隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是近年來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及各種嵌入式設(shè)備的快速普及，嵌入式系統(tǒng)已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最熱門的學(xué)科之一。快速增長(zhǎng)的嵌入式市場(chǎng)亟需大量高水平專業(yè)人才，這無(wú)疑為高校的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)遇。與此同時(shí)，嵌入式市場(chǎng)本身的高度細(xì)分和嵌入式系統(tǒng)教學(xué)軟硬件兼顧等特性，為該學(xué)科教育帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。如何使教學(xué)既能夠做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，又能與市場(chǎng)發(fā)展保持同步，培養(yǎng)出實(shí)用型人才？本文通過(guò)介紹清華大學(xué)與英特爾公司在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的緊密合作，分享清華大學(xué)嵌入式課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，希望能夠?qū)Ω咝５那度胧较到y(tǒng)教學(xué)有所啟發(fā)和幫助。
　　信息技術(shù)的高速發(fā)展決定了高校和企業(yè)作為人才供求的雙方必須緊密合作，共同培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的合格人才。早在上世紀(jì)90年代，清華大學(xué)就與英特爾公司在計(jì)算機(jī)教學(xué)科研領(lǐng)域開(kāi)展了密切合作。具體合作時(shí)間和內(nèi)容如下。
　　1996年，英特爾公司在清華大學(xué)建立奔騰實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展基于MMX技術(shù)的視頻壓縮研究項(xiàng)目。
　　2003年，雙方合作進(jìn)行嵌入式英特爾? 架構(gòu)的課程開(kāi)發(fā)。
　　2006年，清華大學(xué)作為國(guó)內(nèi)第一批五所高校之一，參與英特爾多核大學(xué)計(jì)劃，將并行編程帶入高校教學(xué)。
　　2009年，隨著英特爾?凌動(dòng)TM 嵌入式平臺(tái)的推出，雙方建立嵌入式聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)凌動(dòng)平臺(tái)相關(guān)課程并應(yīng)用于教學(xué)中。
　　2010年，清華大學(xué)作為國(guó)內(nèi)第一批四所高校之一，參與英特爾?MeeGo*大學(xué)計(jì)劃，開(kāi)發(fā)并教授MeeGo相關(guān)課程。
　　十五年來(lái)，雙方的合作總是基于最新的業(yè)界產(chǎn)品與技術(shù)開(kāi)展，從師資培訓(xùn)、建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，到課程建設(shè)，進(jìn)而將新技術(shù)融入教學(xué)或科研環(huán)節(jié)，完成人才培養(yǎng)和技術(shù)創(chuàng)新。在嵌入式教學(xué)領(lǐng)域，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系“嵌入式系統(tǒng)”課程就是一個(gè)非常好的實(shí)踐案例。
　　由清華大學(xué)楊士強(qiáng)教授負(fù)責(zé)的嵌入式教學(xué)，自2003年起引入基于英特爾?嵌入式技術(shù)的課程建設(shè)，在計(jì)算機(jī)專業(yè)本科四年級(jí)上學(xué)期開(kāi)設(shè)一門32學(xué)時(shí)、2個(gè)學(xué)分，包含2個(gè)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和一個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的專業(yè)必修實(shí)踐類課程——嵌入式系統(tǒng)，這是本科生最后的一個(gè)系統(tǒng)級(jí)教學(xué)科目，每年有超過(guò)150名學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程。作為一門專業(yè)性較強(qiáng)的實(shí)踐課程，從2004 年開(kāi)設(shè)至今，該課已經(jīng)積累了7年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。清華大學(xué)的教學(xué)評(píng)估結(jié)果顯示，該課程的得分總體上位于全校的前20%以內(nèi)，是一門受學(xué)生歡迎的專業(yè)課程。該課程榮獲2009年教育部—英特爾精品課程，其軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)榮獲2008年清華大學(xué)教學(xué)軟件一等獎(jiǎng)，2010年獲得英特爾? 學(xué)術(shù)峰會(huì)最佳項(xiàng)目展板獎(jiǎng)，并多次在包括英特爾? 嵌入式教育峰會(huì)在內(nèi)的全球嵌入式課程研討會(huì)和國(guó)內(nèi)嵌入式教師培訓(xùn)中進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)介紹，課程課件被其他學(xué)校參考和引用。
　　嵌入式課程是一門軟、硬結(jié)合，實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生在畢業(yè)前將本科所學(xué)的各種專業(yè)知識(shí)(程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)等)集成在一起加以運(yùn)用和實(shí)踐的課程。因此，本課程強(qiáng)調(diào)“四個(gè)結(jié)合，四個(gè)重點(diǎn)”的教學(xué)定位。內(nèi)容如下。
　　1) 鼓勵(lì)學(xué)生將創(chuàng)新思想與扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。
　　2) 要求學(xué)生把硬件和軟件知識(shí)相結(jié)合，并以軟硬件相結(jié)合部分的系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件為實(shí)踐重點(diǎn)。
　　3) 強(qiáng)調(diào)原理知識(shí)與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，在本課程的教學(xué)中，將動(dòng)手實(shí)踐能力作為重點(diǎn)考核內(nèi)容。
　　4) 將符合大學(xué)教育理念與規(guī)律與緊跟產(chǎn)業(yè)最新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合，重點(diǎn)緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐。
　　理論結(jié)合實(shí)踐，嵌入式系統(tǒng)課程的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重，并主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式鍛煉選課學(xué)生的動(dòng)手能力，加深他們對(duì)嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)的理解，使他們掌握嵌入式系統(tǒng)基本工具的使用，熟悉嵌入式系統(tǒng)的基本開(kāi)發(fā)方法。課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分為兩個(gè)部分，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書詳細(xì)的指導(dǎo)，幫助所有選課學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件和工具使用，為后續(xù)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)有6個(gè)選題，由學(xué)生從中任選一個(gè)課題，通過(guò)小組內(nèi)的團(tuán)隊(duì)合作、自己查閱資料和編程設(shè)計(jì)，完成一個(gè)工作量相對(duì)較大、有一定創(chuàng)新性的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，這樣可以讓能力較強(qiáng)的學(xué)生得到充分發(fā)揮，也可以讓其他學(xué)生通過(guò)參與獲得鍛煉和學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在的選題包括當(dāng)前最新嵌入式Linux 操作系統(tǒng)移植、嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)量、嵌入式軟件的移植與優(yōu)化等，同時(shí)后續(xù)還將建設(shè)基于UEFI的嵌入式啟動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)和面向移動(dòng)設(shè)備的傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
　　嵌入式系統(tǒng)課程的特色主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，課程在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的特色主要體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、培養(yǎng)和鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力、積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。
　　1) 理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。
　　課程建設(shè)十分注重理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，特別注意避免課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫鉤，任課教師每年都會(huì)對(duì)選課學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，了解他們對(duì)授課內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合程度的看法。
　　2) 培養(yǎng)和鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力。
　　在時(shí)間資源分配上，教師不但在教學(xué)環(huán)節(jié)積極介紹實(shí)驗(yàn)相關(guān)的原理和知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)本身，還將一半的時(shí)間(后8周)留給學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔導(dǎo)，在時(shí)間上保障了學(xué)生充分鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力。
　　在考核方式上，課程設(shè)計(jì)了一套合理的考核方式來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定學(xué)生的成績(jī)。首先，本課程不設(shè)卷面考試，避免學(xué)生紙上談兵而不積極動(dòng)手實(shí)踐。其次，對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核，本課程針對(duì)每名學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查，避免學(xué)生混水摸魚。檢查環(huán)節(jié)分為三個(gè)部分，一是學(xué)生提交簡(jiǎn)短的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回答實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提出的思考題，描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中曾經(jīng)遇到的問(wèn)題和解決的方法，給出對(duì)實(shí)驗(yàn)的意見(jiàn)和建議；二是向任課教師和助教現(xiàn)場(chǎng)操作演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；三是能正確回答任課教師和助教事先準(zhǔn)備的問(wèn)題。最后，對(duì)于創(chuàng)新性大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，則由任課教師或助教以組為單位進(jìn)行檢查，要求學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)成果，介紹實(shí)驗(yàn)完成中的人員分工，教師根據(jù)分工，有針對(duì)性地向小組的每名學(xué)生提問(wèn)，或要求其現(xiàn)場(chǎng)解釋具體的代碼或電路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。
　　上述課程時(shí)間資源分配、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和考核方式設(shè)計(jì)，可以保障本課程切實(shí)培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。
　　3) 積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。
　　為了緊跟技術(shù)快速發(fā)展的步伐，課程教師每年在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上都不斷更新，并且積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，提高他們的學(xué)習(xí)興趣，不斷豐富課程內(nèi)容。首先，在課題教學(xué)內(nèi)容和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課程緊緊保持與產(chǎn)業(yè)界最新技術(shù)同步，讓學(xué)生了解最新的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。其次，在大實(shí)驗(yàn)中，課程每年都采用最新的軟件版本，比如在移植Linux內(nèi)核實(shí)驗(yàn)中，本課程每年都要求學(xué)生移植當(dāng)時(shí)Linux內(nèi)核官方網(wǎng)站上最新版本的內(nèi)核；在軟件移植和優(yōu)化中，課程教師每年都采用不同的視頻編解碼器軟件，交給學(xué)生去移植和優(yōu)化等；同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生自選題目進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣不僅提高了教師指導(dǎo)的難度，而且由于沒(méi)有往屆學(xué)生完成過(guò)，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，但是卻大大鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。譬如，在2010年嵌入式系統(tǒng)學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課題中，孫銀海等5位學(xué)生所在的小組基于英特爾凌動(dòng)嵌入式平臺(tái)和MeeGo操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國(guó)電信天翼3G網(wǎng)絡(luò)的連接。林會(huì)杰等5位學(xué)生所在小組設(shè)計(jì)了MeeGo系統(tǒng)下的七鍵中文輸入法。劉少偉等5位學(xué)生所在小組將中國(guó)移動(dòng)的飛信軟件移植到了MeeGo系統(tǒng)上。劉宜君、方建兩位學(xué)生的小組設(shè)計(jì)了基于英特爾凌動(dòng)嵌入式平臺(tái)和MeeGo操作系統(tǒng)的游戲引擎。所有小組都在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)過(guò)程、創(chuàng)新過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決方法及實(shí)驗(yàn)感想。同學(xué)們表示，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)不僅使自己學(xué)到了很多知識(shí)，加深了對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容的了解，還極大地提高了動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。
　　最后，課程采用不斷積累的機(jī)制來(lái)保障創(chuàng)新和提高創(chuàng)新水平。具體就是整理每年學(xué)生中較為優(yōu)秀的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)成果，形成越來(lái)越多的參考性文檔，供后來(lái)的學(xué)生參考。同時(shí)要求學(xué)生可以學(xué)習(xí)但不能再重復(fù)已有的工作，而必須在已有工作基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。這樣既讓選課學(xué)生擁有豐富的第一手資料，又能不斷站在前人的肩膀上進(jìn)行改進(jìn)和提高，避免了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的低水平重復(fù)。
　　如需了解更多關(guān)于清華大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程的信息，可登錄課程網(wǎng)站http://embed.cs.tsinghua.edu.cn。
　　嵌入式系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)處理器，或一個(gè)操作系統(tǒng)，而是處理器、芯片組、BIOS、系統(tǒng)軟件、中間件等的集成。展望未來(lái)，嵌入式市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展及其應(yīng)用的不斷豐富，將為包括英特爾在內(nèi)的企業(yè)和全球高校合作創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)。借用楊士強(qiáng)教授在2010嵌入式英特爾凌動(dòng)處理器系統(tǒng)芯片應(yīng)用論壇上的發(fā)言標(biāo)題結(jié)束本文，“新紀(jì)元，新責(zé)任，快速技術(shù)革新中的嵌入式人才培養(yǎng)”方興未艾。
　　* 文中涉及的其他名稱及商標(biāo)屬于各自所有者資產(chǎn)。