獨立學院嵌入式系統開發課程的教學研究與實踐

文章編號：1672-5913(2008)16-0134-02

摘要：本文介紹了嵌入式系統開發課程開設的背景及目的，闡述了該課程在課程內容、教學形式的具體實施，并對該門課程的建設提出了具體的方案。

關鍵詞：嵌入式系統開發；嵌入式軟件；教學形式；研究；實踐

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1課程開設的背景及目的

從軟件市場需求上來看，嵌入式軟件人才需求的缺口很大。現在從事嵌入式應用軟件開發的人員，以自動控制、通信專業和計算機硬件的偏多，基本是通過工作實踐逐漸轉型而來。因此，在高校中專門設置嵌入式軟件相關專業能在很大程度上解決相關人才匱乏的問題。

“嵌入式系統開發”是嵌入式軟件方向學生的主干課程之一。通過對本課程的學習，學生能夠掌握嵌入式軟件開發的系統流程；掌握嵌入式軟件的交叉編譯方法及調試方法；熟悉嵌入式操作系統的應用；掌握一些典型接口及設備的驅動；熟悉嵌入式圖形用戶界面的設計，使學生能夠對嵌入式系統的構建有個整體的概念，理解硬件和軟件之間銜接點，而這個恰恰是以前計算機專業傳統課程中的缺口。另外使學生能夠掌握常用的嵌入式應用程序圖形界面的設計方法，最后能夠達到設計綜合的嵌入式應用程序的能力。

2課程教學的組織與實施

2.1創新教學內容

從市場的調研得知，企業對嵌入式軟件人才的需求有幾個方向：嵌入式引導程序(BootLoader)設計，嵌入式操作系統內核的設計，基于嵌入式操作系統的驅動程序的開發，嵌入式圖形化用戶界面的設計，嵌入式數據庫的開發等。

嵌入式軟件方向的學生，畢業后如果想迅速從事嵌入式軟件的開發及設計，就應該掌握嵌入式系統開發的整個流程及其相應的調試方法。于是課程內容設置為：嵌入式系統開發環境的構建，引導程序的應用，嵌入式操作系統內核的裁剪，驅動程序的開發基礎，嵌入式應用軟件的設計方法。

嵌入式軟件的開發離不開一定的硬件環境及其系統環境，目前主流的嵌入式微處理器有ARM，MIPS等，成熟的嵌入式操作系統有Linux，WinCE，μCOS等。我們的教學平臺是基于ARM微處理器與Linux操作系統。選擇該處理器及操作系統的的原則是，ARM的應用廣泛性及Linux的開源性。我們實驗設備采用北京博創公司生產的UP-TECH2410。

市場對幾個嵌入式軟件方向人才的需求量及薪酬可以通過金字塔模型體現，如圖1所示。從圖中可見，在市場中，嵌入式應用軟件開發人員的需求是最大的，也就是嵌入式圖形化界面的設計及嵌入式數據庫的設計，而我院培養學生的目標恰恰是應用型的IT人才。于是我們在課程的設置上加大了嵌入式圖形界面的設計及嵌入式數據庫設計的學時比例。嵌入式GUI的教學我們選擇了嵌入式產品中應用的比較多的MiniGUI和Qt，同時課程內容上設有嵌入式數據庫SQLite的應用。課程后期，組織學生分組進行嵌入式應用軟件程序的項目實訓，結合前面的教學內容，把各個教學點串起來。

2.2充實教學形式

(1) 采用多媒體教學，為保證教學效果，我們還在所有PC上安裝了最新的同步顯示軟件，使每臺學生PC的顯示自動與講臺PC屏幕同步顯示。課程內容都已做成電子講稿，習題、實驗指導、參考資料等內容全部上網，向學生開放。引導學生充分利用學校ftp等豐富的網絡學習資源，在網上與授課教師建立了非常活躍的課程討論與答疑活動。

(2) 改革考核方式，采用平時實驗+期末成績考核方式。重點放在平時實驗上，該項成績由平時小項目和各章節實驗報告組成，占總成績的50%。平時成績中的小項目必須采用項目演講、演示和答辯方式進行評分。

(3) 強調探究性學習方法，鼓勵學生勤動腦筋，提出創新性項目，在做課程項目的過程中培養自學能力、解決問題的能力和創新能力。

(4) 課堂和實驗室中和學生建立互動，采用啟發式、答疑式教學，提高學生學習的積極性。

3課程的輔助教學手段

3.1開放式實驗室

本課程中涉及到硬件環境的內容都需要在物理實驗室進行操作驗證，學院在嵌入式軟件人才的培養上給予了相當大的經濟投入和管理政策支持，學院從北京博創公司購買了多套昂貴的基于ARM微處理器的嵌入式教學實驗設備，組建了嵌入式系統實驗室。性能優良的實驗設備及PC，給嵌入式系統開發課程的實驗教學內容能夠順利及良好的實施提供了有力的保證。目前我院的嵌入式教學實驗條件比較好，能夠滿足本專業學生學習該門課程的需要。可使用的Linux教學實驗環境如下：

(1) 嵌入式系統實驗室2個，配有80多臺P4 PC，博創ARM9嵌入式教學硬件實驗平臺30多套；

(2) 所有的PC機上均安裝Linux企業版操作系統，并裝有配套的嵌入式系統開發環境；

(3) 實驗室的所有PC全部連網并接入校園網，能迅速接入Internet教育與科研主干網。

嵌入式系統實驗室除了在規定的上課時間供師生使用之外，在平時時間也對師生開放。這樣一方面對教師來說，可以讓教師有硬件環境進行教學準備及科研，另一方面，對學生而言，可以在課后來完成課上沒有完成的實驗內容。

3.2學研互動，以研促課

在嵌入式系統開發課程的教學中，我們實施案例教學。課程老師申請院級青年基金項目，項目為嵌入式系統案例庫的開發。課堂教學中我們準備項目的一部分作為案例供學生練習，后期給學生安排的應用程序設計或課后布置的作業題目與嵌入式系統案例庫開發項目相關，抽取提交后的優秀作業再填充到嵌入式系統開發案例庫中，進而完善案例庫，再循環作為案例放到教學中。如此，在具體的教學過程中，課程采取了多種形式，讓學生不但能夠進行理論學習與動手實踐，還讓他們能夠參與到學校的嵌入式科研當中去。學研互動，以研促課，使得教學及科研以螺旋式上升。

3.3鼓勵競賽，以賽促學

嵌入式系統開發課程組積極鼓勵學生們參與各級嵌入式方面的競賽，課程組為學生提供相應的技術指導和實驗設備。學生可以根據自己的興趣組隊、選題。2006年和2007年我們連續兩年指導學生組隊參加北京博創杯的嵌入式大賽，參賽作品都獲得了較好的成績。課程組規定凡是參加各種競賽獲獎的學生，在本門課程的結課考核上都會有相應的加分，以此來激發學生學習本門課程的積極性，鼓勵競賽，以賽促學。與此同時，我們也注重對參賽及獲獎作品的收集和參賽經驗的積累，并有選擇地填充到嵌入式系統開發的案例庫中。

3.4有效利用畢業設計

我院開設嵌入式系統開發課程的對象為嵌入式軟件方向的高年級的學生，這些學生即將進行畢業設計題目的選定，教師在授課的過程中，可以給學生分析或擬定和本門課程有關的嵌入式題目，有側重地選擇對該課程感興趣及成績較好的學生在畢業設計階段來完成這些課題，以達到課程建設及輔助教學的目的。

4課程的后期展望

4.1教學內容的拓展

目前本課程的教學平臺為基于ARM的微處理器與Linux操作系統。考慮在未來的課程內容上，增加有關嵌入式操作系統μCOS、WinCE的應用，豐富課程內容，以擴大學生的就業面及適應市場的需求。

4.2考核方式的改革

現在本課程的考核方式為平時成績加上期末筆試成績，雖然平時成績的比例比較大，但還是沒有脫離傳統的考核方式。針對于本課程應用比較強的特點，在未來課程的考核方式上，考慮最后以學生提交應用系統項目作為考核的依據。一改傳統的固定題型的筆試，注重學生實際能力的培養及考核。

4.3教材的完善

由于本門課程是近幾年來開設的新課程，而且各院校對嵌入式系統開發教學的側重點不同，所以目前我院嵌入式系統開發課程沒有合適的教材。在原有教學資料積累的基礎上，課程組將編寫教材及配套的實驗案例指導手冊，同時也希望該教材能夠和廣大同仁進行交流及學習。