嵌入式方向实践教学体系构建研究——以长沙理工大学为例

黄敏，郑斌

（长沙理工大学 计算机与通信工程学院，湖南 长沙410014）

随着后PC时代的来临，以手机、电视机顶盒、媒体播放器等为代表的嵌入式设备已进入普通百姓的生活，正改变着人们的生活方式和休闲方式，相应地社会需要大量的嵌入式系统开发人才。但国内高校的计算机教育普遍以软件为主，电子专业的课程设置普遍以硬件和单片机为主，真正系统地涉及软硬件结合的嵌入式产品研发的课程不多，即使开设，大多是选修方式，课时少，只简单介绍一些相关概念，相应的实践教学体系真正建立起来的不多。长沙理工大学从2006级的培养计划开始设置嵌入式方向，经过近10年的探索，从实践教学目标、内容、管理和评价体系等方面，不断完善，逐步建立起了嵌入式方向的实践教学体系，且嵌入式方向毕业生的就业率和就业质量都相对较高，证明该体系得到了社会的认可。

1 嵌入式方向实践教学目标体系

嵌入式方向是长沙理工大学计算机科学与技术专业培养计划中设置的一个专业方向，主要是针对研发嵌入式系统所需要的知识、能力、素质来构建相应的理论和实践教学体系。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，功能、可靠性、成本、体积、功耗都严格要求的专用计算机系统［1］。根据概念和社会需求，确立了嵌入式方向的实践教学目标。

1.1 扎实的软件系统研发能力

因为嵌入式系统是以应用为中心的，不同的应用主要通过不同的软件来体现，所以首先要培养学生扎实的软件系统开发能力。这方面的能力是通过每学期编程课程不断线获得的，学生从进大学第一学期开始学C语言程序设计，之后是面向对象与可视化编程、数据结构、数据库技术、编译原理、算法设计与分析、软件工程以及课程设计、实习、实训等，从简单到复杂，循序渐进地培养学生的软件系统研发能力。

1.2 较强的计算机技术基础

主要体现在根据应用需求来选择处理器和操作系统的架构两方面，因为嵌入式系统对可靠性、成本、体积、功耗都严格要求，只需满足用户的需求即可，多余的功能应该被裁剪掉，因此必须培养学生在众多的处理器中选择合适的处理器和裁剪操作系统模块的能力［2］。这方面的能力通过从第3学期开始的软硬件结合课程的不断线来获得，这些课程包括汇编语言、计算机电路、数字逻辑与数字系统设计、单片机原理及应用、计算机组成原理、操作系统原理、Linux操作系统、嵌入式系统（上）、嵌入式系统（下）、射频识别以及课程设计、实训等实践环节，由浅入深地打牢学生的计算机技术基础。

1.3 较强的软硬件结合的系统研发能力

主要体现在相对严苛的软硬件环境下研发满足用户需求的产品，通过理论课程结束后的3周实践环节嵌入式系统设计综合实训和毕业实习、毕业设计获得。在这过程中，学生必须综合应用所学的各种知识、技术来完成实际系统的研发。

2 嵌入式方向实践教学内容体系

实践教学的内容是实践教学目标任务的具体化，通过课程实验、综合实训、毕业设计等环节的合理配置，按基本技能、专业技能、综合技术的层次，循序渐进地提高，构建成以研发嵌入式系统能力的培养为主体，将实践教学的目标和任务具体落实到各个实践教学环节中，让学生在实践教学中掌握必备、完整、系统的能力。

课程实验是与理论教学内容配套的实验，我校嵌入式方向的教学体系由最初的选修方向逐渐演变为必修方向，进而成为计算机科学与技术专业的特色。2006级和2013级培养计划中嵌入式方向课程体系对比见表1所示。

表1 2006级和2013级培养计划中嵌入式方向课程体系的对比

嵌入式方向的实验教学内容与实验设备密切相关，我校实验设备的处理器由最初的三星ARM7TDMI逐渐升级为ARM Cotex A8，最新构建的嵌入式系统实验（上）、（下）的实验内容见表2所示。

经过由浅入深、由简单到复杂的课程实验之后，已掌握设计嵌入式系统所需的各项基本技能。接着进行3周的综合实训，通过构建一个实际的系统，如点歌系统、点菜系统、公交查询系统等，在确定的处理器平台和操作系统环境下巩固所学技术。最后在毕业设计阶段强调综合实践，注重产品教学、创新制作和新技术应用等，如操作系统的裁剪、移植，驴友、导航等应用系统的研发，达到综合运用各种技术、方法的目的。

表2 课程实验内容

3 嵌入式方向实践教学管理体系

在学校、学院实践教学管理和评价体系的基础上，嵌入式方向针对课程实验主要是抓课前预习和实验完成后回答问题、实验现象分析3个方面。每个学生进实验室之前必须要完成实验内容的预习，否则不能做实验；实验完成后要回答问题，正确后方能离开实验室；所有实验报告都必须分析实验现象。其中衡量课前预习的方法是查验笔记，每个学生须向实验老师展示预习笔记后才开始做实验。当然要做到这些，每次实验2课时是远远不够的，实验室实行全天开放，并且配备研究生做助教，来协助老师完成检查预习和回答问题流程。

4 嵌入式方向实践教学评价体系

从2010级的培养计划开始，实验是单独设课的，对学生的评价和考核相对容易一些。16课时、8个实验都很好地完成才能获得该门课程的满分，平均每个实验占12.5分，其中预习占2.5分，实验过程占3分，实验报告占5分，回答问题占2分。这样明确规定之后，学生对每个环节都很重视，总体的实验效果有较大提高。

对3周的综合实训环节，主要是增加中期检查和结束后答辩两个流程。在进行到1.5周时进行中期检查，即每个学生要介绍已完成的工作情况，对拖欠进度的学生有较好的督促作用。在最后结束时，每个学生要展示自己的作品，运行已完成的程序，回答老师的提问，并对整个环节进行总结。实训环节的考核按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级来记录每个学生的成绩，其中中期检查占20%，答辩占30%，程序占30%，实训报告占20%。这样很好地避免了学生只注重报告、不重视过程和程序的做法，综合训练了学生口头表达、书面表达以及编写程序的能力。

5 总结

自2006级开始，在长沙理工大学计算机科学与技术专业设置嵌入式方向，在实施过程中，逐步从实践教学目标、内容、管理和评价等方面构建其实践教学体系，经过近10年的实践，取得了一些成绩，尤其是学科竞赛成绩斐然，当然也存在一些不足，如实验前的预习，部分学生抄别人的预习笔记，很难做到让每个学生都真正预习；实验后的现象分析也有部分同学相互抄袭，还需要不断完善。总体来说，成绩占主导地位，希望能给同类院校一些借鉴作用。

［1］张绮文，谢建雄，谢劲心.ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［2］黄敏，郑斌，姜蕊辉.“三强型”嵌入式系统开发人才培养研究［J］.计算机教育，2013（3）：10－13.