“嵌入式”课程教学改革研究

姚 莉

(湖北理工学院 计算机学院,湖北 黄石 435003)

0 引言

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统[1]。在过去的几十年里，嵌入式技术的快速发展使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微型机之分变为通用计算机和嵌入式系统之分。嵌入式的应用涉及金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制及军事等各个领域，嵌入式技术将成为后PC时代的主宰[1]。这一现象使我国嵌入式系统的市场需求快速增长，嵌入式领域对人才的需求与日俱增。

嵌入式系统也是一个计算机系统，但与通用计算机系统相比，它与应用密切相关，可执行特定功能。嵌入式系统具有典型的多种学科交叉融合的特点。其中，构成嵌入式系统技术领域的核心学科有4个，分别是：微电子学、计算机科学与技术、电子工程学和自动控制学[2]。因此，进行嵌入式系统设计最大的特点是涉及的学科和知识多样且复杂。但是随着技术的进步，嵌入式系统设计可简单分为2个部分：硬件设计和软件设计。作为计算机专业的学生将来大多数是从事软件设计方面的工作。软件设计包括驱动层软件设计和应用层软件设计。

目前国内高校基本没有专门针对嵌入式技术专业人才培养设置专业，绝大部分高校都是在已有的计算机相关专业中开设“嵌入式”系列课程[3]。计算机专业开设“嵌入式”系列课程的主要目的是：让学生在系统掌握计算机专业基本知识和技能的基础上，熟悉嵌入式系统开发的原理和应用，培养学生嵌入式系统应用和开发的能力，适应新的市场要求。

1 计算机专业“嵌入式”课程教学现状

以湖北理工学院计算机学院为例，从2006年开始针对计算机相关专业设置“嵌入式”专业课程“嵌入式技术基础与应用”。从2011年开始根据专业发展修改了本科生人才培养方案，即针对2011级计算机科学与技术本科专业开设嵌入式技术方向课程群，即“嵌入式系统原理及应用”、“嵌入式操作系统”、“嵌入式应用程序设计”、“嵌入式Linux系统开发”等。学生在“嵌入式”系列课程学习过程中，普遍认为课程难度较大，知识掌握不够熟练。另外，湖北理工学院电气学院也在近几年开设了“嵌入式”相关专业课程。但是至今没有学院或专业将“嵌入式”设置为人才培养的系统专业方向。因此，在教学方面出现了以下一些困难和问题。

1.1 高校人才培养不适应嵌入式系统方向新形势的要求

高校人才培养不适应嵌入式系统方向新形势的要求是当前嵌入式相关教学面临的最大困难，造成这种现象的原因有很多，如嵌入式系统基础知识多，涉及内容广泛，新知识更新快；教学中容易产生过分偏软或偏硬的现象，理论和实践结合少；嵌入式系统设备价格贵且容易毁坏，多数高校的实践教学经费不足等。这些现象致使高校面临嵌入式系统课程孤立、课程不全、实践能力弱、创新意识薄弱、与实际应用脱节等问题[4]。

1.2 实践教学支撑不够

传统的专业课程教学是依托该课程的实验教学部分来巩固和实践理论学习。目前“嵌入式”系列课程的学习也采取这种方式。对嵌入式方向的入门基础课程该方法还比较实用，但是对于嵌入式方向的后续课程，特别是强化和发展课程，只依靠实验部分来完成实践教学还远远不够。应该改革实践教学方法，例如采用实训、课程设计等方式，或者可以通过完成大作业、开放实验室的方式，以及要求学生分组完成课程相关作品的方式来进行教学。

1.3 教学考核的局限性

目前计算机学院大部分课程的教学考核是采取在每学期末进行笔试或上机考试的方法。但该考核方式不利于嵌入式方向专业课程的教学，甚至不能公平公正地对学生进行正确的考核。由于嵌入式技术的学习和嵌入式系统的开发涉及多方面、多领域知识的融合，因此应该采用更灵活的方式进行考核。

2 “嵌入式”课程教学改革

2.1 明确专业定位

嵌入式计算机系统在技术上的先进性和应用领域的广泛性，使其成为计算机技术与工程实践紧密相结合的系统，也使得嵌入式计算机专业定位比较困难[5]。 我校计算机学院针对这一问题一直在不断地研究和改进，从将“嵌入式”作为计算机相关专业的一门专业必修课发展到现在将其定位为计算机科学与技术本科专业的教学方向之一(嵌入式技术方向)，并设立了围绕这个方向的多门相关专业课程。这个变化充分体现了我校计算机学院在嵌入式课程教学中的不断进步以及为实现计算机专业嵌入式相关课程的教学目标而作出的努力。随着计算机技术的发展，嵌入式计算机系统的应用领域不断扩大，在计算机专业中“嵌入式”已经可以作为一个独立的学科，培养更专业的技术人才。

2.2 加强师资建设

嵌入式系统是由嵌入式硬件系统和嵌入式软件系统2部分组成。硬件系统一般包括嵌入式微处理器、外围电路和外部设备；软件系统包括嵌入式操作系统、硬件驱动程序、API及组件和应用系统软件等。“嵌入式”课程教学对教师的要求较高，在高校中能够完全胜任“嵌入式”课程教学的教师很少，主要原因是大部分高校教师对嵌入式系统的开发经验匮乏。因此，为了进一步提高高校嵌入式技术的教学质量必须加强师资队伍建设。我校计算机学院近年来多次派专业教师到其他高校和公司进行学习和培训，对提升“嵌入式”课程教学效果起到了良好的作用。但是，由于学习和培训的时间较短，教师仍然存在经验不足、知识结构不全面等问题。

2.3 选定教学方向和实验辅助设备

计算机专业学生要学好“嵌入式”课程，首先必须具备硬件电路知识，如模拟电路及数字电路设计、单片机技术等；其次需要了解计算机的组成和一些低级语言，如计算机组成原理、汇编语言等；然后才能在低端应用中完成驱动层软件的开发和设计；最后再熟练掌握1～2门程序设计语言，如：C、C++、JAVA等，即可完成嵌入式应用软件的开发。

嵌入式技术具有很强的实践性和应用性，对学生的动手操作能力有较高的要求，因此该课程的实践教学非常重要。在课程设计、实训等实践教学过程中，应以案例教学为主导，配合综合设计性实践内容。要求学生能够熟练掌握嵌入式系统涉及的知识点并完成系统设计方案，然后在PC机上实现调试和编译系统程序代码，再下载到试验箱上运行并演示系统结果，最后完成课程设计论文或实训报告。另外，通过申请实验室开放项目课题以强化学生的操作能力。总之，使教学环节尽量保持与嵌入式产品的开发过程一致，让学生在掌握理论知识之后可以熟练应用于实际操作中，以加强学生的嵌入式系统设计能力。

为使毕业生更好地适应目前嵌入式技术领域的市场需求，实验辅助设备的选择也变得尤为重要。到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎深入到各个领域，并且比较适合高校教学。因此大部分高校都选定ARM系列的嵌入式处理器作为“嵌入式”课程的实践平台。2006年我校计算机学院引进了20套ARM9系列的嵌入式配套实验教学箱，对计算机专业的嵌入式课程教学起到了很好的辅助作用。

3 结束语

嵌入式技术是促进信息化与工业化融合的核心技术，是信息技术中发展最快、应用最广的技术。以信息家电、消费电子、智能控制设备为代表的具有网络特征的嵌入式产品为后PC时代IT工业带来了广阔的市场前景，同时也给嵌入式系统的发展提出了新的挑战。目前各高校的嵌入式课程教学没有统一、通用的教学模式[6]，因此高校必须针对不断变化的市场形势对嵌入式人才的培养准确定位，针对计算机专业进行“嵌入式”课程教学改革，设置合理的课程教学体系，以培养学生的实际岗位需求能力。

参考文献

[1] 马忠梅.ARM & Linux嵌入式系统教程[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2008:1,5.

[2] 俞建新,王健,宋健建.嵌入式系统基础教程[M].北京：机械工业出版社，2008:12.

[3] 蒋伟杰.计算机专业本科嵌入式系统方向课程建设研究[J].计算机教育，2011(20):61-64.

[4] 邓春健,李文生,杨亮,等.“ARM嵌入式系统”课程教学方法研究[J].计算机教育,2010(3):94-96,100.

[5] 苏锡锋.高职嵌入式计算机应用专业建设探讨[J].黄河水利职业技术学院学报,2010(1):55-56,76.

[6] 何剑峰,黄建仁,何月顺,等.以ARM-Linnx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),2011,30(3):287-290.