嵌入式系統設計與應用課程實踐教學探討

王 劍

（長江大學 計算機科學學院，湖北 荊州 434023）

在IEEE計算機協會2004年6月發布的Comput ing Curricula Computer Engineering Repor t,Ironman Dr af t報告中把嵌入式系統課程列為計算機工程學科的領域之一,把軟硬件協同設計列為高層次的選修課程。美國科羅拉多州立大學“嵌入式系統認證”課程目錄包括實時嵌入式系統導論、嵌入式系統設計和嵌入式系統工程訓練課程。美國華盛頓大學嵌入式系統課程名稱是嵌入式系統設計導論,它基本包括了前面三門課程的內容。2006年6月,我國教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會在“高等學校計算機科學與技術本科專業規范(試行)”中也將嵌入式系統列為計算機工程專業方向的核心課程。

嵌入式系統產品需要設計者具有較強的綜合理論知識和動手能力，是一門綜合性強、知識覆蓋面大的課程，既涉及數字電子技術、模擬電子技術、微機原理與應用等硬件知識，又涉及操作系統、應用程序等軟件知識，其過程極其復雜、繁瑣，對于計算機專業本科生而言，開始學的時候往往是一頭霧水，不知所云，無從下手。因此，迫切需要在高校建立一個新的、基于先進嵌入式工程培養的、基于ARM技術和多任務操作系統的嵌入式系統教學課程體系,從根本上解決嵌入式技術發展對人才的需求［1］。

由于高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎、重能力”的方向發展，培養適應能力強、發展潛力大的復合型人才是高等教育追求的目標。為了提高學生對外部變化的適應和反應能力，拓寬學生的基礎知識，夯實學生的理論基礎，提高學生的動手能力、自主設計和創新能力，以增強學生在未來社會發展中的后勁，各個高校都在加大課程重組和整合的力度，修改教學計劃，構建多元化學習評價體系，優化課程建設方案，以達到提高學生綜合素質，提升教學質量強化優勢學科和打造學科品牌的目的。

實踐教學是實現“做中學”模式下人才培養目標的一個重要環節，實踐教學的實施要遵循以下幾個原則：

（1）從簡單、實用入手，激發學生興趣與愛好。注重培養學生的學習愿望和需求，生動地向學生介紹本課程的性質與設置目的。加深學生對學習本課程必要性的認識，激發學生的學習需要和學習興趣，培養學生的好奇心和求知欲，引導學生喜歡學習這門功課。大大增加教學信息量，提高學習效率。改變傳統的“填鴨式”教學，實施啟發式教學。比如采用對比教學法：有些教學內容可以采用對比教學法，增強學生對知識的感受強度。

（2）入門程序要直觀、易懂、容易操作；使學生很快掌握軟件的編輯、編譯、鏈接、調試、移植等過程；掌握軟件工程項目的概念。

（3）安排實用性強的實驗項目，比如LCD顯示、觸摸屏、鍵盤等內容，并讓內容與手機關聯起來，使學生明白手機是如何工作的，從而激發他們學習的動力。同時實施實例化教學方法，就是以實際產品（或者半成品）為主要研究對象，強調從實際出發，采用自上而下或者自下而上的方式對方案進行設計測試，并在過程中對傳統模式下的理論知識進行與時俱進的淬煉，努力使學生學習了一個例子，就掌握一方面實例的設計方法，學會嵌入式系統的設計理念和技術。以實例化教學模式進行教學活動，涉及信息量大、知識點價值高、貼近實際應用，具有較好的應用價值和前景。在學期課程結束進行評價測試時，實例化教學模式下的學生成績和其他評測結果也好于傳統模式下的結果。

（4）編寫基于“做中學”理念的實驗教學大綱、實驗指導書，增加創新性實驗項目，構建科學合理的實踐教學體系。創新性實驗項目的設計，要緊密結合科研、產品與社會應用實踐，引入現代科學技術和教學改革新成果，積極開發綜合性、設計型、研究型等有利于學生創新能力培養的實驗項目，減少驗證性、演示性實驗的比重，要圍繞讓學生自己以市場的需要為導向，從問題的提出，到問題的分析、解決和實施等幾個過程來展開。同時要緊跟時代的熱點需求，以智能家電、iPad、PDA、GPS導航等社會熱點產品為CDIO的工程項目，使得學生進一步了解了嵌入式系統的系統組成、開發過程及應用領域。

（5）網絡教學模式的積極引入。制作課程的相關網站，通過編寫教學課件、制作題庫，為學生提供網絡學習環境。網站已包括教學資源、網上教學、習題解答、疑難解答、最新留言、子程序庫、教學體會、教學交流、學生心得等幾個板塊。通過和學生在課下互動，加深學生對課上知識點的印象和理解，有效地提高了學生的主觀學習能動性。并且通過網站建設也與其他高校及相關行業人士進行專業交流。

（6）積極引導學生參加各種大賽及創新性試驗計劃。組織參加課外科技活動小組的學生參加國內外各種相關的科技性設計大賽，根據學生完成實際項目的情況和大賽獲獎情況，判斷教學改革的成效，對根據結果對教學方案進行調整。

（7）重新建立科學的考評體系。建立以理論考核與實驗考核相結合的模式，以實驗考核為主；在實驗考核中又以綜合設計性實驗的成績為主，通過觀察學生所完成的實驗內容、質量、正確性等，著重考核學生的實驗技能和科學作風，考核學生的設計方法和創新能力以及是否滿足實驗指標要求，期終考試則著重考核學生對原理的掌握。

［1］王碩旺，洪成文.美國麻省理工學院工程教育的經典模式:基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

［2］陳春林，朱張青.基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010，94（1）：30-33.

［3］黃智偉，鄧月明，等.ARM9嵌入式系統設計基礎教程[M].北京航空航天大學出版社，2008：1-4.

［4］張雯雰，高守平，等.應用型本科嵌入式系統課程教學改革與實踐[J].中國教育技術裝備，2010，204（18）：39-40.

［5］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，2007：8-15.

［6］閻守華.CDIO模式下電路與電子技術課程教改的探討[J].成都信息工程學院學報，2009，24（5）：474-477.