電子信息工程專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)改革路徑研究

陳亞妮

摘要：基于目前國(guó)內(nèi)高校在信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一嵌入式的人才培養(yǎng)方面一直比較欠缺的情況，本文首先對(duì)嵌入式做了系統(tǒng)的概述，分析了嵌入式領(lǐng)域的人才需求和當(dāng)前電子信息工程專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)中存在的問(wèn)題，并結(jié)合實(shí)際情況探究了電子信息工程專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)改革的有效路徑，希望對(duì)高校電子信息工程專(zhuān)業(yè)的嵌入式教學(xué)工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：電子信息工程；嵌入式；教學(xué)改革

電子信息工程主要是研究信息的獲取與處理和電子設(shè)備與信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用集成，是一門(mén)運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)例如計(jì)算機(jī)等來(lái)進(jìn)行電子信息控制與信息處理的學(xué)科。目前我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)公司為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與市場(chǎng)的需求而急需電子信息工程專(zhuān)業(yè)的人才。

一、嵌入式的概念

我們通常所說(shuō)的嵌入式，指的是以嵌入式操作系統(tǒng)以及嵌入式處理器二者為核心的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般都具有低能耗、高性能、軟硬件可拆裝等特征[1]。比如我們常見(jiàn)的遙控飛機(jī)，無(wú)人機(jī)，遙控賽車(chē)等運(yùn)用的都是嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子信息工程專(zhuān)業(yè)的嵌入式是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程，是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一特點(diǎn)就從本質(zhì)上決定了嵌入式是一個(gè)技術(shù)密集的交叉應(yīng)用型學(xué)科。電子信息工程專(zhuān)業(yè)涉及的各學(xué)科以嵌入式作為載體，實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和微電子技術(shù)的相互滲透。因此，無(wú)論從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的角度還是從信息與通信工程的角度看或者從電子科學(xué)與技術(shù)的角度來(lái)看，將嵌入式系統(tǒng)作為電子信息技術(shù)的綜合載體是信息技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。

二、嵌入式領(lǐng)域的人才需求

嵌入式硬件工程師、嵌入式應(yīng)用工程師和嵌入式系統(tǒng)工程師是目前我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)嵌入式人才的主要需求。嵌入式硬件工程師主要是設(shè)計(jì)電路、底層驅(qū)動(dòng)程序和板級(jí)支持包。嵌入式應(yīng)用工程師主要是開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)軟件。嵌入式系統(tǒng)工程師則主要是移植嵌入式操作系統(tǒng)與對(duì)接硬件平臺(tái)和軟件程序。電子信息工程專(zhuān)業(yè)主要是培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)備與信息系統(tǒng)等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信號(hào)的獲取與處理能力。國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)人才需求的三個(gè)方向與高校電子信息工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)都有一定的相關(guān)度，但顯然電子信息工程專(zhuān)業(yè)更適合培養(yǎng)嵌入式硬件工程師與嵌入式系統(tǒng)工程師，而計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)則更貼近于對(duì)嵌入式應(yīng)用工程師的培養(yǎng)[2]。

三、電子信息工程專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)中存在的問(wèn)題

當(dāng)下高校電子信息工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的嵌入式人才不能很好的滿足我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司的需求，這與電子信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在的以下幾個(gè)問(wèn)題有關(guān)。

（一）嵌入式教學(xué)的目標(biāo)定位不明確

目前我國(guó)各高校在學(xué)生整體素質(zhì)和師資力量以及硬件設(shè)備等方面都存在著不少的差距，雖說(shuō)大多數(shù)高校都開(kāi)設(shè)了嵌入式課程和嵌入式的專(zhuān)業(yè)方向，但各高校開(kāi)設(shè)嵌入式相關(guān)課程的專(zhuān)業(yè)與院系卻都不相同[3]。一般可開(kāi)設(shè)嵌入式相關(guān)課程的專(zhuān)業(yè)為電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)和通訊類(lèi)專(zhuān)業(yè)以及計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，但是由于各個(gè)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不一樣，所以設(shè)置的課程內(nèi)容與側(cè)重點(diǎn)也不一樣。高校本應(yīng)該結(jié)合自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)來(lái)開(kāi)設(shè)目標(biāo)定位明確的嵌入式課程與嵌入式專(zhuān)業(yè)，然而現(xiàn)實(shí)情況卻是大多數(shù)不同層次的高校都開(kāi)設(shè)了相同學(xué)時(shí)、教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的嵌入式課程，這就導(dǎo)致了高校無(wú)法滿足學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的需要。

（二）嵌入式教學(xué)系統(tǒng)安排不合理

高校將具有相關(guān)性和整合性的本專(zhuān)業(yè)或跨專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案中若干門(mén)在知識(shí)方法和問(wèn)題等方面有著邏輯聯(lián)系的課程加以整合從而形成的課程體系被稱(chēng)作課程群。只在原有的課程體系中加入嵌入式的一門(mén)或幾門(mén)課程是現(xiàn)在大多數(shù)高校的普遍做法。在這種情況下高效的嵌入式教學(xué)無(wú)法形成合理的課程群，因?yàn)榍度胧秸n程與已有的課程是相割裂開(kāi)的。除此之外，有些高校并沒(méi)有開(kāi)設(shè)與嵌入式課程相配套的有關(guān)課程，因此學(xué)生沒(méi)法學(xué)習(xí)額外的相關(guān)內(nèi)容，教師也無(wú)法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)更好的向?qū)W生傳授嵌入式開(kāi)發(fā)所需要的知識(shí)。以上的情況就導(dǎo)致了學(xué)生在學(xué)校對(duì)嵌入式只是粗淺的學(xué)習(xí)所以無(wú)法在畢業(yè)后滿足互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)嵌入式人才的要求[4]。

（三）嵌入式教學(xué)的師資力量不足

由于嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)研發(fā)綜合了多門(mén)學(xué)科，科技的迅速發(fā)展導(dǎo)致電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度極快，所以高校的嵌入式課程對(duì)授課教師的研發(fā)設(shè)計(jì)能力與經(jīng)驗(yàn)有著較高的要求，通常也要求授課教師具有操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、處理器等各方面的知識(shí)。由于國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司就業(yè)市場(chǎng)需求旺盛且待遇較為優(yōu)厚，這就出現(xiàn)了嵌入式高技術(shù)人才很少有愿意到高校執(zhí)教的[5]。只有部分重點(diǎn)高校開(kāi)設(shè)的嵌入式課程整體師資力量較強(qiáng)，而大多數(shù)高校的嵌入式專(zhuān)業(yè)老師則都普遍缺乏企業(yè)項(xiàng)目的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)手實(shí)踐能力較差，所以導(dǎo)致了嵌入式的課程建設(shè)不到位，而教學(xué)崗位上基本上多以理論型的年輕教師為主。與此同時(shí)，高校對(duì)嵌入式專(zhuān)業(yè)的老師也缺少定時(shí)定期的相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)。因此由于以上各種原因?qū)е聨熧Y力量在建設(shè)上不能跟隨新技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容既缺乏廣度，又沒(méi)有深度。

（四）嵌入式教學(xué)缺乏實(shí)踐

嵌入式教學(xué)中最重要的一環(huán)是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，由于內(nèi)容涉及指令編程、應(yīng)用程序編寫(xiě)和內(nèi)核移植設(shè)計(jì)等等，這些都是需要學(xué)生通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)印證，加深理解。而現(xiàn)實(shí)情況是，絕大部分高校的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏主動(dòng)參與，無(wú)法進(jìn)行更深層次的探索同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)不足，有限的學(xué)時(shí)根本不足以滿足實(shí)踐教學(xué)，更是無(wú)法滿足市場(chǎng)新技術(shù)日新月異發(fā)展的需求[6]。嵌入式教學(xué)若是可以和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，可以有效的在教學(xué)的基礎(chǔ)上讓學(xué)生接觸到更多的新知識(shí)新技術(shù)，從而提前適應(yīng)社會(huì)崗位，也可以進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐水平的提升。

（五）嵌入式教學(xué)未足夠重視校企合作與科技競(jìng)賽

由于嵌入式技術(shù)的發(fā)展十分迅速，因此高校應(yīng)當(dāng)為教師和學(xué)生提供更多接觸新技術(shù)和知識(shí)的機(jī)會(huì)，為了避免嵌入式教學(xué)內(nèi)容的陳舊應(yīng)該多重視與國(guó)內(nèi)知名互聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)行合作，例如百度、網(wǎng)易、騰訊等。而嵌入式相關(guān)的科技比賽技則能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。嵌入式的科技競(jìng)賽能給師生們提供一個(gè)走出去的平臺(tái)，科技競(jìng)賽不僅能檢驗(yàn)教師的教學(xué)效果，還可以讓不同高校之間的師生互相交流溝通嵌入式方面的應(yīng)該及最新嵌入式最新技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而提高高校嵌入式教學(xué)的水平。

四、電子信息工程專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)改革的有效途徑

（一）明確嵌入式教學(xué)的目標(biāo)定位

一般國(guó)內(nèi)電子信息工程專(zhuān)業(yè)，開(kāi)設(shè)的主要課程是以硬件知識(shí)為主，包括單片機(jī)應(yīng)用、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、編譯原理、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)等[7]。根據(jù)學(xué)院的相關(guān)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)特色，首先學(xué)院應(yīng)當(dāng)明確嵌入式課程的目標(biāo)定位，深入發(fā)掘市場(chǎng)需求，并根據(jù)市場(chǎng)需求開(kāi)設(shè)對(duì)應(yīng)的課程。嵌入式處理器以及操作系統(tǒng)是構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的核心。

（二）合理安排嵌入式教學(xué)系統(tǒng)

對(duì)于課程的規(guī)劃安排，則需要根據(jù)學(xué)院的具體情況，并結(jié)合市場(chǎng)的最新技術(shù)，針對(duì)嵌入式技術(shù)橫跨多個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)，同時(shí)為滿足市場(chǎng)需求，筆者任務(wù)應(yīng)當(dāng)以網(wǎng)絡(luò)通信安全，移動(dòng)通信以及數(shù)字圖像處理等為切人點(diǎn)，逐步構(gòu)建發(fā)展其以培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用人才為基本的課程系統(tǒng)。在核心的教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)以ARM+嵌入式Linux為主。強(qiáng)調(diào)軟硬件之間，以及課程間的協(xié)調(diào)配合，加強(qiáng)軟件和專(zhuān)業(yè)綜合知識(shí)的而相關(guān)教學(xué)，教學(xué)的過(guò)程中始終要以只是線索為主。

（三）加強(qiáng)嵌入式教學(xué)的師資力量

高校相關(guān)人才的缺失，一方面是薪資待遇不及自由市場(chǎng)，另一方面是高等院校對(duì)高新技術(shù)的迅猛發(fā)展并不敏感，教研工作者不能接觸到更多優(yōu)秀的同行，長(zhǎng)此以往，會(huì)逐漸喪失競(jìng)爭(zhēng)力。在這點(diǎn)上，筆者建議高等院校應(yīng)向英美國(guó)家的高校學(xué)習(xí)，教授教師以企業(yè)帶動(dòng)教學(xué)教研，投入到社會(huì)生產(chǎn)中去，優(yōu)勝劣汰的環(huán)境下保持最新的科研能力，同時(shí)反哺學(xué)院的教育教研工作[8]。

（四）不斷更新嵌入式教學(xué)的教材內(nèi)容

隨著教育教學(xué)內(nèi)容的不斷改進(jìn)，根據(jù)教學(xué)的不斷反饋，由目標(biāo)和內(nèi)容編著一套與時(shí)俱進(jìn)的理論課程的教材。筆者認(rèn)為，該教材應(yīng)以實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目任務(wù)為教學(xué)單元，以ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)為主體，以嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程為主線，對(duì)其他體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)做詳細(xì)介紹。不僅可以幫助學(xué)生節(jié)省實(shí)踐，同時(shí)可以更全面的掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)。

（五）重視校企合作與科技競(jìng)賽

在教學(xué)過(guò)程中，我們需要重視并參加國(guó)內(nèi)的各種嵌入式的相關(guān)競(jìng)賽，如英特爾國(guó)際杯大學(xué)生邀請(qǐng)賽，國(guó)家機(jī)器人大賽等等。競(jìng)賽中，不僅可以讓學(xué)生在實(shí)踐動(dòng)手能力上，得到極大的提升，同時(shí)可以和多個(gè)高校的師生在競(jìng)爭(zhēng)中交流學(xué)習(xí)。形成一個(gè)傳、幫、帶的梯隊(duì)，達(dá)到“以點(diǎn)帶面”的良性循環(huán)。

綜上所述，由于目前國(guó)內(nèi)很多高校的嵌入式教學(xué)處于起步階段，教學(xué)工作中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。處于摸著石頭過(guò)河的階段，這要求教師團(tuán)隊(duì)需要緊跟嵌入式技術(shù)的最新發(fā)展，不斷學(xué)習(xí)同時(shí)提高教學(xué)科研的能力，結(jié)合自身特色，靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，包括軟硬件教學(xué)，應(yīng)用方式方法，發(fā)揮各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以科研帶動(dòng)教學(xué)，促進(jìn)嵌入式教學(xué)的教、學(xué)、研的全面健康發(fā)展，培養(yǎng)出更多高、精、尖的人才。

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（中南林業(yè)科技大學(xué)涉外學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410211）