蔡振

【摘要】 物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式專業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，重構(gòu)專業(yè)課程體系，提出以單片機(jī)為主的低端課程體系和以ARM為主的高端課程體系并舉，探討系統(tǒng)重構(gòu)后的課程安排、教學(xué)形式和考核方式，最后總結(jié)實(shí)施效果。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) 嵌入式課程 體系構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)是目前社會(huì)發(fā)展最為迅猛的行業(yè)之一，但并非是一個(gè)全新的技術(shù)應(yīng)用，是隨著傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的成熟與積淀孕育而成[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被列為國(guó)家“十二五”規(guī)劃戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[2]，政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重視，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了積極影響，物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式專業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。由于嵌入式在物聯(lián)網(wǎng)體系中占有很重要的位置，因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)方向的嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)課程體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、原專業(yè)設(shè)置存在的問題

1.1課程安排脈絡(luò)不清楚

根據(jù)原專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，人才培養(yǎng)偏向硬件層面一些，因此，安排了電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、印制電路板設(shè)計(jì)與制作、單片機(jī)小系統(tǒng)制作、ARM原理與應(yīng)用、linux操作系統(tǒng)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用等，學(xué)生在學(xué)了這些課程之后，發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)的差不多，但對(duì)基于ARM嵌入式系統(tǒng)的學(xué)時(shí)比重相對(duì)較少，沒有凸顯嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)。

1.2課程獨(dú)立、同質(zhì)化嚴(yán)重

在原有的專業(yè)課設(shè)置過程中，僅限于嵌入式系統(tǒng)所需課程，課程之間的鋪墊和滲透比較差。例如第三學(xué)期開設(shè)《單片機(jī)小系統(tǒng)制作》課程，課程只限于描述MCS-51系列單片機(jī)的學(xué)習(xí)，由于學(xué)期的限制，同時(shí)還開設(shè)的《ARM原理與應(yīng)用》，課程限于ARM9系列微控制器的學(xué)習(xí)，兩門課程結(jié)構(gòu)安排同質(zhì)化程序較高，加上同時(shí)開設(shè)，前者沒有對(duì)后者起到鋪墊效果。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式專業(yè)課程體系構(gòu)建

2.1課程體系構(gòu)建的指導(dǎo)思想

課程總目標(biāo)是培養(yǎng)扎實(shí)的電子技術(shù)基礎(chǔ)和MCS-51單片機(jī)、ARM微控制器系統(tǒng)應(yīng)用能力以及物聯(lián)網(wǎng)感知層的應(yīng)用能力，能夠在產(chǎn)品維修工程師、產(chǎn)品安裝實(shí)施與調(diào)試工程師、技術(shù)支持工程師、應(yīng)用程序開發(fā)工程師等職業(yè)崗位上，從事物聯(lián)網(wǎng)嵌入式產(chǎn)品維修、產(chǎn)品安裝實(shí)施與調(diào)試、技術(shù)支持以及應(yīng)用開發(fā)等方面工作，有可持續(xù)發(fā)展能力和技術(shù)技能型專門人才。

嵌入式系統(tǒng)分為低、高端應(yīng)用，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，在開始學(xué)習(xí)階段，采用8位單片機(jī)入門，詳細(xì)掌握處理器內(nèi)部構(gòu)造和C編程語言，然后制作相關(guān)電子產(chǎn)品。在大二開始接觸高端ARM處理器，ARM內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)高職學(xué)生來講不需掌握其內(nèi)部構(gòu)造和指令系統(tǒng)，詳細(xì)講解控制外設(shè)的編程，制作嵌入式產(chǎn)品。從現(xiàn)有的條件來分析，如何統(tǒng)籌嵌入式的低端和高端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)感知層面上的應(yīng)用，是課程體系重構(gòu)的指導(dǎo)思想。

2.2課程體系構(gòu)架

根據(jù)上述指導(dǎo)思想，將原有的課程設(shè)置全部推翻進(jìn)行重構(gòu)，主要從兩個(gè)方向來實(shí)現(xiàn)：1）低端課程系列，以MCS-51系列單片機(jī)為主的課程系列，主要打造常規(guī)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作；2）高端課程系列，以ARM微處理器為主的課程系列，能對(duì)簡(jiǎn)單嵌入式產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，同時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品進(jìn)行操作和應(yīng)用。專業(yè)課程體系架構(gòu)如圖1所示：

低端課程系列為電類專業(yè)基本都需要開設(shè)課程，結(jié)合我院生源情況和市場(chǎng)需求，培養(yǎng)了常規(guī)的電子產(chǎn)品所需人才。該系列的課程安排和原有的安排也略有不同，為了突顯應(yīng)用性，將《數(shù)字電子技術(shù)》放在《模擬電子技術(shù)》前面，為了強(qiáng)化單片機(jī)的重要性以及為ARM的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，開設(shè)兩學(xué)期的《單片機(jī)小系統(tǒng)制作》，這樣單片機(jī)的學(xué)習(xí)過程中，模擬和數(shù)字電路都學(xué)完，外加Protel技術(shù)的學(xué)習(xí)后，就可以進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)了，實(shí)現(xiàn)課程之間環(huán)環(huán)緊扣，增加了各知識(shí)要點(diǎn)的滲透性。此外，《傳感器》是一個(gè)特殊的課程，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也是一個(gè)必不可少的部件，而在物聯(lián)網(wǎng)中更是一個(gè)最重要的底層數(shù)據(jù)的源頭，因此，在高端課程系列中也很重要。

高端課程系列是基于物聯(lián)網(wǎng)而建立起來的課程，在原有嵌入式系統(tǒng)課程上演變而來，要突出物聯(lián)網(wǎng)感知層【3】的應(yīng)用，減少嵌入式微控制芯片ARM的理論知識(shí)，加大對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，以及嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)感知層面的應(yīng)用操作。課程首先安排物聯(lián)網(wǎng)工程概論，讓學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)建立概念，建議安排在第一學(xué)期，然后開設(shè)基礎(chǔ)課程《Linux操作系統(tǒng)應(yīng)用》，懂得操作系統(tǒng)的應(yīng)用后，接著開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用》，就可以在ARM開發(fā)板上進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)了，主要在Linux啟動(dòng)引導(dǎo)程序、內(nèi)核、文件系統(tǒng)、字符型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、GPIO接口控制程序、嵌入式圖形界面設(shè)計(jì)等方面、可以做出SD卡驅(qū)動(dòng)、GPIO控制LED燈、PWM控制蜂鳴器等內(nèi)容。在對(duì)嵌入式系統(tǒng)有一定程度的認(rèn)識(shí)后，就開始進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)感知層的課程開設(shè)，由于感知層的模塊很多，模塊之間實(shí)現(xiàn)無線通信，因此，射頻技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、無線傳感網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等方面的知識(shí)都需開設(shè)，滿足感知層的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。由于物聯(lián)網(wǎng)在很多學(xué)科有交叉，所涉及到的知識(shí)也很多，結(jié)合我校實(shí)際情況，暫且在感知層上擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

實(shí)訓(xùn)課程系列中《電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作》主要針對(duì)低端課程的訓(xùn)練，可以制作心形燈、數(shù)字鐘、電子廣告屏、多任務(wù)控制器、無線取餐呼叫器、音樂光立方等電子產(chǎn)品?！肚度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》主要針對(duì)單個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)的訓(xùn)練，可以制作遠(yuǎn)程溫度采集與曲線生成器、基于手機(jī)遙控的視頻監(jiān)測(cè)車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等嵌入式系統(tǒng)。《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐》針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層的應(yīng)用，基于目前物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際教學(xué)過程中遇到的問題，可以通過購買中智訊科技有限公司的ZWs210m4in1 IPv6下一代物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。最后，綜合實(shí)訓(xùn)放在第五學(xué)期，通過制作簡(jiǎn)易智能家居產(chǎn)品將兩大類課程知識(shí)進(jìn)行有效地整合，達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2.3教學(xué)形式

對(duì)于兩個(gè)系列的課程，采用什么樣的授課形式，須得由課程性質(zhì)來決定。事實(shí)上，目前高職院校推廣項(xiàng)目式教學(xué)由來已久，學(xué)校有段時(shí)間全部課程都推行項(xiàng)目式教學(xué)，但運(yùn)行效果并不理想，對(duì)基礎(chǔ)性質(zhì)的課程如數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式效果要優(yōu)于教改模式，并不是說教改模式不好，影響其教學(xué)效果的原因很多。結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，嵌入式專業(yè)在基礎(chǔ)課程教學(xué)上采用傳統(tǒng)的理論加實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，像protel、單片機(jī)、傳感器課程采用理論知識(shí)與項(xiàng)目實(shí)踐1：1的形式。由于高端系列課程其理論知識(shí)要艱深一些，高職層面的學(xué)生難以理解，應(yīng)盡量壓縮在理論方面的學(xué)時(shí)，加大實(shí)踐操作學(xué)時(shí)，可以采用1：2的形式，或是更高。理論和技術(shù)知識(shí)也很重要，像單片機(jī)、ARM課程沒有理論的支撐，其功能根本就無法達(dá)到，但只講理論沒有應(yīng)用，其知識(shí)內(nèi)容也很難理解，所以，理論學(xué)習(xí)的原則以夠用即可。

2.4考核方式

課程考核的形式對(duì)課程的學(xué)習(xí)起著非常重要的作用，好的考核形式可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高動(dòng)手能力。對(duì)于重構(gòu)后的課程考核形式，這需要取決于其教學(xué)形式，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的，筆試考核比較合適；采用理論與項(xiàng)目1：1形式的，筆試加作品考核比較合適；采用理論與項(xiàng)目1：2或以上的，采用作品考核比較合適。嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)課程適合采用作品考核形式，需要進(jìn)行分組，一般3人為一組，完成一個(gè)作品。當(dāng)然，考核方式并局限于此，可以采用多樣化，只要有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情都是合適的方式。

三、結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)方向的嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)課程體系，是建立在人才培養(yǎng)模式前提條件下的，關(guān)于重構(gòu)后人才培養(yǎng)模式已經(jīng)撰文發(fā)表了。新的課程體系形成了前后有序、層次推進(jìn)的體系架構(gòu)，推行兩個(gè)系列課程體系，滿足物聯(lián)網(wǎng)嵌入式不同層次的人才培養(yǎng)。

該課程體系已在2013級(jí)嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)的學(xué)生上實(shí)踐2年了，目前學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲、運(yùn)行效果良好，做出了形式多樣的產(chǎn)品。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]百度百科.無線龍新型物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室[EB/OL].[2014-07-07]. http：//blog.sina.com.cn/s/blog_8cc8e3990102uwr9.html

[2] 教高廳函 [2010] 13號(hào)文件 《教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》[EB/OL].[2011-09-12].http：//bksy.zju.edu.cn/attachments/2010-03/01-126830215-136490.doc.

[3]沈蘇彬，范曲，立宗平等.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，29（6）：1-11.