物聯(lián)網(wǎng)背景下嵌入式系統(tǒng)課程教學的改革探究

楊峰

【摘 要】分析了物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式的關系，針對傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學存在的課時少、教學手段單一的現(xiàn)狀，結合嵌入式系統(tǒng)的教學經(jīng)驗，從理論、實踐、實習等方面探討一種改進的教學模式，以符合物聯(lián)網(wǎng)的時代要求。

【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式；教學改革

“十三五”時期是我國物聯(lián)網(wǎng)加速進入“跨界融合、集成創(chuàng)新和規(guī)模化發(fā)展”的新階段，越來越多的嵌入式開發(fā)企業(yè)開始向物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)企業(yè)轉型，隨之而來的是對物聯(lián)網(wǎng)相關人才的海量需求。為適應社會人才需求，不少高校也對培養(yǎng)課程進行了調(diào)整，有的高校直接開設了新的物聯(lián)網(wǎng)課程，有的高校則將原有的相關課程改革，向物聯(lián)網(wǎng)靠攏。文中探討了嵌入式系統(tǒng)課程教學在物聯(lián)網(wǎng)背景下的改革模式。

一、嵌入式技術在物聯(lián)網(wǎng)的地位

自計算機與集成電路誕生以來，我們先后經(jīng)歷了單片機和嵌入式系統(tǒng)時代，如今，物聯(lián)網(wǎng)正推動著一場新的信息技術產(chǎn)業(yè)革命。單片機可以稱之為嵌入式系統(tǒng)的子類，嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，對功能、可靠性、成本、體積、功耗都有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)則是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用傳感器技術、嵌入式技術、無線數(shù)據(jù)通信技術，構造一個覆蓋萬事萬物的“Internet of things”。在這個網(wǎng)絡中，嵌入式技術扮演著關鍵的角色，正是嵌入式技術，才能把傳感器的信息數(shù)據(jù)接收至處理單元，再把經(jīng)處理后的信息通過無線通信網(wǎng)絡傳送到頂層，從而形成萬物相聯(lián)的信息網(wǎng)。

二、現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)教學分析

嵌入式系統(tǒng)課程是一門多學科交叉的課程，知識內(nèi)容涵蓋了計算機、電子技術和信息科學等。嵌入式系統(tǒng)的設計既包含硬件部分也包含軟件部分，隨著嵌入式新技術的不斷涌現(xiàn)，軟硬件復雜程度也不斷增加，這讓原本就讓高校大學生覺得難學的課程變得難度更大，要學的內(nèi)容更多，教師也覺得教學任務重，壓力大。總結起來，當前的嵌入式系統(tǒng)教學一般存在著以下三個方面的問題。

（1）課時少。目前，高校的嵌入式技術課程理論課時基本在40個左右，實踐課時在10個左右。而該門課程的知識體系相對來說是偏復雜的，加之內(nèi)容甚多，課時量偏少的，尤其是實踐課時，對于這樣一門實踐性很強的學科來說，10個課時顯然不能達到培養(yǎng)學生能力的要求。

（2）軟硬件教學失衡。受專業(yè)方向要求的限制，在內(nèi)容選材方面，有的高校側重于硬件，有的則側重于軟件。而嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)則要求軟硬兼具，缺一不可；嵌入式技術的發(fā)展也是硬件發(fā)展和軟件發(fā)展相互促進的過程。授課的失衡必然帶來學生能力上的失衡，制約了學生獨立設計能力的發(fā)展。

（3）教學手段單一與師資素質不高。當前的嵌入式課程教學大多還是傳統(tǒng)PPT模式，學生的興趣普遍低下，啟發(fā)式與項目式等具有活力的教學方法始終缺乏。同時，授課教師大多沒有企業(yè)工作經(jīng)驗，無法給學生提供開發(fā)經(jīng)驗。

三、物聯(lián)網(wǎng)對嵌入式系統(tǒng)教學的影響

物聯(lián)網(wǎng)的興起已經(jīng)促使大部分相關企業(yè)進入轉型的軌道，企業(yè)的轉型意味著對技術人才需求的轉型。單純的嵌入式教學體系已經(jīng)不能滿足時代的需求，物聯(lián)網(wǎng)技術是包括嵌入式技術、傳感器技術、無線通信技術、移動計算技術、先進數(shù)據(jù)處理技術在內(nèi)的多種技術綜合體，這就要求高校必須順應時代的趨勢，調(diào)整培養(yǎng)方案，提升教學質量，以企業(yè)需求為導向，注重對學生的專業(yè)素質培養(yǎng)。對于嵌入式系統(tǒng)設計人員，要不斷更新自己的知識體系，接受物聯(lián)網(wǎng)應用帶來的新要求、新挑戰(zhàn)和新技術。

四、物聯(lián)網(wǎng)背景下嵌入式教學的改革思路

（1）理論課程計劃設置

物聯(lián)網(wǎng)技術是多跨領域的技術，需要在原有的嵌入式課程體系基礎上增設面向物聯(lián)網(wǎng)的新學科。面向物聯(lián)網(wǎng)的學科既涉及到傳感器技術、射頻技術、通信組網(wǎng)技術等基礎學科也涉及到包括網(wǎng)絡安全和系統(tǒng)開發(fā)等應用學科。受培養(yǎng)計劃課時限制，大多數(shù)高校的理論課時已經(jīng)飽和，增設新的課程涉及到培養(yǎng)計劃以及教學大綱的修改，客觀阻力不小。

（2）實踐教學體系調(diào)整

實驗的目的是使學生增強理解，學會基本運用。實驗的內(nèi)容取決于實驗的平臺。傳統(tǒng)的嵌入式實驗平臺雖然比單片機平臺功能多得多，但要符合物聯(lián)網(wǎng)能力培養(yǎng)的要求，還需在功能上進一步擴展。物聯(lián)網(wǎng)的架構包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層，嵌入式技術應用于感知層與網(wǎng)絡層。實驗平臺除了基本的處理器、顯示、按鍵、電機模塊，還應具備傳感器模塊、RFID射頻模塊、二維碼識別模塊、zigbee模塊、WIFI模塊等。

為便于學生理解物聯(lián)網(wǎng)工程的實施過程，組織實驗時應打破原有體系，按照物聯(lián)網(wǎng)的層次關系，將實驗內(nèi)容劃分為感知識別實驗、無線通信實驗、應用實驗。感知實驗旨在讓學生了解常見傳感器的工作方式、掌握網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)方法，對傳感設備的數(shù)據(jù)進行處理。通信實驗包括WIFI、Zigbee、藍牙等無線組網(wǎng)，目標是讓學生掌握多種手段搭建網(wǎng)絡。應用實驗主要包括手機終端開發(fā)和數(shù)據(jù)庫程序設計，此部分實驗需要學生擁有一定軟件設計能力基礎，而大部分電子信息專業(yè)的學生在該項能力儲備上都存在不足。

課程設計是實踐的重要環(huán)節(jié)。只有通過課程設計學生才能將課堂知識與實際工程需求相結合，提升分析問題與解決問題的能力。課程設計題目要具有代表性，要能夠覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的各個主要技術環(huán)節(jié)。課程設計的組織應以小組為單位，要求每個小組的成員通過分工協(xié)作，在規(guī)定的時間里完成項目。課程設計過程的管理是保證效果的關鍵。指導教師負責過程的指導與監(jiān)督，可以通過網(wǎng)絡平臺的形式與學生交流、分享資料。

（3）校外實習拓展

校外實習是校內(nèi)教學的延伸。讓學生走出校門，到企業(yè)一線直接感受并參與實際工程的實施，有利于了解現(xiàn)狀與趨勢、開闊視野，同時也使學生認識到自身能力與企業(yè)需求水平間所存在的距離，對意志是一次良好的鍛煉。近年來，校外的實習教育越來越受到重視，許多高校紛紛與企業(yè)開展合作辦學，在企業(yè)設立實習基地，學生也樂意在新的環(huán)境下學習和工作，企業(yè)則可以對人才進行預備性培養(yǎng)。

五、結語

嵌入式系統(tǒng)課程本身知識結構復雜、實踐性較強，教與學都面臨著不小的困難。在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，嵌入式系統(tǒng)課程須要注重多學科融合，綜合性更強，難度變得更大。文中給出了一種改進的教學模式，從理論教學、實踐活動、校外拓展等方面契合了物聯(lián)網(wǎng)的時代需求。從實踐的情況看，獲得了使學生把更多的壓力轉換為動力的效果，興趣和能力都獲得顯性提升。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍需要大量人才，推動嵌入式系統(tǒng)教學的改革，提升人才素質基礎還需要廣大教育工作者的不懈努力。

【參考文獻】

[1]安健，桂小林，楊麥順.面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的層次化實驗教學體系研究[J].實驗室建設與管理.2016，33（10）：245-248.

[2]閆春娟.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室的創(chuàng)新建設[J].高校實驗室工作研究，2012（2）：89-91.

[3]周瑞琪，李英，毛謙昂.高校物聯(lián)網(wǎng)實驗教學平臺建設研究[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術，2018，8（4）：108-110.