高校計算機專業嵌入式系統課程的教學探討①

摘 要:為提高高校計算機專業嵌入式系統課程的教學效果，以適應社會對嵌入式人才的要求，在分析嵌入式系統體系結構的基礎上，分析了高校計算機專業嵌入式系統的教學現狀、教學內容和教學方法，指出現有教學過程中存在的不足之處，并提出相應的解決方案。

關鍵詞:計算機專業 嵌入式 教學

中圖分類號:G64文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)07(a)-0173-01

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減的計算機系統，通俗地講，就是具有智能處理功能的電子產品。如今，嵌入式系統已經被廣泛應用于工業控制、醫療儀器、智能儀表、通信設備等眾多領域，可以說，嵌入式系統無處不在，人們的生活也離不開嵌入式系統。

如今，社會對掌握嵌入式技術的人才需求量較大，近幾年高校中的自動化類、電子類以及計算機類專業均開設了嵌入式系統的相關課程，社會上也有一些培訓機構開始開展嵌入式工程師的培訓。然而，由于面向對象、培養目標以及基礎知識的不同，高校中各專業以及培訓機構培養出的嵌入式人才的能力也不盡不同。本文結合嵌入式系統的體系結構和高校計算機專業的課程結構，對高校計算機專業嵌入式系統的教學現狀、教學內容和教學方法展開探討，指出現有教學過程中存在的不足之處，并提出相應的解決方案。

1 嵌入式系統的體系結構

一個完整的嵌入式系統可以分為軟件部分和硬件部分，因此，大體上講，嵌入式工程師可以分為嵌入式軟件工程師和嵌入式硬件工程師。但我們認為，一個合格的嵌入式工程師應該既要懂軟件，又要懂硬件，軟件和硬件之間是相輔相成的。

嵌入式軟件包含應用程序開發、驅動程序開發、操作系統的移植和裁減三個主要方面。然而，并非所有的嵌入式系統都需要進行驅動程序的開發以及操作系統的移植和裁減，如果使用的單片機較為簡單，或者開發的程序較為簡單，那么就沒有必要基于操作系統來進行應用程序的開發。但是，如果基于操作系統來開發應用程序，那么應用程序開發過程和普通的軟件開發幾乎沒有區別。

嵌入式硬件主要包含PCB設計和原理圖設計兩個方面。在原理圖設計階段，工程師需要根據實際需求選擇合適的芯片，設計相應的電路圖;而PCB設計主要是指PCB的布局和布線。對于高頻電路，在布線完成之后，還需要進行PCB電路圖的電磁兼容仿真和分析，以保證生產出的產品能夠正常工作。

由此可見，嵌入式系統開發涉及到的知識面較多，這對相應的從業人員提出了較高的要求，因此，要稱為一名合格的嵌入式工程師必須對上述所有方面都有所了解，并精通其中若干個方面。

2 高校計算機專業的課程結構

如今，高校計算機專業的課程結構除公共課外，可以分專業基礎課程，專業必修課程和專業選修課程。專業基礎課程主要是指電子技術基礎和計算機程序設計;專業必修課程主要包括計算機體系結構、操作系統、數據結構、軟件工程、計算機網絡和編譯原理等;專業選修課包括信息安全、圖像處理、網絡程序開發、嵌入式系統等。

從課程結構上，我們不難發現，該專業學生在學習嵌入式系統時存在一定難度，主要體現在對電路、數電和模電三門課程的掌握不牢固上。要想學好嵌入式系統，首先必須學好上述三門課程。而事實上，通常計算機專業將上述三門課程合成一門課程來進行講授，并且學時較短。學生經過一個學期的學習，只能對這三門課程有個大概的了解，并不能達到較為靈活應用的程度。

3 教學現狀、教學內容和教學手段

在教學現狀上，如今高校在講授嵌入式系統時，往往是一個教師會面對幾十個，甚至上百個學生。在人數較多時，授課質量會下降。事實上，社會培訓機構在進行嵌入式系統培訓時，往往會限制學生的數量。

在教學內容上，主要是以一些基本概念為主，如單片機結構，Linux嵌入式操作系統的原理和移植，Linux嵌入式驅動程序的開發，以及嵌入式軟件的設計方法等。事實上，對于剛接觸嵌入式系統的學生來說，講授這些空洞的基本概念是沒有任何意義的。根據學生的反映，由于他們沒有任何嵌入式方面的基礎知識，講授上述內容使得他們陷入一種迷茫的狀態，除了強迫性記住一些概念之外，其它什么都沒有學到。

在教學方法上，主要是以教師講課為主，學生處于被動地接受狀態。學生接受了大量的概念，卻沒有辦法真正理解這些概念。盡管學生也會做一些嵌入式系統的實驗，但在進行實驗時，學生往往是根據實驗手冊上的說明，按照實驗步驟一步步進行下去，最終除了能看到一些實驗結果外，幾乎根本無法理解其中的原理。

4 解決方案

為此，我們認為，高校計算機專業嵌入式系統的教學內容和教學方法必須進行改革，具體體現在以下三個方面:

第一，改變教學內容，注重實際應用。在教學內容上，不應講授空洞的基本概念，不應以復雜的單片機，如ARM為例進行講授，不應講授嵌入式操作系統的原理和移植操作，也不應講授驅動程序開發，這些內容都不適合初學者。而應該以一個簡單的單片機，如C51為例進行講授。同時，在講授C51時，應從一個應用者的角度，而不是一個設計者的角度來進行授課，這一點往往是一些教師沒有注意到的問題。他們往往過于強調單片機的內部原理，而忽略了單片機的應用方法。

第二，應以教師教課為輔，學生動手為主的教學方法。由于嵌入式系統是一門實踐性很強的課程，對于這類課程，過多的教學是無益的，往往會讓學生對嵌入式失去興趣。而如果能夠讓學生動手實驗，學生則能夠很直觀地感受到嵌入式的魅力。

第三，在動手實踐上，應以一個小型項目為主，基于開發板實驗為輔的方法。事實上，基于開發板進行實驗，學生往往只是簡單地對他人的程序進行編譯和下載，并觀看開發板上的運行效果，并不能主動地研究其中的原理，也無法提高學生解決問題的能力。而如果讓學生開發一個小型項目，如溫度顯示器等，那么學生不僅能夠真正了解嵌入式系統的開發流程，解決開發過程中遇到的各種問題，而且能夠獲得開發成功后的成就感，增加學生對嵌入式系統的樂趣。

5 結語

本論文在分析嵌入式系統體系結構的基礎上，分析了高校計算機專業嵌入式系統的教學現狀、教學內容和教學方法，指出現有教學過程中存在的不足之處，并提出了相應的解決方案。該方案有利于提高高校計算機專業嵌入式系統課程的教學效果，以適應社會對嵌入式人才的要求。

參考文獻

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