面向社會需求的嵌入式教學改革與實踐

陳衛麗+黃金雪

摘 要： 當前社會已進入萬物互聯機器智能的時代，嵌入式系統在各領域的應用越來越廣泛，社會對嵌入式人才需求不斷擴大，而嵌入式專業的高校畢業生卻很少能直接勝任嵌入式崗位的要求。文章在充分調查企業嵌入式崗位人才能力需求的基礎上，在嵌入式課程設置、實驗教學、課程考核等方面進行了教學改革探索。實踐證明，這些改革能有效提高學生的實際工作能力，滿足社會對嵌入式人才的需求。

關鍵詞： 嵌入式控制； 教學改革； 實驗教學； 人才培養

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）06-84-03

The reform and practice of embedded system teaching for social needs

Chen Weili， Huang Jinxue

（School of information technology and Engineering of Guangzhou College of Commerce， Guangdong， Guangzhou 511363， China）

Abstract： At present， the society has entered the era that all things are interconnected with intelligent machines， embedded systems are widely used in various fields， the social demand for talents of embedded system continues to expand， but the professional college graduates are rarely directly qualified for the requirements of the position. Based on the full investigation of the demand for talents of embedded system in enterprises， this paper explores the teaching reform on the embedded system curriculum， experiment teaching， curriculum evaluation and so on. Practice has proved that these reforms can effectively improve the actual work ability of students and meet the needs of the society for talents of embedded system.

Key words： embedded control； teaching reform； experiment teaching； talent training

0 引言

隨著計算機技術和信息技術的發展，萬物互聯時代已經來臨，嵌入式系統廣泛應用在工控設備、智能儀表、汽車電子、 網絡設備、軍事裝備、消費類電子產品等方面，嵌入式技術已成為通信領域和消費類電子產品等領域的共同發展方向。社會對嵌入式人才的需求也不斷提高。

與嵌入式從業人員需求持續高漲相對，當前我國高校在嵌入式課程的設置和人才培養上卻存在一些問題。集中表現是，每年從高校畢業的嵌入式相關專業大學生，真正達到嵌入式從業人員標準的卻只占少數，多數畢業生并不具備直接從事嵌入式開發工作的能力，企業通常需要對這些畢業生進行一段相當長時間的再培訓。在我校這種矛盾較為突出，學生普遍反映，不敢應聘嵌入式崗位，達不到他們的應聘要求。很多想從事嵌入式崗位的學生需要去社會上的嵌入式專業培訓機構培訓后才能應聘嵌入式職位。

為了緩解這些矛盾，培養適應社會需求的嵌入式人才，本文以企業崗位需求為出發點，了解企業需求，制定了嵌入式系列課程，并實施嵌入式課程教學改革，培養企業需求的嵌入式人才。

1 根據企業崗位需求制定嵌入式系列課程

人才培養方案中嵌入式系列相關課程的設置要滿足企業崗位技能的需求。經過對目前企業嵌入式崗位的調研，得到嵌入式相關崗位設置如表1。

通過對崗位需要的知識和技能進行深入的分析，轉換成院校的課程如下。

模擬電路和數字電路；電子電路設計；單片機原理及應用；嵌入式系統基礎；嵌入式系統設計與開發；C/C++程序語言設計；接口電路及PCB設計；JAVA語言程序設計；GUI開發；軟硬件測試技術[1]。

因此，我院把C/C++程序語言設計，模擬電路和數字電路，單片機原理及應用等幾門課程作為專業基礎課，嵌入式系統基礎，嵌入式系統設計與開發，JAVA語言程序設計作為專業必修課，并作為重點實驗課。

2 以實驗驅動法對嵌入式課程教學進行改革

目前嵌入式教學，特別是嵌入式實驗教學存在各種各樣的問題。很多學校不重視實驗教學，把實驗教學看成理論教學輔助課程，多以基礎的演示性和驗證性實驗為主[2]，忽視了學生的創新能力、科學思維能力和綜合分析能力的培養，且不利于實驗課程的創新和開展。課程設置與實驗室資源配置不合理，部分實驗設備長期閑置、利用率低，造成不必要的浪費。實驗教學內容流于形式，造成學生學完課程之后不知道怎么應用，對嵌入式技術還停留在理論階段，這也暴露出我國高校實驗教學中存在的一些問題[3]。

針對嵌入式教學出現的問題，我院在嵌入式教學中進行了各種改革。首先對嵌入式系統基礎和嵌入式系統設計與開發這兩門課的教學進行了改革，加大實驗力度和實驗管理。我院購買了廣州粵嵌科技股份有限公司的GEC210和GEC2440雙核實驗箱用作學生嵌入式實驗教學，試驗箱可以在Windows下用ADS做各種常規外設比如LED、中斷、定時器、蜂鳴器、直流電機和步進電機、LCD和觸摸屏、溫濕度、光照、煙霧傳感器、4x4按鍵及8位數碼管等的驅動實驗；也可以在實驗箱的開發板上安裝Linux操作系統，做這些常規外設及塊設備、網絡設備、攝像頭、GPS及RFID等的Linux下驅動實驗；還可以做Bootloader、內核、文件系統編譯及移植、GUI開發等實驗。

為了鍛煉學生的動手實踐能力，我院把全部嵌入式系列課程都排在實驗室上課，教學方法改革為實驗驅動法，讓學生親手做好每一個實驗，每堂課都能動手操作。這樣就克服了傳統的理論課和實驗課分開進行教學，學生動手機會很少的弊端。

實驗驅動法就是把書上的內容都編為一個個的實驗，并把絕大部分驗證性實驗改為綜合設計性實驗，啟發學生的發散思維及應用所學知識解決實際問題的能力。每堂課先講實驗內容、實驗原理、實驗電路圖、實驗方法和實驗要求，然后讓學生去親自動手做實驗，驗證書本上的理論，并編寫出符合教師要求的實驗結果，實驗成績計入課程考核成績。比如嵌入式系統基礎這門課程，具體教學過程中，我院改編成以下實驗：

實驗一 ADS下LED燈閃爍實驗（主要讓學生掌握I/O控制原理）；

實驗二 外部按鍵中斷控制LED及煙霧傳感器實驗（主要讓學生掌握中斷控制原理）；

實驗三 串口收發實驗；

實驗四 A/D轉換及光照傳感器控制實驗；

實驗五 PWM控制蜂鳴器與中斷綜合實驗；

實驗六 直流電機與步進電機綜合實驗；

實驗七 定時器控制實驗；

實驗八 觸摸屏控制實驗；

實驗九 看門狗電路控制實驗；

實驗十 實時時鐘控制實驗；

實驗十一 I2C總線讀寫及4x4鍵盤和八位數碼管實驗；

實驗十二 數字音頻信號IIS控制實驗；

實驗十三 LCD界面顯示實驗；

實驗十四 溫濕度傳感器控制實驗。

嵌入式系統設計與開發這門課程，Bootloader、內核、文件系統和QT的編譯及移植[4]，Linux下LED、按鍵中斷、定時器、蜂鳴器、直流電機和步進電機、溫濕度、光照、煙霧傳感器，攝像頭、GPS和RFID等的驅動實驗，GUI開發等內容，都編進了實驗之中。經過這幾年改革實踐，學生普遍反應對課程內容掌握得比較好。學生學習的主動性得到較大提高，會去主動看書弄懂原理。得出正確實驗結果的學生覺得很有成就感，就有了學習的動力，教學效果也會比較好。

3 對嵌入式課程的考核進行改革

嵌入式課程的考核，傳統的考核方式往往達不到檢驗學習的效果。嵌入式課程不是要考學生記住了多少理論或概念，而是要考他們用書上學到的理論知識和方法設計完成項目的能力。所以對于嵌入式課程，我院都進行了考試改革。做法是：把期末考試改為大作業的形式，也就是課程設計形式，讓學生發揮自己的想象，綜合應用所學的各種硬件驅動知識和軟件設計知識，設計出一個可以運行的嵌入式作品，對作品進行答辯、評分，評分結果作為期末考試的成績。課程考核的期末成績分為三個部分，分別為：平時考勤成績、課程實驗成績、課程項目大作業成績（以論文和作品形式答辯并提交）[5]，比例為20%：30%：50%。

考核中，對學生提交的項目設計作品，一定要嚴格進行答辯程序，鑒別真偽，杜絕抄襲作品蒙混過關。對于學生的原創作品，即學生親自設計出來的東西，即使有點粗糙，也會給予高分鼓勵，這樣就能激發學生的干勁和創作的激情，學生都會努力去設計自己的作品。對于抄襲的作品一定要“打假”，毫不留情的給予零分/不得分處理，保證學生的學習積極性和創作積極性。

4 鼓勵學生參加各種嵌入式專業競賽及申報大學生科技課題

在嵌入式課程教學的同時，應大力引導學生開展課外創新活動，將課堂上學到的知識應用于實踐，開拓學生的興趣和愛好，鍛煉學生的思考和動手能力。可以彌補課堂教學因場所、時間、形式等造成的局限性，為學生提供更廣闊的創造空間[6]。為了培養具有創新精神、實踐能力強的應用型人才，我院積極鼓勵學生參與各類嵌入式項目和嵌入式設計競賽，指導學生申請廣東省各類大學生創新創業課題。

我院每年組織學生參加“全國大學生電子設計大賽”、“廣東省電子設計大賽”、“廣東省機器人大賽”、“全國大學生‘恩智浦杯智能汽車競賽”等賽事，鍛煉學生的嵌入式知識綜合應用實踐能力和創造能力。每年積極組織教師指導學生申報廣東省大學生創新創業項目和廣東省大學生科技課題，培養學生的科研創新能力。

5 結束語

面向社會需求的嵌入式教學改革與實踐，大力提倡以全課程實驗教學替代傳統的2節理論課2節實驗課的分開教學，并實施以設計嵌入式作品為主的考核方式，鼓勵學生參加嵌入式競賽和申報嵌入式課題，培養了學生的動手實踐能力和創新能力。我院幾年的教學改革實踐證明，培養的學生具備了初步的嵌入式系統開發能力，適應了嵌入式崗位對人才的需求。嵌入式專業學生的就業率有了顯著提高，一些參與過各類大賽及完成了省級課題的學生甚至成為企業的搶手人才。但是如何提高競賽及申報課題的學生參與度及普及率，也是我院一直在努力解決的問題。

參考文獻（References）：

[1] 劉建圻.高職院校嵌入式教學改革探討[J].教育教學論壇，

2010.19：19-20

[2] 朱天元.淺談嵌入式實驗教學改革[J].硅谷，2009.24：160

[3] 俞侃.基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學改革的研究與

實踐[J].電腦知識與技術，2016.12：101-102

[4] 樓旭陽.嵌入式系統原理及應用教學中學生實踐能力培養問

題的探索與實踐[J].高教學刊，2015.5：73-74

[5] 冼進，賈德良，畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J].實

驗室研究與探索，2011.30（8）：282-285.

[6] 王維博，王海濱，葉凱.電子信息工程專業嵌入式系統教學的

改革探討[J].中國電力教育，2010.10：58-59