嵌入式系統課程教學模式探索

　　摘要：針對嵌入式系統應用型人才的培養需要，結合五年的教學實踐，設計并總結嵌入式系統課程的教學培養模式。該模式在具體教學過程中收到較好的效果。本文詳細闡述了這一探索過程。
　　關鍵詞：嵌入式系統；教學模式；教學改革；人才培養
　　
　　隨著21世紀信息技術的發展，后PC時代已經到來，各種智能化的數字產品逐漸深入到人們日常生活的各個領域。目前，嵌入式系統技術作為后PC時代的關鍵技術之一，正在國內外得到快速應用，成為應用前景非常廣闊的熱門信息技術。
　　1嵌入式系統發展概況
　　為了適應嵌入式系統人才培養的需要，IEEE(國際電氣與電子工程師學會)制定了新版計算機學科的課程體系，把嵌入式系統列為本科生的重要專業方向課程。與此同時，歐盟也面向其高校和企業推出了嵌入式系統的研究計劃。目前，我國已經有很多高校開設了嵌入式系統專業方向以及相關課程，蘊含著巨大的發展空間和潛力。在未來，嵌入式系統技術將向設備的網絡化、小型化、智能化、低功耗以及完善的開發工具和友好的人機界面方向發展。如表1[1]所示，近年來，從大連市嵌入式系統的從業情況來看，嵌入式系統人才的需求呈高速增長態勢，所以需要高校培養大量的嵌入式系統應用型人才。如何培養，如何針對學生的實際特點設計出一套合適的教學培養模式，就是擺在廣大教師面前的具體問題。作者結合五年的教學實踐，針對這些問題進行了有益的嘗試。
　　2教學對象與目標
　　嵌入式系統作為一門理論性、實踐性很強的學科，包含內容較為廣泛。它既可以將軟件、硬件技術綜合應用，又可以將計算機、電子、自動化等相關專業融為一體。因此，它具有一定的綜合性和難度。那么，如何使學生逐漸入門，并且對嵌入式系統的學習產生興趣呢？
　　首先，要從學生實際出發，分析教學對象的特點，這樣才能更有針對性，提高效率。通過以往的教育教學實踐，我們了解到廣大青年學生的特點是思維靈活、善于動手、勇于創新，但對于抽象理論的理解能力有待提高。針對學生的這些特點，我們提出的培養理念是“以學生為中心，教師為主導，理論聯系實際，重點加強實踐環節”[2]。
　　其次，在深入研究加拿大BCIT、新加坡南洋理工學院、美國哥倫比亞大學以及國內一些高校相關課程體系的基礎上，我們提出了嵌入式系統課程的培養目標——使學生能夠掌握嵌入式系統設計過程中的基本概念和原理，掌握和使用最新的嵌入式系統設計方法和典型開發工具，從而解決實際工程中的應用問題，適應人才市場的需求。針對這個目標，我們設計了嵌入式系統課程的教學培養模式，主要由五個模塊構成，即“基礎理論課+基礎實驗課+專業實踐課+實訓課+項目實戰”，重點突出對學生工程實踐能力的培養。在這種“模塊法”的教學模式中，學時學期的分配情況如圖1所示。在各個模塊的具體教學內容選擇上，我們遵循以下原則。
　　各模塊之間內容相互銜接、融匯貫通、循序漸進、由易到難、逐漸提高，不違背基本的認知規律，重點突出對創新思維以及實際應用能力的培養，從而使學生熟悉一種典型的嵌入式處理器的體系結構，掌握一套主流開發工具和兩種嵌入式操作系統，熟練使用一門開發語言。
　　3教學模式實踐
　　在具體的教學實踐過程中，為了更好地探索嵌入式系統課程的“模塊法”教學模式，同時遵循教學內容選擇原則以及人才培養理念，我們主要實踐了以下內容。
　　3.1基本理論模塊
　　實踐技能的提高離不開理論基礎，理論與實踐兩者是緊密聯系的，缺一不可。這就好比一個大樓，如果地基不牢固，即使蓋起來了，也可能隨時會倒塌。因此，培養學生的實踐能力，首先要重視理論基礎。只有理論基礎牢固，才能使學生的實踐能力逐步提高。在這個模塊中，教師主要講解嵌入式系統基礎課程，使學生掌握嵌入式系統的基本概念、基本結構以及軟、硬件的設計原理和應用方法。
　　3.2基礎實驗模塊
　　在傳授基本理論的同時，還要重視實驗環節。如果條件允許，應該將基本理論與基礎實驗的比例至少配制為2∶1，并在基本理論教學內容的安排上注意與基礎實驗的內容協調配合。在這個模塊中，教師主要講解嵌入式系統基礎實驗課程，使學生理解嵌入式系統基礎硬件電路的工作原理；掌握ADS嵌入式開發軟件的基本使用方法，并能夠在ADS軟件下設計簡單的匯編和C語言程序；同時初步掌握第一種嵌入式操作系統UCOS的設計原理與應用開發方法。前面這兩個基本模塊的教學，重點使學生練好基本功，為實踐能力的進一步提高打下基礎。
　　3.3專業實踐模塊
　　這個模塊在實踐人才的培養過程中承上啟下，起到了橋梁作用。實踐內容的深度和廣度較前面兩個模塊有所增加。在這個模塊中，教師更加深入全面地講解UCOS_Imy5luSqx3IFZJmw5/T6OHDOuzECa3qTp9q4VV0EPNz0=I嵌入式操作系統課程，并要求學生設計具有一定綜合性的應用課題。在專業實踐的具體教學過程中，教師首先布置實踐任務，通常是一個項目或者一個項目下的子課題，然后進行必要的講解。接下來，教師要求學生查閱和調研相關資料，提出應用問題的解決方案，并獨立完成實踐項目，寫出設計報告，最后以小組的形式進行現場演示和答辯。這部分實踐內容使學生加強了實踐技能的訓練，同時不局限于書本，拓寬了學生的視野。
　　3.4實訓模塊
　　通過前面三個模塊的教學，學生已經對嵌入式系統有了較全面的理解和掌握。接下來，要進一步提升學生對嵌入式系統的實際設計與應用能力。在這個階段，教師主要講解Linux嵌入式系統和嵌入式系統應用開發兩門課程，使學生掌握第二種嵌入式操作系統Linux的應用設計方法。為了讓學生充分接觸IT應用領域的前沿和熱點技術，在選擇實訓項目的時候，教師應充分發揮指導作用——在閱讀了大量國內外參考文獻的基礎上，選擇具有實際應用價值的課題，確定為實訓項目。學生通過參與這些有實用價值的項目訓練以后，增強了信心，提高了應用開發水平，實現了對項目的全過程開發與管理訓練。
　　3.5項目實戰模塊
　　在以上實訓模塊的基礎上，按照實際應用需求，將使用到的新技術進行歸納、總結、分類，為項目實戰做好準備工作。在項目實戰階段，可以將實戰項目與學生的畢業論文設計相結合。對于許多實訓過程中的研究課題，由于實用價值高、應用廣泛，很適合進行項目實戰。在實戰教學過程中，注意創造條件積極開展大學生科技創新活動，不斷吸收學有余力，并且對應用、實踐、創新感興趣的不同專業、不同年級的學生參加科技創新活動，形成科技創新梯隊，為取得高水平的研究成果奠定基礎。近年來，我校多次組織學生參加一系列IT類全國大學生嵌入式系統科技競賽，取得了較優異的成績。綜上所述，“模塊法”教學模式的實踐內容如圖2所示。
　　4教學方法改革
　　為了更好地培養嵌入式系統應用型人才，我們在嵌入式系統課程的教學方法、考核辦法、管理模式以及指導方式等方面進行了相應的改革。
　　首先，我們引入了“以項目為驅動，邊做邊學”的教學方法，擺脫傳統的“填鴨式”教學。在嵌入式系統的教學過程中，教師僅對項目的必要知識點進行講解，然后給學生布置相應的實踐任務要求，讓學生以項目為驅動，邊做邊學。在做項目的過程中，提倡學生與學生之間的討論與交流。這樣，學生在做項目的同時，對相關知識就有了更深入的理解和掌握，并且提高了積極性和團隊合作意識。
　　在考核辦法上，我們以“各項目小組集體答辯演示”的模式取代了傳統的筆試考核。在考核過程中，更注重考核學生的實際動手能力以及分析問題、解決問題的能力。這樣的考核辦法就要求學生平時勤于動手實踐，并且投入很多的時間考慮如何解決問題，從而提高了學生的學習熱情和自主學習意識。
　　
　　在對學生的管理模式上，我們模擬公司的運作。對學生采取“員工化”的管理，使學生能盡快轉變角色，樹立員工意識，不再把自己作為一名學生對待，而是作為一名公司職員，要嚴格遵守工作流程、規范以及考勤制度等。
　　在指導學生的方式上，傳統的做法是學生遇到困難，老師立刻給予講解，直到給學生講明白為止。這樣并不利于學生創新思維以及獨立實踐能力的培養，會使學生形成較強的依賴心理。而當他們踏上工作崗位以后，缺少獨立克服困難并解決實際問題的信心和毅力。針對這種情況，我們改變做法，當學生在技術上遇到困難時，鼓勵他們到圖書館查找資料，閱讀相關論文、書籍或上網等，獨立解決問題。對于確實無法獨立解決的問題，通過學生間集體討論、老師提示的方式找出解決方案。與此同時，通過模擬答辯的形式，定期讓學生走上講臺，把自己的實際開發內容、心得體會講給大家分享，這就培養了學生的表達能力以及換位思考意識，有助于培養學生的創新能力。
　　5結論
　　我校的嵌入式系統課程經過“模塊法”教學模式的實踐，近年來主要取得了以下成果。
　　1) 提高了學生獨立動手的實踐能力，激發了學生對嵌入式系統的學習興趣，使學生對嵌入式系統的應用開發有了全面的認識，培養了學生良好的團隊合作意識和創新思維能力。學生多次獲得全國各類科技創新競賽的優異成績。
　　2) 建立了一整套嵌入式系統課程的教學模式、教學內容、考核管理辦法，并且形成了教學梯隊以及科技創新團隊，為今后“物聯網”專業的發展打下了良好的基礎。
　　3) 促進了學生的就業工作。由于在教學模式上突出應用，鼓勵學生自主創新，進行目標管理，因此我校培養出了一批動手能力強、專業素養高的應用型創新人才。近三年來，本專業一直保持92%以上的就業率，為畢業生的就業工作作出了一定的貢獻。
　　綜上所述，嵌入式系統應用型人才的培養，是新世紀現代化社會的必然選擇。只有不斷跟蹤嵌入式系統應用技術的前沿和熱點，不斷改進和完善教學理念與培養模式，才能抓住機遇，與時俱進，培養出更多的優秀人才，從而為嵌入式系統學科的發展作出更大的貢獻。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 王紹斌. 大連嵌入式軟件發展戰略[R]. 大連:第二屆中日嵌入式軟件