基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式的嵌入式系統(tǒng)課程改革

林榮霞 盧清秀 吳挺

摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展對嵌入式人才有了更高的要求，為了培養(yǎng)適合社會需求的嵌入式綜合人才，筆者對本校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行深入研究，提出基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式的改革方案，與粵嵌合作教學(xué)，結(jié)合計算機(jī)專業(yè)學(xué)生特點，從課程體系、理論教學(xué)以及實驗教學(xué)等方面進(jìn)行了一系列教學(xué)研究及改革。實踐證明該教學(xué)改革能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，增強(qiáng)學(xué)生理論和實踐相結(jié)合的能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人;改革方案

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0139-02

1概述

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌人式系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)無疑是當(dāng)前最熱門，最具前途的技術(shù)。

隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”重大改革項目的推出以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，對嵌入式人才有了更高的要求。現(xiàn)在的行業(yè)內(nèi)需要的是具有扎實的嵌入式專業(yè)理論基礎(chǔ)、實踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊合作能力的嵌入式綜合人才。為了培養(yǎng)適合社會需求的嵌人式綜合人才，筆者對本校的嵌人式系統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行了深人的研究，并發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的幾大問題：

1）沒有形成嵌入式系統(tǒng)課程體系。嵌入式系統(tǒng)課程是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生第六學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)選修課，課程共48課時。課程設(shè)置不合理，實驗課時少，課程設(shè)置與前期先修課程聯(lián)系不密切，學(xué)生軟硬件基礎(chǔ)沒打好，學(xué)習(xí)進(jìn)度跟不上，后期沒有相對應(yīng)的實踐體系對所學(xué)知識進(jìn)行鞏固和提升，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想。

2）教學(xué)內(nèi)容與社會需求脫節(jié)。課程理論內(nèi)容包括嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式處理器結(jié)構(gòu)（ARM架構(gòu)為主）、異常處理、存儲處理、系統(tǒng)控制過程、流水線作業(yè)及各種I/O接口、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用方法、嵌入式操作系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以及在嵌入式0S支持下的開發(fā)應(yīng)用方法;實驗平臺則采用ARM9的芯片，開發(fā)環(huán)境為ADS1.2，由于實驗課時的限制，實驗方式為實驗演示，包括裸機(jī)下的LED燈、蜂鳴器、PWM實驗、串口實驗等基礎(chǔ)實驗。教學(xué)內(nèi)容偏理論，與社會實際需求脫節(jié)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。

3）人才培養(yǎng)方式。學(xué)院對嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的方式，采用傳統(tǒng)的教師課堂教授為主，分理論課及實驗課。理論課程以基礎(chǔ)硬件知識為主線，學(xué)生容易感到枯燥，而且在校內(nèi)的課堂上很難感受到企業(yè)的氛圍。實驗課程主要通過實驗箱進(jìn)行演示或操作，學(xué)生實驗只能進(jìn)行驗證性實驗，無法培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、開發(fā)及創(chuàng)新能力。

2課程改革

通過對本校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)生的學(xué)習(xí)水平分析，本校深入探索嵌入式系統(tǒng)課程改革，提出產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式，并與粵嵌合作教學(xué)，從課程體系、理論教學(xué)及實驗教學(xué)方面進(jìn)行一系列教學(xué)研究及改革。

2.1產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人是指大學(xué)、企業(yè)單位和科研機(jī)構(gòu)充分利用教學(xué)情景、生產(chǎn)環(huán)境和科研資源等不同優(yōu)勢，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新主體之間的深度合作，通過資源共享、優(yōu)勢互補(bǔ)，共同研發(fā)共享成果，形成集生產(chǎn)開發(fā)、人才培養(yǎng)、科學(xué)研究于一體的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)，是實現(xiàn)新工科教育目標(biāo)的重要途徑嘲。產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式是把傳統(tǒng)的校內(nèi)教師課堂講授理論知識的間接性教育與在公司實際實踐過程中的直接教育相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的解決實際問題能力以及工程項目實踐能力，從根本上縮小甚至解決學(xué)校與社會對人才培養(yǎng)與需求脫節(jié)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、適應(yīng)工作、樂于鉆研創(chuàng)新等方面的能力，這是解決學(xué)生與社會需求脫節(jié)的最好方法。

2.2產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式實施方法

學(xué)院以廣州粵嵌通信科技股份有限公司（簡稱粵嵌）為依托，采用聘請企業(yè)工程師到學(xué)校授課、安排專業(yè)教師到企業(yè)培訓(xùn)、安排學(xué)生到企業(yè)實習(xí)等三種方式來實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的目標(biāo)。在理論課的后期及實驗課部分，聘請粵嵌的優(yōu)秀人才給學(xué)生上課，讓學(xué)生接受來自企業(yè)的新的技術(shù)和不同的學(xué)習(xí)方法，實驗采用驗證性實驗一開發(fā)性實驗的從易到難的學(xué)習(xí)過程，有利于提高學(xué)生的實踐能力。在學(xué)生的專業(yè)實踐課教學(xué)部分，讓學(xué)生跟粵嵌的工程師一起實踐研究，讓學(xué)生切身體會公司的文化氛圍，增長崗位技能，加深對嵌入式技術(shù)的行業(yè)認(rèn)識，讓學(xué)生體驗分析、設(shè)計、實踐、開發(fā)的整個項目開發(fā)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，為學(xué)生在后期的學(xué)習(xí)中明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和方向。

在寒暑假，學(xué)院組織專業(yè)教師到企業(yè)參加培訓(xùn)，教師與企業(yè)人員聯(lián)合進(jìn)行項目開發(fā)，在學(xué)習(xí)中了解企業(yè)對人才的真實需求，為以后的課程教學(xué)提供更好的思路。粵嵌與學(xué)院共同建立“眾創(chuàng)空間”實驗室，給學(xué)生提供更好的實踐及自主創(chuàng)業(yè)的平臺。

2.3課程體系改革

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的嵌入式專業(yè)基礎(chǔ)知識及實踐部分較薄弱，適時地修改嵌入式系統(tǒng)的課程體系。新的課程體系包括軟件基礎(chǔ)課、硬件基礎(chǔ)課程、嵌入式系統(tǒng)和專業(yè)選修實踐課程。軟件基礎(chǔ)課注重對學(xué)生程序設(shè)計能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生掌握軟件設(shè)計思想，掌握程序的基本設(shè)計方法，為后面的專業(yè)課打下堅實的基礎(chǔ)。硬件基礎(chǔ)課程讓學(xué)生掌握硬件基礎(chǔ)、接口技術(shù)及硬件編程技術(shù)，而選修專業(yè)實踐課程則能較好地提高學(xué)生的實踐及開發(fā)項目的能力。在培養(yǎng)計劃中，軟件基礎(chǔ)課程開設(shè)c語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)、Linux操作系統(tǒng)等課程;硬件基礎(chǔ)課開設(shè)數(shù)字邏輯電路、微機(jī)原理與接口、計算機(jī)組成與應(yīng)用、硬件編程語言（輔修）等課程。軟件基礎(chǔ)及硬件基礎(chǔ)課程分別在大學(xué)一年級及二年級開設(shè)，作為嵌入式系統(tǒng)課程的先修課程，在嵌入式課程的前期要對這些先修課程與嵌入式技術(shù)相關(guān)的知識內(nèi)容進(jìn)行必要回顧及講述。選修專業(yè)實踐課程是嵌入式系統(tǒng)的后續(xù)課程，包括外出培訓(xùn)、比賽、科研項目以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等，目的是進(jìn)一步提高學(xué)生的實踐及開發(fā)項目的能力。

為了解決學(xué)生實踐能力薄弱的問題，在新的教學(xué)方案中增加嵌入式課程的實驗課時，理論課時為48學(xué)時，實驗課程為24學(xué)時。

2.4理論教學(xué)改革

為了切合社會需求，在教學(xué)中采用基于Cortex-A53內(nèi)核的GEC-6818開發(fā)板作為教學(xué)平臺。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的課程需要以及開發(fā)平臺的特點，對嵌入課程理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修改，以下為理論教學(xué)的主要內(nèi)容：

第1部分嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論。包括嵌入式系統(tǒng)的概念、嵌入式處理器以及與嵌入式技術(shù)相關(guān)的軟件、硬件知識回顧。

第2部分ARM處理器體系結(jié)構(gòu)。包括Cortex-A8的處理器架構(gòu)及異常處理、開發(fā)工具簡介。

第3部分ARM指令集。包括指令系統(tǒng)，其中穿插開發(fā)工具的使用、基本指令及混合編程的應(yīng)用練習(xí)。

第4部分微處理器與接口。包括Cortex-A8處理器的UART、GPIO、異步通信等接口設(shè)計，穿插演示LED燈，UART、MD轉(zhuǎn)換實驗。

第5部分嵌人式Linux。包括嵌入式Linux的特點及文件系統(tǒng)、Linux的使用及嵌入式Linux系統(tǒng)移植及調(diào)試。

第6部分實例應(yīng)用。包括設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計、Qt圖形界面應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)、SQLite數(shù)據(jù)庫、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計案例。

2.5實驗教學(xué)改革

基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人機(jī)制下的嵌入式系統(tǒng)實驗改變了以往只注重驗證性實驗的方法，強(qiáng)化實驗過程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從“驗證性實驗”轉(zhuǎn)為“驗證性實驗與開發(fā)研究性實驗”相并重的教學(xué)方式。為了學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)效果，設(shè)置了從易到難、從簡單到復(fù)雜的漸進(jìn)式的實驗?zāi)Ｊ健Ｔ趯嶒灲虒W(xué)中，根據(jù)學(xué)生的接受能力安排合理實驗內(nèi)容。基礎(chǔ)實驗要求學(xué)生務(wù)必掌握，基礎(chǔ)實驗也可作為其他實驗的參考。如Linux下的綜合實驗中的LED流水燈實驗就可以結(jié)合裸機(jī)基礎(chǔ)實驗中的LED流水燈實驗以及Linux的基礎(chǔ)實驗來完成，有層次地深入學(xué)習(xí)嵌人式系統(tǒng)知識。

具體的實驗內(nèi)容及要求如下：

1）基礎(chǔ)實驗。包括開發(fā)環(huán)境的熟悉，基本指令系統(tǒng)，匯編練習(xí)。

2）裸機(jī)基礎(chǔ)實驗。包括LED流水燈實驗、蜂鳴器實驗、LED按鍵實驗。要求學(xué)生獨(dú)立完成，并完成相關(guān)的實驗報告。

3）Linux操作系統(tǒng)下的基礎(chǔ)實驗。包括Linux操作系統(tǒng)的搭建、簡單的操作系統(tǒng)的開發(fā)練習(xí)以及Linux GUI的安裝應(yīng)用。

4）Linux下的綜合實驗。包括Linux下的GPIO、UART、LCD等實驗。學(xué)生以3-5人為小組，根據(jù)老師的要求進(jìn)行實驗并修改程序，完成實驗報告。

5）嵌入式綜合實驗。主要包括模擬電子琴設(shè)計、無線音頻傳輸設(shè)計、智能家居監(jiān)控系統(tǒng)等，要求學(xué)生根據(jù)企業(yè)老師給出的項目題目及基本要求，以小組形式進(jìn)行分析、設(shè)計，在企業(yè)老師的輔導(dǎo)下對項目進(jìn)行開發(fā)、調(diào)試、移植，最后根據(jù)所做的項目完成項目文檔及答辯，并以此作為實驗考核的重要標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)束語

為了培養(yǎng)適合社會需求的嵌入式綜合人才，基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的合作教學(xué)模式，校企聯(lián)合對嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行了深入的改革。改革一年多來，學(xué)生在嵌入式學(xué)術(shù)競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目上取得了較好的成績，部分同學(xué)依托“眾創(chuàng)空間”實現(xiàn)了自主創(chuàng)業(yè)。實踐證明該項改革能激發(fā)學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)課程的興趣，調(diào)動學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生們分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實際問題的能力以及團(tuán)隊合作能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。