嵌入式应用系统课程教学改革研究与实践

【摘　要】嵌入式系统涉及计算机、电子及自动控制等诸多专业知识，是软件和硬件设计的完美结合。在电气信息类专业引入和强化嵌入式系统相关课程，使学生掌握嵌入式系统的设计方法是十分必要的。本文介绍了嵌入式系统的特点，对嵌入式系统应用教学进行了探索与实践。

【关键词】嵌入式系统；硬件；软件；实践

1.嵌入式系统课程特点

目前，嵌入式系统教学以ARM为主，从复杂度和难度上比传统的51单片机要大的多。其特点主要体现在：

1.1综合性强

嵌入式系统课程要求有一系列前修课程，包括：数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统结构、微型计算机原理、汇编语言程序设计、接口技术、单片机、C语言程序设计、操作系统等课程。涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，专业性强。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合，可以有效训练学生的综合能力。

1.2实践性强

嵌入式技术基本特征是以实际应用为主，实践环节是嵌入式系统课程的重要组成部分，学生需要通过大量的实验和实践环节，来加深对嵌入式系统理论知识的理解、掌握和运用。学生对嵌入式知识的深入理解和掌握往往是在亲手连接硬件线路、编程、调试等的实际动手实验的过程中逐步完成的。

2.现有课程存在的问题

嵌入式应用系统是一门涉及知识面宽、实践性强的课程，在高校的实践教学过程中会遇到各种各样的问题，主要表现在四个方面。

2.1教学过程中偏重理论讲解，对实验重视程度不够

嵌入式应用系统课程是相对较新的课程，对于一般学校而言，由于经费投入不足，实验设备不完善，加上师资有限，使得课程教学过程中，偏重理论讲解，真正的实验课时安排不足，实验内容不充实。同时，在实验过程中，相对重视软件编程，对于硬件方面重视不足。导致学生对接口设计、驱动程序编写等方面动手能力明显不足。

2.2实验教学过于形式化，多数为验证性试验

大部分学校的实验依赖于随教材提供的实验指导书，内容安排过于单一，并且多为验证性实验。学生机械地按照实验步骤进行操作，得到既定结果。对于每一步为什么这么做一无所知。实验过程中若稍出差错，或者实验环境与指导书稍有出入，学生更是无所适从。同时，学校安排实验内容多年不更新，与行业新动向相差甚远。这样培养出来的学生不易得到社会认可。

2.3教学模式单一

通常情况下，嵌入式应用系统这门课采用常见的“计算机＋幻灯片”的教学模式。教师多通过播放幻灯片的方式讲解内容，甚至连课本都不用带。在这种情况下，教师多对幻灯片依赖性强，上课过程中容易缺乏激情。同时，师生之间的互动过程少，课堂气氛不活跃。播放幻灯片过程中通常需要讲教室窗帘拉上，教室光线暗淡，学生容易困倦，影响教学效果。

2.4考核方式不全面

多数学校对嵌入式应用系统这门课程采用大作业的方式进行考核，部分学生通过网络获取现成的大作业，稍作加工便上交。教师在批改大作业中还时常会发现完全雷同的情况。这样的考核方式并不能全面考查学生的知识掌握情况。同时，由于忽视了对教学过程的考核，该方式不能很好地调动学生的积极性，影响了学生对该课程的学习兴趣。

3.嵌入式系统应用技术教学探索与实践

嵌入式系统=软件+硬件+行业知识。嵌入式系统不能作为一个单独的专业，因为不同的行业，需求不同。嵌入式系统专家应该是某一个行业的专家。

嵌入式系统应用技术教学要遵循由简到难、循序渐进的教学原则，从最简单的8位嵌入式系统开始，逐步过渡到32位ARM嵌入式系统上，等编程水平提高之后，再考虑开设操作系统，而不是一上来就跟随市场直接开设“ARM+Linux”。

对于嵌入式系统学习主要包含硬件和软件两部分。

嵌入式系统硬件基础必须要有的，如果没有一定的嵌入式硬件基础，直接学习嵌入式软件，行不行？理论上来说，可以，就是把嵌入式硬件作为一个开发软件的平台，和通用机没有什么两样。但实际上，这样培养出的学生到了企业做嵌入式软件开发的时候，很容易遇到一个问题，写的软件调试不通的时候，学生就可能抱怨公司的硬件有问题，而公司说学生编写的软件有问题，相互扯皮，很难沟通。因此嵌入式系统硬件基础还是要有的，只有具备了硬件基础，编写和调试嵌入式软件才不心虚。

嵌入式软件设计部分，主要涉及三个问题：一是编程语言的选择，二是编程规范，三是操作系统的选择。

4.嵌入式系统应用技术实践教学改革

实践教学在嵌入式系统课程教学中处于非常重要的地位。本文主要结合我们的教学经验介绍嵌入式系统课程实践教学环节的实施过程。我们采取循序渐进、由浅入深，以应用为主的实践教学环节。具体如下：

4.1课内基本实验

课内基本实验是必修实验，它包含三部分内容：验证性实验、设计性实验、综合性实验。验证性实验是以实验箱为主，配合理论课学习，这部分实验采用理论授课与动手实验相结合的方式。自己动手，实际操作，验证课堂上的理论知识，使学生加深对理论知识的掌握和理解，了解嵌入式集成开发环境、调试工具、测试工具的使用方法，了解嵌入式系统开发手段。设计型实验是针对理论课所学知识，设置设计型实验。在验证理论课所学知识的同时，培养学生动手能力和自主设计能力。实验中，给出实验题目，要求在学生掌握嵌入式微处理器架构、嵌入式微处理器指令系统、接口等知识的基础上，自主设计实验方案，包括选择硬件接口，编写实验程序，调试运行，使学生具备在嵌入式平台上对于嵌入式微处理器做汇编语言编程、C语言编程及汇编语言和C语言混合编程、调试及对接口编程、运用的能力，掌握基本的嵌入式系统编程能力。综合性实验是在课程设计中进行的，在验证性实验、设计性实验基础上，课程结束时进行课程设计：给出综合性实验题目，要求学生综合整个课程的知识，利用实验台资源，制定出实验方案，通过设计、调试等各环节，独立完成一个较为复杂的综合性实验项目。通过综合性实验，使学生掌握嵌入式系统的开发流程，对嵌入式系统理论有更深入的理解，并初步具备进行具体应用和综合设计的能力。

4.2课外开放型实验

课外开放型实验是选修实验。在课内实验基础上，实验室为学生开放，提供课外选修的开放型实验。学生根据老师给定的选题，自由选择感兴趣的题目，自行制定实验方案，设计硬件电路，编程，调试，并实现。

4.3面向应用的创新型课题

有一定基础和开发能力的学生，通过选拔参与教师的横向项目的开发队伍中。培养学生的科研能力和自主创新能力，使学生有机会参与研究型、应用型课题，从而培养学生的科研能力、创新能力和工程实践能力。下面以基于GPRS/GSM嵌入式无线监控系统的设计为例介绍具体的实现过程。

5.结束语

嵌入式应用系统是一门实践性比较强的专业课，涉及学科多、知识面广，有很多内容需要深入研究。本文从自身教学体会出发，对目前嵌入式应用系统课程教学中存在的问题提出了相应的改进措施。经过教改实践取得了较为理想的效果。同时，由于嵌入式的相关技术发展非常快，在今后的教学过程中仍有许多需要改进的地方。　[科]

【参考文献】

［１］李岩等.嵌入式Linux系统原理及应用课程教学[J].哈尔滨:黑龙江教育学院学报,2005,24(1):42-43.

［２］田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.