徐　慧　金　敏

文章編號：1672-5913(2009)10-0039-03

摘要：嵌入式系統(tǒng)是目前應(yīng)用非常廣泛，發(fā)展非常迅速的一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，做好“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)工作也是諸多高校追求的目標(biāo)。本文系統(tǒng)分析了“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)特點(diǎn)，提出了“三點(diǎn)一線”的教學(xué)方法，并闡述了“三點(diǎn)一線”教學(xué)方法在湖南大學(xué)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)中的應(yīng)用及效果。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，工業(yè)制造、過程控制、通信、儀表、儀器、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、電子產(chǎn)品等方面均是嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以說，嵌入式系統(tǒng)和嵌入式技術(shù)無處不在。在這種情況下，許多高校的計(jì)算機(jī)、電子、軟件等專業(yè)針對市場需求開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)”相關(guān)課程。湖南大學(xué)軟件學(xué)院于2005年開始開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程，在課程的教學(xué)過程中，特別重視“三點(diǎn)一線”教學(xué)方法的應(yīng)用，即突出三個(gè)教學(xué)重點(diǎn)：以課程體系建設(shè)為重點(diǎn)；以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為重點(diǎn)；以“學(xué)”“用”結(jié)合為重點(diǎn)；抓住一條教學(xué)主線：以嵌入式發(fā)展趨勢為導(dǎo)向，以嵌入式項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，以“教、學(xué)、練”三層遞階為手段，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為支撐進(jìn)行課程教學(xué)，取得了良好的效果。

1 “嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)重點(diǎn)

1.1 “嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)特點(diǎn)

“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1) 基礎(chǔ)性強(qiáng)。嵌入式技術(shù)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，如計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)械電子工程、精密儀器、電子工程和電力系統(tǒng)等。隨著嵌入式技術(shù)與其他專業(yè)領(lǐng)域的廣泛滲透融合，逐漸形成了新的學(xué)科研究方向，“嵌入式系統(tǒng)”課程是嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)性課程。

(2) 綜合性強(qiáng)?！扒度胧较到y(tǒng)”是軟件和硬件設(shè)計(jì)的完美結(jié)合，它涉及電子信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)相關(guān)課程的內(nèi)容，如操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、匯編語言、編程語言、程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)算法、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和z單片機(jī)技術(shù)等多門課程, 有很強(qiáng)的綜合性，對學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有著較高要求。

(3) 實(shí)踐性強(qiáng)?！扒度胧较到y(tǒng)”是理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，必須通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)來系統(tǒng)提升嵌入式系統(tǒng)的專業(yè)知識和實(shí)際設(shè)計(jì)能力，可以說，如果缺乏了實(shí)驗(yàn)的“嵌入式系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)就是紙上談兵。

(4) 潮流性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)學(xué)科發(fā)展非常迅速，隨著嵌入式技術(shù)發(fā)展的日新月異，必然要持續(xù)跟蹤嵌入式技術(shù)的新發(fā)展，不斷修正教學(xué)計(jì)劃，才能適應(yīng)社會對嵌入式人才培養(yǎng)的需求。

1.2突出課程體系建設(shè)重點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)作為嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心組成的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其本身就是由硬件和軟件緊密捆綁在一起實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)特點(diǎn)就決定了“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)體系必須是軟件和硬件兩條線并行。在具體專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)要求，我們確定了嵌入式專業(yè)的知識架構(gòu)，并以此為線索對整個(gè)課程體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，開設(shè)了支撐“嵌入式系統(tǒng)”的基礎(chǔ)課程有：“數(shù)字/模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字邏輯”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語言程序設(shè)計(jì)”、“單片機(jī)原理”、“計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)”、“操作系統(tǒng)原理”、“軟件工程”、“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“數(shù)據(jù)庫原理”等。同時(shí)開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)”的預(yù)備課程“嵌入式Linux程序開發(fā)”、“嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)”、“嵌入式處理器”等，真正做到了使各門課程之間相互銜接，有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和連貫性，在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展和社會應(yīng)用需求相適應(yīng)，較好地滿足了嵌入式專業(yè)教學(xué)需要。嵌入式課程體系示意圖如圖1所示。

1.3突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)

“嵌入式系統(tǒng)”課程作為軟硬件并重的課程，學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是最重要的環(huán)節(jié)，但大多數(shù)高校沒有足夠的條件讓學(xué)生自己獨(dú)立構(gòu)建復(fù)雜的硬件平臺來學(xué)習(xí)硬件知識，只能為學(xué)生提供一個(gè)現(xiàn)有的硬件測量和評價(jià)平臺，實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作基礎(chǔ)較為薄弱。

在我校“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)安排中，為了能夠使得學(xué)生更好地了解掌握嵌入式技術(shù)知識，本著了解技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，適應(yīng)社會發(fā)展需要的原則，重點(diǎn)突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建立了以武漢創(chuàng)維特公司JXARM9- 2410實(shí)驗(yàn)箱為平臺的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生接觸目標(biāo)開發(fā)板，了解掌握集成開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建方式和工作模式、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件、JTAG調(diào)試方法等知識內(nèi)容，進(jìn)一步深入理解嵌入式系統(tǒng)理論，積累嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程、開發(fā)方法和開發(fā)技巧的經(jīng)驗(yàn)。在課時(shí)的設(shè)置上，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)設(shè)置為32個(gè)課時(shí)，與課堂教學(xué)的課時(shí)相等。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)上重點(diǎn)抓好三個(gè)方面的內(nèi)容：一是大力投入資金，創(chuàng)建專用的嵌入式實(shí)驗(yàn)室。我院先后投入400萬元資金，購買了40套教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)立了面積達(dá)1500平方米的專用教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。二是做到“教”“練”一體，自行編寫切合學(xué)生實(shí)際需要的實(shí)驗(yàn)教材。在實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)上，不僅要求課堂授課老師同時(shí)要擔(dān)負(fù)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)指導(dǎo)工作，同時(shí)還要求授課老師根據(jù)課堂教學(xué)的內(nèi)容自行編寫符合學(xué)生實(shí)際需要的實(shí)驗(yàn)教材，做到“教”“練”統(tǒng)一。三是舉一反三，精心準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置上，不僅僅是使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套廠家提供的試驗(yàn)項(xiàng)目，而是根據(jù)教學(xué)需要，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)置更加有代表性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，做到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。

1.4突出“學(xué)”“用”結(jié)合重點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的應(yīng)用性課程，不僅僅是建立理論概念，傳授基礎(chǔ)知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，建立面向工程的思維方式，掌握解決實(shí)際工程問題的科學(xué)方法，更加貼近社會實(shí)踐需要。為此，在課程的設(shè)計(jì)上，更加注重了解把握嵌入式方向的新技術(shù)、新知識，并且將這些新技術(shù)、新知識融入到課程教學(xué)中，具體做好三個(gè)方面的工作：一是選好、配強(qiáng)教師隊(duì)伍。負(fù)責(zé)“嵌入式系統(tǒng)”課程的主講教師都具有一定的嵌入式系統(tǒng)研究和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，部分教師還是從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一線科研人員。具有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的教師隊(duì)伍保證了課程課堂講述與實(shí)踐工程相結(jié)合，更加突出各部分知識內(nèi)容的具體應(yīng)用，在課堂教學(xué)中，更加注重工程思維的培養(yǎng)，變灌輸式學(xué)習(xí)為啟發(fā)式學(xué)習(xí)。二是完善增強(qiáng)教學(xué)方案。緊密結(jié)合企業(yè)的核心技術(shù)，以實(shí)用性和前沿性為建設(shè)目標(biāo)，深入分析嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)需求，著眼于企業(yè)界普遍關(guān)心的核心技術(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)置課程內(nèi)容，使課程內(nèi)容較大程度地體現(xiàn)嵌入式領(lǐng)域的特點(diǎn)，緊跟技術(shù)發(fā)展的需要，課堂實(shí)例更加貼近實(shí)際項(xiàng)目，為培養(yǎng)出業(yè)界更為需要的人才打牢基礎(chǔ)。三是放開眼界謀求發(fā)展。及時(shí)跟蹤分析國內(nèi)外一些著名大學(xué)，如普林斯頓大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航天航空大學(xué)相關(guān)課程的開設(shè)情況，參照調(diào)整我們的課程安排。

2 “嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)主線

2.1以嵌入式發(fā)展趨勢為導(dǎo)向

在“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)中，我們著眼嵌入式發(fā)展的總體趨勢，根據(jù)實(shí)際嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的項(xiàng)目開發(fā)流程安排教學(xué)內(nèi)容講授的先后順序，課程內(nèi)容的安排具有軟硬件系統(tǒng)的綜合性、軟硬件技術(shù)的基礎(chǔ)性和主流軟硬件平臺的前沿實(shí)用性，具體教學(xué)內(nèi)容共10章，劃分為四大部分，主要內(nèi)容包括：

(1) 概論。介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念，包括嵌入式系統(tǒng)的定義、組成、特點(diǎn)、發(fā)展概況、應(yīng)用領(lǐng)域等；

(2) 嵌入式硬件系統(tǒng)。闡述各種典型的嵌入式處理器和嵌入式外圍設(shè)備的特點(diǎn)與工作原理，并且，作為嵌入式處理器的一個(gè)實(shí)例，分析ARM內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)及ARM處理器的選型和調(diào)試方法；

(3) 嵌入式操作系統(tǒng)。介紹常見的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的種類及選用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步以目前市場占有率排名第一的VxWorks實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)為例，詳細(xì)講解嵌入式操作系統(tǒng)的組成、多任務(wù)環(huán)境的工作原理及其交叉開發(fā)環(huán)境的使用；

(4) 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)編程。從軟件工程角度給出了嵌入式系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法、開發(fā)流程步驟、調(diào)試手段與測試工具，詳細(xì)介紹了嵌入式軟件相對通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一些獨(dú)特的編程技術(shù)和優(yōu)化方法。

2.2以嵌入式項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)

在“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)過程中，我們從課堂講解演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目兩個(gè)方面，精心進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)。其中課堂講解演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，安排在每章節(jié)知識點(diǎn)講述之后，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分較細(xì)，目的在于鞏固課堂講述的知識內(nèi)容；學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目是移動(dòng)手持IP電話的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，安排在教學(xué)內(nèi)容的四大部分講述完成之后，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分較粗，目的在于綜合檢驗(yàn)學(xué)生對于知識的掌握理解程度。這兩個(gè)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)實(shí)際項(xiàng)目貫穿整個(gè)課程的始終，更好地對課程教學(xué)活動(dòng)起到驅(qū)動(dòng)作用。

2.3以“教、學(xué)、練”三層遞階為手段

傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，最重要的知識信息傳遞手段是教師教授、學(xué)生學(xué)習(xí)，知識信息的鞏固主要靠作業(yè)來實(shí)現(xiàn)。在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，我們對傳統(tǒng)的“教、學(xué)、練”體系進(jìn)行了革新，摒棄了傳統(tǒng)的“老師教、學(xué)生學(xué)”的教學(xué)方式，探索建立了教師課堂講解演示、學(xué)生個(gè)人單元實(shí)驗(yàn)和團(tuán)隊(duì)合作實(shí)踐訓(xùn)練的三層遞階式教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生“邊學(xué)邊做”，進(jìn)而提升至“做中學(xué)”的創(chuàng)新能力，具體的教學(xué)方式是：

(1) 根據(jù)實(shí)際嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的項(xiàng)目開發(fā)流程安排教學(xué)內(nèi)容四大部分講授的先后順序，即首先是嵌入式處理器的選型、硬件外圍電路的設(shè)計(jì)，接著進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)的選型和移植裁減以及驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，最后是嵌入式應(yīng)用程序的編寫、調(diào)試和優(yōu)化。每一部分教學(xué)內(nèi)容的若干知識點(diǎn)都以“嵌入式WEB服務(wù)器”實(shí)際項(xiàng)目作為案例進(jìn)行講解和演示，以給學(xué)生一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的范例，做到“教有所指”。

(2) 為了幫助學(xué)生真正理解掌握每一部分教學(xué)內(nèi)容的若干知識點(diǎn)，不再以作業(yè)作為主要的知識掌握輔助手段，而是設(shè)置了與課堂講授同步的多個(gè)單元實(shí)驗(yàn)，并且要求實(shí)驗(yàn)以個(gè)人為單位進(jìn)行，以實(shí)驗(yàn)的完成情況來檢查學(xué)生對知識的理解程度，做到“學(xué)有所得”。

(3) 在每一部分教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，設(shè)計(jì)組織學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作方式進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目“移動(dòng)手持IP電話”相應(yīng)內(nèi)容的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，并且項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練內(nèi)容與四部分教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，課程結(jié)束時(shí)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)也隨之完成項(xiàng)目的開發(fā)實(shí)現(xiàn)，做到“練有所成”。

2.4以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為支撐

目前，各大高校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)以其跨越時(shí)間、空間的特點(diǎn)，能夠快速便捷地實(shí)現(xiàn)信息共享和知識更新，網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)也正深刻地影響著學(xué)習(xí)方式的改進(jìn)。在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)過程中，我們高度重視網(wǎng)絡(luò)手段對傳統(tǒng)教學(xué)方式的補(bǔ)充作用，通過校園網(wǎng)的學(xué)院自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)和“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)平臺，公布課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷，上載教學(xué)講稿、授課課件和演示案例，開設(shè)問題討論空間和教師答疑信箱，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)的課堂講授、問題討論、輔導(dǎo)、答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生的自學(xué)、復(fù)習(xí)提供了豐富的資源，為師生之間、學(xué)生之間的交流溝通建立了實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的通道，更好地實(shí)現(xiàn)了教師為主、學(xué)生參與的教學(xué)結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)提供強(qiáng)有力的支撐。

3效果體現(xiàn)

幾年以來，在“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革和實(shí)踐中，我們始終堅(jiān)持“三點(diǎn)一線”教學(xué)理念的應(yīng)用，目前，我校嵌入式系統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課程特色更加突出、教學(xué)效果更加明顯，選用自主編寫的教材作為課程教材，且在學(xué)科領(lǐng)域中具有較高的權(quán)威性和廣泛性；中青年學(xué)術(shù)梯隊(duì)培養(yǎng)進(jìn)一步強(qiáng)化，教學(xué)隊(duì)伍結(jié)構(gòu)更趨合理；課程改革理論與實(shí)際結(jié)合更加緊密，教學(xué)資源庫建設(shè)進(jìn)一步完善；網(wǎng)絡(luò)資源與課件的建設(shè)不斷加強(qiáng)，教學(xué)手段得到進(jìn)一步改革與提升；學(xué)生的基礎(chǔ)知識更加扎實(shí)，自學(xué)能力不斷提高，動(dòng)手能力大大增強(qiáng)。2007年，嵌入式系統(tǒng)獲教育部-IBM精品課程。2007年，由仲向遠(yuǎn)、熊必?fù)P、林閩琦、嚴(yán)坤四名同學(xué)組成的Showpa團(tuán)隊(duì)，在我院的組織指導(dǎo)下，以“基于RFID的便攜式指紋識別防偽設(shè)備”為參賽項(xiàng)目參加“第二屆IBM大中華區(qū)Power構(gòu)架設(shè)計(jì)大賽”，躋身決賽。2008年9月，《教育部精品課程(嵌入式系統(tǒng)原理)三層遞階教學(xué)體系的系統(tǒng)化研究與實(shí)踐》課題獲得湖南大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

4結(jié)論

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式技術(shù)方面的發(fā)展和研究也越來越受到重視，各大高校都在不斷探索“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)與實(shí)踐方法，我們幾年來的教學(xué)實(shí)踐證明，“三點(diǎn)一線”教學(xué)方法在我校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用，有效地解決了課程體系建設(shè)不完善，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，學(xué)生掌握知識程度不深等問題，在探索培養(yǎng)面向市場、面向技術(shù)發(fā)展前沿人才工作中取得了一些成績。當(dāng)然，“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)還有其他許多值得深入探討和研究的內(nèi)容，我們也僅僅是就“嵌入式系統(tǒng)”課程的基礎(chǔ)建設(shè)提出了一些建議和意見，一家之言，希望對同行起到拋磚引玉的作用，也歡迎同行批評指正。

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