面向应用型人才培养的嵌入式系统教学体系研究

摘要：结合社会对应用型人才的培养要求和嵌入式系统的教学特点，为把学生培养成社会需求的应用型人才，制定了嵌入式系统教学体系：理论教学体系和实训体系，改进教学模式，宽基础教育，把嵌入式理论教学引入实践环节深入学习，强化实贱训练，培养学生动手能力和创新实践能力。

关键词：嵌入式系统；课程体系；实践体系

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7812-03

近年来，计算机类专业学生面临着日益严重的就业挑战，教育部阳光高考网站公布了2011年中国大学“红黄绿牌”专业名单，计算机科学与技术专业成为被亮“红牌”的本科专业之一。现在几乎各个高校都有计算机及其相关专业，学生数量庞大，但培养方案好多高校雷同，培养出来的学生掌握的技能单一，面对社会对各种计算机技术人才的需要却无法满足。高校必须改革现有的教学模式，建设专业特色，培养适应社会需求的专业技术人才。在教学层面上，制定出有特色的专业知识结构，可操作、可持续发展的理论、实践教学体系。为此，面向应用型人才培养成为很多高校计算机及其相关专业改革重点。结合我校具体情况，该文重点讲述计算机科学与技术专业嵌入式系统教学体系研究。

1 嵌入式系统应用人才培养目标

嵌入式产品是软硬结合的产品，存在于各个领域，如通信设备、消费电子、信息家电、工业控制、安防监控、汽车电子、医疗设备、航空航海等应用领域，这就决定了它的多学科交叉性。目前，许多高校在不同专业上都开设“嵌入式系统”相关课程，如计算机科学与技术、自动化、电子工程等专业。由于各专业培养学生能力的目标不一样、教学侧重点也不尽相同，课程讲授内容也各有特色。自动化专业侧重于智能仪器、仪表的设计，电子类专业侧重于硬件基础平台的设计。计算机科学与技术专业应从“软件开发”的角度出发，使软/硬件协同工作，将计算机科学与技术的专业课程有机地结合起来，使整个教学体系形成一条清晰的逻辑线。

结合我校的实际情况和学生特点，嵌入式系统应用人才的培养目标提出：综合素质好，创新能力强，专业基础理论扎实，应用领域明确，工程实践技能突出，具备工程应用开发过程中计划、需求、设计、研发、测试、维护和管理等方面的知识与技能，能够胜任系统化、规范化、度量化的项目研发工作的实用型中高级应用型工程技术人才。培养具备专业技术能力的卓越IT工程师，嵌入式系统设计师、嵌入式系统开发工程师等。通过四年的本科学习，实现学业与职业零距离对接，培养面向工程、立足实践、具有创新精神的工程型IT人才。

在具体的实践上，主要通过将嵌入式系统的知识体系和工程实践有机结合，注重培养学生的应用实践能力、团队合作与学习创新的职业素质。通过系统的嵌入式系统理论教学、务实的实训演练，提高的大学生实验区建设等形式多样化的教学手段与实践训练，使学生扎实地掌握嵌入式系统开发的理论基础、熟练运用开发技术和工具，并具备在通信、信息家电、工业控制、移动计算设备、网络设备等领域从事嵌入式产品开发、产品测试的能力。

2 嵌入式系统课程体系

嵌入式系统涉及内容广泛、系统性强，是一个软硬件系统的综合体。按照不同的要求和目的来建立一套合理的教学课程体系，根据教学特点与时间问题，以及学生的素质，把嵌入式系统的课程体系结构分为3个阶段，如表1所示。[1，2，3]第一个阶段学习专业基础课，主要开设程序设计语言、计算机科学导论、模拟和数字电路等基础课程。第二个阶段学习专业课，主要开设汇编语言、数据结构、计算机原理与应用、操作系统原理、计算机网络等专业骨干课。第三个阶段学习嵌入式系统课程，主要开设嵌入式系统原理与应用、嵌入式操作系统、人机界面的软件设计等。嵌入式系统原理与应用，选择ARM处理器进行讲解，讲解ARM处理器的总线、存储器、指令系统和I/O接口等，加深学生对嵌入式微处理器内核的认识和理解。嵌入式操作系统，循序渐进地学习实时内核μc/OS操作系统的内核和应用，然后过度到linux操作系统的学习，学习linux操作系统下的驱动开发方式，嵌入式网络编程等，为嵌入式开发提供一定的软件基础。人机界面的软件设计讲解人机界面设计原理、开发方法与开发工具，结合嵌入式产品特点和流行的界面让学生学会软件用户界面设计、测试、评估方法，提高学生的综合素质。所开课程采取必修和选修结合的方式进行教学，但每门课程的内容和主要知识点必须提出明确要求，分清重点和难点，同时为每门课程开设好配套的实验课和综合型设计课程等。

3 嵌入式系统实践体系

由于嵌入式系统应用面很广，实践性很强，实践教学是贯穿整个应用性人才培养的重要一环。为使学生深入理解和掌握嵌入式系统的设计和实现原则，建立了一套灵活的实践教学体系。

3.1 教学方法

嵌入式系统的相关课程，以项目驱动的方式很容易操作，在讲述项目设计方法和设计过程时要求学生熟悉开发环境、开发工具，如果在课堂讲授开发环境和开发工具的使用，再到实验室做实验，学生不仅感觉枯燥无味、不易掌握，而且在真正作项目之前还要花费经历复习、不断动手操作使各种工具应用熟练。因此，我们借鉴美国卡内基·梅隆大学率先提出的“Lenrning by doing”的教学理念，强化培养学生全面的实践能力和开发、设计、完成项目的素养。

3.2 实训项目的设计

为达到教学目标，将实训教学体系分为基础类实训项目和提高类实训项目。[4]我院现有达盛EL_ARM860教学实验系统40套（OMAP _3530 处理器） 及该平台配套的硬件设备和软件环境，提出实训平台的通用项目设计方案和创新设计。实训平台功能框图如图1所示。

在达盛EL_ARM860教学实验系统上实现的基础性实训内容如表2所示。[5-6]

在实训平台上设计的提高类实训内容，课题来源主要有3种途径，一种是教师布置题目，另一种是学生根据实验系统的外扩接口自己选题，第三种是学校的大学生科研项目。无论哪种方式的题目，学生都要自己查阅资料、文献，完成课题的分析、设计、编写代码、调试，最后接受验收。教师布置课题如表3所示。每个提高性的实训课题都有一定的难度，也考虑到教学时数的限制，把学生3人分成一个小组，共同讨论、完成提高性题目，表3的题目1为每个小组的必做项目，其他4个题目每个小组任选一个完成。

3.3 实训项目验收考核

由于实训项目的实践性特别强，主要锻炼学生的动手能力，因而不采用传统的期末笔试的方式进行，而是实训的过程中跟进每组的实际情况，综合考核。基础性的实验要求学生都掌握，综合性提高的项目，既要锻炼学生的动手能力，又要强调学习过程中理论联系实际的能力，更好地理解项目成功实现的原理，最后采取综合答辩的方式。每个小组汇报该组项目的设计理念、实现功能，实现方法、调试及测试过程，使其他没做该项目的同学也能得到参考和借鉴。

4 结束语

嵌入式系统在国内、外的应用发展非常迅速，需要的面向应用的嵌入式方面的工程技术人员缺口很大，但目前我国高校的嵌入式人才培养还没有一定的模式，高校的嵌入式系统教学也没有形成统一的教学体系和规范，为了培养适合社会需求的应用型嵌入式技术方面的人才，高校的嵌入式系统教学需要建立科学的、可操作性的嵌入式系统理论和实验教学体系、教材以及教师队伍的培养体系，为社会培养可持续的人才，适应社会对计算机技术人才培养的要求。该文探究了嵌入系统理论课程体系和实训体系，积累嵌入式系统的教学实践，融合了社会的需求和计算机科学与技术专业的特点，经过几年的教学实践，效果较符合实际应用。

参考文献：

[1] 何剑锋，姜林，刘琳.专业嵌入式系统教学探究与实践[J].计算机教育，2009（9）.

[2] 李凤云.计算机本科专业嵌入式系统课程体系研究与实践[J].高教论坛，2007（8）.

[3] 郭宏，胡威.计算机专业《嵌入式系统》课程体系建设的探索[J].现代计算机，2013（6）.

[4] 赵芝璞，沈艳霞.“嵌入式系统原理与应用”教学模式改革探讨[J].中国电力教育，2011（28）.

[5] 韩德强，张丽艳，邵温.计算机工程专业方向嵌入式系统实践教学的探讨[J].实验技术与管理，2010（3）.

[6] 何剑锋，黄建仁，何月顺，李祥.以ARM-Linux为载体进行嵌入式系统教学关键点的研究[J].东华理工大学学报（社会科学版），2011（9）.