高职院校“嵌入式操作系统”课程的教学改革研究

摘要：本文介绍了深圳职业技术学院计算机应用专业在嵌入式操作系统课程中的教学改革探索。在培养“应用型”人才的目标下，课程在教学方法上提出了过程“三段式”教学；实践“倒推法”教学等；课程内容上采用Windows CE5.0平台，并建设相关实验室；教学任务微观化，学生考核“综合化”等概念。在教学及实践环节中提出了很多新颖的观点并实施了很多方法，三届学生的实践证明这一成果在嵌入式系统教学中起到了积极的推动作用，学生掌握了实用技能，扩大了就业面。

关键词：嵌入式操作系统；教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：B

文章编号：1672-5913（2007）09-0042-05

1 引言

“嵌入式操作系统”课程是深圳职业技术学院计算机应用技术专业在2002年教学计划中设置的新课程。众所周知，我国已经成为世界的电子制造业基地，嵌入式技术已经是大大小小的电子制造类企业技术开发的中心平台。深圳就有四分之一多的企业采用嵌入式技术。根据市场调查，很多企业需要高职层面的嵌入式应用技术人才。据此，我们率先开设了嵌入式技术方向相关课程。

选择什么样的教学内容？采用什么样的教学方法? 培养学生什么样的能力?实践教学采用什么样的平台？如何区别与本科的教学，从而更加体现高职教育的特色?这些问题一直是我们思考的内容。经过深入分析，在三年的教学实践中不断的修正，我们提出了一整套针对本课程的教学模式。通过多种方法的综合应用，培养出了受企业欢迎的毕业生，达到了我们培养的目标：使学生成为能工巧匠型的大学生和大学生型的能工巧匠。

2 课程设立基本情况

“嵌入式操作系统”课程是嵌入式技术方向的一门专业课程，是本专业方向的核心课程。

企业要求嵌入式专业方向的毕业生能够从事嵌入式应用产品的生产、工艺设计、质量管理、市场营销等工作。因此，经过论证和调研，我们确立的培养目标是：要求毕业生成为在嵌入式计算机系统等技术领域从事技术和管理工作的高等应用型专业技术人才，熟悉基于ARM的嵌入式硬件系统和掌握基于嵌入式操作系统的应用开发的基本能力。

“嵌入式操作系统”课程的定位是：以嵌入式操作系统为对象，使学生掌握基于嵌入式操作系统的应用系统的设计方法和基本能力，并能从事上述各种岗位的工作。

3 课程教学基本思想的确立

高职院校学生的培养目标不同与本科院校，培养目标更侧重于学生的实际动手能力。传统的计算机专业基础课程的教学中，大量篇幅讲授理论知识，这样的教学方法并不适应于高职学生。根据培养目标的要求，并依据当前技术市场主流的水平，在理论知识的教学中，只讲解最基本的概念和原理，并不把相关原理加深拓宽，从而将重点放在学生实践能力的培养上。能力的核心是应用开发技能，即毕业生有能力在面对某种以嵌入式CPU为核心的整体解决方案时，可以根据方案的要求，实现其具体的功能，并调试运行成功。在具体的工作岗位上，可以根据公司的要求，对方案进行裁剪、修改，在高级设计工程师的指导下，实现新产品的开发，同时完成模块的编程、集成及测试等工作。

在这门课上，体现为学生要掌握在Windows CE操作系统下裁剪、配置、定制操作系统的能力，掌握基于Windows CE的基本的驱动程序设计能力。

4 课程教学的新模式

在确立了本课程教学基本思想后，经过广泛论证、走访企业、调研其他院校的教学方式、学习最新嵌入式技术及了解国外院校开课情况的基础上，我们在教学内容、教学方法、教学实验平台、考核方式等方面提出了一套本课程的教学新模式，通过三年来的应用实践，并不断地调整深化，模式已经基本成熟。

多年以来，深圳职业技术学院推行以学生为主体、教师为主导的教学思想，着重培养学生的实际动手能力。在课堂教学中，广泛推广“教、学、做”相结合的项目驱动教学法，引导学生在实践动手中学习新知识。在本课程的教学模式中，很好地体现了这一教学思想。

4.1 教学内容“主流化”

选择什么样的教学内容是教学的首要问题。2004年本专业首次开设了“嵌入式操作系统”课程，选用北京科银京成技术公司研发的道系统(DeltaOS)为教学平台，并成立了“深职院－电子科大嵌入式系统技术开放实验室”。道系统是一个实时性非常强的嵌入式操作系统，产品在工业控制领域、军工装备中得到广泛应用。该实验室建成后，我们不仅开展嵌入式操作系统的教学，还开设了基于ARM的嵌入式系统技术、ARM应用技术实训等相关课程的教学工作。

在后续的市场研究和走访企业过程中，我们发现诸多中小相关企业使用的嵌入式操作系统是嵌入式Linux和Windows CE操作系统。而这些企业是我们高职学生就业的主要市场，这就要求我们尽力去满足这一市场。通过论证，Windows CE 5.0的市场占有率逐年上升，在手持设备等领域已经成为市场主流。据此我们在2005年将课程教学内容转为Windows CE嵌入式操作系统。同时还保留道系统的培训工作并利用其开展一些科研工作。

4.1.1 课程章节内容

结合企业的实际和学生的能力，我们在Windows CE嵌入式操作系统的教学过程中主要讲授以下内容：

第一部分嵌入式系统基本理论：讲授嵌入式系统的定义、特点及分类；常见的嵌入式操作系统；嵌入式系统的设计方法概述；Windows CE 5.0基础；实验平台的基本原理和使用。

第二部分Windows CE5.0内核定制：讲授操作系统镜像；在PB中添加自定义特性；Windows CE5.0的关键配置文件；PB的编译链接过程和远程调试工具。

第三部分Windows CE5.0的基本应用原理：讲授Windows CE5.0的进程；内存管理；文件系统；设备管理；图形用户界面和Windows CE5.0的通讯技术。

第四部分Windows CE5.0的驱动程序和动态链接库：讲授驱动程序的设计和动态链接库的基本原理。

第五部分整周实训一周，整周实训是一个集中实训阶段，通过整周实训的训练，最终完成整个教学目标。

4.1.2 教学时间安排

课堂教学共64学时，整周实训一周共28学时，合计92学时。在课堂教学的64学时中，其中用于理论教学的课时为32学时，主要讲解Windows CE操作系统的基本概念和基本原理，而用于实践教学的课时为32学时，再加上整周实训的28个学时，整个实践性环节的学时总量达到60个学时，足以让学生在实践过程中熟练掌握基于Windows CE操作系统的嵌入式系统开发技术和方法。

4.2 教学方式“企业化”

培养目标决定一切围绕工作岗位进行，在教学方式上，要求我们贴近企业，贴近实际。在学校环境下，我们采取以下几种教学方法。

4.2.1 “倒推式”教学法

第一次上课就让学生 “见识”一个实际的嵌入式产品。以这个典型的嵌入式产品为目标，将产品分解，倒推出一个产品的开发过程。从“产品”到“部件”的倒推，把归属于课程不同章节的内容，放到相关的教学单元去讲解完成。在每一教学单元中，以产品的“部件”为核心，设计出实际开发中要解决的课题。通过在具体的学习过程中解决问题，使学生学习和掌握基于嵌入式操作系统的应用开发能力。在最后一周的整周实训课中，让学生完成一个正推过程，完成一个产品从设计思想，到部件，最终到产品的演变过程，从而从整体上建立嵌入式产品的开发规律和方法，使学生踏出校门，就可以直接进入工作岗位，完成从学校到企业的零距离过渡。

4.2.2 “三段式”能力渐进培养

本课程实践教学的设计思想是：通过三个不同的教学阶段，提出不同的教学目标，逐渐提升对学生的能力要求，使学生熟练掌握整个教学内容，具备可以独立完成基于嵌入式操作系统的应用开发项目的能力。

本课程的实践教学的三个教学阶段为：

章节实验：按照项目单的要求，根据嵌入式产品分解的内容，针对相关章节的核心知识点进行实验，以完成对该章节知识的掌握。在课堂教学中，通过完成相关的实践项目，从中理解相应的知识点，进而掌握其中的核心理论知识，熟悉开发工具的使用、解决实训过程中的常见问题，熟悉基本的调试技巧和方法。

课程设计：按照课程设计任务书的要求，完成课程设计的工作。课程设计是学生根据任务要求，开始独立完成完整产品中的一个基本任务的过程，是平时课堂实训项目的延伸，但因为实训过程已经不像在章节实训中那样具体，学生所面临的内容也不再是具体的知识，也不会面临调试技巧和方法的问题，学生将更多的注意力放在了如何在一个具体的产品中去完成其中的一个环节！这个环节既是对前面课堂教学的检验，也是学生提升自己能力的关键环节。

整周实训：由于整周实训的时间集中，学生可以花整天的时间待在实验室，实训的开展也就更为有效，完成一个较复杂的项目也变为可能。这一环节的教学目标即在于全力提升学生的独立开发能力，前面的课堂教学和课程设计都是为了这一目标而做准备。

在这个环节中，要求学生开发一个典型的嵌入式产品雏形，可能从功能上、产品化方面还有待改善，但其过程包含了一个嵌入式产品基本的开发过程。所有的教学过程都指向了这样一个最终的目标，即通过一系列的训练，使学生熟悉嵌入式系统开发的各个环节，并最终实现一个典型产品的开发。这个过程将使学生更为直接的接触到嵌入式系统的原理、开发手段和调试技巧，效果将更为直接、明显。

4.2.3 任务单元“微观化”

在每一教学单元中，采取项目驱动，问题牵引的教学方法。对“嵌入式操作系统”课程的每一单元的微观设计进行了研究。在每个任务单元的微观设计上，以该项目为中心目标，精心设计过程。课程所涉及的基本问题，均通过所编制的实训项目单来反映。力求使实训项目反映课程的核心内容。通过解决问题，使学生学习和掌握嵌入式操作系统的相关知识，培养学生的学习能力、分析问题和解决问题的能力，如表1所示。

4.3 考核方法“综合化”

本课程的考核抛弃了传统的期末考核，采用形成性考核的考核方式。完整的考核方案包含了多个方面，总分中平时学习表现占20%（包括考勤、提问和平时作业），实践性作业占20％，课程设计占20％，整周实训占40％。平时作业的考核形式是书面作业，实践性作业和课程设计是程序设计与调试，整周实训是项目完成及答辩。在考核方法上课程设计和整周实训采用实操方法。这样的考核方法重视了平时成绩的考核和工程技术应用能力的考核，因而更切合工程应用的要求。

课程的考核方案改革无疑是本课程教学模式突出的一点。取消期末考试，把一次考试定成绩变为全方位考核定成绩，方法更为科学也更受学生欢迎；从考核试卷到考试作品，这样的跨越也反映了课程改革从纯粹的学术型走向了技术型，实用型，学生的适应能力也大大提高。这样做老师的工作强度会加大，平时考核的评定也要求更为科学、合理，但普遍受到学生的欢迎。

4.4 教学实训平台和师资问题

在“贴近企业；贴近实际”的原则下，我们建设了一个全新的嵌入式系统实训室。实训室要求必须满足嵌入式操作系统相关课程的实训和教学工作需要以及学生完成毕业设计使用。同时，Linux操作系统、嵌入式应用技术等课程的实训及相关技能证书的培训也可在该实训室完成。在考查多家供货商的实训平台技术水平、性价比、维护能力后，我们选用了深圳优龙科技有限公司的产品，建立了一个嵌入式系统应用实验室，设备有：Intel XScale270教学平台(40套)；ARM MultiIce 仿真器（20套）；S3C2410 教学平台（20套）；Pentium4 2.8G双核CPU PC机（40台）。同时，我们还购置了一些嵌入式产品的全套方案及样机，应用于本课程教学。让学生完全接触到当前嵌入式系统应用的最新产品，掌握开发过程，实现真正的“生产性”实训。

为解决课程改革所面临的师资问题，学校使用专项的教师培训资金派出教师在暑假期间到北京博创公司参加了其“嵌入式系统高级培训班”，培训内容以IntelPXA270＋Windows CE5.0的典型架构为核心，详细学习了Intel PXA270的结构和部件，Windows CE开发的基本过程及典型案例。在此基础上，几位教师又认真完成了微软2535和2540模块的自学，为开设课程做了足够的准备。在选择深圳优龙公司的产品后，又请其工程师开设了一周的嵌入式系统技术培训工作。同时，安排教师到优龙公司学习最新的嵌入式系统开发技术，了解最新的技术动态，提升教师的实践能力。

5 教学模式实施和教学质量监控

基于“嵌入式操作系统”课程教学的具体要求，我们修订了课程教学大纲。大纲的修订突出课程的实践性特点，首先，将一实际产品进行分解，将课时的重点放在实践性教学环节上，并突出“平时教学＋整周实训”的教学模式，将课程内容与整周实训课程的内容统一规划，有侧重地安排，最终完成统一的教学目标。同时，课程设计环节的内容并没有因为增加了整周实训环节而有所削弱，而是进一步加强，从而在教学规划上实现课程的三阶段教学架构，真正解决学生在学习嵌入式操作系统过程中，因为集中学习时间短而难以完成复杂项目的问题。在对课程的宏观设计上，工作重点是探索以学生为主体的教学方法，精心提炼教学内容，突出Windows CE操作系统的最主要内容。

在教学实施过程中，为提高课程的教学水平，课程开设之初我们就确定课程负责人。统一和规范课程教学文件（教学大纲、进度表、教案、教材、实训项目），对教学大纲的修改和课程内容做了多次专题讨论，专业定期以多种形式组织教师进行教研活动，研究教法，相互听课，观摩、交流教学经验。规范课程设计任务书和课程设计报告的模板。在课程考核中注重以学生能力为中心，全部采用形成性考试方案，侧重对学生学习能力、实践能力和对嵌入式系统应用开发能力的考察。不以学生一次考试的成绩决定其课程的最终成绩，将考核贯穿到整个学习过程中去，大大调动了学生的学习热情，也取得了明显的学习效果。整周实训的考核在原有考核内容的基础上增加了答辩环节。采取制作汇报提纲PPT，现场演示程序运行结果，每个学生向全班同学进行汇报的考核方式，并将答辩环节的成绩记入总分。

教学质量提高是我们追求的目标。为此，我们建立了监控体系，请来了校外的专家。首先，为了紧跟市场，课程反映学科的最新发展，我们聘请了6位来自企业的校外专家成立专业指导小组，对课程的教学计划进行具体的指导。每年我们都会聘请专家到学校，请他们根据企业当前发展的需求，对专业课程设置、课程教学大纲提出他们的意见。其次，在本课程教学内容修订时，我们征求了很多校外专家的意见。分别与深圳优龙公司、深圳旋极公司、深圳亿道公司及深圳英蓓特公司等嵌入式产品研发公司建立长期、有效的合作，他们的工程师都给出了积极的建议，在广泛征求意见的基础上，我们对教学内容作了修改。同时，我们还在这些企业中建立校外实训基地。组织学生参观嵌入式产品的开发过程，派遣优秀学生进入企业参于产品开发过程。在课程教学过程中使用的实训项目单要求企业的工程师审核，部分实训项目移至企业，让工程师也参与教学，使企业也成为教学组织者之一，帮助我们严把教学质量关，使用教学内容能够反映企业彩的最新技术。每年我们都会推荐毕业生进入了这些公司，先在公司中实习，在公司考核合格后进入公司工作。这样，通过这些与我们合作的公司既检验了我们的“产品”，也解决了学生的就业问题。如果学生在适应企业的过程中有具体的问题，企业也会及时向我们反馈，我们也会仔细分析，检查课程的计划和教学中有何问题，从而及时纠正。

6 实践过程和取得的效果

大约用了一年的准备，我们从2002级学生开始开设此课程，在2004级学生中开始教授Windows CE嵌入式操作系统。目前，已完成三届学生的教学，每届学生在嵌入式操作系统课程的学习上，积极性非常高，整体取得了良好的效果。三届毕业生中，有几十位学生从事嵌入式相关工作。

在2006届的毕业设计中，毕业生完成的“基于Windows CE5.0的指纹识别系统”，在Windows CE平台上实现了人体指纹的识别、指纹数据的管理系统。由于人体指纹的不变性和唯一性，指纹识别成为最可靠的身份验证方法，基于指纹识别技术的身份验证系统可以替代传统的基于密码和证件的安全系统。这个毕业设计工作就是完成了指纹系统的开发研究,并在Windows CE平台上完成了一个身份认证系统。

由于课程开设的前沿性和实用性，在精心设计实施后，课程取得了良好的教学效果

7 结束语

几年的实践探索，我们摸索出一些方法，取得了良好效果。但许多方面仍需继续努力，如教材，如何编写一本适合高职学生的教材？就是我们下一步要工作重点。嵌入式系统的教学伴随着整个计算机工业的发展，有着其鲜明的发展特点，而嵌入式系统的教学也有着很广泛的空间需要我们去探索。

参考文献：

[1] 张福炎，俞建新.2004年全国第五届嵌入式系统学术交流会论文庥[C].北京航空航天大学出版社,2004.

收稿日期：2007-04-02

作者简介：王晓春，男，内蒙呼和浩特人，硕士，主要从事嵌入式系统的教学和科研工作。