探索以“嵌入式系統設計”課程為核心培養應用型人才的模式

摘要：本文介紹了以“嵌入式系統設計”課程為核心培養應用型人才的指導思想，開設與“嵌入式系統設計”有關課程的必要性，以及相關教學實驗平臺、培養思路、具體做法和取得的成績并作出總結和展望。

關鍵詞：嵌入式系統設計；培養；人才；模式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）02-0075-03

培養應用型人才是我校的辦學目標，本人結合與“嵌入式系統設計”有關的教學作了一些探索與嘗試，收到了較好的效果。在此，就我的認識簡述如下。

１教學指導思想

在人們的習慣意識中，總是將專業教學與學生科技活動看成是兩個歸屬不同的部門，毫不相關的工作。但在高等教育全面改革的今天，教學實踐環節搞得怎樣？如何拓展教學實踐的新途徑，已經成為衡量一個學校教學水平的主要因素之一。筆者開展與“嵌入式系統設計”有關的教學活動的指導思想就是將學生科技活動與專業教學有機地結合起來，提出將學生科技活動融入教學實踐環節的新思路，探索了一條培養應用型人才的新模式。通過一系列學生科技活動的開展，對學生的創新意識、實踐能力的提高和綜合素質的培養非常有利，它對學生的影響是積極、長遠的。

２開設與“嵌入式系統設計”有關課程的必要性

嵌入式計算機和控制技術的發展可追溯到20世紀60年代初，航天工業從那時起已開始使用實時控制計算機進行航天飛行器的測控和導航。隨著半導體和微處理器技術的發展，到了20世紀80年代，大量4位、8位和16位微處理器開始應用于各種設備中，如飛行器、艦船、汽車、電話、電視機、微波爐、照相機甚至玩具，嵌入式實時操作系統開始應用。進入后PC時代，4位、8位和16位微處理器逐步讓位于32位嵌入式芯片，嵌入式計算機的應用更加廣泛。它將廣泛應用于消費電子、有線和移動通信、汽車、醫療、工業控制、航空航天及國防等領域的民用和軍用電子設備。形式多樣的嵌入式計算機正努力把Internet連接到人們生活的各個角落，其消費量將以億計，逐步形成一個充滿商機的巨大產業。

隨著嵌入式應用復雜度的提高，嵌入式軟件的規模也發生了指數型增長。軟件的實現從某種意義上說決定了產品的功能，已成為新產品成功與否的關鍵因素，是未來市場競爭力的重要體現。由于嵌入式軟件呈現出一種高度細分的市場格局，國外產品進入也很難壟斷整個市場，這為我國的軟件產業提供了一個難得的發展機遇。

目前市場急需專業化的嵌入式軟件人才，為適應這種需求，國內高校大多已開設和嵌入式系統設計有關的各種課程。在這種背景下我們從2004年秋季開始陸續為通信系本科三年級的學生開設了“微機應用系統”，為信研一年級的學生開設了“嵌入式系統設計”的課程。

3 選擇合適的教學試驗平臺

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統。為了使學生能夠在較短的時間內對嵌入式系統的設計方法有個清晰的認識，應選擇一種合適的教學試驗平臺。我們選購的是美國Altera公司的嵌入式系統教學與科研試驗平臺。

Altera公司在可編程系統級芯片(SOPC)領域中處于前沿和領先的地位，其2003年度的年收入高達8.272億美元，其產品向全世界近14，000家客戶提供超值的可編程解決方案。 Altera大學計劃為全球范圍內的大專院校提供先進的開發軟件、可編程邏輯器件、開發工具以及完整的設計套件，有效地補充了現有的數字邏輯設計教學。它所提供的軟件和硬件平臺適合于各種設計課程的使用，包括入門級的邏輯設計和高級的計算構架。NiosⅡ處理器能從外設和存儲器接口庫中進行選擇，將處理器、外設、存儲器和I/O接口集成在單片FPGA中，定制自己設計的系統，并且對各種外圍設備的實現提供了強大的支持平臺；SOPC Builder系統開發工具可以自動生成組件以及聯接組件的總線，所有軟件開發任務編輯、構建、程序調試都能夠在(IDE)下完成，從而簡化了開發過程，降低了系統成本、復雜性以及功耗，并且通過移植到Altera的結構化ASIC中，實現低成本、大批量產品。

該公司開發的有關嵌入式系統教學與科研平臺操作簡單，硬件和軟件資源比較好，適合教學要求。

4 培養應用型人才

嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。結合嵌入式系統的特點，在教學過程中，對嵌入式系統涉及的硬件部分和軟件部分作了分析比較，確立了以教學實驗板為物理基礎，以軟件應用設計開發為主的指導思想，引導學生結合所學課程，作相關市場調研，提出課題，還組織學生參加相關的大學生科技活動和競賽，激發學生的學習熱情和潛在能力。

（1）面對不同的授課對象

作為“微機應用系統”和“嵌入式系統設計”兩門課程的主講教師，筆者面對不同的對象，從學習的客觀規律出發，采用分層次、個性化引導的方法最大限度地引導、鼓勵學生熱愛學習、努力鉆研，盡可能作到因材施教。

“微機應用系統”課內安排56學時，其中只有8學時是實驗；“嵌入式系統設計”課內安排32學時。實驗學時遠遠不夠，不足以讓學生掌握這門課程的開發方法，為了解決這個問題，一方面我積極與實驗室的老師協調，為學生盡可能地開放實驗室；另一方面針對基礎好、感興趣的同學進行引導。由于學生選課的時間不能與實驗室開放的時間相吻合，我結合學生自身有計算機的資源優勢，把開發板借給學生，讓他們回去搭建實驗環境。

我們的研究生來自不同的學科、不同的專業，在計算機應用方面的水平參差不齊，有的基礎相對好些，而有個別學生甚至連微機原理之類的課程都沒有學過。針對這種情況，我課上只能假設所有選修這門課程的同學都具有微機原理的基礎，都會使用C語言編寫程序，課后再針對不同的學生作不同的指導。由于每個學生自身精力投入的不同，課程結束后每個人達到的水平是不同的。

我力圖使學生通過對課程的學習掌握嵌入式系統的開發方法，培養其解決實際問題的能力。由于這是一門軟、硬件結合，且實踐性很強的課程，對學生的基礎知識要求相對其他的課程要多些。有一部分學生想學好，但苦于基礎太差，我本著學生的認知規律，由簡單到復雜，循序漸進加以引導；針對有開發潛力的同學，我帶他們去參觀相關的應用設備展覽，啟發他們的思路，給他們講解如何用所學的專業知識解決實際生活問題。這樣做雖然很辛苦，但收到了很好的效果，一學期結束后，同學們從最初的不懂科研，到自己能夠提出課題，我感到由衷的欣慰。

(2)培養應用型人才

為了促進學生在校期間工程實踐素質的培養，提高學生的動手能力和軟硬件設計的綜合能力，消除大學生就業過程中理論脫離實際的尷尬場面，進一步緩解嵌入式行業人才的緊缺現狀，在教學過程中我始終堅持方法、能力和品質的培養，積極鼓勵、引導有能力的同學結合課程提出課題，參加有關競賽，從而使優秀的人才脫穎而出。

2005春季第一次為通信02A-12班開設“微機應用系統”課程，2005年6月我指導學生參加中國軟件行業協會嵌入式系統分會與北京博創科技發展有限公司聯合舉辦的“博創杯”嵌入式系統應用設計優秀作品評選活動并獲得優秀獎1項。參賽的三名同學有幸進入中國軟件行業協會嵌入式系統分會建立的人才檔案庫，協會將向全國各地會員單位和IT企業為他們推薦工作，對獲獎作品項目由中國軟件行業協會嵌入式系統分會協助轉讓技術成果，促進推廣應用。

(3)經驗總結

通信02A-12的五位同學，結合“微機應用系統”課程的學習，不畏困難、積極進取，結合當今科技發展的最新成果，經過充分調研提出極具應用價值的課題，參加了“2005年度NiosⅡ處理器嵌入式設計大賽”。經過2005年3月到5月的努力，兩隊同學入圍了亞太賽區前80名并進入決賽階段。這一活動大大地激發了同學們的創新精神。盡管美國Altera公司為入圍的每隊選手提供了免費的開發板，但入圍并不等于最終作品的完成，五位同學中有四名報考研究生，一名同學報考國家公務員，后來由于學生自身精力投入不足，最終作品沒有在規定的時間內完成。

這件事情使我陷入了深深的思索。由于我校在校本科學生不能免試讀研究生，學生既要兼顧考研又要做好科研課題是沒有時間保障的，而不考研的同學基礎相對要差。通過與其他兄弟院校的老師溝通交流，我認為針對我校的特殊情況，可以走研究生與本科生相結合的路子，這方面的工作還有待今后更進一步完善。

5 展望

我校與美國Altera公司在通信實驗中心于2006年5月18日掛牌成立了“北方工業大學—ALTERA公司EDA/SOPC聯合實驗室與培訓中心”。該中心的成立為我們以后培養應用創新型人才提供了更好的平臺。

參考文獻：

[1] 袁桂萍，王公安，王桂玲. 現代教育技術與素質教育[J].職業教育研究，2004，（4）：85.

[2] 郭書軍. 嵌入式處理器原理及應用——Nios系統設計和C語言編程[M].北京：清華大學出版社，2004.

[3] 王宜懷， 劉曉升. 嵌入式應用技術基礎教程[M]. 北京：清華大學出版社，2005.

投稿日期：2006-08-09

作者簡介：劉紅（1967.4-），女（漢族），北京人，副教授，碩士，研究方向：計算機應用技術。