謝盈 丁旭陽 陳建英 穆磊

摘要：本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)，在對“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對該門課程的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，使該課程更符合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的本科培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計;物聯(lián)網(wǎng)工程;教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）43-0131-02

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）作為繼互聯(lián)網(wǎng)之后的一種新興產(chǎn)業(yè)，將包括用戶、設(shè)備和設(shè)施在內(nèi)的各種終端通過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)互連互通，以提供個性化、集成化的應(yīng)用。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)以“新一代工業(yè)革命”的趨勢，成為世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，在生產(chǎn)生活中的各個重要領(lǐng)域都需要大量物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才[1]。為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展下的人才需求，教育部已在各大高校確定了上百個物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)，以期培養(yǎng)更多相關(guān)人才適應(yīng)產(chǎn)業(yè)和社會的需求。

物聯(lián)網(wǎng)是一個交叉學(xué)科，融合了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、RFID技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計技術(shù)等多個學(xué)科[2，3]。其中，嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計技術(shù)是實(shí)現(xiàn)感知和控制必不可少的前端平臺，也是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門重要必修課程。

目前，我院已開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)”和“嵌入式應(yīng)用開發(fā)”兩門課程，以培養(yǎng)學(xué)生具有初步的嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)能力。相關(guān)課程教學(xué)主要是基于MCU（如ARM處理器等）和嵌入式操作系統(tǒng)（如Linux等）的編程教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)結(jié)合得不夠緊密，與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)存在著一定的偏差。

一、課程現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”課程在教學(xué)過程中還需要在以下四個方面進(jìn)行完善。

1.前導(dǎo)課程部分。“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”作為一門交叉學(xué)科，對學(xué)生所應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識提出了較高的要求，學(xué)生需要進(jìn)行大量前導(dǎo)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，包括：操作系統(tǒng)、單片機(jī)、組成原理、C語言、電子電路學(xué)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、RFID技術(shù)等[4-6]。在實(shí)際教學(xué)中很難保證每門前導(dǎo)課程的開設(shè)質(zhì)量，而對于學(xué)過的課程，學(xué)生一般不愿自覺進(jìn)行有針對性的復(fù)習(xí)。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐部分。該門課程作為一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程，需要通過大量的、綜合性的實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生的動手能力。當(dāng)前該門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以ARM編程為主，不涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID等智能終端的系統(tǒng)集成應(yīng)用，不符合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.應(yīng)用開發(fā)部分。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)更依賴于具體的應(yīng)用背景。目前，通信、自動化等專業(yè)以嵌入式處理器為核心，主要側(cè)重于硬件部分的教學(xué);計算機(jī)、軟件等專業(yè)則以嵌入式操作系統(tǒng)為主導(dǎo)，更多地偏向于軟件部分的教學(xué)。而對于具有學(xué)科交叉性的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)來說，既需要硬件部分的教學(xué)也少不了軟件部分的教學(xué)。

4.前沿知識部分。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推陳出新，嵌入式領(lǐng)域的相關(guān)知識更新很快，教師需要不斷補(bǔ)充學(xué)科前沿知識，更新教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生形成更完整的知識體系。目前的“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”的教學(xué)不適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)需求，本文對該門課程授課內(nèi)容、授課思路和授課方式進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整和補(bǔ)充，使該門課程更具目的性和針對性，更符合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)。

二、課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中的教學(xué)方法探索

“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的重要必修課程，在實(shí)際教學(xué)中主要從課堂上的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課上的動手能力培養(yǎng)完善目前教學(xué)過程中的不足。

（一）理論教學(xué)環(huán)節(jié)

課程在理論教學(xué)中，需要在夯實(shí)學(xué)生理論知識的基礎(chǔ)上擴(kuò)展學(xué)生思維和視野。為此，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)采取以下手段幫助學(xué)生掌握理論知識。

1.將課堂直接講解與課后間接交互相結(jié)合?！爸苯又v解”主要通過傳統(tǒng)的教師課堂授課、課后答疑、作業(yè)練習(xí)、階段性隨堂測試的方式展開。針對前導(dǎo)課程多，學(xué)生不愿主動復(fù)習(xí)的情況，提出了課后“間接交互”的方式。在課后，教師整理每個章節(jié)中涉及的前導(dǎo)知識，并以提綱的形式放到課程網(wǎng)站或課程微信公眾號上，通過布置課后小論文、隨堂抽問等形式督促學(xué)生提前有針對性地復(fù)習(xí)。再將學(xué)生分成小組，每個小組在課后輪流將本次課程的相關(guān)資料放到課程網(wǎng)站或課程微信公眾號上，以方便其他學(xué)生查閱和指正。通過這種“間接交互”的方式可以讓學(xué)生參與到講授過程中，間接地提高了學(xué)習(xí)積極性。相關(guān)材料包括：前導(dǎo)知識點(diǎn)講解的文檔、參考書籍、參考教材、平臺軟件下載、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、課程ppt、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和范例資源等。

2.在教學(xué)過程中通過差異性對比，幫助學(xué)生理解理論知識。嵌入式系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與一般的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都有相似和各異的地方。在授課過程中，教師應(yīng)當(dāng)從嵌入式系統(tǒng)與其他計算機(jī)系統(tǒng)（如桌面系統(tǒng)）的對比、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與一般網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的差異中幫助學(xué)生理解理論知識。譬如，將嵌入式交叉開發(fā)方法與學(xué)生熟悉的本地化軟件開發(fā)方法進(jìn)行對比，將嵌入式操作系統(tǒng)和普通桌面操作系統(tǒng)進(jìn)行對比等。

3.培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力讓學(xué)。生養(yǎng)成借助廣泛的媒介資源去搜集、提煉、擴(kuò)充知識的習(xí)慣?；谖锫?lián)網(wǎng)背景下的嵌入式系統(tǒng)及設(shè)計的知識是相當(dāng)豐富的，而本門課程通過“間接交互”的方式提供的課程資源和參考資料是有限的。因此，在課堂教學(xué)中老師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等資源，搜索與課程內(nèi)容相關(guān)的資料，并適時在課堂上組織討論，讓學(xué)生歸納總結(jié)，以便達(dá)到舉一反三、加深印象和理解難點(diǎn)的作用。長此以往，能培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自學(xué)的習(xí)慣。

（二）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)有物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。課程通過層次化的實(shí)驗(yàn)體系，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)到綜合實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生循序漸進(jìn)地提高動手能力，達(dá)到能力訓(xùn)練和啟發(fā)創(chuàng)新的目的。其中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要加深課程學(xué)習(xí)后對原理、方法的理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的搭建及使用、gcc/gdb/makefile的使用、I2C/UART數(shù)據(jù)讀寫、處理器時鐘電路/復(fù)位電路設(shè)計、JTAG調(diào)試接口電路設(shè)計、外設(shè)及接口模塊設(shè)計等。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生以嵌入式系統(tǒng)作為物聯(lián)手段來實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：多任務(wù)系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式GPRS通信、溫度傳感器的數(shù)據(jù)讀寫、RFID數(shù)據(jù)讀寫等。綜合實(shí)驗(yàn)難度較大，主要培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計和實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱，包括無線路燈控制系統(tǒng)、學(xué)校停車場停車引導(dǎo)系統(tǒng)、室內(nèi)無線定位系統(tǒng)等。

通過層次化的實(shí)驗(yàn)體系，加強(qiáng)了學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用背景下的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及設(shè)計能力。經(jīng)典案例和在實(shí)踐中產(chǎn)生的優(yōu)秀案例也會放到課程網(wǎng)站或課程微信公眾號上，以方便新生借鑒和學(xué)習(xí)。

三、總結(jié)

任何物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都離不開嵌入式系統(tǒng)或具備聯(lián)網(wǎng)能力的嵌入式終端。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)，在對傳統(tǒng)的“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對該門課程在理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，通過從課堂到課后的互動、從教師到學(xué)生的參與、從鼓勵到實(shí)際動手的過程、從單一獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)到層次化的實(shí)驗(yàn)體系使得“嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計”課程更符合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的本科培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會.高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：6-29.

[2]孫國棟，田萱，張海燕.面向物聯(lián)網(wǎng)的“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)改革的探索[J].中國林業(yè)教育，2014，32（2）：69-71.

[3]宋軍，王一雄，徐鋒.物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動下的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011，（4）：1-2.

[4]周立功，王祖麟，陳明計等.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].第3版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[5]錢峰.EZ-USBFX2單片機(jī)原理、編程及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[6]霍華.“嵌入式技術(shù)”課程教學(xué)方法改革[J].計算機(jī)教育，2012，（6）：48-50.

The Teaching Method Exploring of Embedded System and Design in IoT Engineering

XIE Ying1，DING Xu-yang2，CHEN Jian-ying1，MU Lei1

（1.School of Computer Science and Technology，Southwest University for Nationalities，Chengdu，Sichuan 610041，China;2.School of Computer Science and Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu，Sichuan 611731，China）

Abstract："Based on the features of IoT Engineering and the current teaching situation of Embedded Systems and Design"，teaching methods and contents were supplement and improved，which makesEmbedded Systems and Design" more suitable for the undergraduate teaching goal of IoT engineering.

Key words：Embedded Systems and Design;IoT Engineering;teaching methods