以应用为导向的嵌入式系统课程教学和实验

夏铭，王坤侠

以应用为导向的嵌入式系统课程教学和实验

夏铭，王坤侠

以应用为导向，分析了嵌入式系统的课程特点，从课程教学建设、教学内容、实验内容、实验方法改革等几个方面进行了思考和探讨，提出了符合社会应用需求和学校现状的嵌入式系统教学体系的若干思路和方法。

嵌入式系统；教学；实验

随着科技的高速发展，嵌入式系统占有越来越多的市场份额。作为SOC（System On Chip)的典型应用，嵌入式系统在手持电话、机顶盒、数码产品、GPS、PDA以及因特网设备等产品的市场需求越来越大。目前，世界范围内其工业年产值已经超过了1万亿美元，并以9.5%的年复合增长率继续高速发展，嵌入式软件人才的缺乏已经成为了国内嵌入式产业可持续发展的瓶颈之一。

一、嵌入式系统课程的特点

嵌入式系统课程具有应用专业广、涉及的课程多，面向应用，实践性强的特点。涉及的多个专业如计算机科学与技术、软件工程、电子信息工程、通信工程、自动化控制、机电控制等。需要的前期课程较多，如模拟电子、数字电子、电路、数据结构、操作系统、微机原理、单片机、软件工程等课程。嵌入式技术是软硬件相结合、多个专业相融合的面向应用的学科，要让学生扎实掌握其中的理论和实践课程内容，其课程教学方法和实验建设必须改革。

二、教学内容、教学方法的改革

嵌入式系统设计涉及到计算机的硬、软件、操作系统等方面的知识，在教学过程中就不能采用单一教学方法。在整个教学过程中，我们灵活采用多种教学方法，以寻求一种能较好地培养学生能力的教学模式。

第一，“任务驱动”教学方案。教师的教学与学生的学习都是围绕着一个目标，基于几项任务来完成的，适合于培养学生的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。任务的设计是“任务驱动”教学法的关键，首先应该确定一个总任务，然后将总任务分解成一个一个具体的子任务，通过实现对各个子任务的完成，从而达到该门课程的教学目标。

第二，增强教学的趣味性，提高学生的学习兴趣［1］。嵌入式系统设计是综合设计型课程，主要讲述ARM处理器在 UCOS和 Linux两种操作系统下利用ADS1.2和GNU两种开发工具来开发嵌入式设备及程序。在本课程讲授之前，学生已经学过EDA与数字电路、单片机应用、计算机接口技术、嵌入式操作系统UCOS和Linux、ARM体系结构、C/C++程序设计、VC++程序设计等课程，具有比较扎实的基础知识，在学生刚开始接触这门课程的时候，不能一味地灌输嵌入式系统设计的理论知识，否则会使学生产生畏难思想。

第三，整合教学内容，满足实际需要。我们以两条主线、一个中心展开嵌入式系统设计的教学。即：一条主线是以UCOS为操作平台，以ADS1.2为开发工具讲述嵌入式系统的编程、调试、UCOS操作系统的移植等；另一主线是以Linux为操作平台，以GNU为开发工具讲述嵌入式系统的开发、调试、Linux操作系统的移植。一个中心就是使学生全面、扎实地掌握嵌入式系统设计与开发的方法，掌握嵌入式Linux下驱动程序设计的方法，掌握嵌入式操作系统的移植和嵌入式应用程序的调试和烧写的方法等实用知识。

三、实验教学改革的实践

目前高校中的嵌入式系统实验普遍为单一的“验证性”实验，都是为了验证某一个功能或者某一个知识点的正确性，验证性实验的最大缺点是不利于培养学生的创新能力，也不利于培养学生的软件工程素养，其结果就是培养的学生依然与产业需求的工程型、创新型人才相脱节，企业依然不能得到想要的人才。因此，高校的嵌入式实验平台改革［2］同样迫在眉睫。

（一）构建嵌入式系统课程实验平台

我院所开设的计算机类课程实验体系中，将嵌入式系统纳入其中，所构成的整体实验体系如图1所示。

图1 计算机硬件类整体实验体系图

其中“数字逻辑”为基础层课程，该课程是计算机系统的技术基础，是必修的前修课；系统层中的“嵌入式体系结构”、“微机原理与接口技术”、“ARM嵌入式操作系统”是计算机系列中很重要的课程；应用层中的“嵌入式系统设计与开发”、“DSP系统设计”是基于嵌入式芯片的开发。

（二）改善实验环境

由于嵌入式实验系统实验是基于软、硬件平台下一门实践性较强的课程，离开硬件就谈不上对嵌入式系统的学习。考虑到嵌入式系统的面向应用性，近三年我院在嵌入式实验教学方面硬件设备投入很大，在资金相对紧张的条件下，组建了基于高性能的ARM、DSP等实验设备为平台的嵌入式技术创新实验室。我们引进了基于ARM920T核的EL-ARM-830型教学实验平台，主要承担嵌入式技术方面自选课题的创新实验内容，对毕业生或研究生实行嵌入式技术创新自选课题的研究工作。实验室的改善为学生从事嵌入式系统开发提供了有利的保证。在实验时间上我们也予以保证，对于所有有实验课的课程，除教学之内的实验学时外，还设了18学时的课外实验以及为期2周的课程设计，并增加实验室开放性实验时间，保障学生有“练武的平台”。

（三）改革实验内容

为培养学生的实际应用能力与创新能力，以达到“学习嵌入式，使用嵌入式”的实验教学目的和作用，对课程在实验内容上都分为三个层次：基础验证性实验、设计综合型实验和研究型实验［3］。

1.基础验证性试验。实验内容来自于实验指导书，主要教学目标是对所学课程内容的理解和验证，通过实验使学生了解和熟悉实验环境和开发流程，掌握实验开发工具的使用方法，培养学生基本的实验操作技能和实验方法。

2.设计综合型实验。这部分实验是在较好的完成基础验证型实验的基础上引入的，实验题目可由教师或由学生根据自己的情况自主选择自己感兴趣的设计内容。实验形式可通过实验室开放以课程设计或大作业的形式进行。

3.研究型实验。研究型实验是提供给基础较好的学生深入学习的，在前两层实验的基础上，结合学生的毕业设计课题进行，课题由学生结合自己的专业知识自行选题或是来自于教师的科研课题，或是与企业相结合的科研项目。目的是使他们能够更深入的掌握嵌入式系统的理论知识，并有更多的实践机会进行综合课题的设计，从而培养学生的科研能力、创新能力和工程实践能力。

（四）改进实验项目团队法

嵌入式系统实验与一般的课程实验不同，它是以实际应用为中心，并不是简单的进行理论验证，是学生通过亲自动手设计、编程、运行后，直接让学生直观感受到其实际应用效果。这种实验过程十分类似于企业中做项目的过程，因此我们可以借鉴这种方法［4］，在教学过程中，把全班学生分为若干个小组，为每个小组提供若干个综合性的工程项目，允许学生自由选择项目，并在选定项目后，选出每个小组的“项目经理”，负责协作团队分工、明确成员任务、分析实验数据、整理实验结果，从而完成本小组项目实验。

四、结语

嵌入式系统的特点是技术密集、资金密集、多学科交叉融合，可以说内容繁杂，涉及软、硬件及操作系统等多方面的知识，而社会上对嵌入式系统设计人才的需求也是多样的，因此在教学中加强对学生动手能力的培养，是学生从事复杂的嵌入式系统设计的基础，我们通过对具体案例的剖析，开发过程的实践，典型技术的学习，让学生能够具备嵌入式系统的基本知识，从而为以后嵌入式系统设计奠定良好的专业基础。并通过实验教学让学生具备嵌入式系统设计的良好的工程方法及基本的专业素养和综合能力。

[1]田新,李永等.兴趣驱动认知实践应用引导创新体验[J].实验室研究与探索,2009(4).

[2]熊茂华.嵌入式系统设计课程教学改革[J].番禹职业技术学院学报,2007(4).

[3]李享元,朱学慧.嵌入式系统教学过程中的几个重要概念[J].湖北第二师范学院学报，2008(2).

[4]徐慧，金敏.“三点一线”教学方法在“嵌入式系统”课程中的应用[J].教育与教学研究，2007(10).

G642.3

A

1673-1999（2010）18-0173-02

夏铭（1979-），女，安徽庐江人，硕士，安徽建筑工业学院(安徽合肥230022)电子与信息工程学院讲师。

2010-05-02

安徽建筑工业学院教学改革研究项目（项目编号：2008jg30）。