淺談嵌入式系統開發課程教學研究

摘 要：嵌入式系統開發是結合了軟件與硬件兩種技術的一門課程。通過對嵌入式系統現狀及特點的分析來進一步研究在課程開發以及教學實踐中所存在的問題，進一步針對教學實踐存在的問題來找到解決的方法并加以改進，結合計算機科學與技術系學生特色與實驗室現有的實訓設備，從整個課程內容的安排、教學方法的設計以及實驗教學等方面分別進行了教學研究及改進。經過多次教學的實踐實踐證明，改進后的教學方法能有效解決之前所存在的問題，更好地達成理想中建設的課程目標。

關鍵詞：嵌入式系統開發;教學方法;教學內容;實驗安排

嵌入式系統是一種計算機專用系統，嵌入到裝置或設備中。嵌入式系統的功能、開發效率以及成本、等綜合因素進一步決定了嵌入式設備選材的多樣化以及軟件、硬件可裁剪[1]。嵌入式系統的中心是應用，基礎是計算機技術，適合用在應用系統對于功能、可靠性、成本、體積以及功耗有嚴格要求的計算機應用系統。

嵌入式系統是系統的應用軟件與系統的硬件一體化，類似于BIOS工作方式，應用的范圍非常廣。因此，嵌入式系統在教學內容的開發以及課程的設置非常廣泛，軟件部分既包括匯編語言又包括C語言以和嵌入式Linux操作系統相關知識，硬件部分不僅涉及計算機原理、基礎硬件電路還包括接口協議等技術，因此在綜合知識和計算機編程能力上要求較高 [2]。

1 嵌入式系統在課程開發中的特點

1.1內容廣泛

嵌入式系統所涉及到的知識比較廣泛，對于綜合性要求較高。要求學生不僅要掌握計算機相關的基礎知識，還要了解硬件結構和軟件編程。包括ARM結構、電路原理、串口協議;以及軟件方面的ARM指令、匯編、C語言以及嵌入式Linux操作系統軟件開發。嵌入式系統開發的課程，要求學生通過了解嵌入式Linux系統的移植和基礎設備驅動開發，熟悉硬件體系結構和基礎硬件開發，來掌握嵌入式系統開發環境的搭建，進而讓學生能夠獨立完成一個小型完整的嵌入式系統的開發。

1.2 實踐性強

嵌入式系統的教學課程的側重于時間。課程設計上以實訓為主理論為輔，大比分的時間用在動手操作。在實際操作的過程中，學生可以加深對基礎理論知識的理解，并且可以提高學生的學習興趣，培養學生的動手能力，在課堂上更容易投入到學習中。通過多次的實訓，學生能熟悉嵌入式系統完整的開發流程，并在解決實際問題的同時掌握軟硬件的開發方法。

2 嵌入式系統開發教學內容改革要求

2.1 教學內容的設置

由于嵌入式系統要求理論與實踐相結合，所以嵌入式系統的教學要在理論與實踐兩方面進行改革。 理論教學主要基于PC系統的教學，理論環節主要以進程管理、內存管理、設備管理、文件系統四個方向進行教學。嵌入式系統具有軟硬件結合的特點，設計知識面較廣，理論與實踐緊密結合。以實踐教學為主，在教學中占較重的比例，可以分為課內實驗和課外實驗。課內實驗的開設以理論課為主，通過理論課的講授和實驗操作讓學生對于嵌入式系統有基本的認識和理解，再搭配課外實驗，進一步提高學生綜合開發的能力。課外實驗學生可以采用項目的方式在我校建設的實驗室中進行完成。可以基于ARM芯片系統上開發;課內實驗要求學生獨立完成，課外實驗可以以項目組的方式完成。

2.2 物聯網專業嵌入式教學內容側重點

嵌入式系統開發可分為硬件開發和軟件開發兩個方向，而軟件開發又可細分為系統級軟件開發和應用軟件開發兩個子方向。硬件開發包括ARM、存儲（如flash）、I/O（I/O控制電路、顯示模塊、通訊模塊等），系統級軟件開發包括Linux操作系統內核、I/O軟件以及設備驅動開發，應用軟件開發包括基于Linux的應用開發。考慮到物聯網技術專業學生特長和發展方向，目標培養更偏向于嵌入式Linux系統軟件的開發，在授課計劃安排上以軟件為主，兼顧學習硬件基礎知識。主要學習匯編語言、C語言程序設計、Linux命令、側重于編程應用。

3、教學方法改革

3.1 講授與討論相結合

在教學中，講授法是最基本的教學方法，可以通過多媒體教學來充分調動學生的學習積極性，與討論法相結合，在授課時突出嵌入式系統的特點，教師在講授了基本知識后拋出適當的問題，學生進行討論，在教師的指導下對問題進行分析和探討，并通過討論活動獲得知識。有點在于，培養合作精神，激發學生的學習興趣，提高學生學習的獨立性。

3.2 項目驅動式教學方法

從項目出發，合理安排課程內容。將項目式教學引入到“嵌入式系統及應用”得課程中，在提升學生動手操作能力的 同時提高學生的學習積極性。要求以教學工作順利進行為前提項目具有較高的實踐性，與企業的實際項目聯系緊密，教材和項目具有較好地聯系性。項目內容必須是當前急需的主流技術。要求項目的設計能夠幫助學生自主思考，對所學理論有更深刻的理解。

4 實驗教學改革

實驗教學是嵌入式系統開發課程教學的一個重要環節，通過實驗，不僅可以幫助學生加深對理論知識的理解，更能夠著重培養學生正確使用儀器設備，進行測試、分析、綜合思考和編寫實驗報告的能力[3]。

4.1 實驗課程的內容安排

實驗設備采用北京新大陸時代教育科技有限公司的嵌入式教學平臺NEWLab，其ARM核心模塊采用S3C2451作為CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口豐富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG調試接口，液晶屏、觸摸屏、鍵盤接口，并將SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便與外部模塊進行連接。

實驗課內容從容易到難，從單個硬件的使用到多個硬件的綜合控制。在實驗過程中需完成工程的新建、匯編程序的編寫、C語言程序的編寫、燒寫程序并調試，最后是觀看實驗結果。通過多次試驗，學生可以初步掌握嵌入式linux系統中開發工具的使用以及程序編寫的一般步驟，還對基本的ARM內GPIO端口有了更加深刻的認識。在實驗過程中，注意不斷地激發學生的學習熱情和動手實驗的興趣。鼓勵學生采用不同的程序編寫的方法去實現同一個實驗的功能，提高學生的編程能力，達到舉一反三的作用。

4.2 實驗教學環節改革

對實驗教學環節設計進行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變為“操作為主”的實驗課程教學設計模式。

通過項目驅動的方式來重點關注學生對于專業知識的掌握能力以及動手解決問題的能力以及團隊協作的能力[4]。采取多樣化教學評價和考核方式，既能對學生的學習水平進行考核，也可以在過程中發現教學改革中存在的問題并及時更改。

5 結束語

通過以上列課程教學內容的改革，既可以有效地調動學生學習的主觀能動性和學習熱情，又可以提高學生分析解決問題的能力以及動手解決問題的能力，通過理論結合實踐，更好的學會了知識的應用。經過專業項目訓練的學生可以盡快的縮短在企業的磨合期，能更快的適應企業的崗位需求，大大的縮短了學生到員工的身份轉變的時間，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1] 張立新. 計算機嵌入式系統核心技術的開發探討[J]. 無線互聯科技， 2017（21）： 80-81.

作者簡介：

李佳琪（1996.6.11），籍貫：黑龍江省，性別：女，學歷：本科，研究方向：嵌入式系統開發.