嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程實(shí)踐教學(xué)探討

王 劍

（長江大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023）

在IEEE計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)2004年6月發(fā)布的Comput ing Curricula Computer Engineering Repor t,Ironman Dr af t報(bào)告中把嵌入式系統(tǒng)課程列為計(jì)算機(jī)工程學(xué)科的領(lǐng)域之一,把軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)列為高層次的選修課程。美國科羅拉多州立大學(xué)“嵌入式系統(tǒng)認(rèn)證”課程目錄包括實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)工程訓(xùn)練課程。美國華盛頓大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程名稱是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論,它基本包括了前面三門課程的內(nèi)容。2006年6月,我國教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范(試行)”中也將嵌入式系統(tǒng)列為計(jì)算機(jī)工程專業(yè)方向的核心課程。

嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識(shí)和動(dòng)手能力，是一門綜合性強(qiáng)、知識(shí)覆蓋面大的課程，既涉及數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用等硬件知識(shí)，又涉及操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等軟件知識(shí)，其過程極其復(fù)雜、繁瑣，對于計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生而言，開始學(xué)的時(shí)候往往是一頭霧水，不知所云，無從下手。因此，迫切需要在高校建立一個(gè)新的、基于先進(jìn)嵌入式工程培養(yǎng)的、基于ARM技術(shù)和多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程體系,從根本上解決嵌入式技術(shù)發(fā)展對人才的需求［1］。

由于高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力”的方向發(fā)展，培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿Υ蟮膹?fù)合型人才是高等教育追求的目標(biāo)。為了提高學(xué)生對外部變化的適應(yīng)和反應(yīng)能力，拓寬學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，以增強(qiáng)學(xué)生在未來社會(huì)發(fā)展中的后勁，各個(gè)高校都在加大課程重組和整合的力度，修改教學(xué)計(jì)劃，構(gòu)建多元化學(xué)習(xí)評價(jià)體系，優(yōu)化課程建設(shè)方案，以達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)，提升教學(xué)質(zhì)量強(qiáng)化優(yōu)勢學(xué)科和打造學(xué)科品牌的目的。

實(shí)踐教學(xué)是實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”模式下人才培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施要遵循以下幾個(gè)原則：

（1）從簡單、實(shí)用入手，激發(fā)學(xué)生興趣與愛好。注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望和需求，生動(dòng)地向?qū)W生介紹本課程的性質(zhì)與設(shè)置目的。加深學(xué)生對學(xué)習(xí)本課程必要性的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生喜歡學(xué)習(xí)這門功課。大大增加教學(xué)信息量，提高學(xué)習(xí)效率。改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。比如采用對比教學(xué)法：有些教學(xué)內(nèi)容可以采用對比教學(xué)法，增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的感受強(qiáng)度。

（2）入門程序要直觀、易懂、容易操作；使學(xué)生很快掌握軟件的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試、移植等過程；掌握軟件工程項(xiàng)目的概念。

（3）安排實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如LCD顯示、觸摸屏、鍵盤等內(nèi)容，并讓內(nèi)容與手機(jī)關(guān)聯(lián)起來，使學(xué)生明白手機(jī)是如何工作的，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動(dòng)力。同時(shí)實(shí)施實(shí)例化教學(xué)方法，就是以實(shí)際產(chǎn)品（或者半成品）為主要研究對象，強(qiáng)調(diào)從實(shí)際出發(fā)，采用自上而下或者自下而上的方式對方案進(jìn)行設(shè)計(jì)測試，并在過程中對傳統(tǒng)模式下的理論知識(shí)進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)的淬煉，努力使學(xué)生學(xué)習(xí)了一個(gè)例子，就掌握一方面實(shí)例的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。以實(shí)例化教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，涉及信息量大、知識(shí)點(diǎn)價(jià)值高、貼近實(shí)際應(yīng)用，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和前景。在學(xué)期課程結(jié)束進(jìn)行評價(jià)測試時(shí)，實(shí)例化教學(xué)模式下的學(xué)生成績和其他評測結(jié)果也好于傳統(tǒng)模式下的結(jié)果。

（4）編寫基于“做中學(xué)”理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，要緊密結(jié)合科研、產(chǎn)品與社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐，引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和教學(xué)改革新成果，積極開發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)型、研究型等有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)的比重，要圍繞讓學(xué)生自己以市場的需要為導(dǎo)向，從問題的提出，到問題的分析、解決和實(shí)施等幾個(gè)過程來展開。同時(shí)要緊跟時(shí)代的熱點(diǎn)需求，以智能家電、iPad、PDA、GPS導(dǎo)航等社會(huì)熱點(diǎn)產(chǎn)品為CDIO的工程項(xiàng)目，使得學(xué)生進(jìn)一步了解了嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、開發(fā)過程及應(yīng)用領(lǐng)域。

（5）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的積極引入。制作課程的相關(guān)網(wǎng)站，通過編寫教學(xué)課件、制作題庫，為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。網(wǎng)站已包括教學(xué)資源、網(wǎng)上教學(xué)、習(xí)題解答、疑難解答、最新留言、子程序庫、教學(xué)體會(huì)、教學(xué)交流、學(xué)生心得等幾個(gè)板塊。通過和學(xué)生在課下互動(dòng)，加深學(xué)生對課上知識(shí)點(diǎn)的印象和理解，有效地提高了學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性。并且通過網(wǎng)站建設(shè)也與其他高校及相關(guān)行業(yè)人士進(jìn)行專業(yè)交流。

（6）積極引導(dǎo)學(xué)生參加各種大賽及創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃。組織參加課外科技活動(dòng)小組的學(xué)生參加國內(nèi)外各種相關(guān)的科技性設(shè)計(jì)大賽，根據(jù)學(xué)生完成實(shí)際項(xiàng)目的情況和大賽獲獎(jiǎng)情況，判斷教學(xué)改革的成效，對根據(jù)結(jié)果對教學(xué)方案進(jìn)行調(diào)整。

（7）重新建立科學(xué)的考評體系。建立以理論考核與實(shí)驗(yàn)考核相結(jié)合的模式，以實(shí)驗(yàn)考核為主；在實(shí)驗(yàn)考核中又以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成績?yōu)橹?，通過觀察學(xué)生所完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、質(zhì)量、正確性等，著重考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)作風(fēng)，考核學(xué)生的設(shè)計(jì)方法和創(chuàng)新能力以及是否滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求，期終考試則著重考核學(xué)生對原理的掌握。

［1］王碩旺，洪成文.美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式:基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

［2］陳春林，朱張青.基于CDIO教育理念的工程學(xué)科教育改革與實(shí)踐[J].教育與現(xiàn)代化，2010，94（1）：30-33.

［3］黃智偉，鄧月明，等.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008：1-4.

［4］張雯雰，高守平，等.應(yīng)用型本科嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2010，204（18）：39-40.

［5］王宜懷，劉曉升.嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007：8-15.

［6］閻守華.CDIO模式下電路與電子技術(shù)課程教改的探討[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24（5）：474-477.