電氣信息類“嵌入式控制系統”課程改革與探索

黨曉圓 馬冬梅 周立勇 黨丹鳳

摘要：嵌入式控制系統是一門綜合性強、技術發展十分迅速的前沿性、交叉性學科，其理論性和實踐性都很強。以培養符合社會需求的工程應用型人才為目的，通過對目前在電氣信息類專業中引入和強化“嵌入式控制系統”課程的必要性進行分析，結合學生的認知規律和學習特點，闡述了“嵌入式控制系統”課程的改革目標，并從理論教學內容、實驗實踐教學、教學方法及教材建設等四個方面提出了具體的改革措施和建議。

關鍵詞：嵌入式控制系統；課程改革；工程應用型

作者簡介：黨曉圓（1983-），女，甘肅張掖人，重慶郵電大學移通學院自動化系，講師；馬冬梅（1984-），女，四川遂寧人，重慶郵電大學移通學院實訓中心，講師。（重慶 401520）

基金項目：本文系重慶郵電大學移通學院校級教改項目（項目編號：20100206）、獨立學院自動化專業應用型人才培養模式研究的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0055-02

隨著科學技術的發展，嵌入式系統以其小型、專用、易攜帶、可靠性高等特點，已經在工業控制領域得到了廣泛的應用，如工業過程控制、電力系統、電網設備監測、智能儀器儀表、機器人控制、數控系統等領域都需要大量技能型和工程應用型的嵌入式人才。除此之外，工業控制系統集成技術日趨完善，工程人員使用組態軟件的水平不斷提高，用戶對組態軟件的要求已不再像過去那樣主要側重畫面。而是要考慮一些實質性的應用功能，如軟PLC、過程控制策略、遠程聯網、冗余等。因此，在電氣信息類專業引入和強化“嵌入式控制系統”課程，使學生掌握嵌入式控制系統的設計方法是十分必要的。

一、課程改革目標

近年來，在知識化和信息化的形勢下，根據行業需求，以行業為導向，培養具有一定的理論基礎，工程意識強，應用能力、實踐能力、技術能力強，收集、消化、提升信息能力高，具有良好的綜合能力、動手能力和解決問題能力為主要特征的新型本科工程應用型人才，是經濟發展的要求。在高校就業壓力和人才結構性矛盾的雙重壓力下，如何增強畢業生市場價值是目前比較重要的課題。“嵌入式控制系統”作為一門“軟硬兼施”的綜合性課程，涉及計算機、電子及自動控制等多門專業基礎類課程內容并具有較強的應用針對性，不僅要具有較好的計算機軟硬件基礎知識，還要具有其他門類專業的常規知識，如通信技術、傳感器技術等，是一門入門門檻較高的課程。而獨立學院學生學科基礎相對薄弱，所以必須設計適合獨立學院學生發展的理論課程教學體系和實驗實踐教學體系，重新編寫以培養學生工程應用能力為導向的教材，合理調整理論課課時，增加綜合實驗課課時和實踐課時，增強學生的學習興趣和動手能力，從而提高獨立學院畢業生的就業率。

二、課程改革內容

近些年來，國內學者出版了不少關于嵌入式系統的教材，但是嵌入式系統主流產品的多樣性決定了嵌入式教學內容的多選擇性，各教材講授的處理器和操作系統不盡相同。并且目前國內除了河北工業大學孫鶴旭教授主編的《嵌入式控制系統》這本教材是面向電氣信息類專業的學生，其他的教材大多都適用于計算機類專業的學生。

本文針對理論教學內容、實驗實踐教學、教學方法及教材建設等四個方面提出一些具體的改革措施和建議。

1.教學內容改革

目前，工業控制領域主要采用ARM微處理器和嵌入式Linux操作系統。結合現有教材的內容，根據課程目標的要求，有所側重地選擇教學內容。注重外圍接口設計，以軟件開發為主，包括應用軟件和驅動程序開發，并選擇主流、有發展前景的ARM微處理器、嵌入式Linux和嵌入式MCGS組態軟件作為主要授課內容。以智能家居系統為例，提煉適用于電氣信息類工程應用型人才的課程內容，簡要講述嵌入式系統的開發過程，詳細講解系統總體設計中嵌入式處理器選型和嵌入式操作系統選擇的原則。重點討論嵌入式硬件系統的設計，結合Protel軟件講述原理圖設計和PCB設計的過程，并演示部分模塊的原理圖設計。結合嵌入式MCGS組態軟件講述開發控制系統界面的方法和過程，闡述嵌入式軟件系統的設計方法，為該系統選擇合適的設計方法，引導學生實現系統中的某一功能，介紹嵌入式系統的測試項目和方法，使學生熟練掌握常用微處理器、存儲器和外設接口的設計方法，熟悉典型嵌入式操作系統、底層內核移植、編譯下載調試過程、驅動程序和應用程序開發，對嵌入式系統的開發有一個全景掌握，并對嵌入式系統的硬軟件系統構成和硬軟件協同開發有初步的認識。

2.實驗實踐教學改革

工程應用型本科人才的培養要著重體現以一線生產和活動的實際需要構建的知識、能力和素質結構，注重管理能力、設計能力和操作能力的培養。在第六學期，利用現有教學資源，開設了PROTEL和MCGS集中上機課，為“嵌入式控制系統”課程實驗和課程設計做好鋪墊。

再者，嵌入式控制系統實踐性很強，對于本科學生來說，具有一定的難度。所以，在實驗實踐教學方面，多開展專業綜合設計性實驗，且針對“嵌入式控制系統”課程綜合性強的特點，秉著嵌入式控制系統教學的實驗不應重復單片機實驗的內容，應具有綜合性和創新性，適當加入操作系統內容，采取自頂向下的教學模式，讓學生從硬件到軟件完全自己做，不僅要進行軟件的設計，而且還要進行硬件電路的設計和制作，以及軟硬件系統的聯合調試，使學生建立相關課程之間知識的有機聯系，讓學生熟悉需求分析、方案設計、原理圖和PCB繪制、元器件采購、電路板焊接和調試、嵌入式軟件開發等各個環節，使他們的工程實踐能力得到真正提高。除此之外，利用24學時的課程設計，針對不同的專業，采用8人為一小組的形式，給定不同的題目，讓學生自己動手設計，從芯片選型、操作系統選型、硬軟件設計、系統啟動、底層編程、操作系統應用編程、圖形界面等方面進行設計，并在實驗設備上完成一個實際的控制系統，從而提高學生的學習興趣。

3.教學方法改革

采用形式多樣的課程教學方式，根據“嵌入式控制系統”課程的特點，認真對課程內容進行了設計安排，配合課程實驗、課程設計形成靈活多樣的教學方式。在課堂講授中，采用自上而下的教學方法，選擇簡單、基礎、易于理解的內容及實際應用中最常用到的內容進行講解，重點講述處理器和外設的編程結構；變灌輸式學習為引導式、啟發式和互動式學習，讓學生自發地學習各種系統、模塊、外設、協議和庫函數的“邊界”，搭建簡單系統；充分利用多媒體手段的優勢，將抽象的概念具體形象地表現出來；對教學中的重點和難點問題，采用集體討論、觀摩教學等形式。建立資源庫，尤其是師生互動的教學資源，建立答疑庫，逐漸積累豐富。

4.教材建設

確定了適合電氣信息類專業的教學內容之后，根據教學內容，結合現有教材和實際情況，積極展開自編教材和實驗指導書的相關工作，適當加入工程實例設計與實驗教學內容，將嵌入式系統和控制系統有機結合起來，建立適用的、成系統的教材體系。

三、結論

“嵌入式控制系統”已成為一門順應現代化教學改革發展趨勢的課程，目前，該課程的教學改革還處在起步階段，存在許多的不足，在今后的教學中將會在課程體系、實驗體系和教材體系等方面做進一步的研究與探索，努力實現理論與實踐并重的教學體系，為所培養的學生在嵌入式控制系統應用與開發方面打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]鄧力.高職院校開設嵌入式系統課程的研究[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2009，15（4）.

[2]張騰飛，顧亦然，王瑾.電氣類專業嵌入式實踐教學內容與方法的改革探索[J].中國電力教育，2009，（14）.

[3]張菁.嵌入式系統實踐方法研究[J].中國科技縱橫，2010，（24）.

[4]蓋玉蓮.嵌入式課程教學改革的探索與實踐[J].價值工程，2011，

30（4）.

[5]鄧力.高職院校嵌入式系統課程的改革探索[J].教育與職業，

2011，（29）.

（責任編輯：王意琴）