嵌入式系統的多樣性教學探討

摘要：本文針對嵌入式系統系列課程在現有教學體系中存在的一些不足提出了嵌入式系統多樣性教學的思路，以便讓學生有足夠的選課空間，以滿足不同領域嵌入式人才的需求。

關鍵詞：嵌入式系統；課程教學；多樣性

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1引言

隨著嵌入式計算機技術的蓬勃發展和在軍事上的廣泛應用，信息化武器裝備推陳出新，更新換代加速。由于信息化武器裝備在戰爭中的廣泛應用，而技術決定戰術，人類的戰爭模式發生了革命性的變化，正在由機械化戰爭模式迅速向信息化戰爭模式過渡。機械化戰爭打的是人的技能，而信息化戰爭打的卻是人的智能。信息化戰爭依托的是信息化武器裝備以及掌握信息化武器裝備的人才，而信息化武器裝備的核心是嵌入式系統。為滿足學生第一任職的需要和滿足不同領域的各種嵌入式應用的需要，在此提出了嵌入式系統多樣性教學的思路。

2嵌入式系統課程體系的教學現狀

在現有本科課程體系中，為本科生開設支撐嵌入式系統的基礎課程有：“電工學基礎”、“電子學基礎”、“信號與系統”、“通信原理”、“計算機控制”、“數字邏輯”、“計算機程序設計”、“計算機原理”、“操作系統”、“計算機網絡”、“軟件工程”等；核心課程為“嵌入式系統”和“實時系統”。如圖1所示。

從現有教學情況分析，現有課程體系中專業嵌入式系統課程教學相對弱化，軟硬件相對獨立，知識體系不夠完整，系統性、綜合性略顯不足。更重要的問題是，在嵌入式系統課程教學中存在著“一刀切”同質化培養的問題，教學內容對所有學生來說都是相同的，難以滿足學生個性化發展的需求。而且，由嵌入式系統的特點可知，嵌入式系統面向具體應用，是計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物，所以嵌入式應用千差萬別，多種多樣，有簡單的，有復雜的，有低級的，有高級的，有偏向應用軟件設計的，有偏向具體硬件設計的。從目前的教學體系來看，嵌入式系統課程教學要滿足不同領域的嵌入式應用的需要存在著諸多

的困難。

3多樣性教學探討

隨著嵌入式計算機技術的迅猛發展以及武器裝備信息化的迫切需求，嵌入式系統規模日趨龐大，復雜性日趨增

加，學生在這方面的分析/解決問題能力需要進一步加強。為了提高學生分析/解決實際問題的能力，滿足學生第一任職的需要，我們以嵌入式武器裝備應用型人才培養為牽引，實現嵌入式系統課程體系的調整與優化。

本課程體系的調整與優化將面向復合型、多樣性人才培養目標，按照嵌入式知識體系框架，立足我們的優勢，根據武器裝備發展的特點，對其中的知識點進行裁剪與優化組合，構建軟、硬件有機結合的完整知識體系。

根據本課程體系的特點以及人才培養目標，應該以應用(信息化武器裝備)為主線，重系統設計的方法學習、重典型系統(信息化武器裝備)的案例分析、重工程能力的實踐鍛煉，擺脫傳統教學中重課堂授課輕實驗實踐、重技術學習輕總體設計而造成的學生系統設計能力弱、動手能力差的問題，將耳聞(授課聽課)+目睹(課堂演示)+手動(學生做實驗) 有機結合起來，突出重點，以點帶面，為滿足學生第一任職的需要打下良好的實踐基礎。圖2為嵌入式系統知識體系框架。

根據嵌入式系統的知識體系框架以及嵌入式系統知識體系雜、多、亂的特點，我們對其中的知識點進行優化組合，既要知識體系完整，又要重點突出，滿足學生的需要。還要強調一點，生物是多樣性的，而嵌入式系統也具有生物的多樣性特征，所以在教學中不能一刀切，教學內容千篇一律。應該進行多樣性教學，對于個體來說要求少而精，精而專，不要求你懂得所有的知識，但是對你要求掌握的知識應該熟練掌握并有深入的研究；對于群體來說總能找到一個個體懂得所需要的知識，以滿足不同領域的嵌入式應用的需要。

近年來，我們對國內外著名大學相關課程體系進行了深入的分析和研究，深受啟發。加州理工大學伯克利分校學生的課并不很多，但可供選擇的課比較多，學生可以根據自己的愛好選擇不同的方向和課程，這樣學什么樣課程的學生都有，從整體來看適應面要寬廣得多。我們可以借鑒這樣的做法，具體到嵌入式系統系列課程來說，嵌入式應用千差萬別，多種多樣，因此我們可以提供不同級別的應用課程：“單片機應用”、“基于ARM處理器的嵌入式系統”、“數字信號處理與DSP”和“嵌入式操作系統”以及其他類型的課程。學生可以根據專業背景、興趣愛好和自己的能力選擇則不同的課程。對于偏向軟件方向的學生來說，可以選擇“嵌入式操作系統”，該課程側重于復雜嵌入式系統，主要講解嵌入式操作系統(容量大，功能復雜，例如VxWorks、WinCE、Embedded Linux)以及復雜嵌入式系統設計方法。對于偏向硬件方向的學生來說，能力差一點可以選擇“單片機應用”，該課程側重于簡單嵌入式系統，主要講解8位微控制器(80C51)以及簡單固件設計，一般不涉及嵌入式操作系統；能力強一點可以選擇“基于ARM處理器的嵌入式系統”，該課程側重于一般嵌入式系統，主要講解32位微控制器(基于ARM7的微控制器)以及簡單嵌入式操作系統(容量小，功能簡單，例如micro;C/OS-II、FreeRTOS)；愿意從事信號處理應用的可以選擇“數字信號處理與DSP”。

嵌入式系統的知識體系發展迅猛，知識更新快，應用面廣，學科交叉度高，這就要求教學內容更新快，專業面要寬，基礎要扎實，同時更應該注意培養學生適應學科發展和適應廣闊應用面的能力，要讓學生感受、理解知識產生和發展過程，具有自主學習、拓展知識的能力，具有個人可持續發展的能力。

4結束語

嵌入式系統多樣性教學解決了目前教學中的“一刀切”同質性培養問題，讓學生具有更多的選擇空間，以便發揮個性優勢，培養出更多類型的高精尖人才，滿足不同領域的嵌入式應用的需要。當然嵌入式系統多樣性教學并不是要求大而全，面面俱到，這是不現實的，我們只是希望能夠覆蓋嵌入式系統知識體系框架的主干部分，包括主流的嵌入式處理器以及常用的嵌入式操作系統，在這個群體中能夠滿足嵌入式應用的大部分需求。這是我們這么多年來從事嵌入式系統教學以及科研得來的一點點心得和體會，僅是我們的一家之言，希望對同行起到拋磚引玉的作用，也歡迎同行批評指正。

參考文獻：

[1] 王志英，李宗伯，王蘇峰等. 嵌入式系統原理與設計[M]. 北京:高等教育出版社，2007.

[2] Bruce Powel Douglass著. 柳翔等譯. 嵌入式與實時系統開發—使用UML、對象技術、框架與模式[M]. 北京:機械工業出版社，2005.