嵌入式系統實踐教學改革

摘 要： 本文介紹了在計算機應用專業嵌入式系統課程中的實踐教學改革探索。在培養“應用型”人才的目標下，在實踐教學方法上提出了三層次的嵌入式系統實驗教學體系及實踐方式。在實踐環節中提出了新穎的觀點并加以實施，在嵌入式系統實驗教學中起到了推動作用。

關鍵詞： 嵌入式系統 實踐教學 教學改革 應用開發

1.引言

目前，嵌入式產品已經滲透到工業控制系統、信息家電、通信設備、儀器儀表、軍事技術和人們日常生活的各個領域。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年內熱門的職業之一。因此，高校教學中，為了培養“應用型”人才，計算機應用專業的嵌入式系統相關理論與實驗課程已成為一個重要的研究課題。

2.實驗教學模式的更新

經過對嵌入式系統的深入分析與教學實踐，并結合不斷變化的市場需求，總結出一整套針對嵌入式系統實驗教學的教改模式。

企業要求嵌入式專業方向的畢業生從事嵌入式應用產品的生產、工藝設計、質量管理、市場營銷等工作。因此，經過論證和調研，確立實驗教學的培養目標：要求畢業生成為在嵌入式計算機系統等技術領域從事技術和管理工作的高等應用型專業技術人才，熟悉基于ARM的嵌入式硬件系統和掌握基于嵌入式系統的應用開發的基本能力。

根據培養目標的要求，并依據當前技術市場主流的水平，定位新的實驗教學模式。在理論知識的教學中，只講解最基本的概念和原理，并不把相關原理加深拓寬，從而將重點放在學生實踐能力的培養上。能力的核心是應用開發技能，即畢業生有能力在面對某種以嵌入式CPU為核心的整體解決方案時，可以根據方案的要求，實現其具體的功能，并調試運行成功。在具體的工作崗位上，可以根據公司的要求，對方案進行裁剪、修改，在高級設計工程師的指導下，實現新產品的開發，同時完成模塊的編程、集成及測試等工作。

3.實驗教學體系的建立

在確定了適應市場需求的實驗教學模式后，為培養學生的實際應用能力與創新能力，建立“基礎型—綜合設計型—研究型”三層次的嵌入式系統實驗教學體系，并根據課程的特點，采用開放式實驗教學的思路和方法。

（1）基礎型實驗

采用理論授課與動手實驗相結合的方式，讓學生了解開發環境和開發流程，掌握實驗開發工具的使用方法，熟悉軟件編程環境，根據實驗指導書的內容進行實驗的調試，讀懂實驗源程序和程序的運行過程，并進行修改、組合和補充應用編程。

（2）綜合設計型實驗

在基礎型、驗證型實驗的基礎上，綜合整個課程的知識，盡可能多地利用實驗系統上的資源，構造一個具有實際意義的嵌入式應用系統，即做一個較為復雜的綜合實驗。

（3）研究型實驗

這部分實驗是提供給基礎較好的學生深入學習的，目的是使他們更深入地掌握嵌入式系統的理論知識，并有更多的實踐機會進行綜合課題的設計，從而培養學生的科研能力、創新能力和工程實踐能力。

4.實驗教學體系的實踐

在實際教學中，理論教學方面側重于嵌入式系統原理的學習和嵌入式應用軟件的開發方法；實驗教學方面基于上述三層實驗教學體系。

通過三個不同的實驗教學階段，提出不同的教學目標，逐漸提升對學生的能力要求，使學生熟練掌握整個教學內容，具備可以獨立完成基于嵌入式系統的應用開發項目的能力。

（1）基礎型實驗采用理論授課與動手實驗驗證相結合的方式，要求學生獨立完成基礎知識和基本技能實驗。

（2）綜合型實驗由指導教師指定幾個設計課題或讓學生自由選擇自己感興趣的課題進行設計，教師在這個過程中僅起指導作用。學生每人一題，自行設計實驗方案、編寫實驗程序、選擇硬件接口及調試。

（3）研究型實驗是作為學生的畢業設計課題進行的，研究課題和內容來自教師的科研課題，或是與企業相結合的科研項目。學生不僅要進行軟件的設計和編制，而且要進行一部分硬件電路的設計和制作，以及軟硬件的聯合調試，這樣使學生建立了不同課程之間知識的有機聯系，培養了綜合運用各學科知識的能力。

在這個環節中，要求學生開發一個典型的嵌入式產品雛形，可能從功能上、產品化方面還有待改善，但其過程包含了一個嵌入式產品基本的開發過程。教學過程都指向了這樣一個最終的目標，即通過一系列的訓練，學生熟悉嵌入式系統開發的各個環節，并最終實現一個典型產品的開發。這個過程將使學生更為直接地了解嵌入式系統的原理、開發手段和調試技巧，效果將更為直接、顯著。

根據課程的特點，同時采取開放式實驗教學的思路和方法。學生可以花整天的時間待在實驗室，對學生學習能力、實踐能力和對嵌入式系統應用開發能力實訓的開展就更為有效，完成一個較復雜的項目也變為可能。這一環節的教學目標在于全力提升學生的獨立開發能力。

5.結語

三層次實驗教學體系較好地培養了計算機應用專業學生分析問題、解決問題，以及綜合應用知識的能力，受到了學生的熱烈歡迎，增強了教學效果。總之，理論教學與實驗教學只有不斷改革、創新和實踐，才能共同提高嵌入式系統實踐教學的水平，而嵌入式系統的教學也有著很廣泛的空間需要我們探索。

參考文獻：

［1］諶利.ARM嵌入式項目實戰開發［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2012.

［2］羅晴蘭.基于ARM7的嵌入式音頻處理系統的設計［J］.常州信息職業技術學院學報，2010（1）.

［3］李靜，喬峰.淺談嵌入式系統實驗對學生創新能力培養［J］.高校實驗室工作研究，2009（1）.

課題項目：河北省高等學校科學研究計劃課題課題編號：Z2010289。