用PC已經(jīng)不再是IT舞臺(tái)的主角，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，正逐漸成為計(jì)算機(jī)時(shí)代的另一后起之秀[1].目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到生活的方方面面，這為計(jì)算機(jī)教學(xué)的發(fā)展指明了新的方向.我校計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院將嵌入式方向作為一個(gè)新型人才培養(yǎng)的突破口，設(shè)置了這一新興的發(fā)展方向.

2 存在問題

高校作為嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)的搖籃開展的教育相對(duì)滯后，特別是一些新建的地方本科院校，培養(yǎng)的嵌入式技術(shù)人才數(shù)量和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求[2].我校嵌入式系統(tǒng)教育剛剛起步，在2007年以前還沒有真正的涉足這一行業(yè)，只是開設(shè)了簡(jiǎn)單的一些與嵌入式方向相關(guān)的課程，大都作為選修課，課時(shí)很短，還沒有形成統(tǒng)一的教學(xué)體系和人才培養(yǎng)模式，學(xué)生對(duì)此的重視程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.且知識(shí)體系系統(tǒng)性和針對(duì)性較差，知識(shí)較為陳舊，還停留在8位單片機(jī)低水平層次上，學(xué)生的工程實(shí)踐能力差，無法適應(yīng)社會(huì)企事業(yè)的實(shí)際需要.對(duì)于高層次嵌入式軟件工程人才的培養(yǎng)更是嚴(yán)重缺乏.

3 教學(xué)改革

隨著嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，人才需求以及相應(yīng)政策導(dǎo)向，嵌入式系統(tǒng)將成為計(jì)算機(jī)技術(shù)新的研究方向，也是高校進(jìn)行“計(jì)算機(jī)教學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)整”和“課程實(shí)用化改造”的大勢(shì)所趨，越來越多的高校也認(rèn)識(shí)到了開設(shè)嵌入式教學(xué)課程的必要性和緊迫性[3].我校計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院從2007年將嵌入式作為一個(gè)新的方向進(jìn)行培養(yǎng)，多次派青年教師參加嵌入式研討會(huì)和培訓(xùn)班，為嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)培養(yǎng)“雙師型”人才.嵌入式教學(xué)與行業(yè)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展緊密相關(guān)，國(guó)內(nèi)高校嵌入式教學(xué)還處于試驗(yàn)階段，缺乏成功的教學(xué)案例和教學(xué)資源，如何根據(jù)嵌入式應(yīng)用方向進(jìn)行正確的人才定位，開設(shè)哪些嵌入式課程，如何設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容等成為開設(shè)嵌入式方向面臨的難題.我校分析了傳統(tǒng)的嵌入式教學(xué)的弊端，結(jié)合研討會(huì)以及開設(shè)嵌入式比較早的學(xué)校的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我校服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)，對(duì)我校嵌入式方向課程進(jìn)行了改革.

3.1 課程體系改革

對(duì)課程體系進(jìn)行精心、科學(xué)的組織和建設(shè)是保證課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵[4].我校嵌入式方向課程體系主要分成三個(gè)階段：基礎(chǔ)階段、專業(yè)階段、實(shí)訓(xùn)階段.基礎(chǔ)階段主要是指大一、大二這兩年，基礎(chǔ)階段的課程主要包括：高等數(shù)學(xué)、普通物理、模電、數(shù)電等.專業(yè)階段指大三和大四第一學(xué)期，這一階段是學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)的關(guān)鍵時(shí)期，嵌入式方向摒棄了傳統(tǒng)的嵌入式教學(xué)知識(shí)體系系統(tǒng)性差的缺點(diǎn)，該方向的專業(yè)課程按照嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系進(jìn)行了設(shè)置，主要開始的專業(yè)課包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)與自動(dòng)控制、嵌入式系統(tǒng)原理、Linux操作系統(tǒng)、ARM原理與嵌入式應(yīng)用、嵌入式編程等.實(shí)訓(xùn)階段指大四第二學(xué)期，這一階段是檢驗(yàn)學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，為學(xué)生步入社會(huì)做銜接.嵌入式實(shí)訓(xùn)主要包括畢業(yè)生的實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中能夠真正的接觸到嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)的基本方法，實(shí)踐嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)基本流程，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決嵌入式系統(tǒng)具體應(yīng)用問題的實(shí)踐動(dòng)手能力.

3.2 教學(xué)內(nèi)容改革

根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力動(dòng)態(tài)的安排教學(xué)內(nèi)容是保證課程教學(xué)質(zhì)量的核心.嵌入式方向課程的特點(diǎn)實(shí)踐性強(qiáng)，所以我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容的安排上采取以實(shí)驗(yàn)為主，理論教學(xué)服務(wù)于實(shí)驗(yàn)的思想.

3.2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)室組建和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分.根據(jù)嵌入式方向課程體系的設(shè)置，該方向?qū)嶒?yàn)室應(yīng)主要有模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室、嵌入式應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，嵌入式實(shí)訓(xùn)室等.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室為已有實(shí)驗(yàn)室，可以完成模電、數(shù)電、計(jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué).嵌入式應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)嵌入式專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇上，著重考慮嵌入式CPU的體系結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可擴(kuò)展性、對(duì)操作系統(tǒng)的支持度、是否可滿足軟硬件實(shí)驗(yàn)的需要、實(shí)驗(yàn)文檔資料是否齊全等幾個(gè)方面.我校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初期主要考察了北京博創(chuàng)、深圳英蓓特、西普科技等多家嵌入式實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在對(duì)各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能進(jìn)行綜合比較與考察之后，我們實(shí)驗(yàn)室選擇了北京博創(chuàng)的ARM9/Xscale經(jīng)典雙核實(shí)驗(yàn)平臺(tái).該平臺(tái)使用基于三星公司ARM920T內(nèi)核的S3C2410處理器，帶有網(wǎng)絡(luò)接口、CF卡、LCD、觸摸屏、USB 接口、CAN總線接口、A/D轉(zhuǎn)換接口等資源，并且可以外接FPGA、GPS/GPRS、藍(lán)牙、攝像頭等模塊，可支持 Linux、VxworksμCOS-II、Windows CE4 套操作系統(tǒng)，提供了豐富的軟硬件資源并且留有可復(fù)用資源的擴(kuò)展插槽，方便以后的二次開發(fā)與擴(kuò)展[5].嵌入式實(shí)訓(xùn)室是嵌入式方向?qū)W生綜合知識(shí)展示的平臺(tái)，該實(shí)訓(xùn)室可以完成學(xué)生的實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、教師的科研等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：智能家居系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)定位控制系統(tǒng)、ETC實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、魔法師創(chuàng)意實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等.廠家提供了項(xiàng)目所有的PCB圖、源代碼、擴(kuò)展模塊等軟硬件資源，教師很容易擴(kuò)展可研項(xiàng)目，并且可以引導(dǎo)學(xué)生參與進(jìn)來.

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排上分為：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型試驗(yàn)，合理的選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生循序漸進(jìn)的提高動(dòng)手能力.

3.2.2 理論教學(xué)內(nèi)容改革

理論教學(xué)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)的先導(dǎo)，應(yīng)用型本科院校與技術(shù)院校的區(qū)別是學(xué)生不僅要有很強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手，而且還要具備一定的理論基礎(chǔ)，我校嵌入式方向理論課圍繞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安排教學(xué)內(nèi)容，盡量減少理論課的內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí).在2012年培養(yǎng)方案中，對(duì)嵌入式方向的理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新的探討，主要專業(yè)課程的理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)進(jìn)行了修訂，如：“單片機(jī)與自動(dòng)控制”課程由原來的理論72學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)36學(xué)時(shí)改為理論54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)60學(xué)時(shí)、“ARM原理與嵌入式應(yīng)用”課程由原來的理論72學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)36學(xué)時(shí)改為理論54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)66學(xué)時(shí)，同時(shí)又增加了“嵌入式編程”理論54學(xué)時(shí)和“嵌入式編程實(shí)驗(yàn)”課程54學(xué)時(shí)，為培養(yǎng)高層次嵌入式軟件工程人才做鋪墊.

3.3 教學(xué)模式改革

選擇合理的教學(xué)模式是保證教學(xué)質(zhì)量的旗幟.

3.3.1 理論與實(shí)踐相結(jié)合

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以理論教學(xué)為主，即使有實(shí)驗(yàn)的課程也是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)上，學(xué)生很難理解非常抽象的理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)也是簡(jiǎn)單的模仿操作，不能將理論知識(shí)很好的體現(xiàn)在試驗(yàn)中，為了改變這一現(xiàn)象，我校嵌入式方向上以實(shí)驗(yàn)為主，將教學(xué)課堂搬到實(shí)驗(yàn)室,充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，每堂課都由任課教師演示一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，變抽象為具體,變枯燥為有趣,激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.然后再圍繞本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,講解該項(xiàng)目中涉及的理論內(nèi)容，通過理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)使學(xué)生豁然開朗.理論課的內(nèi)容學(xué)完之后，讓學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，即學(xué)即用,使學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)中逐漸加深理解,進(jìn)一步體會(huì)該實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的知識(shí),以取得事半功倍的教學(xué)效果.

3.3.2 變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)

開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以充分利用實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)器材和環(huán)境來完成自己感興趣的生活中的嵌入式產(chǎn)品，可以對(duì)已有的產(chǎn)品提出更好的改進(jìn)辦法.有興趣的同學(xué)還可以參加教師的科研，進(jìn)行嵌入式項(xiàng)目的研發(fā)工作，為他們步入社會(huì)進(jìn)行科研工作奠定良好的基礎(chǔ)，從而增加了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣.

3.3.3 平臺(tái)驅(qū)動(dòng)

我校2008年12月加入了中國(guó)電子學(xué)會(huì)嵌入式工作委員會(huì)，積極參加專業(yè)委員會(huì)舉辦的嵌入式學(xué)術(shù)、技術(shù)交流；2010年3月加入了“中國(guó)電子學(xué)會(huì)嵌入式聯(lián)合培訓(xùn)中心合作方案”，開展嵌入式技術(shù)培訓(xùn)及相關(guān)的認(rèn)證考試，取得“嵌入式助理工程師”證書的學(xué)生名單將加入嵌入式人才信息庫(kù)，為學(xué)生提供就業(yè)平臺(tái).同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和積極參與競(jìng)爭(zhēng)的意識(shí)，推動(dòng)他們積極思考,努力探索,有針對(duì)性地去學(xué)習(xí)、討論的能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式方向課程體系改革是一個(gè)長(zhǎng)期的不斷的探索的過程，隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，教師應(yīng)該不斷更新教學(xué)觀念，不斷提高自己的專業(yè)技能，不斷探索與實(shí)踐.本文針對(duì)嵌入式方向課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式幾個(gè)方面提出了教學(xué)改革措施.實(shí)踐證明，該課程改革更有利于赤峰學(xué)院為地方培養(yǎng)更多高質(zhì)量嵌入式開發(fā)人才，并為今后我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的開設(shè)打下了基礎(chǔ).

〔1〕http://www.aiai.edu.cn/s/41/t/357/3d/a9/info15785.htm.

〔2〕牛建偉，張炯.北京航空航天大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育,2008(7):64-65.

〔3〕鄭偉.“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)”課程模式轉(zhuǎn)變及教改研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009(S1):47-49.

〔4〕李勇，游磊，蘇長(zhǎng)明.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系建設(shè)研究[J].教育與教學(xué)研究，2011，25（5）：95-98.

〔5〕http://www.up-tech.com/product/detail.asp?id=211.

〔6〕何劍鋒，黃建仁，何月順，等.以ARM － Linux為載體進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,30（3）:287-290.

〔7〕王蘇峰，唐玉華，陸洪毅，等.嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2011（20）:65-68.

〔8〕徐慧,金敏.“三點(diǎn)一線”教學(xué)方法在“嵌入式系統(tǒng)”課程中的應(yīng)用[J].教育與教學(xué)研究,2009(10):39-4.