探索以“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程為核心培養(yǎng)應(yīng)用型人才的模式

摘要：本文介紹了以“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程為核心培養(yǎng)應(yīng)用型人才的指導(dǎo)思想，開設(shè)與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”有關(guān)課程的必要性，以及相關(guān)教學(xué)實驗平臺、培養(yǎng)思路、具體做法和取得的成績并作出總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計；培養(yǎng)；人才；模式

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）02-0075-03

培養(yǎng)應(yīng)用型人才是我校的辦學(xué)目標(biāo)，本人結(jié)合與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”有關(guān)的教學(xué)作了一些探索與嘗試，收到了較好的效果。在此，就我的認(rèn)識簡述如下。

１教學(xué)指導(dǎo)思想

在人們的習(xí)慣意識中，總是將專業(yè)教學(xué)與學(xué)生科技活動看成是兩個歸屬不同的部門，毫不相關(guān)的工作。但在高等教育全面改革的今天，教學(xué)實踐環(huán)節(jié)搞得怎樣？如何拓展教學(xué)實踐的新途徑，已經(jīng)成為衡量一個學(xué)校教學(xué)水平的主要因素之一。筆者開展與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”有關(guān)的教學(xué)活動的指導(dǎo)思想就是將學(xué)生科技活動與專業(yè)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，提出將學(xué)生科技活動融入教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的新思路，探索了一條培養(yǎng)應(yīng)用型人才的新模式。通過一系列學(xué)生科技活動的開展，對學(xué)生的創(chuàng)新意識、實踐能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)非常有利，它對學(xué)生的影響是積極、長遠(yuǎn)的。

２開設(shè)與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”有關(guān)課程的必要性

嵌入式計算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)60年代初，航天工業(yè)從那時起已開始使用實時控制計算機(jī)進(jìn)行航天飛行器的測控和導(dǎo)航。隨著半導(dǎo)體和微處理器技術(shù)的發(fā)展，到了20世紀(jì)80年代，大量4位、8位和16位微處理器開始應(yīng)用于各種設(shè)備中，如飛行器、艦船、汽車、電話、電視機(jī)、微波爐、照相機(jī)甚至玩具，嵌入式實時操作系統(tǒng)開始應(yīng)用。進(jìn)入后PC時代，4位、8位和16位微處理器逐步讓位于32位嵌入式芯片，嵌入式計算機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。它將廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、有線和移動通信、汽車、醫(yī)療、工業(yè)控制、航空航天及國防等領(lǐng)域的民用和軍用電子設(shè)備。形式多樣的嵌入式計算機(jī)正努力把Internet連接到人們生活的各個角落，其消費(fèi)量將以億計，逐步形成一個充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。

隨著嵌入式應(yīng)用復(fù)雜度的提高，嵌入式軟件的規(guī)模也發(fā)生了指數(shù)型增長。軟件的實現(xiàn)從某種意義上說決定了產(chǎn)品的功能，已成為新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵因素，是未來市場競爭力的重要體現(xiàn)。由于嵌入式軟件呈現(xiàn)出一種高度細(xì)分的市場格局，國外產(chǎn)品進(jìn)入也很難壟斷整個市場，這為我國的軟件產(chǎn)業(yè)提供了一個難得的發(fā)展機(jī)遇。

目前市場急需專業(yè)化的嵌入式軟件人才，為適應(yīng)這種需求，國內(nèi)高校大多已開設(shè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的各種課程。在這種背景下我們從2004年秋季開始陸續(xù)為通信系本科三年級的學(xué)生開設(shè)了“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”，為信研一年級的學(xué)生開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”的課程。

3 選擇合適的教學(xué)試驗平臺

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。為了使學(xué)生能夠在較短的時間內(nèi)對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法有個清晰的認(rèn)識，應(yīng)選擇一種合適的教學(xué)試驗平臺。我們選購的是美國Altera公司的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研試驗平臺。

Altera公司在可編程系統(tǒng)級芯片(SOPC)領(lǐng)域中處于前沿和領(lǐng)先的地位，其2003年度的年收入高達(dá)8.272億美元，其產(chǎn)品向全世界近14，000家客戶提供超值的可編程解決方案。 Altera大學(xué)計劃為全球范圍內(nèi)的大專院校提供先進(jìn)的開發(fā)軟件、可編程邏輯器件、開發(fā)工具以及完整的設(shè)計套件，有效地補(bǔ)充了現(xiàn)有的數(shù)字邏輯設(shè)計教學(xué)。它所提供的軟件和硬件平臺適合于各種設(shè)計課程的使用，包括入門級的邏輯設(shè)計和高級的計算構(gòu)架。NiosⅡ處理器能從外設(shè)和存儲器接口庫中進(jìn)行選擇，將處理器、外設(shè)、存儲器和I/O接口集成在單片F(xiàn)PGA中，定制自己設(shè)計的系統(tǒng)，并且對各種外圍設(shè)備的實現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持平臺；SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具可以自動生成組件以及聯(lián)接組件的總線，所有軟件開發(fā)任務(wù)編輯、構(gòu)建、程序調(diào)試都能夠在(IDE)下完成，從而簡化了開發(fā)過程，降低了系統(tǒng)成本、復(fù)雜性以及功耗，并且通過移植到Altera的結(jié)構(gòu)化ASIC中，實現(xiàn)低成本、大批量產(chǎn)品。

該公司開發(fā)的有關(guān)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研平臺操作簡單，硬件和軟件資源比較好，適合教學(xué)要求。

4 培養(yǎng)應(yīng)用型人才

嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點，在教學(xué)過程中，對嵌入式系統(tǒng)涉及的硬件部分和軟件部分作了分析比較，確立了以教學(xué)實驗板為物理基礎(chǔ)，以軟件應(yīng)用設(shè)計開發(fā)為主的指導(dǎo)思想，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)課程，作相關(guān)市場調(diào)研，提出課題，還組織學(xué)生參加相關(guān)的大學(xué)生科技活動和競賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛在能力。

（1）面對不同的授課對象

作為“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”和“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”兩門課程的主講教師，筆者面對不同的對象，從學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律出發(fā)，采用分層次、個性化引導(dǎo)的方法最大限度地引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生熱愛學(xué)習(xí)、努力鉆研，盡可能作到因材施教。

“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課內(nèi)安排56學(xué)時，其中只有8學(xué)時是實驗；“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課內(nèi)安排32學(xué)時。實驗學(xué)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不足以讓學(xué)生掌握這門課程的開發(fā)方法，為了解決這個問題，一方面我積極與實驗室的老師協(xié)調(diào)，為學(xué)生盡可能地開放實驗室；另一方面針對基礎(chǔ)好、感興趣的同學(xué)進(jìn)行引導(dǎo)。由于學(xué)生選課的時間不能與實驗室開放的時間相吻合，我結(jié)合學(xué)生自身有計算機(jī)的資源優(yōu)勢，把開發(fā)板借給學(xué)生，讓他們回去搭建實驗環(huán)境。

我們的研究生來自不同的學(xué)科、不同的專業(yè)，在計算機(jī)應(yīng)用方面的水平參差不齊，有的基礎(chǔ)相對好些，而有個別學(xué)生甚至連微機(jī)原理之類的課程都沒有學(xué)過。針對這種情況，我課上只能假設(shè)所有選修這門課程的同學(xué)都具有微機(jī)原理的基礎(chǔ)，都會使用C語言編寫程序，課后再針對不同的學(xué)生作不同的指導(dǎo)。由于每個學(xué)生自身精力投入的不同，課程結(jié)束后每個人達(dá)到的水平是不同的。

我力圖使學(xué)生通過對課程的學(xué)習(xí)掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法，培養(yǎng)其解決實際問題的能力。由于這是一門軟、硬件結(jié)合，且實踐性很強(qiáng)的課程，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識要求相對其他的課程要多些。有一部分學(xué)生想學(xué)好，但苦于基礎(chǔ)太差，我本著學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)加以引導(dǎo)；針對有開發(fā)潛力的同學(xué)，我?guī)麄內(nèi)⒂^相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備展覽，啟發(fā)他們的思路，給他們講解如何用所學(xué)的專業(yè)知識解決實際生活問題。這樣做雖然很辛苦，但收到了很好的效果，一學(xué)期結(jié)束后，同學(xué)們從最初的不懂科研，到自己能夠提出課題，我感到由衷的欣慰。

(2)培養(yǎng)應(yīng)用型人才

為了促進(jìn)學(xué)生在校期間工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)，提高學(xué)生的動手能力和軟硬件設(shè)計的綜合能力，消除大學(xué)生就業(yè)過程中理論脫離實際的尷尬場面，進(jìn)一步緩解嵌入式行業(yè)人才的緊缺現(xiàn)狀，在教學(xué)過程中我始終堅持方法、能力和品質(zhì)的培養(yǎng)，積極鼓勵、引導(dǎo)有能力的同學(xué)結(jié)合課程提出課題，參加有關(guān)競賽，從而使優(yōu)秀的人才脫穎而出。

2005春季第一次為通信02A-12班開設(shè)“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程，2005年6月我指導(dǎo)學(xué)生參加中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會與北京博創(chuàng)科技發(fā)展有限公司聯(lián)合舉辦的“博創(chuàng)杯”嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計優(yōu)秀作品評選活動并獲得優(yōu)秀獎1項。參賽的三名同學(xué)有幸進(jìn)入中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會建立的人才檔案庫，協(xié)會將向全國各地會員單位和IT企業(yè)為他們推薦工作，對獲獎作品項目由中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會協(xié)助轉(zhuǎn)讓技術(shù)成果，促進(jìn)推廣應(yīng)用。

(3)經(jīng)驗總結(jié)

通信02A-12的五位同學(xué)，結(jié)合“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)，不畏困難、積極進(jìn)取，結(jié)合當(dāng)今科技發(fā)展的最新成果，經(jīng)過充分調(diào)研提出極具應(yīng)用價值的課題，參加了“2005年度NiosⅡ處理器嵌入式設(shè)計大賽”。經(jīng)過2005年3月到5月的努力，兩隊同學(xué)入圍了亞太賽區(qū)前80名并進(jìn)入決賽階段。這一活動大大地激發(fā)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神。盡管美國Altera公司為入圍的每隊選手提供了免費(fèi)的開發(fā)板，但入圍并不等于最終作品的完成，五位同學(xué)中有四名報考研究生，一名同學(xué)報考國家公務(wù)員，后來由于學(xué)生自身精力投入不足，最終作品沒有在規(guī)定的時間內(nèi)完成。

這件事情使我陷入了深深的思索。由于我校在校本科學(xué)生不能免試讀研究生，學(xué)生既要兼顧考研又要做好科研課題是沒有時間保障的，而不考研的同學(xué)基礎(chǔ)相對要差。通過與其他兄弟院校的老師溝通交流，我認(rèn)為針對我校的特殊情況，可以走研究生與本科生相結(jié)合的路子，這方面的工作還有待今后更進(jìn)一步完善。

5 展望

我校與美國Altera公司在通信實驗中心于2006年5月18日掛牌成立了“北方工業(yè)大學(xué)—ALTERA公司EDA/SOPC聯(lián)合實驗室與培訓(xùn)中心”。該中心的成立為我們以后培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才提供了更好的平臺。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 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，2005.

投稿日期：2006-08-09

作者簡介：劉紅（1967.4-），女（漢族），北京人，副教授，碩士，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。