嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)改革與探索

王振華　劉慧芳

摘要：嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的重要課程，嵌入式軟件開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的一個重要方面，嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是該課程整個教學(xué)環(huán)節(jié)中非常重要的一個部分。論述了嵌入式軟件開發(fā)課程的內(nèi)容選擇，嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)狀況。嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)改革包括：加強(qiáng)硬件實(shí)踐教學(xué)、利用社會培訓(xùn)公司優(yōu)質(zhì)資源、建立校企聯(lián)合實(shí)踐基地、項(xiàng)目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)模式的改進(jìn)等。最后，對嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐課程成績評價體系的調(diào)整進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：嵌入式軟件；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐探索

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0082-02

作為信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的一個新方向，嵌入式系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)更高級的應(yīng)用，硬件資源非富，軟件開發(fā)基于嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)的功能和性能有了大大的提高。它可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的前端、車聯(lián)網(wǎng)的移動端、移動應(yīng)用等。嵌入式軟件開發(fā)課程是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和軟件工程專業(yè)的一門專業(yè)課程，其實(shí)踐教學(xué)是整個教學(xué)課程的一個重要環(huán)節(jié)，是提高學(xué)生積極性、主動性和創(chuàng)造性的重要教學(xué)過程。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生提高了工程設(shè)計(jì)能力、系統(tǒng)分析能力、基礎(chǔ)知識綜合性整合能力等。在實(shí)際的嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)中，通過近幾年的不斷改革和探索，實(shí)踐教學(xué)效果有了較大的提高。

一、嵌入式軟件開發(fā)課程的現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)，通常，這一任務(wù)是通過執(zhí)行嵌入式軟件來實(shí)現(xiàn)的。廣義的嵌入式系統(tǒng)一般分為兩種，一種是嵌入到其他設(shè)備或者機(jī)器中的模塊，進(jìn)行設(shè)備的控制，比如冰箱、空調(diào)等里面控制模塊；另一種是獨(dú)立的設(shè)備系統(tǒng)，比如：路由器、機(jī)頂盒、手機(jī)等。針對前一種嵌入式控制模塊，一般采用的嵌入式操作系統(tǒng)為：uC/OS、uCLinux、Window CE、Linux、VxWorks等。而后一種嵌入式系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)，主要針對手機(jī)而言，操作系統(tǒng)平臺：Microsoft公司的window phone、Google公司的Android、Apple公司的iOS以及嵌入式Linux等。進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)時，針對不同的嵌入式開發(fā)平臺，需要的軟硬件環(huán)境是不同的。尤其是iOS開發(fā)環(huán)境，需要使用Apple公司的硬件平臺和MACOS操作系統(tǒng)環(huán)境。我們調(diào)研了周邊的一些高校，各高校設(shè)置的嵌入式軟件開發(fā)的課程教學(xué)內(nèi)容不盡相同，有的是基于uC/OS操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)，有的是基于Linux操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)。軟件平臺主要是指嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWork、WinCE、uC/OS、嵌入式Linux等。我們學(xué)校選擇的該課程內(nèi)容是基于Linux操作系統(tǒng)平臺的嵌入軟件開發(fā)。

二、嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)情況

嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐課程對學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生的動手操作能力要強(qiáng)。一方面，嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)要求，不僅要懂得底層系統(tǒng)軟件和軟件性能優(yōu)化，而且必須懂得一部分硬件的工作原理。另一方面，是因?yàn)檫@一領(lǐng)域較新，技術(shù)發(fā)展較快，很多軟硬件技術(shù)較新或正在出現(xiàn)（如無線通信協(xié)議等），掌握這些新技術(shù)需要有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。目前，高校的嵌入式實(shí)驗(yàn)室一般都配有專門的嵌入實(shí)驗(yàn)箱或者嵌入式開發(fā)模塊，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)箱（或者開發(fā)板）進(jìn)行Bootloader移植、操作系統(tǒng)移植、硬件模塊的驅(qū)動程序開發(fā)、應(yīng)用程序開發(fā)等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一般都隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備隨機(jī)配備，有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)步驟和源碼。實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生一般按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的操作進(jìn)行。這樣，學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)實(shí)踐中，學(xué)習(xí)的內(nèi)容和形式對學(xué)生積極性的提高沒有多大作用，學(xué)生自主創(chuàng)新的機(jī)會較少。

三、嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn)

針對在嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的一些問題，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)踐教學(xué)改革與探索。

1.軟硬件兼顧，加強(qiáng)基于硬件應(yīng)用的軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺是多種多樣的，還有豐富的外部設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)軟件是在這些特定的硬件基礎(chǔ)之上運(yùn)行的，嵌入式軟件的運(yùn)行依賴于特定的硬件。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，考慮到在特定的嵌入式硬件平臺之上，完成嵌入式軟件開發(fā)的實(shí)踐課。最初，我們在嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)的對硬件的實(shí)驗(yàn)安排較少，甚至沒有，學(xué)生沒有掌握底層知識，對嵌入式軟件開發(fā)訪問硬件資源方面，就無從下手。加強(qiáng)用軟件控制硬件的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。嵌入式軟件開發(fā)的軟件實(shí)驗(yàn)，一方面通過軟件去控制硬件，完成特定的功能。利用硬件平臺的核心硬件電路和外設(shè)，通過豐富的傳感器獲取一系列的參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)，控制一些機(jī)械設(shè)備。比如，利用無線技術(shù)進(jìn)行工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)器人控制等。這樣便提高了學(xué)生的興趣性、積極性和創(chuàng)造性。

2.開放實(shí)踐教學(xué)模式，與社會培訓(xùn)公司聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生。充分利用社會培訓(xùn)機(jī)構(gòu)資源，聯(lián)合培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)學(xué)生。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)特點(diǎn)，是技術(shù)新穎、發(fā)展快、應(yīng)用廣泛等，高校教師需要有學(xué)習(xí)過程和項(xiàng)目實(shí)踐過程。然而，許多培新公司有專門的技術(shù)教師專門從事這方面的教學(xué)培訓(xùn)工作。目前，有關(guān)嵌入式軟件開發(fā)培訓(xùn)的公司很多，他們的教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、項(xiàng)目實(shí)踐等很有特色，他們一直關(guān)注著該方向的前沿技術(shù)，這些都是值得我們學(xué)習(xí)的。我校和北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司合作，利用他們優(yōu)質(zhì)的培訓(xùn)教師和實(shí)踐的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，參與學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)，是我們嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)改革的一個重要方向。

3.按照社會需求培養(yǎng)學(xué)生，與企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)建實(shí)踐教學(xué)基地。讓學(xué)生參與到科研和技術(shù)公司中，讓他們接觸到最近的理念和開發(fā)技術(shù)。創(chuàng)建校企合作的實(shí)踐教學(xué)體系，就是以培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)和實(shí)際項(xiàng)目能力為重點(diǎn)，利用學(xué)校與企業(yè)兩種不同的教育環(huán)境和教育資源，采用學(xué)校教育與企業(yè)實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)的有機(jī)結(jié)合，共同完成高技術(shù)人才培養(yǎng)任務(wù)。在培養(yǎng)方案中體現(xiàn)校企合作實(shí)踐教學(xué)體系，與企業(yè)科研部門共同制定人才培養(yǎng)方案。這樣，學(xué)生能夠準(zhǔn)確及時地根據(jù)市場變化和企業(yè)的需求，結(jié)合行業(yè)與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，遵循教育規(guī)律，共同制定人才培養(yǎng)方案。在培養(yǎng)方案中，實(shí)踐教學(xué)過程處于突出位置，具有很強(qiáng)的崗位針對性和主動適應(yīng)性，既能豐富學(xué)生的項(xiàng)目經(jīng)歷，又能夠大大縮短學(xué)生就業(yè)后項(xiàng)目研究的適應(yīng)期。

4.科研競賽項(xiàng)目帶動實(shí)踐教學(xué)。嵌入式軟件開發(fā)，作為軟件開發(fā)的一種，按照軟件工程的要求進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)安排，起到良好的教學(xué)效果。依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程與創(chuàng)新平臺的資金支持，深入企業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)研，獲取企業(yè)在人才和技術(shù)上的各項(xiàng)需求。實(shí)驗(yàn)室專業(yè)教師提出科研和實(shí)踐教學(xué)的需求方向和研究題目，嵌入式軟件開發(fā)的學(xué)生根據(jù)自身的興趣結(jié)合所學(xué)習(xí)的知識和技術(shù)，選擇項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐課程。項(xiàng)目來自老師的科研課題或企業(yè)技術(shù)研發(fā)。社會上，有關(guān)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的競賽也比較多，我們有選擇地讓學(xué)生參與嵌入式軟件開發(fā)的競賽。學(xué)生參與競賽，一方面給學(xué)生提供了學(xué)習(xí)新技術(shù)的機(jī)會，另一方面，學(xué)生積累項(xiàng)目了經(jīng)驗(yàn)，提高了協(xié)同工作能力，這些活動的參與，屬于嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐課程的一部分。這樣，豐富了學(xué)生實(shí)踐課程的形式，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5.實(shí)踐成績評價體系的改革。嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐課程是具有操作性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。如何給學(xué)生一個合理的評價方法，一直是我們的改革內(nèi)容，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)施和創(chuàng)作能力、文檔編制能力、組織協(xié)調(diào)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。項(xiàng)目考核一般以項(xiàng)目答辯的形式進(jìn)行，同時采用實(shí)踐考核和提交作品以及論文的形式，由指導(dǎo)老師評分。一方面，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐過程的評價。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的實(shí)驗(yàn)功能和性能的實(shí)現(xiàn)非常重要，考慮到整個實(shí)驗(yàn)過程的復(fù)雜性，我們更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)態(tài)度，實(shí)驗(yàn)過程環(huán)節(jié)成績所占比重，由原來的30%提高到50%。另一方面，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)報告的撰寫。撰寫實(shí)驗(yàn)報告是大學(xué)生的一項(xiàng)重要的技能和素質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)完成后，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成自己的實(shí)驗(yàn)報告。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容主要包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、硬件平臺（具體外設(shè)）、軟件平臺（運(yùn)行平臺、開發(fā)平臺及開發(fā)環(huán)境等）、實(shí)驗(yàn)過程、軟件流程圖及源碼、實(shí)驗(yàn)過程遇到的主要問題及解決方案等。在學(xué)生成績評價過程中，實(shí)驗(yàn)報告部分是評價體系的一個重要指標(biāo)。

四、嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)改革的初見成效

通過嵌入式軟件開發(fā)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)一步地鞏固和加深了在課堂上學(xué)得的知識，鍛煉了實(shí)踐操作技能，增強(qiáng)了實(shí)際動手能力。通過近期的實(shí)踐教學(xué)改革，通過我們對學(xué)生的調(diào)研，學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)評價越來越高，學(xué)生對該課程的興趣也更大了，學(xué)生的積極性和主動性有了較大的提高，學(xué)生的實(shí)際動手操作能力有了較大的提高，選課的學(xué)生也越來越多。通過對近幾年畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)情況進(jìn)行調(diào)研，從事嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的學(xué)生就業(yè)情況非常好，學(xué)生發(fā)展的機(jī)會也比較多。

五、結(jié)語

由于嵌入式設(shè)備的硬件和軟件的快速發(fā)展，嵌入式軟件操作系統(tǒng)的發(fā)展也比較快，這對這門課程的實(shí)踐教學(xué)改革也在不斷的推進(jìn)，其教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容也必須與時俱進(jìn)。在實(shí)踐教學(xué)中，更好地完成教學(xué)任務(wù)和如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動性、積極性與創(chuàng)造性，是我們實(shí)踐教學(xué)改革的核心與主題。

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