物聯(lián)網(wǎng)背景下嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)的改革探究

楊峰

【摘 要】分析了物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式的關(guān)系，針對(duì)傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的課時(shí)少、教學(xué)手段單一的現(xiàn)狀，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從理論、實(shí)踐、實(shí)習(xí)等方面探討一種改進(jìn)的教學(xué)模式，以符合物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代要求。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式；教學(xué)改革

“十三五”時(shí)期是我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)加速進(jìn)入“跨界融合、集成創(chuàng)新和規(guī)模化發(fā)展”的新階段，越來(lái)越多的嵌入式開(kāi)發(fā)企業(yè)開(kāi)始向物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)企業(yè)轉(zhuǎn)型，隨之而來(lái)的是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人才的海量需求。為適應(yīng)社會(huì)人才需求，不少高校也對(duì)培養(yǎng)課程進(jìn)行了調(diào)整，有的高校直接開(kāi)設(shè)了新的物聯(lián)網(wǎng)課程，有的高校則將原有的相關(guān)課程改革，向物聯(lián)網(wǎng)靠攏。文中探討了嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)在物聯(lián)網(wǎng)背景下的改革模式。

一、嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的地位

自計(jì)算機(jī)與集成電路誕生以來(lái)，我們先后經(jīng)歷了單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)時(shí)代，如今，物聯(lián)網(wǎng)正推動(dòng)著一場(chǎng)新的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。單片機(jī)可以稱之為嵌入式系統(tǒng)的子類，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗都有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)則是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋萬(wàn)事萬(wàn)物的“Internet of things”。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，嵌入式技術(shù)扮演著關(guān)鍵的角色，正是嵌入式技術(shù)，才能把傳感器的信息數(shù)據(jù)接收至處理單元，再把經(jīng)處理后的信息通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳送到頂層，從而形成萬(wàn)物相聯(lián)的信息網(wǎng)。

二、現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)教學(xué)分析

嵌入式系統(tǒng)課程是一門多學(xué)科交叉的課程，知識(shí)內(nèi)容涵蓋了計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)和信息科學(xué)等。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既包含硬件部分也包含軟件部分，隨著嵌入式新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，軟硬件復(fù)雜程度也不斷增加，這讓原本就讓高校大學(xué)生覺(jué)得難學(xué)的課程變得難度更大，要學(xué)的內(nèi)容更多，教師也覺(jué)得教學(xué)任務(wù)重，壓力大?？偨Y(jié)起來(lái)，當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)一般存在著以下三個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）課時(shí)少。目前，高校的嵌入式技術(shù)課程理論課時(shí)基本在40個(gè)左右，實(shí)踐課時(shí)在10個(gè)左右。而該門課程的知識(shí)體系相對(duì)來(lái)說(shuō)是偏復(fù)雜的，加之內(nèi)容甚多，課時(shí)量偏少的，尤其是實(shí)踐課時(shí)，對(duì)于這樣一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科來(lái)說(shuō)，10個(gè)課時(shí)顯然不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力的要求。

（2）軟硬件教學(xué)失衡。受專業(yè)方向要求的限制，在內(nèi)容選材方面，有的高校側(cè)重于硬件，有的則側(cè)重于軟件。而嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)則要求軟硬兼具，缺一不可；嵌入式技術(shù)的發(fā)展也是硬件發(fā)展和軟件發(fā)展相互促進(jìn)的過(guò)程。授課的失衡必然帶來(lái)學(xué)生能力上的失衡，制約了學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的發(fā)展。

（3）教學(xué)手段單一與師資素質(zhì)不高。當(dāng)前的嵌入式課程教學(xué)大多還是傳統(tǒng)PPT模式，學(xué)生的興趣普遍低下，啟發(fā)式與項(xiàng)目式等具有活力的教學(xué)方法始終缺乏。同時(shí)，授課教師大多沒(méi)有企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法給學(xué)生提供開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

三、物聯(lián)網(wǎng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的影響

物聯(lián)網(wǎng)的興起已經(jīng)促使大部分相關(guān)企業(yè)進(jìn)入轉(zhuǎn)型的軌道，企業(yè)的轉(zhuǎn)型意味著對(duì)技術(shù)人才需求的轉(zhuǎn)型。單純的嵌入式教學(xué)體系已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是包括嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)、先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)綜合體，這就要求高校必須順應(yīng)時(shí)代的趨勢(shì)，調(diào)整培養(yǎng)方案，提升教學(xué)質(zhì)量，以企業(yè)需求為導(dǎo)向，注重對(duì)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，要不斷更新自己的知識(shí)體系，接受物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)的新要求、新挑戰(zhàn)和新技術(shù)。

四、物聯(lián)網(wǎng)背景下嵌入式教學(xué)的改革思路

（1）理論課程計(jì)劃設(shè)置

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是多跨領(lǐng)域的技術(shù)，需要在原有的嵌入式課程體系基礎(chǔ)上增設(shè)面向物聯(lián)網(wǎng)的新學(xué)科。面向物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)科既涉及到傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)、通信組網(wǎng)技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科也涉及到包括網(wǎng)絡(luò)安全和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等應(yīng)用學(xué)科。受培養(yǎng)計(jì)劃課時(shí)限制，大多數(shù)高校的理論課時(shí)已經(jīng)飽和，增設(shè)新的課程涉及到培養(yǎng)計(jì)劃以及教學(xué)大綱的修改，客觀阻力不小。

（2）實(shí)踐教學(xué)體系調(diào)整

實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生增強(qiáng)理解，學(xué)會(huì)基本運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容取決于實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。傳統(tǒng)的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)雖然比單片機(jī)平臺(tái)功能多得多，但要符合物聯(lián)網(wǎng)能力培養(yǎng)的要求，還需在功能上進(jìn)一步擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，嵌入式技術(shù)應(yīng)用于感知層與網(wǎng)絡(luò)層。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了基本的處理器、顯示、按鍵、電機(jī)模塊，還應(yīng)具備傳感器模塊、RFID射頻模塊、二維碼識(shí)別模塊、zigbee模塊、WIFI模塊等。

為便于學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)施過(guò)程，組織實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)打破原有體系，按照物聯(lián)網(wǎng)的層次關(guān)系，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為感知識(shí)別實(shí)驗(yàn)、無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。感知實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生了解常見(jiàn)傳感器的工作方式、掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通信實(shí)驗(yàn)包括WIFI、Zigbee、藍(lán)牙等無(wú)線組網(wǎng)，目標(biāo)是讓學(xué)生掌握多種手段搭建網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要包括手機(jī)終端開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)，此部分實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生擁有一定軟件設(shè)計(jì)能力基礎(chǔ)，而大部分電子信息專業(yè)的學(xué)生在該項(xiàng)能力儲(chǔ)備上都存在不足。

課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。只有通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)生才能將課堂知識(shí)與實(shí)際工程需求相結(jié)合，提升分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)題目要具有代表性，要能夠覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)的組織應(yīng)以小組為單位，要求每個(gè)小組的成員通過(guò)分工協(xié)作，在規(guī)定的時(shí)間里完成項(xiàng)目。課程設(shè)計(jì)過(guò)程的管理是保證效果的關(guān)鍵。指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)過(guò)程的指導(dǎo)與監(jiān)督，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的形式與學(xué)生交流、分享資料。

（3）校外實(shí)習(xí)拓展

校外實(shí)習(xí)是校內(nèi)教學(xué)的延伸。讓學(xué)生走出校門，到企業(yè)一線直接感受并參與實(shí)際工程的實(shí)施，有利于了解現(xiàn)狀與趨勢(shì)、開(kāi)闊視野，同時(shí)也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身能力與企業(yè)需求水平間所存在的距離，對(duì)意志是一次良好的鍛煉。近年來(lái)，校外的實(shí)習(xí)教育越來(lái)越受到重視，許多高校紛紛與企業(yè)開(kāi)展合作辦學(xué)，在企業(yè)設(shè)立實(shí)習(xí)基地，學(xué)生也樂(lè)意在新的環(huán)境下學(xué)習(xí)和工作，企業(yè)則可以對(duì)人才進(jìn)行預(yù)備性培養(yǎng)。

五、結(jié)語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)課程本身知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)踐性較強(qiáng)，教與學(xué)都面臨著不小的困難。在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，嵌入式系統(tǒng)課程須要注重多學(xué)科融合，綜合性更強(qiáng)，難度變得更大。文中給出了一種改進(jìn)的教學(xué)模式，從理論教學(xué)、實(shí)踐活動(dòng)、校外拓展等方面契合了物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代需求。從實(shí)踐的情況看，獲得了使學(xué)生把更多的壓力轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的效果，興趣和能力都獲得顯性提升。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍需要大量人才，推動(dòng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的改革，提升人才素質(zhì)基礎(chǔ)還需要廣大教育工作者的不懈努力。

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