嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

郎薇薇

摘 要：本文針對(duì)嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的專業(yè)針對(duì)性差、設(shè)備缺乏和課程層次性不足等問(wèn)題，文章探討了以基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)踐為基礎(chǔ)的分層次實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式。這種方式在教學(xué)實(shí)踐中取得較好的成效。

關(guān)鍵詞：嵌入式；實(shí)踐教學(xué)

1 引言

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和具體應(yīng)用對(duì)象相結(jié)合的更新?lián)Q代產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)面向具體的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著產(chǎn)品智能化、小型化的普遍需求，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透至各個(gè)行業(yè)，具有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。近年來(lái)，各高校信息自動(dòng)化計(jì)算機(jī)類專業(yè)逐漸將嵌入式系統(tǒng)納入重要專業(yè)課程范圍，尤其在嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系方面進(jìn)行了深入的探討。

考慮到學(xué)生的培養(yǎng)與實(shí)際就業(yè)情況的需求，在嵌入式教學(xué)中，除了使學(xué)生掌握基本的原理和嵌入式軟件設(shè)計(jì)的一般方法和流程外，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。因此，嵌入式教學(xué)應(yīng)該傾向于實(shí)踐而不是僅僅局限于只是傳授理論知識(shí)。本文針對(duì)本專業(yè)嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的專業(yè)針對(duì)性弱、設(shè)備缺乏、課程系統(tǒng)性和層次性的不足等問(wèn)題，利用研究所自主研發(fā)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。

2 嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

嵌入式系統(tǒng)課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)理論知識(shí)的認(rèn)知，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在嵌入式課程教學(xué)中有著至關(guān)重要的作用。到目前為止，在嵌入式實(shí)驗(yàn)實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題。

缺乏針對(duì)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。其次，缺乏靈活的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及講義。在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)中的軟件開(kāi)發(fā)困難，既要考慮不同平臺(tái)的差異，又要具備一定的穩(wěn)定及易行性條件。以往這些類型的軟件開(kāi)發(fā)都是由硬件廠商包辦，且提供的嵌入式系統(tǒng)軟件解決方案五花八門。而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)側(cè)重于主流操作系統(tǒng)下軟件的實(shí)踐和創(chuàng)新。此外，大多數(shù)學(xué)生照著詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班，缺乏自主創(chuàng)新的意識(shí)，甚至不深入思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的理論知識(shí)。這顯然與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和能力的目的背道而馳。而實(shí)驗(yàn)課時(shí)少也是實(shí)踐教學(xué)中亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。嵌入式系統(tǒng)課程對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)要求較高，學(xué)生先要學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及應(yīng)用、C/C++程序設(shè)計(jì)、DSP原理及應(yīng)用等嵌入式

理論性教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)交叉進(jìn)行，再加上總課時(shí)的限制，使得學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時(shí)間大大減少。雖然已從原有實(shí)驗(yàn)課時(shí)占較少課時(shí)的狀態(tài)，調(diào)整到實(shí)驗(yàn)課時(shí)占總課時(shí)一半的狀態(tài)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)還是遠(yuǎn)不能滿足對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)需求。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套設(shè)施

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用ARM處理器+Linux操作系統(tǒng)的主流配置。實(shí)驗(yàn)箱上提供有教學(xué)系統(tǒng)采用的各種測(cè)試點(diǎn)（包括圖像視頻采集輸入、I/O輸出等），方便教學(xué)中使用示波器等測(cè)試儀器；多路數(shù)字信號(hào)源（包括四路視頻輸入功能）；ARM開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能等眾多功能[2]。此套基于雙核處理器架構(gòu)（雙核處理器架構(gòu)，是指采用一個(gè)ARM核及一個(gè)SoC圖像處理核的架構(gòu)芯片）的四路DVR教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，可以實(shí)現(xiàn)視頻采集，H.264壓縮，音頻壓縮，網(wǎng)絡(luò)傳輸以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)等功能，主要為高等院校通信工程類專業(yè)、電子信息類專業(yè)等高年級(jí)學(xué)生的通信專業(yè)課程設(shè)計(jì)、通信專業(yè)大型實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及研究生的數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)，也可供相關(guān)專業(yè)的本專科畢業(yè)班學(xué)生使用以及自學(xué)使用。此外，還配有教學(xué)資料光盤，以及分層次、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)架。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合理論教學(xué)，嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)放在軟件的開(kāi)發(fā)上。充分考慮到嵌入式軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)內(nèi)容和方式的特殊性，從而設(shè)置多種配置方案、多層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)，邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，設(shè)置一些基礎(chǔ)型和模塊化的實(shí)驗(yàn)使其對(duì)原理有更透徹的認(rèn)知。當(dāng)學(xué)生理論知識(shí)積累到一定的程度，可通過(guò)設(shè)置綜合型的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)與提高。此外，為了達(dá)到學(xué)生自主創(chuàng)新能力提高的目的，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)置也必不可少。減少基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增大綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的比例，并加入可選項(xiàng)，學(xué)生可根據(jù)自己的能力興趣，自主制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，為了適應(yīng)本專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，除了需要掌握嵌入式系統(tǒng)基本的方式方法之外，還在綜合型實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了實(shí)驗(yàn)課程。

這樣，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由淺到深、由基礎(chǔ)到綜合地進(jìn)行實(shí)踐操作，符合漸進(jìn)性的教學(xué)規(guī)律。為了解決課時(shí)少的問(wèn)題，設(shè)置了一部分課外可操作的實(shí)驗(yàn)，使一部分有興趣而不滿足于課內(nèi)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的學(xué)生有更廣闊的學(xué)習(xí)時(shí)間與空間。

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，其目的是為了讓學(xué)生掌握基本的理論知識(shí)以及嵌入式軟件的一般開(kāi)發(fā)流程，熟悉開(kāi)發(fā)工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境，為之后的綜合型實(shí)驗(yàn)和自主創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。這部分實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書較詳細(xì)，學(xué)生能夠扎實(shí)地掌握嵌入式系統(tǒng)的基本軟件開(kāi)發(fā)知識(shí)。

綜合型實(shí)驗(yàn)多為項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)，其目的主要是為了幫助學(xué)生理解所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，并能夠綜合運(yùn)用的能力。使得學(xué)生對(duì)嵌入式的原理有更深刻的理解和認(rèn)識(shí)，并且可以達(dá)到活學(xué)活用的最終目的。

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要以自愿自主的原則，讓部分有想法的學(xué)生，自己制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能夠發(fā)揮其想象力和動(dòng)手能力，去實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)。從而提高其運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新精神

課外實(shí)踐作為教學(xué)的補(bǔ)充，讓學(xué)生可以利用課余時(shí)間來(lái)根據(jù)自己的興趣和教師同學(xué)一起完成。甚至有條件的話可以去參加相關(guān)的社會(huì)實(shí)踐，不斷完善自己的知識(shí)和提高動(dòng)手能力。

5 結(jié)論

綜上所述，以基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)踐為基礎(chǔ)的分層次實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式。這種方式在教學(xué)實(shí)踐中取得較好的成效。

參考文獻(xiàn)

[1]石秀民，魏洪興.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2]鄧中亮，段大高，崔巖松.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2008.