嵌入式軟件開發實踐教學改革與探索

王振華　劉慧芳

摘要：嵌入式系統是計算機相關專業的重要課程，嵌入式軟件開發是嵌入式系統應用的一個重要方面，嵌入式軟件開發實踐教學環節是該課程整個教學環節中非常重要的一個部分。論述了嵌入式軟件開發課程的內容選擇，嵌入式軟件開發實踐教學狀況。嵌入式軟件開發實踐教學改革包括：加強硬件實踐教學、利用社會培訓公司優質資源、建立校企聯合實踐基地、項目驅動實踐教學模式的改進等。最后，對嵌入式軟件開發實踐課程成績評價體系的調整進行了討論。

關鍵詞：嵌入式軟件；實踐教學；教學改革；實踐探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0082-02

作為信息技術應用發展的一個新方向，嵌入式系統是單片機系統更高級的應用，硬件資源非富，軟件開發基于嵌入式操作系統基礎之上，系統的功能和性能有了大大的提高。它可以應用于物聯網的前端、車聯網的移動端、移動應用等。嵌入式軟件開發課程是我校計算機科學與技術和軟件工程專業的一門專業課程，其實踐教學是整個教學課程的一個重要環節，是提高學生積極性、主動性和創造性的重要教學過程。通過實驗課程的學習和實踐，學生提高了工程設計能力、系統分析能力、基礎知識綜合性整合能力等。在實際的嵌入式軟件開發實踐教學中，通過近幾年的不斷改革和探索，實踐教學效果有了較大的提高。

一、嵌入式軟件開發課程的現狀

嵌入式系統是控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。嵌入式系統通常執行的是帶有特定要求的預先定義的任務，通常，這一任務是通過執行嵌入式軟件來實現的。廣義的嵌入式系統一般分為兩種，一種是嵌入到其他設備或者機器中的模塊，進行設備的控制，比如冰箱、空調等里面控制模塊；另一種是獨立的設備系統，比如：路由器、機頂盒、手機等。針對前一種嵌入式控制模塊，一般采用的嵌入式操作系統為：uC/OS、uCLinux、Window CE、Linux、VxWorks等。而后一種嵌入式系統采用的操作系統，主要針對手機而言，操作系統平臺：Microsoft公司的window phone、Google公司的Android、Apple公司的iOS以及嵌入式Linux等。進行嵌入式軟件開發時，針對不同的嵌入式開發平臺，需要的軟硬件環境是不同的。尤其是iOS開發環境，需要使用Apple公司的硬件平臺和MACOS操作系統環境。我們調研了周邊的一些高校，各高校設置的嵌入式軟件開發的課程教學內容不盡相同，有的是基于uC/OS操作系統的軟件開發，有的是基于Linux操作系統的軟件開發。軟件平臺主要是指嵌入式操作系統，如VxWork、WinCE、uC/OS、嵌入式Linux等。我們學校選擇的該課程內容是基于Linux操作系統平臺的嵌入軟件開發。

二、嵌入式軟件開發實踐教學情況

嵌入式軟件開發實踐課程對學生的基礎要求較高，學生的動手操作能力要強。一方面，嵌入式軟件開發實踐的基礎要求，不僅要懂得底層系統軟件和軟件性能優化，而且必須懂得一部分硬件的工作原理。另一方面，是因為這一領域較新，技術發展較快，很多軟硬件技術較新或正在出現（如無線通信協議等），掌握這些新技術需要有較強的學習能力。目前，高校的嵌入式實驗室一般都配有專門的嵌入實驗箱或者嵌入式開發模塊，學生按照實驗箱（或者開發板）進行Bootloader移植、操作系統移植、硬件模塊的驅動程序開發、應用程序開發等。這些實驗項目，一般都隨著實驗設備隨機配備，有現成的實驗步驟和源碼。實驗課堂上，學生一般按照實驗指導書的操作進行。這樣，學生在嵌入式系統的軟件開發實踐中，學習的內容和形式對學生積極性的提高沒有多大作用，學生自主創新的機會較少。

三、嵌入式系統實踐教學的改進

針對在嵌入式軟件開發實踐教學中出現的一些問題，我們進行了一系列的實踐教學改革與探索。

1.軟硬件兼顧，加強基于硬件應用的軟件開發實踐教學環節。嵌入式系統的硬件平臺是多種多樣的，還有豐富的外部設備。嵌入式系統軟件是在這些特定的硬件基礎之上運行的，嵌入式軟件的運行依賴于特定的硬件。在實踐教學環節，考慮到在特定的嵌入式硬件平臺之上，完成嵌入式軟件開發的實踐課。最初，我們在嵌入式軟件開發實踐教學的對硬件的實驗安排較少，甚至沒有，學生沒有掌握底層知識，對嵌入式軟件開發訪問硬件資源方面，就無從下手。加強用軟件控制硬件的實踐教學內容。嵌入式軟件開發的軟件實驗，一方面通過軟件去控制硬件，完成特定的功能。利用硬件平臺的核心硬件電路和外設，通過豐富的傳感器獲取一系列的參數，通過網絡和控制系統，控制一些機械設備。比如，利用無線技術進行工業控制、環境監測、機器人控制等。這樣便提高了學生的興趣性、積極性和創造性。

2.開放實踐教學模式，與社會培訓公司聯合培養學生。充分利用社會培訓機構資源，聯合培養優質學生。嵌入式系統軟件開發技術特點，是技術新穎、發展快、應用廣泛等，高校教師需要有學習過程和項目實踐過程。然而，許多培新公司有專門的技術教師專門從事這方面的教學培訓工作。目前，有關嵌入式軟件開發培訓的公司很多，他們的教學體系、實驗內容、項目實踐等很有特色，他們一直關注著該方向的前沿技術，這些都是值得我們學習的。我校和北京博創興業科技有限公司合作，利用他們優質的培訓教師和實踐的開發經驗，參與學校的實踐教學，是我們嵌入式軟件開發實踐教學改革的一個重要方向。

3.按照社會需求培養學生，與企業聯合創建實踐教學基地。讓學生參與到科研和技術公司中，讓他們接觸到最近的理念和開發技術。創建校企合作的實踐教學體系，就是以培養學生的全面素質和實際項目能力為重點，利用學校與企業兩種不同的教育環境和教育資源，采用學校教育與企業實訓、實習的有機結合，共同完成高技術人才培養任務。在培養方案中體現校企合作實踐教學體系，與企業科研部門共同制定人才培養方案。這樣，學生能夠準確及時地根據市場變化和企業的需求，結合行業與社會經濟的發展，遵循教育規律，共同制定人才培養方案。在培養方案中，實踐教學過程處于突出位置，具有很強的崗位針對性和主動適應性，既能豐富學生的項目經歷，又能夠大大縮短學生就業后項目研究的適應期。

4.科研競賽項目帶動實踐教學。嵌入式軟件開發，作為軟件開發的一種，按照軟件工程的要求進行實踐教學安排，起到良好的教學效果。依據實驗教學課程與創新平臺的資金支持，深入企業進行項目調研，獲取企業在人才和技術上的各項需求。實驗室專業教師提出科研和實踐教學的需求方向和研究題目，嵌入式軟件開發的學生根據自身的興趣結合所學習的知識和技術，選擇項目驅動式實踐課程。項目來自老師的科研課題或企業技術研發。社會上，有關嵌入式系統開發的競賽也比較多，我們有選擇地讓學生參與嵌入式軟件開發的競賽。學生參與競賽，一方面給學生提供了學習新技術的機會，另一方面，學生積累項目了經驗，提高了協同工作能力，這些活動的參與，屬于嵌入式軟件開發實踐課程的一部分。這樣，豐富了學生實踐課程的形式，也提高了學生的學習興趣。

5.實踐成績評價體系的改革。嵌入式軟件開發實踐課程是具有操作性很強的教學環節。如何給學生一個合理的評價方法，一直是我們的改革內容，包括學習態度、實施和創作能力、文檔編制能力、組織協調能力以及團隊協作能力等。項目考核一般以項目答辯的形式進行，同時采用實踐考核和提交作品以及論文的形式，由指導老師評分。一方面，強調實踐過程的評價。嵌入式系統軟件開發的實驗功能和性能的實現非常重要，考慮到整個實驗過程的復雜性，我們更強調學生的實驗過程和實驗態度，實驗過程環節成績所占比重，由原來的30%提高到50%。另一方面，加強實驗報告的撰寫。撰寫實驗報告是大學生的一項重要的技能和素質，在實驗完成后，必須在規定時間內完成自己的實驗報告。嵌入式系統軟件開發的實驗報告內容主要包括：實驗目的、硬件平臺（具體外設）、軟件平臺（運行平臺、開發平臺及開發環境等）、實驗過程、軟件流程圖及源碼、實驗過程遇到的主要問題及解決方案等。在學生成績評價過程中，實驗報告部分是評價體系的一個重要指標。

四、嵌入式軟件開發實踐教學改革的初見成效

通過嵌入式軟件開發實踐教學環節，學生進一步地鞏固和加深了在課堂上學得的知識，鍛煉了實踐操作技能，增強了實際動手能力。通過近期的實踐教學改革，通過我們對學生的調研，學生對實踐教學評價越來越高，學生對該課程的興趣也更大了，學生的積極性和主動性有了較大的提高，學生的實際動手操作能力有了較大的提高，選課的學生也越來越多。通過對近幾年畢業學生的就業情況進行調研，從事嵌入式系統軟件開發的學生就業情況非常好，學生發展的機會也比較多。

五、結語

由于嵌入式設備的硬件和軟件的快速發展，嵌入式軟件操作系統的發展也比較快，這對這門課程的實踐教學改革也在不斷的推進，其教學方式和教學內容也必須與時俱進。在實踐教學中，更好地完成教學任務和如何激發學生的學習的主動性、積極性與創造性，是我們實踐教學改革的核心與主題。

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