面向能力培養的嵌入式課程體系建設探析

張啟英

（長春光華學院電氣信息學院，吉林長春，130033）

關鍵字：嵌入式；課程體系；課程建設

1 嵌入式課程現狀

嵌入式課程是一門涉及電子、計算機、網絡、通信等多專業交叉的綜合性課程[1]。在高校中，一般情況下，學生培養計劃是四年一次，新生入學前，專業負責人及專業團隊教師通過調查當前專業發展現狀，考慮到未來行業技術發展，結合嵌入式課程特色，撰寫新生培養計劃。然而，在教學實施過程中，課程與快速發展的產業需求相比，課程銜接不好，高校的課程教學和人才培養相對滯后的問題凸顯，嵌入式課程體系建設已成為高校電子信息類專業課程建設首要解決的問題[2]。

2 嵌入式課程實施過程中發現的問題

嵌入式課程是將理論知識、實踐技能、工程經驗及應用方法多方面融合的一門課程，課程的培養目標是培養在電子工程技術領域具備硬件設計、程序設計、系統分析等綜合性的工程技術人才[3]。由于嵌入式課程涉及到的知識面廣，技術領域范圍大、對前導課程的掌握程度及專業綜合技術水平要求較高。

嵌入式課程涵蓋的知識面廣，涉及到底層硬件設計、處理器結構、程序開發到硬件驅動程序開發、操作系統移植等內容，有些教材側重硬件設計和程序開發，而對驅動程序開發及操作系統移植方面寫的內容較少，還有部分教材偏重與后者，所以，由于教師在教學過程中會按部就班教學，遵守教學計劃執行，在選用了某類教材后，會導致學生在嵌入式課程中有缺失，學的不透，掌握課程知識不全。

由于受到實驗室時間和地點限制，影響學生學習，課程不能采用“理實一體化”教學模式授課，理論課程結束后，往往隔一段時間甚至幾天才能進行實驗，這種教學模式單一，在固定的理論學時內，教師難以將系統的教學內容全方位地教授給學生，教師往往在教學內容上做出取舍，根據專業需求和職業設定對教學內容選講，導致學生在個別知識體系結構上存在盲區。另外，在實驗中，由于教學實驗箱中的硬件模塊種類受限，實驗內容受限，學生只在實驗箱中簡單連線，導致學生不理解嵌入式技術中的硬件設計深層內容，實驗箱也不能由學生隨身攜帶，只能在實驗室進行實驗，學生學習實踐的時間受限，也會影響嵌入式課程教學質量。

3 嵌入式課程體系建設探析

嵌入式課程體系從底層的硬件電子線路、接口技術到軟件開發等知識點，涵蓋了電子線路硬件技術層課程、計算機與電子融合技術層課程、軟件技術層課程及系統開發層課程， 部分高校將嵌入式課程體系劃分了不同的嵌入式方向課程，也有部分高校將嵌入式課程劃分為電子電路設計、微處理器應用、設備驅動三個層次[4]，由于內容抽象，在學生學習過程中，多數學生停留在第一層，所以，嵌入式課程體系結構設計、課程知識點的連貫性設計、課程的實驗環節還有待進一步研究。

3.1 嵌入式課程體系構成

將嵌入式課程體系劃分為四個層次：硬件技術層、融合技術層、軟件技術層、系統開發層，每個層次課程為嵌入式課程的學習起到了知識鋪墊作用。如圖1所示。

圖1 嵌入式課程體系構成

3.2 嵌入式課程理論知識體系設計

嵌入式課程知識體系應該從硬件設計、處理器編程、軟件開發到嵌入式操作系統開發的過程展開，全方位設計編寫及修改教學計劃，靈活實施教學方案，從嵌入式課程體系到具體教學知識點，把各個知識點連貫成知識線，構成嵌入式課程知識體系，如圖2所示。

圖2 嵌入式課程知識體系

將嵌入式課程理論知識體系分為五層次知識體系，第一層次主要學習嵌入式課程硬件電路設計，熟悉微處理器外部引腳功能，掌握ARM微處理器最小系統的設計，設計一個規模小、難度適中的嵌入式應用系統，教師引導以嵌入式為核心，讓學生對系統進行裁剪，引導學生通過具體應用掌握嵌入式具體知識點，掌握硬件接口電路設計。第二層次通過高級語言程序、匯編語言等進行編程，學習ARM處理器的編程結構，熟悉ARM微處理器指令集。第三層次主要培養對嵌入式操作系統知識體系的學習。第四層次培養嵌入式在硬件設備中的驅動程序開發。第五層屬于系統總體設計，主要掌握用戶界面設計，掌握開發應用程序及系統綜合調試。

3.3 嵌入式課程實踐體系構建

嵌入式課程實驗需要融入每個嵌入式課程理論知識點，由于不同類型的開發板側重不同，以ARM架構為例，Cortex M開發板側重于控制類應用開發，適用于各類接口實驗，但Cortex M開發板沒有MMU，就不能運行嵌入式操作系統。Cortex A開發板側重于系統型的應用開發，需要在嵌入式操作系統支持下進行開發，而且外用接口少，諸如此類原因，就需要學校引進更先進的開發板，進而覆蓋整個嵌入式課程體系。

嵌入式實驗課程的頂層設計非常關鍵，教師要設計一個覆蓋嵌入式技術知識面廣，將不同類型的實驗開發板功能融為一體完成的綜合性實驗。在實驗過程中，從基礎知識點到嵌入式系統綜合設計，循序漸進展開，引導學生逐步完成逐項實驗，教師也可以根據學生水平，分小組討論、分組設計，在學生分組實驗中，讓學生們互相學習，也可以讓學生提出新實驗，鼓勵學生創新，提高學生興趣。將嵌入式實驗室對學生開放[5]，讓有興趣的學生能夠充分利用實驗室設備進行嵌入式實驗學習。