計算機專業嵌入式系統教學模式探析

摘要：本文從嵌入式系統的課程定位、教學體系、師資建設和人才培養等方面進行探析，針對計算機專業的嵌入式教學，提出一系列嵌入式系統教學模式的思路。

關鍵詞：嵌入式系統；教學模式；課程體系；實驗體系；人才培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1 嵌入式系統教學的定位

嵌入式系統是軟硬結合的產品，存在于各個領域，這就決定了它的多學科交叉特性。目前，國內不同院校都在開展嵌入式系統課程的設置，由于專業背景不同，存在各自的特點，如電子技術專業、自動控制專業、通信專業等都開設有嵌入式系統課程，側重點各不相同。

嵌入式系統已形成兩種應用模式：電子技術應用模式和計算機應用模式。相應地，嵌入式開發的人有兩類：一類是學電子工程、通信工程等偏硬件專業出身的人；另一類是學軟件、計算機專業出身的人，主要從事嵌入式操作系統和應用軟件的開發。

結合嵌入式產業技術性和社會需求，我院對嵌入式方向的設置進行了分析和研究，從嵌入式教學的課程內容體系、實驗教學體系及實驗環境建設、教學方法和手段、教材建設、師資力量建設等方面進行改革與探索。本課程的定位是面向計算機專業的學生，利用專業優勢培養計算機應用模式的人才，兼顧電子技術應用模式，力圖培養計算機專業方面的嵌入式人才。

2 建立完善的課程教學體系，培養學生的實踐能力

2.1 設置具有自身特點的課程體系

嵌入式系統的范圍非常廣泛，作為一門課程要有自己的規律，不要把該課程簡單地作為技能培訓。嵌入式系統和實際結合非常緊密，作為應用型人才培養的課程，與研究型的培養側重點是不同的，因此應該建立一套適合學校特點的課程體系。從2004年，我院在深入調查并借鑒國內外嵌入式系統課程設置的基礎上，將原計算機應用方向更名為嵌入式技術方向，結合學院學生的實際，聯系計算機專業的特點，對課程體系做了相應的調整，初步形成了適合我院培養目標的嵌入式系統方向課程體系，如圖1所示。

嵌入式系統開發與應用內容繁雜，以上課程體系涵蓋了嵌入式系統的硬件和軟件兩個方面的課程。其中基礎課程和專業課程和計算機其他方向相似，在專業方向上體現出嵌入式應用課程，總體設置遵循計算機基礎課程、嵌入式系統相關技術及工程實踐技能課程，具有系統性。硬件知識有模擬與數字電路、計算機組成、微機原理與接口技術、單片機原理和網絡與數據通信等；程序設計知識有C、C++、匯編語言、Java等，然后是嵌入式應用課程系列，最終面向各個應用領域。

2.2 建立合理的嵌入式系統實驗教學體系

嵌入式系統是實踐性很強的課程，實踐是整個嵌入式系統教學體系中最重要的環節，也是嵌入式系統教學成敗的關鍵。根據三本院校對學生培養的要求，結合計算機專業的特點，把嵌入式實驗分為基礎性實驗、綜合性實驗、設計創新性實驗和參加工程實踐等四個模塊來設計實驗項目和內容，按照一定的比例進行分配，進而培養學生理論、綜合、創新、實踐能力。

(1)基礎性實驗。按照教學大綱，對一些基本原理進行驗證，操作方法、操作步驟比較詳細，如C51單片機的控制實驗、嵌入式軟件開發基礎實驗、人機接口實驗、通信與音頻接口實驗、簡單驅動程序實驗和嵌入式操作系統移植實驗等，目的在于加深學生對基本理論的理解，掌握基本技能，提高學生對基礎實驗的興趣，為后面的設計性綜合實驗做準備。

(2)綜合性實驗。在掌握基本實驗后，需要培養學生的綜合設計能力。可以選擇一些實驗，貫穿整個知識體系，讓學生思考、綜合運用，培養學生靈活運用知識和理論聯系實際的能力，同時也鍛煉了學生思考問題的獨立性。

(3)創新性實驗。該部分能夠結合一些工程實際，要求學生自擬設計方案，進行可行性審查，提交報告和相關程序，完全發揮學生的主觀能動性，可以分組或個人完成，如串口驅動程序設計、電梯的實時控制、智能小區的設計、MP3音頻播放等。這些課題能夠調動學生的學習積極性，激發他們的求知欲，不斷學習新知識，應用新技術。

(4)實踐活動實驗。這一部分是對于一些學有余力的學生，按照志愿原則集中培訓，結合一些社會應用課題進行訓練，培養他們的工程應用能力。由學生根據社會調查，自己提出實驗課題，擬出實驗方案，最后由老師協同，幫助學生實現自己的設計，最大限度地培養學生了創新意識。

我院的嵌入式實驗室為學生提供了ARM嵌入式開發平臺，熟悉一些常用的微處理器、存儲器、外設接口；掌握嵌入式操作系統，定制內核，編譯下載調試，編寫驅動程序和應用程序等，最后實現一個具體嵌入式應用的解決方案。實踐表明，良好的實驗教學平臺促進了教學與科研的結合，也為學生的學習提供了保證，為他們以后的就業積累經驗。

2.3 整合富有特色的教學和實驗教材

結合計算機專業的特點，選擇和編寫適合本院學生的教材。教材的選用要適合我院計算機應用模式的人才培養，對一些教材進行整合，如數字電路與VHDL語言的結合，電路與模擬電路整合。編程語言方面要形成一條主線，如C語言貫穿于整個大學本科階段，因此要選用以C語言為主的教材。操作系統方面，如Linux、VxWorks等是學生沒有接觸過的嵌入式操作系統，因此在教材的編寫或選擇時要加入這些操作系統的進程／線程調度、通信與同步、中斷設置、優先級、驅動程序結構等方面的內容。實驗指導書也非常重要，要經常修訂，革故鼎新。編寫方式要做重大改進，體現嵌入式系統出現的新技術、新觀點，在實驗教學中讓學生有較大的思維空間和活動空間；采用靈活的方式，由學生結合自身的學習程度，親自選定實驗項目，制定實驗步驟，處理和分析實驗結果、實驗數據等，提高實驗效果。

3 嵌入式師資團隊建設

“嵌入式系統”作為一門新興的學科，需要提供更多的研討學習交流機會，以建立一批既具有嵌入式理論知識和實踐經驗，又有較高教學水平的教師隊伍。我院重視嵌入式師資的培養，鼓勵年輕教師參加國內的一些嵌入式培訓，提升教師的專業素質，如2005年浙大主持的億道英蓓特嵌入式系統培訓；要求參加嵌入式系統設計師的考證，以加深專業知識的理解；教研室成立合作團隊，對國內外一些新的技術、新的動向進行研究；此外，學術交流方面，除了開展與兄弟院校的學術交流，更大膽開展“講壇”式講座，由各教師準備不同的專題，每周進行探討，形成一種慣例，互通有無，共同提高，把合作性學習模式用到師資隊伍的建設之中。

4 以學生為主導。開展“項目化”教學和開辟“學習論壇”

嵌入式系統自身的特點決定了它必須與生產實踐相結合，學院根據應用型人才培養的目標，開展“項目化”教學。基于建構主義的“項目化”教學法一改傳統的教學方式，由以教師為中心轉變為以學生為中心，由以課本為中心轉變為以“項目”為中心，由以課堂為中心轉變為以實際經驗為中心。在運用“項目化”教學進行教學設計的時候，學生是認知的主體、是知識意義的主動建構者。因此學院重視對學生實踐能力的培養，集中時間對學生進行強化訓練，教師則作為協作的角色出現。

嵌入式系統的老師必須具有很深的專業背景和工程項目經驗，引導學生獨立思考，在平時的工程實訓中，學生自由組成若干個項目小組，形成開發團隊，各個小組選出“項目經理”，負責課題的完成與人員分配。項目小組自行分析、自行設計。遇到新的技術或其他學科的知識，要求他們利用網絡、圖書館、團隊的凝聚力等自己解決。“項目化”教學充分突出了學生的主體作用，培養了團隊精神，提高了學生進行技術交流的能力，增強了主動學習的意識，通過網絡和郵件，學生還可以與國內外嵌入式方面的技術人員進行交流，進一步拓寬他們的視野。

此外，為了發揮學生的主體作用，開辟“學習論壇”無疑為嵌入式系統的學習提供了一種很好的方式，師生、生生之間可以相互切磋、共同進步，大大活躍了學習氣氛，同時也積累了相當多的經驗。

5 結束語

目前，眾多高校都在逐漸開設嵌入式系統教學，對課程體系、實驗體系和教師培養體系的建立也在逐步摸索之中。對于計算機專業，我們要利用專業優勢，及時更新知識，探索出一條適合本專業的嵌入式系統的教學模式，保證教學環節與時俱進，課程設置與社會需求接軌，與地方經濟和市場需要相結合，與學生興趣相適應，培養適應社會需要的應用型人才。隨著對嵌入式系統教學模式的探索不斷深入，計算機專業的嵌入式系統教學特色將會更加鮮明。