姚 莉

(湖北理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院,湖北 黃石 435003)

0 引言

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。在過(guò)去的幾十年里，嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展使計(jì)算機(jī)的分類從以前的巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)之分變?yōu)橥ㄓ糜?jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)之分。嵌入式的應(yīng)用涉及金融、航天、電信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電、醫(yī)療、工業(yè)控制及軍事等各個(gè)領(lǐng)域，嵌入式技術(shù)將成為后PC時(shí)代的主宰[1]。這一現(xiàn)象使我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)，嵌入式領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨笈c日俱增。

嵌入式系統(tǒng)也是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，它與應(yīng)用密切相關(guān)，可執(zhí)行特定功能。嵌入式系統(tǒng)具有典型的多種學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)。其中，構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的核心學(xué)科有4個(gè)，分別是：微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子工程學(xué)和自動(dòng)控制學(xué)[2]。因此，進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是涉及的學(xué)科和知識(shí)多樣且復(fù)雜。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)單分為2個(gè)部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生將來(lái)大多數(shù)是從事軟件設(shè)計(jì)方面的工作。軟件設(shè)計(jì)包括驅(qū)動(dòng)層軟件設(shè)計(jì)和應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)。

目前國(guó)內(nèi)高校基本沒(méi)有專門(mén)針對(duì)嵌入式技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)設(shè)置專業(yè)，絕大部分高校都是在已有的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)中開(kāi)設(shè)“嵌入式”系列課程[3]。計(jì)算機(jī)專業(yè)開(kāi)設(shè)“嵌入式”系列課程的主要目的是：讓學(xué)生在系統(tǒng)掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)基本知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，熟悉嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的原理和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的能力，適應(yīng)新的市場(chǎng)要求。

1 計(jì)算機(jī)專業(yè)“嵌入式”課程教學(xué)現(xiàn)狀

以湖北理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院為例，從2006年開(kāi)始針對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)設(shè)置“嵌入式”專業(yè)課程“嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用”。從2011年開(kāi)始根據(jù)專業(yè)發(fā)展修改了本科生人才培養(yǎng)方案，即針對(duì)2011級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)開(kāi)設(shè)嵌入式技術(shù)方向課程群，即“嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用”、“嵌入式操作系統(tǒng)”、“嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)”、“嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”等。學(xué)生在“嵌入式”系列課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，普遍認(rèn)為課程難度較大，知識(shí)掌握不夠熟練。另外，湖北理工學(xué)院電氣學(xué)院也在近幾年開(kāi)設(shè)了“嵌入式”相關(guān)專業(yè)課程。但是至今沒(méi)有學(xué)院或?qū)I(yè)將“嵌入式”設(shè)置為人才培養(yǎng)的系統(tǒng)專業(yè)方向。因此，在教學(xué)方面出現(xiàn)了以下一些困難和問(wèn)題。

1.1 高校人才培養(yǎng)不適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)方向新形勢(shì)的要求

高校人才培養(yǎng)不適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)方向新形勢(shì)的要求是當(dāng)前嵌入式相關(guān)教學(xué)面臨的最大困難，造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)多，涉及內(nèi)容廣泛，新知識(shí)更新快；教學(xué)中容易產(chǎn)生過(guò)分偏軟或偏硬的現(xiàn)象，理論和實(shí)踐結(jié)合少；嵌入式系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格貴且容易毀壞，多數(shù)高校的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足等。這些現(xiàn)象致使高校面臨嵌入式系統(tǒng)課程孤立、課程不全、實(shí)踐能力弱、創(chuàng)新意識(shí)薄弱、與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)等問(wèn)題[4]。

1.2 實(shí)踐教學(xué)支撐不夠

傳統(tǒng)的專業(yè)課程教學(xué)是依托該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分來(lái)鞏固和實(shí)踐理論學(xué)習(xí)。目前“嵌入式”系列課程的學(xué)習(xí)也采取這種方式。對(duì)嵌入式方向的入門(mén)基礎(chǔ)課程該方法還比較實(shí)用，但是對(duì)于嵌入式方向的后續(xù)課程，特別是強(qiáng)化和發(fā)展課程，只依靠實(shí)驗(yàn)部分來(lái)完成實(shí)踐教學(xué)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。應(yīng)該改革實(shí)踐教學(xué)方法，例如采用實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)等方式，或者可以通過(guò)完成大作業(yè)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的方式，以及要求學(xué)生分組完成課程相關(guān)作品的方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)。

1.3 教學(xué)考核的局限性

目前計(jì)算機(jī)學(xué)院大部分課程的教學(xué)考核是采取在每學(xué)期末進(jìn)行筆試或上機(jī)考試的方法。但該考核方式不利于嵌入式方向?qū)I(yè)課程的教學(xué)，甚至不能公平公正地對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的考核。由于嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)和嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)涉及多方面、多領(lǐng)域知識(shí)的融合，因此應(yīng)該采用更靈活的方式進(jìn)行考核。

2 “嵌入式”課程教學(xué)改革

2.1 明確專業(yè)定位

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在技術(shù)上的先進(jìn)性和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，使其成為計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程實(shí)踐緊密相結(jié)合的系統(tǒng)，也使得嵌入式計(jì)算機(jī)專業(yè)定位比較困難[5]。 我校計(jì)算機(jī)學(xué)院針對(duì)這一問(wèn)題一直在不斷地研究和改進(jìn)，從將“嵌入式”作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)必修課發(fā)展到現(xiàn)在將其定位為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的教學(xué)方向之一(嵌入式技術(shù)方向)，并設(shè)立了圍繞這個(gè)方向的多門(mén)相關(guān)專業(yè)課程。這個(gè)變化充分體現(xiàn)了我校計(jì)算機(jī)學(xué)院在嵌入式課程教學(xué)中的不斷進(jìn)步以及為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式相關(guān)課程的教學(xué)目標(biāo)而作出的努力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在計(jì)算機(jī)專業(yè)中“嵌入式”已經(jīng)可以作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，培養(yǎng)更專業(yè)的技術(shù)人才。

2.2 加強(qiáng)師資建設(shè)

嵌入式系統(tǒng)是由嵌入式硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)2部分組成。硬件系統(tǒng)一般包括嵌入式微處理器、外圍電路和外部設(shè)備；軟件系統(tǒng)包括嵌入式操作系統(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)程序、API及組件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件等?！扒度胧健闭n程教學(xué)對(duì)教師的要求較高，在高校中能夠完全勝任“嵌入式”課程教學(xué)的教師很少，主要原因是大部分高校教師對(duì)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)匱乏。因此，為了進(jìn)一步提高高校嵌入式技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量必須加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。我校計(jì)算機(jī)學(xué)院近年來(lái)多次派專業(yè)教師到其他高校和公司進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，對(duì)提升“嵌入式”課程教學(xué)效果起到了良好的作用。但是，由于學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的時(shí)間較短，教師仍然存在經(jīng)驗(yàn)不足、知識(shí)結(jié)構(gòu)不全面等問(wèn)題。

2.3 選定教學(xué)方向和實(shí)驗(yàn)輔助設(shè)備

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生要學(xué)好“嵌入式”課程，首先必須具備硬件電路知識(shí)，如模擬電路及數(shù)字電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)等；其次需要了解計(jì)算機(jī)的組成和一些低級(jí)語(yǔ)言，如計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言等；然后才能在低端應(yīng)用中完成驅(qū)動(dòng)層軟件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)；最后再熟練掌握1～2門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如：C、C++、JAVA等，即可完成嵌入式應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。

嵌入式技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力有較高的要求，因此該課程的實(shí)踐教學(xué)非常重要。在課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以案例教學(xué)為主導(dǎo)，配合綜合設(shè)計(jì)性實(shí)踐內(nèi)容。要求學(xué)生能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)涉及的知識(shí)點(diǎn)并完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，然后在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)調(diào)試和編譯系統(tǒng)程序代碼，再下載到試驗(yàn)箱上運(yùn)行并演示系統(tǒng)結(jié)果，最后完成課程設(shè)計(jì)論文或?qū)嵱?xùn)報(bào)告。另外，通過(guò)申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目課題以強(qiáng)化學(xué)生的操作能力?？傊?，使教學(xué)環(huán)節(jié)盡量保持與嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程一致，讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)之后可以熟練應(yīng)用于實(shí)際操作中，以加強(qiáng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

為使畢業(yè)生更好地適應(yīng)目前嵌入式技術(shù)領(lǐng)域的市場(chǎng)需求，實(shí)驗(yàn)輔助設(shè)備的選擇也變得尤為重要。到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎深入到各個(gè)領(lǐng)域，并且比較適合高校教學(xué)。因此大部分高校都選定ARM系列的嵌入式處理器作為“嵌入式”課程的實(shí)踐平臺(tái)。2006年我校計(jì)算機(jī)學(xué)院引進(jìn)了20套ARM9系列的嵌入式配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)箱，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的嵌入式課程教學(xué)起到了很好的輔助作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

嵌入式技術(shù)是促進(jìn)信息化與工業(yè)化融合的核心技術(shù)，是信息技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)。以信息家電、消費(fèi)電子、智能控制設(shè)備為代表的具有網(wǎng)絡(luò)特征的嵌入式產(chǎn)品為后PC時(shí)代IT工業(yè)帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng)前景，同時(shí)也給嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。目前各高校的嵌入式課程教學(xué)沒(méi)有統(tǒng)一、通用的教學(xué)模式[6]，因此高校必須針對(duì)不斷變化的市場(chǎng)形勢(shì)對(duì)嵌入式人才的培養(yǎng)準(zhǔn)確定位，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行“嵌入式”課程教學(xué)改革，設(shè)置合理的課程教學(xué)體系，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際崗位需求能力。

參考文獻(xiàn)

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