應(yīng)用型本科院校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革的探索——以宿遷學(xué)院為例

袁靜

（宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，由于體積小，功耗低，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，集成功能豐富，設(shè)計(jì)方法靈活，外設(shè)接口豐富等優(yōu)點(diǎn)，其在工業(yè)控制、儀器儀表、通信電子、便攜設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1~2]。

為適應(yīng)社會(huì)對(duì)嵌入式技術(shù)人才的需求，宿遷學(xué)院在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程、電子信息工程和通信工程等專業(yè)開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程。目前，該課程四個(gè)專業(yè)使用同一教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱和教材（理論學(xué)時(shí)36，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)12），經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，證明這種不考慮各專業(yè)特點(diǎn)，采取一視同仁的教學(xué)做法是失敗的，學(xué)生很難在較少的學(xué)時(shí)里掌握嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)調(diào)開發(fā)的技術(shù)，更無法培養(yǎng)學(xué)生自主開發(fā)的能力，教學(xué)效果不理想。

1 教學(xué)改革的探討

1.1 課程發(fā)展方向的選擇

嵌入式技術(shù)分為嵌入式硬件和嵌入式軟件兩條不同的技術(shù)發(fā)展路線，這兩條技術(shù)路線涉及的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用領(lǐng)域存在明顯差異，且嵌入式系統(tǒng)具有多學(xué)科交叉的典型特點(diǎn)，因此針對(duì)不同專業(yè)應(yīng)該有不同的目標(biāo)和要求。

通信工程和電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，選擇嵌入式硬件開發(fā)方向；而對(duì)于軟件工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生則選擇嵌入式軟件開發(fā)。針對(duì)這兩個(gè)方向的特點(diǎn)設(shè)置課程體系。

1.2 嵌入式硬件開發(fā)方向課程體系的改革

（1）培養(yǎng)目標(biāo)

結(jié)合我院電子信息工程和通信工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，培養(yǎng)目標(biāo)為能夠掌握嵌入式系統(tǒng)基本理論知識(shí)和簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)，具有嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)的基本能力。

（2）課程體系建設(shè)

對(duì)于嵌入式硬件開發(fā)方向主要課程如圖1所示，其中硬件基礎(chǔ)課程為模擬電路、數(shù)字電路、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用等。這幾門課程由不同老師授課，且分布在不同學(xué)期，課程連貫性差，內(nèi)容有重復(fù)，并且“學(xué)科系統(tǒng)化”烙印極深。雖然為學(xué)生提供了電類基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，但與課程的職業(yè)性目標(biāo)相脫離。所以在改革課程體系時(shí)以課程職業(yè)性目標(biāo)出發(fā)，以夠用為原則修訂了這幾門課程的教學(xué)大綱，對(duì)內(nèi)容和學(xué)時(shí)都進(jìn)行了刪減。例如，模擬電子技術(shù)學(xué)時(shí)由80減至75，課程內(nèi)容主要講述二極管及其基本電路，三極管及放大電路，反饋放大電路，集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用，其余內(nèi)容刪減。數(shù)字電子技術(shù)學(xué)時(shí)由80減至75；微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用學(xué)時(shí)由64減至56，主要講述存儲(chǔ)器擴(kuò)展，接口電路分析與設(shè)計(jì)；放棄傳統(tǒng)的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)分開單獨(dú)授課的教學(xué)方式，綜合考慮單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的處理器之間的相互聯(lián)系，弱化單片機(jī)課程內(nèi)容，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)的處理器的設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)。電子信息工程和通信工程的學(xué)生沒有編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)等嵌入式操作系統(tǒng)移植必備的知識(shí)，因此，可以選擇小內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)便于學(xué)生學(xué)習(xí)。

1.3 嵌入式軟件開發(fā)方向課程體系的改革

（1）培養(yǎng)目標(biāo)

圖1 嵌入式硬件開發(fā)方向開設(shè)的主要課程

結(jié)合我院電子信息工程和通信工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，培養(yǎng)目標(biāo)為能夠掌握掌握扎實(shí)的計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程和嵌入式系統(tǒng)的基本理論和知識(shí)，具備從事嵌入式軟件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理和維護(hù)等工作的能力。

（2）課程體系建設(shè)

嵌入式軟件開發(fā)方向主要課程如圖2所示，弱化硬件課程，模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)整合成一門課，學(xué)時(shí)64；微型計(jì)算機(jī)及應(yīng)用學(xué)時(shí)64，為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)打下必要的硬件基礎(chǔ)；單片機(jī)原理及應(yīng)用課程刪除；由于軟件工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生具備嵌入式操作系統(tǒng)移植的必備知識(shí)，所以選擇較復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)如Linux。

圖2 嵌入式軟件開發(fā)方向開設(shè)的主要課程

2 實(shí)踐教學(xué)改革

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇

嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要實(shí)現(xiàn)嵌入式硬件和嵌入式軟件兩種不同的教學(xué)方式，必須采用不同的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

對(duì)于電子信息工程和通信工程專業(yè)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該聯(lián)系其專業(yè)特點(diǎn)，例如可以選擇嵌入式信號(hào)處理平臺(tái)和嵌入式通信處理平臺(tái)等。

對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和軟件工程專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容以嵌入式操作系統(tǒng)和軟件開發(fā)為核心。因此，可以選擇處理能力強(qiáng)的S3C2410、S3C2440、S3C6410等嵌入式平臺(tái)，配以Linux嵌入式操作系統(tǒng)[3]。

2.2 實(shí)踐課程改革

（1）實(shí)驗(yàn)

每個(gè)班的學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該能夠根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成了不同的類型，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可以根據(jù)學(xué)生組合調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提供學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)的興趣。例如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成三類：驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性。

（2）實(shí)踐

首先，以系為單位組織和指導(dǎo)學(xué)生參與電子設(shè)計(jì)大賽，通過比賽提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鞏固所學(xué)的知識(shí)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。其次，選拔能力優(yōu)秀的學(xué)生加入教師的科研團(tuán)隊(duì)，參與科研課題，使他們能夠真實(shí)的接觸到前沿技術(shù)。

3 結(jié)束語

根據(jù)不同專業(yè)，分別設(shè)置硬件和軟件占不同比重的教學(xué)內(nèi)容，采用相適應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)踐分層的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)課程的熱情，既克服了由于不同專業(yè)課程基礎(chǔ)造成的教學(xué)困難，又達(dá)到了不同專業(yè)學(xué)生“差異化”培養(yǎng)的目的[4]，收到了良好的教學(xué)效果。

[1]江 維，桑 楠.面向高等教育的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2011(16):33-36.

[2]田 澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3]謝 東.嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革及實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)教育,2010(10):30-33.

[4]霍 華.嵌入式技術(shù)課程教學(xué)方法改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2012(6):48-50.

[5]過 怡，劉文芝.嵌入式應(yīng)用技術(shù)專業(yè)電類課程整合的研究[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012(12):113-114.

[6]李耀波，杜麗敬，徐 洋.高校嵌入式系統(tǒng)課程群規(guī)劃的探討[J].科技信息，2007(19):24-25.