校企合作給力高校嵌入式教育

　　隨著信息技術的發展，尤其是近年來移動互聯網及各種嵌入式設備的快速普及，嵌入式系統已成為當今計算機領域最熱門的學科之一。快速增長的嵌入式市場亟需大量高水平專業人才，這無疑為高校的嵌入式系統教學帶來了新的機遇。與此同時，嵌入式市場本身的高度細分和嵌入式系統教學軟硬件兼顧等特性，為該學科教育帶來了不小的挑戰。如何使教學既能夠做到理論與實踐相結合，又能與市場發展保持同步，培養出實用型人才？本文通過介紹清華大學與英特爾公司在嵌入式系統領域的緊密合作，分享清華大學嵌入式課程教學經驗，希望能夠對高校的嵌入式系統教學有所啟發和幫助。
　　信息技術的高速發展決定了高校和企業作為人才供求的雙方必須緊密合作，共同培養適應時代發展的合格人才。早在上世紀90年代，清華大學就與英特爾公司在計算機教學科研領域開展了密切合作。具體合作時間和內容如下。
　　1996年，英特爾公司在清華大學建立奔騰實驗室，開展基于MMX技術的視頻壓縮研究項目。
　　2003年，雙方合作進行嵌入式英特爾? 架構的課程開發。
　　2006年，清華大學作為國內第一批五所高校之一，參與英特爾多核大學計劃，將并行編程帶入高校教學。
　　2009年，隨著英特爾?凌動TM 嵌入式平臺的推出，雙方建立嵌入式聯合實驗室，開發凌動平臺相關課程并應用于教學中。
　　2010年，清華大學作為國內第一批四所高校之一，參與英特爾?MeeGo*大學計劃，開發并教授MeeGo相關課程。
　　十五年來，雙方的合作總是基于最新的業界產品與技術開展，從師資培訓、建立聯合實驗室，到課程建設，進而將新技術融入教學或科研環節，完成人才培養和技術創新。在嵌入式教學領域，清華大學計算機科學與技術系“嵌入式系統”課程就是一個非常好的實踐案例。
　　由清華大學楊士強教授負責的嵌入式教學，自2003年起引入基于英特爾?嵌入式技術的課程建設，在計算機專業本科四年級上學期開設一門32學時、2個學分，包含2個動手實驗和一個團隊實驗在內的專業必修實踐類課程——嵌入式系統，這是本科生最后的一個系統級教學科目，每年有超過150名學生學習該門課程。作為一門專業性較強的實踐課程，從2004 年開設至今，該課已經積累了7年的教學實踐經驗。清華大學的教學評估結果顯示，該課程的得分總體上位于全校的前20%以內，是一門受學生歡迎的專業課程。該課程榮獲2009年教育部—英特爾精品課程，其軟件實驗平臺榮獲2008年清華大學教學軟件一等獎，2010年獲得英特爾? 學術峰會最佳項目展板獎，并多次在包括英特爾? 嵌入式教育峰會在內的全球嵌入式課程研討會和國內嵌入式教師培訓中進行經驗介紹，課程課件被其他學校參考和引用。
　　嵌入式課程是一門軟、硬結合，實踐性很強的課程，也是計算機專業本科生在畢業前將本科所學的各種專業知識(程序設計、數據結構、計算機組成原理、操作系統、編譯技術等)集成在一起加以運用和實踐的課程。因此，本課程強調“四個結合，四個重點”的教學定位。內容如下。
　　1) 鼓勵學生將創新思想與扎實的專業知識相結合，重點強調扎實的專業基礎知識。
　　2) 要求學生把硬件和軟件知識相結合，并以軟硬件相結合部分的系統基礎軟件為實踐重點。
　　3) 強調原理知識與動手實踐相結合，在本課程的教學中，將動手實踐能力作為重點考核內容。
　　4) 將符合大學教育理念與規律與緊跟產業最新技術發展趨勢相結合，重點緊跟技術發展的步伐。
　　理論結合實踐，嵌入式系統課程的課堂教學與實驗教學并重，并主要通過實驗教學的方式鍛煉選課學生的動手能力，加深他們對嵌入式系統基本知識的理解，使他們掌握嵌入式系統基本工具的使用，熟悉嵌入式系統的基本開發方法。課程的實驗環節分為兩個部分，驗證性實驗環節和創新性實驗環節。驗證性實驗通過實驗指導書詳細的指導，幫助所有選課學生熟悉嵌入式系統的硬件、軟件和工具使用，為后續創新性實驗打好基礎。創新性實驗有6個選題，由學生從中任選一個課題，通過小組內的團隊合作、自己查閱資料和編程設計，完成一個工作量相對較大、有一定創新性的嵌入式系統實驗，這樣可以讓能力較強的學生得到充分發揮，也可以讓其他學生通過參與獲得鍛煉和學習。現在的選題包括當前最新嵌入式Linux 操作系統移植、嵌入式系統實時性測量、嵌入式軟件的移植與優化等，同時后續還將建設基于UEFI的嵌入式啟動程序實驗和面向移動設備的傳感器應用實驗。
　　嵌入式系統課程的特色主要體現在實驗環節的設計上，課程在實驗設計方面的特色主要體現在如下三個方面：理論與實踐緊密結合、培養和鍛煉實際動手能力、積極引導學生創新。
　　1) 理論與實踐緊密結合。
　　課程建設十分注重理論與實踐的緊密結合，特別注意避免課堂教學與實踐環節脫鉤，任課教師每年都會對選課學生進行調研，了解他們對授課內容與實驗內容結合程度的看法。
　　2) 培養和鍛煉實際動手能力。
　　在時間資源分配上，教師不但在教學環節積極介紹實驗相關的原理和知識以及實驗本身，還將一半的時間(后8周)留給學生完成實驗，并對實驗進行輔導，在時間上保障了學生充分鍛煉實際動手能力。
　　在考核方式上，課程設計了一套合理的考核方式來評價學生的動手實踐能力，并根據評價結果確定學生的成績。首先，本課程不設卷面考試，避免學生紙上談兵而不積極動手實踐。其次，對于驗證性實驗環節的考核，本課程針對每名學生單獨進行實驗檢查，避免學生混水摸魚。檢查環節分為三個部分，一是學生提交簡短的實驗報告，回答實驗指導書中提出的思考題，描述實驗過程中曾經遇到的問題和解決的方法，給出對實驗的意見和建議；二是向任課教師和助教現場操作演示實驗結果；三是能正確回答任課教師和助教事先準備的問題。最后，對于創新性大實驗環節，則由任課教師或助教以組為單位進行檢查，要求學生演示實驗成果，介紹實驗完成中的人員分工，教師根據分工，有針對性地向小組的每名學生提問，或要求其現場解釋具體的代碼或電路設計細節。
　　上述課程時間資源分配、實驗內容設計和考核方式設計，可以保障本課程切實培養和鍛煉學生的動手實踐能力，達到課程的教學目標。
　　3) 積極引導學生創新。
　　為了緊跟技術快速發展的步伐，課程教師每年在教學內容和實驗設計上都不斷更新，并且積極引導學生創新，提高他們的學習興趣，不斷豐富課程內容。首先，在課題教學內容和驗證性實驗環節，課程緊緊保持與產業界最新技術同步，讓學生了解最新的技術發展現狀和未來發展趨勢。其次，在大實驗中，課程每年都采用最新的軟件版本，比如在移植Linux內核實驗中，本課程每年都要求學生移植當時Linux內核官方網站上最新版本的內核；在軟件移植和優化中，課程教師每年都采用不同的視頻編解碼器軟件，交給學生去移植和優化等；同時也鼓勵學生自選題目進行設計。這樣不僅提高了教師指導的難度，而且由于沒有往屆學生完成過，具有一定的風險性，但是卻大大鍛煉和培養了學生的實踐能力和創新能力。譬如，在2010年嵌入式系統學生創新性實驗課題中，孫銀海等5位學生所在的小組基于英特爾凌動嵌入式平臺和MeeGo操作系統，實現了對中國電信天翼3G網絡的連接。林會杰等5位學生所在小組設計了MeeGo系統下的七鍵中文輸入法。劉少偉等5位學生所在小組將中國移動的飛信軟件移植到了MeeGo系統上。劉宜君、方建兩位學生的小組設計了基于英特爾凌動嵌入式平臺和MeeGo操作系統的游戲引擎。所有小組都在實驗報告中詳細闡述了實驗過程、創新過程中遇到的問題、解決方法及實驗感想。同學們表示，創新型實驗不僅使自己學到了很多知識，加深了對課程相關內容的了解，還極大地提高了動手能力和解決問題的能力。
　　最后，課程采用不斷積累的機制來保障創新和提高創新水平。具體就是整理每年學生中較為優秀的創新性實驗成果，形成越來越多的參考性文檔，供后來的學生參考。同時要求學生可以學習但不能再重復已有的工作，而必須在已有工作基礎上進行創新性設計。這樣既讓選課學生擁有豐富的第一手資料，又能不斷站在前人的肩膀上進行改進和提高，避免了實驗內容的低水平重復。
　　如需了解更多關于清華大學嵌入式系統課程的信息，可登錄課程網站http://embed.cs.tsinghua.edu.cn。
　　嵌入式系統不僅僅是一個處理器，或一個操作系統，而是處理器、芯片組、BIOS、系統軟件、中間件等的集成。展望未來，嵌入式市場的蓬勃發展及其應用的不斷豐富，將為包括英特爾在內的企業和全球高校合作創造更多機會。借用楊士強教授在2010嵌入式英特爾凌動處理器系統芯片應用論壇上的發言標題結束本文，“新紀元，新責任，快速技術革新中的嵌入式人才培養”方興未艾。
　　* 文中涉及的其他名稱及商標屬于各自所有者資產。