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1、概述
1.1 嵌入式系统定义
我国对嵌入式系统的定义是，以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，在实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等要求严格的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统和应用程序4个部分组成，具有对其他设备进行监视、控制或管理等功能。
1.2 嵌入式技术人才需求
近年来，随着计算机及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗和电子等领域发挥着越来越重要的作用，并伴随着巨大的产业需求。据权威部门统计，目前我国嵌入式人才缺口每年为20万人左右，随着“三网融合”不断提速，3G网络全面铺开，这一数字还将成倍增长。
2012年，素有国内嵌入式及移动开发培训风向标之称的华清远见教育集团，在广泛采集数据、深入调研的基础上推出《2010-2011年中国嵌入式开发从业人员调查报告》（以下简称《报告》）。《报告》显示，目前从事嵌入式开发“不到1年”和“1-2年”的工程师所占比例分别为35%和20%，占总参与调查人数一半以上（55%）；78%左右参与调查的工程师表示，自己公司目前急缺此领域开发方面的专业技术人才。可以看出，在整个行业发展过程中，嵌入式人才仍然供不应求。
1.3 高校嵌入式教育现状
目前，国内大部分普通高校把嵌入式专业课程当作选修课，没有把它设为专业或方向；而一些重点高校的嵌入式教学主要是在研究生层次和科研实验室中。因此，国内高校的嵌入式教育还没有形成一套比较科学、系统的课程体系，在人才培养目标和教学水平方面普遍存在着如下问题。
1）嵌入式人才培养目标与实际需求脱节。
当前高校嵌入式技术人才培养跟不上行业技术发展潮流，与实际工程应用需求脱节，导致在国内嵌入式人才市场上，大学毕业生就业困难，而用人单位招聘不到符合标准的开发人员。究其原因，主要有以下几个方面：一是高校开设的相关课程教学内容与培养目标不完全一致，缺乏系统性与结构化，教材知识难以迁移到实践中；二是相关课程教学内容重视知识介绍，轻视能力培养，不能满足新技术变革的需要；三是相关课程和教学内容设置随意，因人施教现象严重；四是教学方法与配套资源缺失，没有与实际工程应用需求配套的实验教学设施以及相关实践性课程，嵌入式人员创新意识薄弱，实践能力不强。
2）师资严重不足。
嵌入式技术学科是研究如何在一个特定的硬件环境上开发与构建特定的可编程软件系统，应用性强。在教学方面，除了要重视理论教学外，更要注重实践教学，而且在实践教学中一般要求以项目为导向；在师资队伍方面，要求教师软硬件知识兼通，且需要具有很深的专业背景和工程项目经验，这样才有可能以项目为导向，让项目贯穿整个教学过程，引导学生充分发挥主体作用，达到“做中学”的目的。目前，大部分普通高校在嵌入式系统方面师资有限，特别是软硬件知识兼通的师资严重不足，具有企业工作经历的专业教师更是缺乏，教师队伍的封闭性决定了“双师型”教师比例不高。因为，不少硕士或博士毕业后直接踏上教学岗位，很少有机会进行工程实践，并且熟悉软件的对硬件了解不够，或熟悉硬件的不一定熟悉软件。
2、嵌入式课程体系的建立
2.1 计算机专业嵌入式人才培养目标
嵌入式系统知识学科融合性强，不同专业的学生各有其局限性。自动化、测控和电子类专业学生电子设计基础较好，程序设计偏弱，偏硬件；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱，偏软件。考虑到高校传统的计算机专业特点，应该重点培养嵌入式应用开发人才。
《报告》调查企业对嵌入式软硬件人员的工作安排，如图1所示。
《报告》认为，在大部分从事嵌入式产品研发的企业中，基本都是软硬件人员分工合作完成产品开发（接近60%）。在排名前3位的企业人才需求中，软件开发人才的需求高于硬件开发人才，这一点与2009-2010年度的调查数据相比基本没有太大变化。
从各大招聘网站的搜索数据中也可以看出，目前嵌入式软件开发人才的需求量远远大于硬件开发人才。嵌入式系统项目研发80%以上的工作量是在软件部分，软件是嵌入式系统最核心的部分，也是体现嵌入式系统优势最关键的部分，企业对嵌入式软件开发人才的需求必将持续上涨。
因此，综合考虑嵌入式系统设计与应用对不同层面的人才需求特点和高校传统计算机专业的特点，嵌入式课程体系的培养目标是：在嵌入式系统与应用的4个层面中，培养除硬件设计以外的嵌入式应用开发、嵌入式操作系统开发和嵌入式驱动开发3个层面有一定基础的人才，重点培养嵌入式应用开发人才。
2.2 嵌入式课程体系建设依据
近年来，企业在嵌入式系统开发中对软件平台、硬件平台和软件开发语言的选择情况，依据上述《报告》公布的结果如图2-4所示。
图2反映了嵌入式开发硬件平台的发展趋势。在嵌入式开发领域，ARM处理器毫无疑问占据了嵌入式处理器90%以上的市场份额，ARM9系列仍是ARM市场占有率最高的处理器（45%）。为了嵌入式软件开发服务，我们选择ARM处理器作为嵌入式硬件实验平台，开设基于ARM9处理器的相关课程，培养在ARM9处理器硬件平台上进行嵌入式应用程序开发的能力。
图3可以看出，在软件开发平台的选择上，嵌入式Linux占据了明显的优势（48%），Linux以其开源成本低的优势受到众多嵌入式企业的欢迎。排名二、三的是Windows.CE和Android，所占比例分别是17%和9%。作为智能手机的主流嵌入式操作系统Android，渐渐成为各大手机厂商新的选择。基于3G移动平台（特别是Android平台）的研发需求将快步增长。因此，在嵌入式操作系统开发和嵌入式驱动开发的层面来看，我们以开设嵌入式Linux操作系统、WinCE操作系统、嵌入式Android操作系统等课程为主。从嵌入式应用程序开发层面来看，我们应着重培养在Linux、WinCE、Android等系统平台上进行嵌入式应用程序开发的能力。
图4显示在软件开发语言的使用上，C语言作为嵌入式开发最经常使用的语言主导地位是毋庸置疑的，所占比例高达67%；C++所占比例为15%，位居第2；Java所占比例为8%，位居第3。从这组数据也可以看出，传统的嵌入式开发主要基于c语言，不管在工业控制领域、通信领域，还是消费电子领域，C语言均是首选。随着3G技术的推动，在2009年，移动互联网发展迅速，C++、Java等高级语言也得到广泛应用。因此，从嵌入式应用程序开发层面来看，我们应着重培养C语言、c++和Java等高级语言的应用能力。
2.8 嵌入式方向课程体系模型构建
通过对目前主流技术及其发展趋势和市场需求分析看，为与市场紧密衔接，达到培养合格嵌入式人才的目标，按照计算机专业嵌入式方向学生大学4年所需能力，我们需建立“2+1+1”三段式4年制的人才培养课程体系模式，即前2学年重基础，第3学年精方向，第4学年重实践，坚持工程能力和素质培养4年不断线的原则，将工程项目教学法贯穿整个教学环节，提高学生的学习兴趣，增强学生的工程意识和工程实践能力。课程体系模型划分为程序设计能力培养（第1学年）、专业基础能力培养（第2学年）、嵌入式方向能力培养（第3学年）和工程实践能力培养（第4学年）4个阶段，如表1所示。每个阶段均设计相应的教学内容以达到能力培养目的。
3、嵌入式课程体系的实施
3.1 师资培养
由于嵌入式系统所需知识具有学科融合性强、软硬结合和应用广泛的特点，要培养出符合企业需求的嵌入式人才，除了要有与最新行业技术配套的实验设备外，还应当具备一支教学经验丰富、软硬件知识兼通且具有一定的专业背景和工程项目经验的师资队伍。因此，加强嵌入式课程教师队伍建设，应当考虑：一是与企业合作，邀请企业中具有嵌入式系统开发经验的工程师来校助教，担任部分授课、课程设计和学生毕业论文的指导工作；二是从企业直接引入具有嵌入式系统开发经验的工程师；三是学校要为年轻教师提供更多培训与学习交流机会，选派骨干教师定期到专业的嵌入式开发企业进行培训，或到基层挂职锻炼，积累工程实践方面的经验，掌握最前沿的技术；四是与嵌入式开发企业合作开发嵌入式项目，进一步将理论与实际需求相结合。
3.2 实验平台建设
根据计算机专业嵌入式方向课程的设置和培养目标，选择ARM处理器作为嵌入式硬件实验平台，原因如下：①ARM处理器功能强大，应用灵活，是嵌入式技术发展的主流，被广泛应用于智能家电、手机、汽车电子、机顶盒等方面。目前ARM市场占有率居第一位，在技术上可以得到厂商较好的支持。②ARM处理器与市场需求联系紧密，以删芯片为核心的实验设备很多，基于ARM构架的处理器涉及从微控制器（MCU）、微处理器（MPU）到多核的数字信号处理器（DSP），在价格和应用需求上可以满足学校的选择要求。③ARM处理器支持的功能模块多，可扩展性好，能够提供尽可能多的硬件资源，这样可以满足学生完成大多数嵌入式系统基础知识的实验，也可以进行综合设计、创新课题和毕业设计的课题。
3.3 教学模式改革
鉴于嵌入式技术涉及的知识面广、应用性强和新技术推出周期短的特点，嵌入式教学除了要重视理论教学外，更要注重实践环节，包括实验内容的安排和实验教学方法的采用。
在实验教学内容上，教师应以市场需求为导向，根据市场主流技术不断更新或设计新的实验内容，有层次、由浅入深地安排实验内容。首先安排基本技能训练实验，为后续实验和设计打下基础；其次安排设计性的内容和项目，锻炼学生独立思考、独立解决问题的能力；第三，随着专业知识内容的深入，实验内容应该以综合性、系统性为主，目的是锻炼学生综合运用知识的能力以及团队协作精神。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01
Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System
Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou
(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)
Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.
Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;
Curriculum system
一、引言
嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。
嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。
目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。
二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标
按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。
毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。
三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路
嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。
（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合
嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。
（二）与嵌入式系统自身特点相结合
嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。
（三）与市场、企业需求相结合
高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。
四、嵌入式方向课程体系基本内容
要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。
（一）理论课程体系
计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。
在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。
（二）实践课程体系
嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。
五、结束语
在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。
参考文献：
[1]马义德,汤书森,张北斗等.嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养[J].高等理科教育,2004(8):23-25
[2]徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发,2009(28):145-146
[3]徐敏,林瑞金,关健生.嵌入式系统教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(3):13-15
[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70
20世纪末，随着计算机技术、集成电路技术和智能控制技术的发展，单片级嵌入式系统迅速发展，企业对嵌入式开发人员的需求量极大，因此嵌入式系统课程在高校设置势在必行。同时，由于近年来物联网产业的发展，嵌入式系统更是备受关注。而嵌入式系统良好的发展潜力和发展机遇也预示着对相关技术人才的巨大需求。但由于嵌入式系统涉及的相关知识多、硬件和软件结合紧密等特点，嵌入式系统的开发难度很大，培养这样的人才对高校也是个挑战。
嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。本文针对学校的教学现状，总结目前通信工程专业的嵌入式系统课程教学的变化特点，依据课程培养方案，从课程的预备课程体系、教学内容规划和设置等方面入手，讨论课程的整体系统建设的内容。
一、我院嵌入式课程教学的特点
2007年电子、通信工程专业在全院率先开设了嵌入式系统课程，并将其定为电子信息类专业的一门重要的专业技术课程，同年引进了适合教学使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式实验开发平台（基于ARM7架构的Samsung 3C44B0x和ARM9架构Samsung3C2410x嵌入式芯片，实时、开放源码的多操作系统μC/OS-II、μCLinux和Linux）。经过几年的教学实践，课程的培养计划也随着课程的教学要求和学校“技术立校，应用为本”的办学指导方针做了一定的调整，以培养21世纪电子信息类高水平技术人才为目的，将嵌入式开发与应用课程建设成为我院具有特色的专业课程。在教学实践中发现存在一定的问题。
（1）课程的体系规划不断变化
自嵌入式系统课程开课以来，课程的培养计划也在不断的变化中，以适应专业的培养目标和学校人才培养的需求。几经调整之后，课程的设置基本稳定。因为典型的软硬件结合的特点，课程的设置主要从理论和实践两方面考虑，理论内容安排48课时3学分的内容，实践内容安排了32课时1学分的实验，这些是必修的嵌入式教学内容。此外，还可以在学生科创项目和毕业设计中加入相应的选修实践内容。课程具体内容规划如图1所示。
图1 课程体系规划
教学课时调整的同时，教学内容和教学方法也在不断的变化和改进，以适应教学目标的实现。
（2）课程实践内容设置不合理
开发与应用课程典型的特点就是实践性强，如何让学生在掌握理论的基础上形成实践能力，是该类课程的教学难点，并且要做到和专业培养结合。主要考虑的就是实验教学内容如何设置，才能和理论有机结合，达到培养目标。
二、课程系统的建设内容
1.建立合理的预备课程体系
嵌入式系统课程内容涉及广泛，系统性和综合性强，嵌入式系统本身就是一个包含软件和硬件的完整微型计算机系统。因此，嵌入式系统的原理和应用技术不是一两门课程就能讲授的，首先需要建立一个合理的嵌入式系统课程预备知识体系的教学来支撑嵌入式系统教学。
结合嵌入式系统的教学要求，需要有两部分的预备知识储备。一是硬件部分需要模拟电路、数字电路、计算机系统结构和微机原理课程的支持；二是软件部分需要C语言、汇编语言、数据结构和操作系统的课程支持。这些课程不是为了嵌入式系统而重复开设的，而是结合嵌入式系统重新调整和优化，以便于嵌入式系统的课程学习。
2.根据专业培养目标设置课程教学内容
嵌入式系统课程目前已经是各大工科高校必不可少的课程。课程教学的培养目标有两方面：一是学生通过课程的学习能够了解嵌入式系统的基本原理，熟悉嵌入式系统开发的整体概貌，掌握某种嵌入式系统开发环境的搭建方法，熟悉嵌入式系统开发的完整流程。这一部分是嵌入式教学的基本要求目标。二是在专业知识背景下能够完成一个相对完整的小型应用系统的开发，为毕业后求职或创业提供一定的基础。
针对专业培养目标与课程的性质，教学内容的设置主要分为两部分：理论和实践，这两部分应该相辅相成，实践内容帮助理论内容的理解，并且理论可在实践中得到验证和发展。如何设置两者的内容就成了教学过程中的关键问题。
（1）理论教学环节
嵌入式系统内容多而泛，需要理论教学内容与实践环境一致，才能使教学达到目标要求。依据实验环境的配备以及与嵌入式主流技术一致的原则，确定理论教学环节一是掌握ARM嵌入式处理器的体系结构，汇编指令集以及在ARM体系下的嵌入式编程，使学生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式处理器的硬件开发平台，硬件接口开发；二是Linux嵌入式操作系统，嵌入式软件设计，以及Linux嵌入式系统开发举例；三、系统设计过程中电磁兼容特性的影响和改善的措施。
（2）实践教学环节
实践教学的内容设置不仅要做到对理论教学的支持，还需要能够调动学生的主动意识，更好的帮助教学目标的实现，同时兼顾学生的特点和专业方向，达到“由浅入深，由简单到复杂”的多层次实践教学内容。
首先是实验课程教学，内容依照对比验证、设计扩展和综合应用三个层次来设置，这是实践课程的必修环节。对比验证实践内容主要根据实验室的标准配置，掌握嵌入式系统的基本结构、编程方法和开发环境的使用等内容。设计扩展实践内容和项目指实验环境有扩展的空间，给学生发挥的空间。锻炼学生独立思考，独立解决问题的能力。综合应用实践内容随着理论知识的积累和基础实践的锻炼，实践内容应该以综合性、系统级的为主，目的是锻炼学生综合运用知识的能力。
其次是可以通过科创、竞赛或毕业设计等实践环节，此为选修环节，针对基础好的同学可以在通信专业方向上设置实践内容，在这个阶段，应该在工程和企业层面来要求学生，要引入设计说明书、设计流程图、开发进度表、软件工程控制文档和测试报告等概念。
嵌入式系统课程体系的建立要从专业的培养目标出发，结合学校资源，建立符合相关专业培养方向的课程体系，以及适当的应用环境，体现课程的综合性，经过几届学生的教学活动，该课程体系可以基本达到培养目标的要求。但由于师资和实验设备等的局限，我们的课程体系还存在很多的不足，今后需要在师资培养和实验环境上加大重视，将课程体系不断完善，培养出有开发能力的嵌入式人才。
基金项目：嵌入式开发与应用课程建设（2012KCJS-11）；上海电机学院校级重点课程建设项目。
[中图分类号]G643 [文献标识码]A
引言
随着嵌入式系统的广泛应用，许多高等院校计算机、电子、软件等专业针对市场需求，开设了嵌入式方向相关课程，然而同嵌入式技术的飞速发展和巨大的产业需求相比，我国高等教育体系下的嵌入式方向相关课程设置存在教学知识陈旧，缺乏实践锻炼，无法适应企业的实际需要等问题，本文首先结合我校办学特色和实际教学情况，阐述了基于ARM体系的嵌入式方向课程设置与教学方案，进而探讨了农业院校应用型计算机类嵌入式方向教学过程中存在的问题，最后对存在的问题给出了一些建议，对其他地方院校应用型嵌入式系统开发人才培养将起到一定的借鉴作用。
一、计算机专业嵌入式方向培养目标与课程设置
（1）计算机专业嵌入式方向培养目标
我校计算机专业嵌入式系统方向培养整体目标是注重工程能力培养的嵌入式系统人才培养目标，尤其侧重嵌入式系统工程应用编程等软件设计开发。根据学生的接受能力以及我校的办学特色，具体嵌入式系统的学习体现层次性、渐进性、注重操作性，在教学中注重培养在农业领域中的嵌入式系统应用能力。
（2）嵌入式方向课程设置
我校于2012年购买了30套基于ARM体系的嵌入式开发实验平台设备，可实现每人一台的教学环境，其中嵌入式开发平台采用ARM11的UP-Magic6410核心开发板，所以嵌入式方向的课程设置都是围绕ARM体系展开教学内容。
嵌入式方向课程设置遵循四个“1”，即“一种主流嵌入式微处理器、一门开发语言、一种嵌入式操作系统、一套开发工具”，嵌入式微处理器采用S3C6410X（ARM11），嵌入式开发语言主要以C语言为主，其他如汇编语言、C++语言、Java语言等为辅；嵌入式操作系统采用Linux；集成开发工具以ADS为主，辅助Windows CE开发工具，这样就能达到系统学习嵌入式技术的要求。表1是我校嵌入式方向专业课设置时间和学时整体情况。
表1：专业基础及专业课设置情况
嵌入式导论课程：介绍嵌入式的主要应用领域、嵌入式软件开发的基本概念、嵌入式软件开发的基本流程和基本方法、嵌入式系统的特点。
嵌入式操作系统课程：介绍嵌入式系统基本知识，嵌入式操作系统与通用操作系统的差别。结合典型的嵌入式操作系统对操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等内容进行介绍。我校根据具体情况选择、Linux、WinCE等嵌入式操作系统进行教学。
嵌入式程序设计基础：介绍嵌入式系统体系结构、嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等。通过该课程的学习，学生了解和掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，学生能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
JAVA开发语言：介绍Java语言的体系结构、Java语言的基本概念和程序设计的基础知识、面向对象的程序设计的思路和方法。培养学生的编程能力，使学生能够运用Java语言作为完成应用程序设计。
嵌入式接口技术：介绍键盘接口、LED显示器接口、触摸屏、通信接口、中断接口、A/D和D/A转换、ARM的JTAG接口。
嵌入式高级编程：介绍Android嵌入式开发环境搭建的方法，项目结构；Android的体系结构，嵌入式软件开发流程；嵌入式特性开发，多媒体开发，数据存储开发，联网开发等开发方法，学生通过实践能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
嵌入式课程是实操性极强的课程，因此实践教学在嵌入式培养体系中占有重要的地位，既是理论讲解的验证与升华，又是培养学生创新思维和独立分析解决问题能力的重要途径。我校的嵌入式方向实践教学课程设置时间和学时大致如下表2所示。
表2：嵌入式课程实践教学设置情况
嵌入式操作系统实验内容：典型的嵌入式操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等。我校根据具体情况选择Linux嵌入式操作系统进行教学。
嵌入式程序设计基础实验内容：在现有的嵌入式开发平台上完成嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等，学生掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
JAVA开发语言实验内容： Java语言程序设计的基础知识、面向对象的程序设计的思路和方法，学生能够运用Java语言作为完成应用程序设计。
嵌入式接口技术实验内容：包括键盘接口、LED显示器接口、触摸屏、通信接口、中断接口、A/D和D/A转换、ARM的JTAG接口等实验。
嵌入式高级编程实验内容：基于Android嵌入式开发环境搭建的方法；Android嵌入式软件开发流程；嵌入式特性开发，多媒体开发，数据存储开发，联网开发等开发方法，学生通过实践能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
二、三位一体的嵌入式课程教学体系建设
我校嵌入式系统方向学习侧重嵌入式软件设计部分，实验室选用UP-Magic6410嵌入式实验开发平台，着重培养学生在该平台下进行嵌入式Linux程序开发的相关环境搭建与软件设计方法的能力。针对各模块以及物联网的应用背景，按照由浅入深，不同课程层次对应不同实验项目等原则，循序渐进，逐步提高，以满足不同阶段的教学要求，为学生提高了动手能力，为进一步的实践开发和毕业设计打下了良好的基础，因此，我们提出了三位一体的嵌入式方向课程教学体系结构，如图1所示。
图1：嵌入式方向教学体系结构
（1）基础型
基础性包括基础知识和基本技能，主要是为了满足基本的教学要求和教学目标，课程包括ARM体系的基本知识、基本技能以及基础类实验的开展。
教师在基础性课程实施时，可以根据各自的科研项目按照模块化将案例分解到各个部分，鼓励学生对实例所采用的技术和方案进行不同角度的评价，变被动知识灌输为主动探索思考，使教学理论知识与科研实践有机地结合在一起。
（2）提高型
提高型包括ARM体系基础型知识的深化和提升，包括理论知识和实践内容的进一步深化，理论知识包括嵌入式编程的设计思想和设计方法的提高，实践教学包括设计类实验，每个实验课题规定1周或更长的时间让学生动手设计开发嵌入式应用程序，在强调基础性知识掌握的同时，鼓励学生创新的综合设计。使得学生既掌握了一些具体的通用的嵌入式系统的开发方法，也能发挥主观能动性，独立设计并实现较完整的嵌入式系统，激发学习、创造热情。要求学生课外查找资料进一步地学习，引导学生进行主动性学习，对某些问题进行深入的分析研究，进而提出自己的设计思想，教师全程指导学生答疑指导工作，启发学生进行嵌入式编程，为学生提供一些解决问题的方法。
（3）综合型
综合型主要指的是依托科研项目实践来锻炼和提高学生动手能力。科研项目可以包括教师的科研项目、学生的科研项目以及依托科研项目或实践基地完成的毕业设计项目。
嵌入式方向课程授课教师可以鼓励学生参与到教师科研项目之中，如笔者主持的嵌入式系统温室环境监控系统应用项目，学生直接参与到前沿的课题和项目中去，成立了兴趣小组，将温室环境监控系统分解成若干子题目，交由各兴趣小组，模拟项目的形式实践开发，真正做到“在学中做，在做中学”，以务实的项目培养学生的实践科研能力。
近年来，北京地区大学生课外科技活动开展的力度逐年加大，笔者指导的学生主持的北京市大学生科研计划，利用嵌入式平台，对温室环境等参数检测，进而对温室大棚实现智能化控制，学生在该课题中，运用所学理论知识，系统的完成了整个项目，获得了北京市大学生科研计划成果二等奖，尤其值得一提的是，毕业的学生在担任京郊村官期间，将课题成果应用于所服务的村镇，取得了良好的效果。实践证明，鼓励学生参与课外科技活动，将会拓展学生的知识体系，并学以致用，对进一步提高学习兴趣以及培养合作精神发挥了至关重要的作用。
学生的毕业设计是所学知识的综合运用的过程，学生从事的毕业设计已经不仅仅是课程实践教学，而且还是从事科学研究的过程。为了保证提供充分的毕业设计时间，提高设计论文和专业课的学习质量，做到有的放矢，我们将毕业论文提前到第七学期安排任务，进行设计任务的前期准备及调试工作。
三、建议
（1）采取层次化的知识体系
嵌入式方向的理论知识体系体现专业基础知识、专业综合知识、专业系统知识由易到难的渐进性和层次化。
专业基础知识包括嵌入式导论、嵌入式操作系统、嵌入式程序设计基础等课程，这些课程的学习包括嵌入式系统基本概念、典型的嵌入式操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等；嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等内容。学生通过这些课程的学习目标是掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
专业综合知识包括嵌入式高级编程、通过实践课程获得的综合性知识。这些内容包括智能终端的嵌入式软件开发方法、编程开发流程；数据存储开发、联网开发等开发方法，学生通过学习能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
专业系统知识包括基于行业背景的嵌入式软件开发知识，这一层次是通过专业实习和毕业设计的环节完成的，也就是通过实践综合完成的项目后获得的知识，这不仅涵盖了符合社会需求的嵌入式方向的新知识、新技术，还包括企业的项目实施机制等无法从学校课本学习到的知识，为学生顺利走向社会工作岗位提供了重要的支持。
（2）采取多方位的实践教学体系
嵌入式系统作为实操性极强的课程，通过强化夯实基础实验、丰富实践综合教学内容，获取更多的实践项目的多方位立体化实践教学模式对培养高素质嵌入式系统人才至关重要，目前，我院嵌入式实践教学改革还处在起步阶段，今后我们将在智慧农业背景下，立足于农业院校发展特色，将嵌入式系统实验实践体系作进一步完善，重点培养学生的创新思维和独立分析解决问题能力。
针对在校学生缺少行业背景知识这一问题，需要大力开展与企业的相关合作，直接把学生派到企业进行16周的专业实习甚至12周的毕业设计，在工程实践项目选择上，应该尽量选择企业的实际项目，尽可能覆盖嵌入式领域的内容，比如嵌入式项目一般包括需求分析、硬件平台设计、软件平台设计（包括嵌入式OS的选择）、应用程序的开发与系统测试等多方面，使学生能够通过查阅一定的资料，利用所学的知识解决工程实际中的问题。学生在实践工程项目中完成毕业设计和论文，综合能力得到极大的提升，同时学生可以掌握企业项目的实施机制，为毕业后快速进入项目开发打下良好和基础，从而实现人才培养和社会需求的无缝对接。
四、结语
随着嵌入式技术的高速发展，嵌入式方向课程体系也应不断改进与之相适应。本文从ARM体系的嵌入式方向培养目标出发，提出了三位一体的课程体系结构，采取层次化理论知识和多方位的实践教学方式，使学生在学校就具备扎实的专业知识和技能，最后将学生送入实训基地做企业实际项目，为学生走向工作岗位打下良好的基础，最终达到计算机专业嵌入式方向的教学和培养目标。
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嵌入式系统己被广泛应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器等众多领域。随着社会的快速发展，行业对嵌入式技术人才的需求日益增加。嵌入式系统和相关技术受到广大工程技术人员和教育者的关注，正成为新兴的热门领域。与传统8位单片机嵌入式系统相比，以32位微处理器为核心构成的嵌入式系统的显著特点是具有自己的操作系统和应用软件，在实现复杂多任务功能时具有明显优势。两者在系统构成和研发方式上都明显不同。近年来，国内高校陆续开展嵌入式技术相关课程的教学。但由于嵌入式技术覆盖的知识面较广，各高校不同专业对嵌入式系统教学的相关理论教学内容的选择、实验教学与实践环节的组织，依然处于不断探讨和修正的阶段[1-3]。
本文主要针对我校自动化专业的嵌入式系统课程教学，从课程定位、课程内容、教学手段、课程考核等方面进行探讨。
1嵌入式技术课程体系及其在本专业的定位研究
嵌入式系统不是一个独立的学科。2004年，IEEE和ACM对计算机专业本科教育的课程体系进行设置，并认为嵌入式系统的课程应包括以下内容：嵌入式的发展历程和概述、嵌入式微处理器、嵌入式软件设计、实时操作系统、低功耗计算、系统可靠性设计、设计方法学、嵌入式系统设计工具、嵌入式多处理器系统设计、网络化嵌入式系统、接口和混和信号系统等[4]。据此可看出嵌入式技术是一项综合性非常强的技术，涉及的知识面很广，既涉及底层微处理器及硬件接口设计，又涉及上层应用软件设计，同时涉及信号的采集与处理技术、网络传输技术、可靠性设计技术，等等。
除了嵌入式专业外，相关专业本科阶段的嵌入式系统课程学时都非常有限，多则48学时，少则32学时。在有限的学时里，完成这么多内容，学生无法充分消化所学知识，老师授课也很困难，由此，学生会产生畏难情绪，影响今后的学习。因此，我们认为教学内容的选取是课程首先需要解决的问题，它取决于课程在本专业的定位，而定位的重要依据应是用人单位对嵌入式人才的需求。
一般来说，一个典型的嵌入式系统开发涉及以下3个方面。
1) 嵌入式系统设计：包括嵌入式处理器及设备接口硬件平台的构建和操作系统的裁剪和移植；
2) 嵌入式驱动开发：包括特定操作系统下设备驱动程序的设计开发；
3) 嵌入式应用开发：包括基于特定软硬件平台的应用或控制软件的设计开发，包括网络、图形等。
因此，相关企业也是从嵌入式系统设计工程师、嵌入式驱动开发工程师、嵌入式应用开发工程师3个不同方向招收相关技术人才。从业者大多来自电子类和计算机类的相关专业。
在参加相关课程教学研讨会、与兄弟院校教师交流、借鉴先期开设嵌入式系统设计学校课程设置，及学生学习效果讨论的基础上，我们结合上述企业需求，从学生特点出发，对本校自动化专业嵌入式系统课程进行如下定位。
1) 与计算机专业相比，自动化专业学生的优势偏硬件，从利于学习的角度考虑，我们将课程重点放在培养学生的系统设计能力和驱动开发能力上；
2) 将相关嵌入式知识依难易程度划分成基础学习和深入进阶两个阶段，在本科生和研究生中开展系列教学。根据学生在不同学习阶段的特点和基础情况，在本科生高年级阶段和研究生阶段按不同侧重点安排教学内容和实验内容。
在本科生高年级阶段，我们以激发学生学习兴趣为主，主要是为学生今后进一步深入学习打基础。自动化专业一般应在大三下或大四上安排嵌入式系统设计的相关课程。此时，学生一般已具备模电、数电、单片机与微机原理、C语言编程、自动控制原理等基础知识，但对于软件工程和操作系统，特别是嵌入式操作系统的知识却相对比较缺乏，反映到嵌入式系统研发上，就是缺乏比较完善的知识结构，即只了解硬件，不了解软件，只了解传统51单片机系统的编程模式，而缺乏“有操作系统的”嵌入式编程的概念。
因此，我们认为学生没有必要在学习阶段掌握所有和嵌入式相关的知识。根据学生的基础，本科生阶段的课堂讲述和相关实验重点应放在嵌入式系统设计和简单驱动程序的开发上，对操作系统移植只作一般性介绍，不做重点详细讲解。教学的重点是使学生了解典型嵌入式系统的构成和研发方式，特别是开发环境的建立和研发过程中相关工具软件的使用。对于初学者暂时用不到，且目前理解困难的知识点，教师要用简单的例子来说明，让学生明白这些知识点是何时、如何在嵌入式系统研发过程中起作用，而更深更细的内容我们不必深究。同时，我们要让学生了解他们正在学习的内容在整个嵌入式技术中所处的位置，了解课上未涉及内容的获取途径，鼓励学生上网查找资料解决问题，教师可提供一些好的学习网站供学生平时学习浏览。
研究生阶段，我们可在本科生教学的基础上进一步向纵深方向扩展各部分内容，同时进一步安排若干大作业，并让学生组成项目小组，根据个人兴趣，组员分别负责系统设计、驱动开发和应用程序的开发，在项目实现的过程中，进一步学习相关知识并体会工程概念。
有了这样的课程定位，我们就可进一步进行教学内容和实验内容的选择和安排。
2嵌入式系统理论教学内容的选择
我们在理论教学内容的选择上应侧重系统设计和驱动程序开发的相关知识。在众多嵌入式处理器和嵌入式操作系统中，选择应用广泛的Linux操作系统和ARM处理器作为软硬件平台。
我们应以学生比较了解的硬件为学习嵌入式技术的出发点，选择当前主流嵌入式微处理器(如SUNGSAM公司的S3C2410芯片)，让学生先掌握底层核心硬件及外设接口部件的无操作系统简单编程，再将它们组合起来构成一个相对复杂的软件系统，其实，这就是Bootloader的雏形，通过这种方式使学生轻松过渡到理解和编写自己的Bootloader，进而编写基于操作系统的驱动程序，并有机会深入钻研操作系统内核。
对于系统移植，我们只给出一般性介绍，不做重点详细讲解。实验中直接利用移植好的系统。
对于嵌入式驱动部分，我们在本科阶段只进行简单字符设备驱动程序的介绍，让学生掌握设备驱动程序工作的基本原理、掌握字符设备驱动程序的基本架构、相关数据结构和访问控制，会编写字符设备驱动程序。
大多例程都进行无操作系统和有操作系统两种情况下的编程，通过比较简单的例程让学生更好地理解两种编程方式，尤其是理解有操作系统时应用程序系统调用与驱动程序间的关系，从而实现复杂应用的编程。
有些观点认为在高校嵌入式教学中注重处理器硬件结构和ARM指令的讲解上是浪费时间，对此，我们认为要一分为二地看。如果学习者主攻方向为Bootloader和底层驱动，那么，必须花费相当的时间和精力才能掌握。目前，嵌入式应用的主流处理器在体系结构上采用的哈佛结构和更深流水线架构甚至超深流水线、跳转预测、单指令多数据等复杂技术，如果不进行详细讲解，学生很难理解透彻。当没有操作系统时，嵌入式处理器就是一个功能强大的单片机，完全可以用于工业控制，那么，只有充分了解相关处理器的硬件结构和运行机制，才能很好地利用它完成所需功能；当有操作系统时，对开发人员来说，不论编写Bootloader还是驱动程序，都需要对处理器及其相关接口具有相当的了解才能完成；但典型系统硬件组成比较复杂，全部在课堂上讲解不可能也没有必要。我们认为讲解嵌入式处理器及其指令系统时最好结合Bootloader。将Bootloader第一阶段汇编程序部分用到的硬件进行比较详细的讲解，可以为学生理解和编写Bootloader创造条件，学生有了这部分的学习经验，对底层硬件中其他部分的自主学习也会变得顺利。
3嵌入式系统实验教学内容的设计安排
嵌入式系统课程实验依托本校实验中心嵌入式系统实验室，该实验室配备多套北京博创公司的UP-NETARM2410-s试验箱，可用于相关教学和实验。
实验内容的安排与理论教学内容相辅相成，主要是加深对课堂教学内容的理解。
由于学生没有操作系统的知识，在课程初期，我们从应用角度先简单介绍Linux操作系统的安装和配置方法及主要命令，同时，让学生在课下加以学习和体会，弥补这部分知识的不足。
在实验中，对于无操作系统的实验，我们强调学生自己动手编写程序，然后调试，以此熟悉底层硬件的调试环境和调试方法。所涉及的硬件操作应尽量简单，主要目的是让学生了解方法。
带操作系统后的程序一般比较庞大，对这类实验，我们主要强调对程序结构的理解，以验证为主，在此基础上，增加一些简单功能，让学生熟悉嵌入式系统软硬件工作机制和设计流程。这样既可以对嵌入式系统研发中所涉及的硬件接口、操作系统移植、底层驱动、应用程序设计环节及流程都有模块化了解，又可为今后根据个人兴趣进行更进一步的学习建立概念。另外，有兴趣的同学也可在毕业设计阶段进行相关选题的实现，继续进一步学习嵌入式技术。
由于现有实验设备厂家提供的实验指导书不能完全满足使用要求，对此，我们针对教学内容重新设计实验，并编制相应的实验指导书，方便学生学习和验证。
4教学手段和课程考核方式
4.1强调对嵌入式系统开发环境、开发工具、基础实验及调试方法的重视
嵌入式系统学习强调实验，然而，嵌入式系统的代码规模较大，本科生实验学时有限，课堂实验应多以验证性实验为主。因此，学生必须认真对待基础实验，通过基础实验熟悉开发环境、开发工具及程序调试方法，为自主学习打下基础。
在嵌入式学习过程中，实验课对学生有非常重要的意义，但是，学生在实验中如果只是根据实验指导书所描述的原理和步骤，按部就班进行操作，那么，他们也只能得到一些实验结果，却无法了解具体实现细节，基本达不到实验的目的。要想通过实验真正达到学习的目的，学生必须扎扎实实地从基础实验做起，不仅要了解实验原理和步骤，还要认真研究实验程序，搞清具体的实现细节，并在开发环境中利用各种工具对各个细节加以调试和验证，从中不断发现问题、思考问题、解决问题，学习别人的编程方法和程序撰写风格，逐步建立工程概念，达到学习的目的。每一个基础实验都有其学习重点，或针对某一具体硬件接口，或针对某种访问方法，只有掌握了相关基础硬件操作方法和实验方法，才能通过实验来学习和研究新器件、新原理、新方法，才能进行综合设计、才能谈到创新。本科生嵌入式课程总课时少、实验课时有限、课下自主学习时间不能保证，因此，认真做好基础实验、熟悉开发环境和掌握开发调试实验方法，对学生今后进一步学习非常有益。
对嵌入式技术兴趣浓厚的学生，我们可指导其在课余或毕业设计时进行综合性项目实践，将任务按处理器及硬件接口设计、系统移植、驱动程序设计、应用软件设计等划分成若干模块，让学生分工合作，在实践过程中深入学习。
4.2通过学生自己的设计实例演示激发学生的学习兴趣和学习信心
嵌入式技术内容多、学时少，学习难度大。因此，本科教学应以实际应用为主选择教学内容，加强实验，理论教学和实验各占20学时。同时，由于嵌入式系统与特定行业应用密不可分[5]，泛泛的教学很难激发学生的兴趣。为提高学生学习兴趣，我们可以利用毕业设计对学生感兴趣的消费类电子产品，如家庭安防系统、mp3、mp4、学生信息管理系统进行先期研发，并在完善后将其在教学中给学生演示，以激发学生学习兴趣，让学生有一个感性认识，并作为嵌入式系统设计实例进行详细分析。虽然上述示例中的内容学生比较熟悉，但是，如果它们是由学生亲自动手设计制作，其意义就不同了，它不仅大大激发了学生的学习兴趣，也大大提高了学生课堂学习积极性。
4.3考核方式设计
我们在考核方式上采用笔试+实验的形式，笔试题目主要考察基本概念，实验考核方式则是将实验题目按难度分成若干等级，等级越高分值也越高，学生可自由选择实验等级，依完成程度在相应等级内得分，以此鼓励学生多学习、多实践。
5课程的长期建设问题
随着社会的发展，嵌入式系统课程越来越重要。嵌入式系统课程要想持续发展，必须具有一支实践经验丰富的教师队伍，实验训练设备和场所要有保证；同时，我们应鼓励教师引导学生参加嵌入式系统设计大赛，在大赛中锻炼学生，也锻炼教师。目前，我校在这些方面都还处于起步阶段，需适当加大这些方面的人力物力投入，逐步建立校内外实训基地。
由于一门课程涵盖的内容有限，因此需要对嵌入式系统课程体系进行深入研究，将嵌入式系统课程体系中的某些内容与现有教学计划中相关课程内容进行合理拆分和组合融合，或适当增加一两门选修课，使嵌入式系统设计课程在自动化专业的教学更加顺畅，学生的知识结构更加合理，更加适应社会的需求。
嵌入式技术综合性强、涉及知识面广，要想在一门课程里覆盖所有内容不现实。本文在分析企业对嵌入式技术人才需求的基础上，结合本校自动化专业学生的知识结构特点，进行课程定位，并对嵌入式系统课程教学过程中教学内容选择、实验设计、教学手段及考核方式等相关问题进行论述。本文提出的方法，在中国地质大学(武汉)自动化专业本科选修课教学及毕业设计中进行了实施，学生在40学时的课程学习中，对嵌入式系统设计中包括嵌入式处理器及设备接口硬件平台的构建和操作系统的裁剪和移植及Linux下设备驱动程序的设计开发的流程和方法有了基本的认识和了解，为后续进一步学习打下了基础，达到了课程设置的目的。实践表明，本文提出的有关嵌入式系统教学思路和方法切实可行、行之有效。
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New Thinking on Automation Undergraduate Teaching Issues Related to Embedded Systems
ZHANG Lijun
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）42-0156-02
《嵌入式应用》是许多高职高专电子信息工程技术专业和物联网应用技术专业的专业核心课程。该课程的教学改革是这两个专业的教学改革的重要组成部分。由于该课程涉及的教学内容范围很广、难度很高，教材各单元之间的逻辑关系是简单的堆砌、繁缛的罗列，所以很多学生对该课程产生畏学、厌学情绪。本文结合笔者在教学实践中的改革，基于行动体系的教学模式对《嵌入式应用》课程进行开发。让教师成为学习过程的组织者与协调者，指导学生通过一系列的动手实践活动而掌握职业技能、习得专业知识。让学生成为学习过程的中心，即行动者，通过“反思性实践”，解决特定的个人的问题，通过自我调节的学习行动去构建知识及经验体系[1]。
一、课程内容设计的改革
1.岗位需求及能力分析。通过对珠三角等城市的电子企业进行调查可知，嵌入式应用主要涉及的典型工作岗位包括电子产品生产、安装和调试员、电子产品营销和技术支持员、PCB设计员、嵌入式硬件测试员、通信和安防技术员以及家电维修技术员。
这些岗位要求学生具有介绍和销售嵌入式产品能力、绘制和修改嵌入式产品PCB板能力、安装和维护嵌入式产品能力、嵌入式产品软件开发能力、嵌入式产品软硬件调试能力等等。（1）介绍和销售嵌入式产品：要求学生了解产品的各项功能以及技术指标，并能用流利而清晰的语言表达出来;与客户交流时表现良好的态度，以诚信经营为基本原则推销产品。（2）绘制和修改嵌入式产品PCB板：要求学生会安装和使用常见的电子CAD软件，根据客户的要求绘制或修改PCB电路图。（3）安装和维护嵌入式产品：要求学生根据产品说明书把产品正确安装并运行起来;能够查找、分析故障原因，排除故障。（4）嵌入式产品软件开发：要求学生会安装和使用常见的嵌入式软件开发软件，在嵌入式软件工程师的指导下完成一些基本的软件开发工作。（5）嵌入式产品软硬件调试：要求学生学会产品的软件与硬件的联调方法，在遇到产品调试问题时，能够分析和确定是硬件设计问题还是软件设计问题，并指出问题的产生原因、发生过程以及解决意见。
2.人才培养目标。根据多元智能理论，人类智能是多元的，个体身上独立存在着语言智能、音乐智能、数理逻辑智能、视觉窨智能、人际关系智能、内省智能、肢体运动智能等七大智能[2]。不同的教育对象因拥有处于不同水平的七大智能结构而产生较大的差异。对于技工学校、职业高中、中专学校、职业中专、高职高专院校以及高等本科院校，不同使用同一教学模式与教学方法。高职高专院校倾向于职业教育，应抓对学生的智能结构，因材施教，才能培养出满足社会对高职高专学校的人才需求。职业教育的培养对象，主要能倾为形象思维，培养目标应为技术型、技能型、技艺型的人才。依据多元智能理论，通过对职业院校学生的智能类型的准确定位，可以得到这样的结论：就业导向的职业教育课程，应以从业中实际应用的经验和策略的习得为主、以适度够用的概念和原理的理解为辅，即以过程性知识为主、陈述性知识为辅[3]。《嵌入式应用》课程根据岗位需求、能力分析以及教育对象的智能类型确定课程目标：课程紧紧围绕着工作任务、企业研发项目和典型产品案例，在学习过程中突出对学生职业能力的训练，让学生掌握eclipse等嵌入式开发工具的使用方法，能够安装、调试与维护基于ARM内核的嵌入式产品，能够设计一些简单的Android操作系统APP软件，并运用良好的语言和文字把嵌入式产品的功能和技术指标等信息表达出来，学会团队协作、自主创新、解决实际问题的能力，培养良好的职业道德。
3.学习情境开发。学习情境的选择应遵循情境性、科学性和人本性原则。知识主要分为两类：陈述性知识和过程性知识。陈述性知识主要用来说明事物的性质、特征和状态，主要解决“是什么”和“为什么”的问题。过程性知识主要用来指出通过某种作业形式间接推测其存在，主要解决“怎么办”和“怎么做更好”的问题。在实际工作过程中，这两类知识往往是结合在一起的。最初要理解“是什么”和“为什么”的陈述性知识，然后再利用过程性知识实现“怎么办”和“怎么做更好”，最后学习者所掌握的过程性知识也会促进新的陈述性知识的学习。在学习过程中，还要注重人本性的体现，培养正确的社会能力，树立正确的人生观和价值观，提高个体的综合素质能力。
学习情境的设计需要对教材内容进行知识序化。“工作过程系统化”要求课程开发必须解决两个问题：一是课程内容如何选择，二是课程内容如何排序[4]。教材是教育对象的重要学习资料。在由实际情境构成的以过程逻辑为中心的行动体系的职业教育中，简单地讲述教材各章节的知识点无法让学生习得过程性知识。基于工作过程系统化的知识序化，应该根据课程的教学目标，选择合适的教学内容。如果教材的内容无法满足课程的教学目标，就需要将“课外知识”转变成“课内知识”。这里将嵌入式产品的安装与调试等相关内容增加到课程内容。将教材各单元的应用例子组织成“课内线”，再利用教材学习到的知识点再迁移到以酒店管理系统为主题的“应用线”，再结合“课内训练―课外项目-企业实习的”技能训练环和“学习指导-论坛交流-海量资源-创新活动-进阶训练-企业项目”的资源平台环，最终形成“双线双环”教学模式[5]。以酒店管理系统为主题的综合应用案例遵循由浅入深、循序渐进、由易至难、由简单到复杂的原则，包括“欢迎用户”、“联系酒店”、“员工信息添加”、“员工信息管理”、“消防管理”以及“酒店介绍”六大学习情境。双线教学模式让学生既能掌握教材各单元的知识与技能，更学会知识与技能的迁移应用，并且不是简单地重复学习内容，而是将知识与技能应用到更为完整的综合应用案例中。
二、教学方法和教学手段的改革
1.坚持“教、学、做”一体化的教学方式，注重培养学生的动手实践能力。在教学过程中，以项目为载体的情境化教学设计教导学生本单元的教学内容和教学目标，先学会如何实现“课内线”，再引导学生完成“应用线”，让学生以学中做、做中学、再学中做的学习方式完成学习过程。校内实训室为课题的“教、学、做”一体化的教学方式提供了典型的软硬件学习环境。
2.坚持项目小组教学法，注重培养学生的团队协调、语言沟通能力。将学生以2―3人分为一组，分组时可以自由组合，但要兼顾学习水平较差的学生不能抱团。在学习过程中，学生可以分组讨论、分组讲解、相互评分。分组教学让学生之间能够相互讨论、相互学习，在“一人计短，两人计长”的学习氛围下，学生更容易完成学习项目，自信心也在积累中，学习积极性也在不断提高。组内如何领导组员参与学习，如何分工完成项目，也能细分地挖掘学生的个人专长。
3.坚持项目驱动教学法，注重培养学生完成一个完整作品的综合能力。许多应用例子是从一个完整作品中分割出来的，专注某个知识点进行单独学习。而一个作品要求学习者在考虑问题方面更全面，知识迁移能力更高。学习者学习“课内线”的全部例子是整个学习过程的基本要求。在实际中，企业不可能要求学生按照教材内容重复实现一次。企业产品不断在创新，这要求劳动者将原来的知识应用到新的场合中。
四、考核方式的改革
考核方式由过程性考核、结业性考核和综合性考核组成。过程性考核主要考查学生完成每一个子项目时的表现和学习效果，占40%;结业性考核是随机抽取一个子项目作为期末实操考核，占40%;综合性考核主要考查学生完成一个完整功能作品时的表现和学习效果，占20%。在考核过程中，均要求学生完成对嵌入式产品的操作、讲解产品的功能和技术指标、上交项目报告。教师会根据学生的学习过程中的表现给出成绩。
经过近几年的教学实践证明，基于行动体系对《嵌入式应用》课程进行开发，不仅调动学生的主观能动性，提高学生完成项目的自信心，还提高学习积极性，增强学习氛围。
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Development and Practice of Embedded Application Curriculum Based on the Action System
LIANG Wen-zhen
随着物联网的推进，嵌入式系统以不可阻挡的势态迅猛发展，作为进军物联网桥梁的《嵌入式系统》课程也被高校重视起来，高校是劳动力市场供给方，是培养和供应嵌入式技术人才的重要来源，高校也都在想方设法进行教学改革，注重对学生创新能力的培养，面向社会，进一步适应市场需求，培养社会所需的技术人才。强化教学内容的实践性和前沿性，同时也加大与合作企业教师引进的力度。这里以《嵌入式系统》课程为切入点，对传统课程教学模式的优、缺点进行分析，肯定了面向市场需求的课程教学模式的优点，总结出面向市场需求的《嵌入式系统》课程一体化教学模式的亮点，为其他课程进行课程一体化课程教学模式的改革与创新提供了理论依据。
一、传统课程教学模式的优、缺点
任何事情的发展都是双向的，有对有错，有优点也存在缺点，传统课程教学方法经过教育教学工作者的继承和发扬，有优势同时存在不足之处，这里进行分析：
（一）传统教学优点
在信息技术不成熟的时代，传统教学的优点就体现出来，教学老师是占主导地位，由于学生从外界所能获取的信息较少，学生对老师的依赖性很强，老师上课过程中就能很好地体现教师情感；老师上课过程中所需要的教学器材成本低，易推广实施；老师所讲的教学理念容易实施，老师上课的权威性就能发挥的淋漓尽致；学生依赖老师建立完整的知识结构与体系；这种以教学内容的稳定性和单一性为基本出发点，以知识记忆和再现为基本学习目标，强调掌握知识的数量和准确性，强调对过去知识的记忆，强化知识的积累过程，学生能在此环境下静心学习，能掌握知识的要领，对知识的记忆的能力得到加强。
（二）传统教学缺点
传统教学的优点是不能否认的，但缺点也是不可忽视的，这里要辩证地去对待，要根据大环境的变化实时应对，信息时代下，传统教学已经不能适应现代教育教学的需要，不能重视传授知识，忽略学生个体发展能力的培养。在教学方法上，理论与实践的脱离；在教学内容上，单一的教学内容与时代脱轨；在教学形式上，单一化、模式化的教学让学生对学习失去兴趣；在师生关系上，重教师的传道，忽视学生学习的主动性，这在某一种程度上，压抑着学生内在学习的潜力，使学生产生抵触的学习情绪，对学习产生厌恶感，从而阻挡学生学习的通道。
二、面向市场需求的课程教学模式的优点
高校所做的培养方案一定要跟上市场的节拍，不能忽略市场的需求，对于高校的人才储备库，要能根据社会需求自动调整，而不是传统的一套，或者把传统的部分全部丢弃，全部重新洗牌，这种做法都是片面的，要能根据所需实时进行调整，传统好的部分是可以借鉴的，做到有智慧地吸取精华，剔除糟粕。根据社会的需求进行调整。
（一）所学有所用
面向市场需求的课程教学模式重视学生的全面发展，要培养学生学习的兴趣，兴趣能调动学生学习的积极性，开发学生内在的潜能。根据市场的需求培养学生学习的能力，注重学生学习的过程，同时要提升学生的应用能力，使所学有所用，应用价值得到了体现，学生就愿意花时间花精力有目的地学习。
（二）超越教材
面向市场需求的课程教学模式，重视学生掌握获取知识的方法，教学不脱离社会与人的发展的实际要求，使学生读活书，活读书，提升学生思维和创新能力，超越教师和教材。知识在内容上包含着深刻的思维和丰富的智慧，而在形式上，却是简单、呆板、现成的结论。传授知识绝不意味仅仅展现教材上现成结论和现成论证在形式上的汇聚，而应重在揭示隐含在其中的有丰富内容的思维过程，并引导学生的思维深入到知识的发现或再发现的过程中去，惟其如此，学生才能真正理解和掌握知识，并把教材上的智慧转化成自己的智慧。
（三）理论融合实训
把理论与实训融为一体，让学生在真实的环境中学习专业知识，掌握专业理论，培养专业技能，从理论到实训形成一个完整的、全面的知识架构。
通过所学有所用、超越教材、理论融合实训等环节可以使学生有很好地适应工作环境，并能发挥出自己最大的优势，能与市场无缝的链接，更好地融入市场。
三、面向市场需求的《嵌入式系统》课程一体化教学模式的亮点
嵌入式系统课程是高年级本科生和研究生的课程，随着信息技术的发展，嵌入式技术的应用领域越来越广泛，嵌入式技术人才的社会需求越来越强。高校注重学生创新能力的培养，面向社会，进一步适应市场的需要，培养社会所需要的技术人才。安徽新华学院是一所民办高校，经过近不断的改革与创新，已经探索出教、学、做、研一体化的教学模式，具体体现以下4个方面：
（一）培养学生专业课的学习兴趣
通过“校企合作、工学结合、产教结合”新路，让学生感觉专业课学习的乐趣，学习知识不是低年级点对点的学习，对于高年级的学生，老师要善于培养学生点到面的学习能力，甚至是由点到面，由面到体的学习，这样能激发学生学习专业课的兴趣，最大地调动内在的潜能。
（二）完善的实践教学体系
加强实验、课程设计、课外兴趣小组、等多个环节建设，形成较为完善课程的实践教学体系。增加了设计型、综合型、创新性实验项目的比重，占总实验项目的比例达到80%以上。同时，以培养实践能力为目标，强化实验内容建设。
（三）组建实践就业相结合的平台
利用现代化信息技术，不断引进虚拟、仿真实践教学资源，构建虚拟实验室，提供学生模拟企事业技能操作环境的场所。在原有基础上，精心调整和设计新实践教学体系，从基础实验、综合与设计性实验和创新试验三个层次来培养学生实践动手能力、知识应用及创新能力。
（四）融入CDIO工程理念
在《嵌入式系统》授课过程中，融入CDIO工程理念，重在培养学生的终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力。有效地提高学生的就业能力和社会竞争力，更好地为社会作贡献。组建一支结构合理、基础扎实、科研意识强的师资队伍。老师要站在科研和教学的最前沿，将最前沿的研究成果奉献给学生。利用现代化信息技术，不断加强内在的能力，将教学融入到科研中，提升教学科研水平，打造一支开放型、多元化、教学与科研并重的高水平教学团队。
高三是学习生涯的重要阶段，现在普遍反映的是“老师教得很辛苦，学生学得很辛苦”。高三语文复习是对学过的大量基础知识的一再牢记巩固，但在复习课的教学过程中，如果老师只是一味地给学生灌输课本上的基础知识，学生不仅会逐渐失去独立思考的能力，还会渐渐地对语文这门学科感觉到厌烦。学习要讲究效率，高效的复习方法，才能带来更好的复习效果。因此，高三的教师和学生们应该识别并走出高三语文复习课的误区，对新课程的课程观要有充分的认识和理解，新课程视野下的高三学生们苦于学的同时，更应该乐于学。
一、新课程的内涵
新课程的改革目的是通过推行素质教育，改变传统教学太过注重知识传授的机械记忆，强调学生主动参与、勤于思考、乐于探究的态度，提倡多学科综合教学，注重学生实践能力的提高。基于的理念是关注学生发展、强调教师的成长、以学定教。
新课程的课程观总结起来，主要包括以下几个方面[1]：
（一）课程价值观：以学生为本。新课程视野下，基础教育最重要的价值是学生的全面发展与个性培养， 尊重学生的独特个性和学习能力的差异，促进学生健康成长，快乐学习的课程价值观。
（二）课程文化观：科教与人文的结合。不仅要注重科学知识的传授，也应该培养学生的人文素养。科学人文主义，应该是实现科学与人文彼此关照、相互包容， 最终达到二者你中有我、我中有你， 协调统一、浑然一体[1]。
（三）课程生态观：回归现实生活。学习高于生活，也源于生活，基础课程的设置应该突破学科的束缚，回归生活，避免学生一味读书，缺乏生活常识。
（四）课程实施观：教学相长。新课程背景下，应该营造一种引导学生质疑、调查、探究， 促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习的环境。
二、高三语文复习目前存在的问题
（一）偏爱“题海” 战术，学习任务重
高三语文教学过程中，教师注重提高学生的应试能力，在高三复习过程中，教师偏爱“题海”战术，引导学生通过大量做题，牢记正确答案，寄希望于考试中的撞车现象的发生[2]。这样的复习方式，加重了学生的学习任务，减少了学生看书的时间，让学生只是盲目地做题，并不能真正的掌握知识，短时间的强效记忆也并不是很牢靠。
（二）重视复习资料，对教材的重视不够
高三的复习过程中，会有很多资料需要学习，历届的高考真题可以让学生了解试卷结构，熟悉考试模式，但太过依赖真题、密卷之类的命中率，而忽视教材内容的学习，是常见的教学复习的误区，高考试题都是源于教材的，不能本末倒置。
（三）多媒体教学下，学生缺乏思考
信息技术分发展给教学带来了便利，很大程度上减轻了教师的负担，也调动了学生的积极性，但过分地依赖课件，忽略教材内容，会让学生失去了独立思考，自主学习的能力。
（四）注重基础知识的熟记，忽略了阅读和写作的重要性
阅读和写作在语言类学习中很重要，在高考中也占了很大的一部分分值，但在教学过程中教师和学生容易将复习重心放在基础知识的识记上，轻视阅读与作文的训练，。可能是由于一些生僻的基础知识题目比较难，但一段时间的学习后容易产生明显的效果，而阅读合作需要长时间的积累。
三、新课程视野下提高高三语文复习效率的策略
针对上述问题，本文主要给出了以下几点建议：
（一）营造广泛阅读、乐于求知的氛围
语文课堂教学应注重培养学生的兴趣，只有当学生自己感受到了学习的乐趣，才会更愿意学，学起来会更有效率。应该鼓励学生在课余时间广泛阅读，关注一些时事热点，将课程知识和课下的收获结合，知识面更丰富，视野也更广阔。有教育专家曾指出，复习过程中，让学生做一张试卷与做十张试卷效果是一样的[3]。可见题海战术是不够科学的，掌握解题方法比做海量的试题更有效，要学会举一反三。
（二）教材为主，复习资料为辅
在复习的过程中，应该以教材为主，复习资料只是起辅助作用，高考试题源于教材，教材是根据教学大纲编制的，应该是学生最重要的复习资料。教师对复习资料的把握应该要适当，同时也应该引导学生结合教材对复习资料进行学习。但也不能忽视复习资料的重要性，复习资料能弥补教材内容的缺陷，毕竟教材的更新速度比较慢，每年都会出来一些新的题型和考点，复习资料可以帮助学生了解新题型和考试重点，结合起来学习才能够更有效。
（三）培养学生探究学习的能力
“授之以鱼，不如授之以渔”[3]，不能太依赖参考答案，教师应该引导学生有自己的学习方法，让学生自己去探索，并掌握规律，形成能力。注重对学生语感的培养，可以开设阅读和写作训练课程，让学生在练习过程中提高自己的语言理解能力，也能积累更多的知识。
（四）给学生心理减压，营造轻松的学习氛围
现在经常会出现有高三的学生不堪重负，心理压力太大不能正常参加高考的新闻。高三的学习很重要，时间很紧张，有时候家长和老师就容易在行动和语言上给学生心理暗示，让他们时刻想着高考的重要性，这样会造成学生的心理负担，当长期处于高压状态，不利于学生个性的健全成长，反而会适得其反。所以，在高三语文的复习过程中，老师不仅应该少给学生心理暗示，还需要注意合理引导学生正确认识高考，帮助学生减缓心理压力。
四、结束语
随着教学体制的不断改革，学习效率成了教学过程中探索的热点话题。教育体制改革的核心是怎样组织教学的实施，而最重要的途径就是课堂的教学。语文复习的过程是温习学过的知识，不像学习新事物那样让人有新鲜感，记记背背过程也比较枯燥，高三学生的复习时间很紧张，所以提高学习效率显得尤为重要。在高三语文复习的过程中，容易出现一些教学上的误区，比如大搞题海战术；重复习资料，轻教材；不注重写作阅读能力的培养，教师和家长容易给学生施加心理压力等，这些都可能导致教师和学生都很辛苦，但是教学质量不高。所以，本文主要是结合新课程的一些理念，给出了上述的一些教学上的建议。
参考文献：
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[3] 崔自强. 新课程背景下高中语文有效课堂教学策略分析[J]. 学周刊， 2016，13，（10）：324-328.
中图分类号:G642文献标识码:A
1引言
网络、通信、多媒体和信息家电时代的到来,无疑为32位嵌入式系统高端应用提供了空前巨大的发展空间;同时,也为力不从心的8位单片机向高端发展起到了接力作用。嵌入式技术及产品的快速成长成了全球IT产业发展的显著特征,嵌入式技术是二十一世纪最有活力和生命力的新技术之一。然而在中国,嵌入式软件复合型人才的缺乏,已成为嵌入式产业的可持续发展的瓶颈,作为对新技术研究和探索最活跃的群体之一――高等院校中独立软件学院,如何接受嵌入式技术带来的挑战,学习嵌入式、研究嵌式、使用嵌入式,已成为一个重要的研究课题,加强与完善高校嵌入式系统教学迫在眉睫。由于国内嵌入式系统教学起步较晚,目前还没有形成适应高校教学的一个统一的教学体系和教学规范。由此强调要以信息技术为手段,深化教学改革和人才培养模式改革,如何根据社会的实际需要,培养具有一定专业特色的和特定能力强的软件实用型、复合型人才是我们学院应首要解决的问题。因此必须深入探究嵌入式系统课程体系结构,寻求各专业嵌入式系统实践教学解决方案,积累教学实践经验,建立较规范的嵌入式系统教学体系,使嵌入式系统应用开发技术更好地融入到教学与科研活动中,以适应社会对嵌入式系统人才的需求,对于深化我国高校的教学改革具有重要的现实意义。
2嵌入式系统教学体系探究
嵌入式系统作为一个新兴的课程体系,目前在教学过程中相关先修课程与基础知识的准备教学内容(包括硬件平台与软件平台)的选择、实验教学与实践环节组织等问题依然处于争论和探索阶段。国内高校对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。
2.1嵌入式系统教学分析
(1) 从应用角度来分析,具有世界最大嵌入式技术市场的中国,嵌入式系统教学中更多的强调以“应用”为中心。嵌入式系统应用程序的开发还必须具有一定的行业领域知识,教学中最好要在一个实际的应用项目开发环境中去实践,提高嵌入式软件开发方面的综合应用能力。
(2) 从学科专业角度来分析,嵌入式系统涉及多门交叉学科致使将嵌入式系统的教学大致分为三类:软件学院专业嵌入式教学;计算机专业嵌入式教学;微电子、电子信息工程、自动化等相关专业嵌入式教学。在嵌入式系统教学中应重视不同专业嵌入式课程体系建设、课程目标和内容等方面展开。
(3) 从技术角度来分析,嵌入式系统是软件和硬件有机的结合体。要考虑什么样的硬件设计更容易编写驱动程序,软件处理效率等因素就必须要学习操作系统和驱动程序开发相关的知识,同时需要考虑如何取舍软硬件设计。由此嵌入式系统教学中应注重培养同时具备软件和硬件两方面及综合性知识分析能力。
2.2嵌入式系统方向理论课程体系
本科阶段的按专业方向课程规划既要重视基础理论的学习,又要注重实践性,既要突出专业自身特点,又要把握嵌入式系统在多学科知识领域中相互渗透的规律。不同专业嵌入式系统方向课程体系如图1所示。信息工程专业涉及的专业基础课包括数字电路、微机原理与接口技术、单片机原理与接口技术、计算机组成原理、可编程逻辑器件、EDA设计等课程。而软件工程专业涉及的专业基础课则为C/C++语言、数据结构、计算机网络编成、编译原理、软件工程、操作系统等。嵌入式系统课程体系包含两个专业的相关内容。数字电路的知识是从事嵌入式系统的必备,关键要增强逻辑思维能力。C语言作为一种“高级的低级”语言、易移植、易维护、可读性强、具有强大的内存操作能力,成为嵌入式系统开发的最佳选择。数据结构与算法在嵌入式系统教学中要作为重点,可适当增加实验课时,无论学生以后从事嵌入式系统的软件还是硬件开发,这门课的思想将贯穿其中,这两门课程教师应当要求学生加强上机实验的操作,鼓励相互交流,体会编程的思想。
嵌入式处理器体系结构:在嵌入式领域中广泛应用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微处理器。ARM公司引发了嵌入式领域的一场革命,在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位,是目前32位市场中使用最广泛的微处理器,学习以ARM为架构的嵌入式技术具有非常广阔的前景。对于嵌入式操作系统:目前比较适合用于本院教学主要有VxWorks、Windows CE、Linux(uClinux)和μC/OS-Ⅱ等。基于Linux内核稳定可靠、源码免费开放等优势成了教学和学习嵌入式操作系统的首选。嵌入式的软件开发从智能手机开发(SYMBIAN)、J2ME程序设计、数字媒体终端等实践编程。嵌入式软件开发语言主要有汇编语言、C/C++语言、Java语言等。
2.3嵌入式系统方向实验课程体系
嵌入式系统是实践性很强的课程体系,学好嵌入式系统课程不仅有助于学生了解系统设计的基本方法,而且能提高学生对于相关学科的理解和实际应用能力。在嵌入式系统教学中,实验是最重要的环节之一,是学生掌握嵌入式系统设计技术的关键。为满足不同专业学生的学习要求,我校现有嵌入式系统实验设备40套(XScale PXA270处理器)及相关配套实验仪器及测试仪器,实验教学内容涉及微处理器系统设计、嵌入式实时操作系统开发、嵌入式中间件平台开发、嵌入式系统应用开发等内容。为达到教学目标,将实验教学体系分为基础类实验、系统设计类实验和创新类实验。基础类实验:采用理论授课与动手实验相结合的方式,让学生了解开发环境和开发流程,掌握实验开发工具的使用方法,熟悉软件编程环境,根据实验指导书的内容进行实验的调试,读懂实验源程序和程序的运行过程,使学生能够进行修改、组合和补充式的应用编程。包括ARM集成开发环境ADS1.2的使用与仿真调试方法、ARM中的汇编程序与C语言调用的混合编成等15个实验。系统设计类实验:主要采取精讲精练的方式进行,使学生能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。教师指定几个设计课题,并提供任务书,任务书内容包括实验题目、实验所涉及的主要内容、要实现的功能说明及实验中应注意的问题。学生自行设计实验方案,编写实验程序,选择硬件接口并调试,独立进行课题设计,并写出设计实验报告,教师在设计过程中仅起指导作用。包括嵌入式Linux内核分析、裁减、移植和烧写在内的10个实验。创新类实验:为了培养学生的科研能力、创新思维能力和工程实践能力,研究课题和内容由他们自己提出,或是来自教师的科研课题,或是与企业相结合的科研项目,学生自己讨论确定研究方法和研究手段,利用现有的实验设备和条件进行课题研究,教师在一定阶段给予必要的指导。
3嵌入式系统教学实践
(1) 注重理论知识和实践训练相结合教学,着力培养学生创新能力。
结合实例讲解理论,使理论来源于实践,又进一步指导实践。在课堂教学中,要求教师注重体现工科特色,突出本课程在嵌入式软件开发中的基础性作用。由于嵌入式系统是一个实践性很强的课程体系,学生的动手能力的培养是嵌入式系统教学中的一个非常重要的环节。在教学方式上,注重采用理论与案例相结合的课堂教学、系统的多级课程实践、工程实习以及前沿技术讲座等多种形式的教学与实训,使学生在掌握扎实的嵌入式软件基础理论、开发技术和工具的基础上,进行嵌入式软件的设计和开发。实现对嵌入式系统的感性认识和理性认识相统一。在实践教学手段上,除了继续加强毕业设计(论文)、毕业实习、课程设计和理论课内实践教学外,还提出了“实验选修课”的新模式,要求各专业大学生必须修满一定的实验选修课学分。实验选修课面向全校各专业开放,课程强调以实践为主,进行综合性、设计性的训练。而该课程的教授中占据着核心地位的是创新能力的培养:采取学校与企业合作,企业中有工程经验丰富的一线工程人员和高水平的技术团队,构建这样一个高水平的学生工程实践环境,为学生提供实际项目开发机会,完善自身职业素质和工程能力;通过大学生嵌入式设计竞赛可以针对具体问题使学生在实践中提高发现问题,解决问题的能力。
(2) 配套立体化教材,共享嵌入式系统教学资源。
如果仅仅是购买了一个开发套件而没有相应的配套技术资料,可想而知学习的效果肯定是很差的,因为只有配套的资料才能体现出设计者的原创思想,更为重要的是在学习过程中遇到了困难,配套的技术资料可以帮助老师和学生加深理解、解决问题。各硬件厂商提供的产品芯片说明和开发参考以及嵌入式操作系统的源代码和相应软件环境使用说明是最好的教材。但资料多为英文,学生使用起来比较吃力,所以此时教材的选择非常重要,课程开始给学生推荐经典的教材,在此基础上引导学生尽快过渡到英文资料的阅读和使用上。多媒体教学比传统教学的模式具有更大的优势,多媒体教学把枯燥的计算机内容转化为生动的图像、交互和视听媒体,把教学内容直观化,有利于学生更好地接受知识。同时,加强教师的培训,提高教师应用网上资源进行教学、整合网上资源的技能。
(3) 总结教学方法,提高实际教学效益。
运用“学教并重”进行课程教学设计、采取了互动式教学、采用启发式、范例式课堂教学、现代与传统教学手段相结合,直观、生动的等多种教学方法,激发学生主动学习热情,让他们成为教学中的主体,并培养其收集相关领域信息、拓宽知识面的能力。将教学的重点放在培养学生发现、分析问题、解决问题能力上。从而达到能理解嵌入式软件设计文档;独立负责嵌入式软件组件编码和调试;执行软件组件的单元测试;符合嵌入式软件开发企业的入职要求等教学效益。
4结语
嵌入式系统在国内真正得到发展还是近几年的事情,还没有形成统一的教学体系和规范,加之社会对高素质嵌入式系统人才的需求日益增加,各个高校迫切要求建立嵌入式系统课程体系、实验体系、教材体系和教师培养体系,本文所探究的针对软件本科专业的嵌入式系统理论课程体系和实验课程体系,积累嵌入式系统的教学实践,融合了社会企业的需求和软件专业的特点,符合实际应用。当然,独立软件学院的嵌入式方向的教学还任重道远,需要从事嵌入式系统教学的教师在实践中不断地进行研究、不断地积累经验,不断地创新,才能培养出社会所需要的高素质嵌入式技术人才。
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The Teaching Research and Practice of Embedded System for the Software Speciality
HE Jian-feng, JIANG Lin, LIU Lin
0、引言
嵌入式技术是21世纪最有活力和生命力的新技术之一，近年来已逐渐成为IT行业的核心方向。我们有理由相信在未来20年内，全球将进入嵌入式时代和移动互联网时代。特别是最近几年，随着嵌入式软硬件技术的迅猛发展，嵌入式产品已经迅速渗入各个行业，生活中随处可见嵌入式技术的产品及应用，例如智能家电、智能手机、各类导航设备、数码相机、高清电视、视频监控等。智能机器人、医疗仪器、航空航天等领域同样离不开嵌入式系统。嵌入式系统产品开发已经成为当前最有发展前途的行业之一。
1、嵌入式系统人才需求状况
嵌入式系统是指在产品或设备内部以微控制器为核心，实现数字化和智能化功能的软件系统。嵌入式系统的意义在于对设备进行智能控制，实现其创新价值。嵌入式系统人才行业需求分布如表1所示。
目前，我国嵌入式系统人才培养的特点有以下几个方面。
1）人才储备不足。嵌入式系统产业的蓬勃发展带动了社会工业化和信息化的快速发展，对经济增长起到积极地促进作用。生产嵌入式系统产品和设备的企业也不断增加，相关人才的需求量也随之增加。但是学校和社会教育培训机构对嵌入式系统人才的培养机制和规模还不够完善，造成了人才奇缺的状况。
2）专业基础门槛高。从事嵌入式系统开发的人员必须具备一定的系统领域专业基础，要掌握软件的底层开发技术和硬件工作原理。所以在进行嵌入式系统学习之前，首先要熟悉软硬件的基础知识。
3）技术人员就业面广。嵌入式系统的相关产业分布较广，不同的行业又有不同的软硬件侧重点。例如，通信工程、电子工程方向的嵌入式系统开发人员主要从事硬件设计工作，嵌入式操作系统、内核剪裁程序和驱动开发相关的嵌入式系统开发人员主要从事软件设计与实现工作。所以嵌入式系统人才培养的就业面很广，要根据实际情况进行定向培养。
2、嵌入式系统人才培养模式
培养合格的嵌入式系统人才，是一项科学的系统工程。经过多年的理论研究和教学改革，我们探索出一套符合嵌入式系统人才培养要求的培养体系，具体内容包括教学方法改革、课程体系改革、教学环境建设、师资队伍建设、校企联合办学等。
1）教学方法改革。我们采用基于建构主义教学理论的任务驱动式教学方法作为嵌入式系统课程的基本教学方法。任务驱动式教学法的核心思想就是以学生为中心展开课程，把任务作为主线，教师作为向导，引导和调动学生的主观能动性。在课程展开过程中设置一系列能够体现综合设计能力的教学任务，学生通过完成这些任务来掌握课内外知识，同时养成独立思考和实践创新的良好习惯。
2）课程体系改革。嵌入式系统课程体系的最大特点就是突出实践环节，因为嵌入式系统人才的培养是面向工程的。学生只有在校内外完成足够的实践内容才能真正掌握嵌入式系统开发的能力。嵌入式系统专业中几乎所有的专业课程都有实验环节，重要的课程还专门设置了课程设计环节，由学生组成小型团队完成与课程相关的项目。
3）教学环境建设。为了更好地展开教学，学校投入专项资金建设了嵌入式实验室，购买了实验教学设备。以此为契机，计算机科学与信息工程学院设置了众多大、中、小型实验室，并配以不同的等级。对于大型A级实验室，主要供全院学生进行专业基础课程实验使用；对于中型B级实验室，主要功能为专业方向课的课程设计实验场所；对于小型的C级实验室，主要供学生组建的小型项目研发小组使用。不同的实验室有不同的管理办法，这一措施有力地保障了学生对实验教学的不同需求，对促进教学起到了非常积极的作用。
4）师资队伍建设。建立一支熟练掌握嵌入式专业技术的师资队伍是提高教学质量的关键因素之一。学校采用“双师型”教师队伍建设的方法，选派教师和研究人员到企业实地考察、学习和工作，参与企业的产品开发和项目建设。经过一段时间的锻炼后，教师的专业技能得到了更新或提升，并且明确了企业用人的原则，真正实现“努力做到企业需要什么，我们的教师就精通什么，我们的学生就会什么。”
5）校企联合办学。为了让教学更加贴近工程应用实际，学校定期邀请企业精英来学校开展技术讲座。通过介绍行业动态和前沿技术的发展现状，让学生了解就业形势和技术学习的方向。另外学校还和国内外知名嵌入式系统开发企业签订联合培养协议，企业派遣专业人员到校内进行课程辅导，学校派遣教师和学生到企业顶岗实习。
3、嵌入式系统人才培养实践
3.1 教学体系改革
嵌入式系统专业在依托校内办学优势和当地嵌入式技术产业资源优势的基础上，响应学校应用型人才培养改革的号召，分阶段地实施嵌入式系统教学体系改革。嵌入式系统专业教学体系改革示意图如图1所示。
准备阶段，我们建立了嵌入式系统专业教研室和相关教师队伍，组织教师进行理论研究和培训，同时结合学校应用型人才培养的要求制定嵌入式系统人才培养方案；合作阶段，利用校企合作平台的优势，建设一批校内外实习基地，同时为嵌入式系统专业教学配备软硬件教学环境；实践阶段，采用任务驱动教学法展开面向实践与创新的职业技能培养课程，同时利用校内外的企业合作资源进行定向培养；拓展阶段，在完成教学目标的同时，要敏锐捕捉企事业单位的人才需求信息，以组织就业指导和企业见面会的形式来拓展教学理念。最后还要不断完善人才培养体系，把建设过程中的宝贵经验应用到其他专业的教学中去。
3.2 课程体系改革
在明确教学体系的基础上，哈尔滨师范大学对嵌入式系统专业的课程体系也作了较大修改，如表2所示。
课程体系中主要包括以下5类课程。
1）公共基础课：是本科生必修的基础课程，如高等数学、外语、体育、计算机基础等。
2）专业基础课程：计算机相关专业人才学习的基础课程，包括c语言程序设计、模拟电子技术、数字电子技术、电子线路CAD、单片机原理及应用、数据结构、面向对象程序设计、微机原理与接口技术、软件工程导论、JAVA程序设计等。
3）专业方向课程：该类课程主要培养学生成为合格的嵌入式系统工程设计人才，主要课程有嵌入式程序设计基础、嵌入式系统体系与结构、嵌入式操作系统、嵌入式软件设计、嵌入式系统设计与开发、嵌入式Linux驱动开发、WinCE操作系统开发基础等。
4）课程设计：为培养学生掌握嵌入式系统专业相关课程而开设的课程设计，包括c语言课程设计、数据结构课程设计、CAD课程设计、数据结构课程设计、JAVA课程设计、嵌入式程序设计课程设计、WinCE操作系统课程设计等。
5）企业实践：主要包括专家讲座、工程实践、企业实习、毕业设计等。这些课程不同于校内课程，需要依托校企合作平成。这类课程直接面向就业，对学生的职业技能和就业去向有较大影响。
3.3 校企合作建设
学校根据嵌入式系统专业培养模式的要求，结合学校和企业联合培养学生的实践探索，积极建设资源共享、技术交流、就业定向培养等联合培养体系。学校聘请企业精英到校内任教或辅导，同时还派学生到企业参加技术培训和产品开发工作。哈尔滨师范大学的“数字电路”课程就是和当地电子科技企业合作开设的，任课教师是对方资深开发工程师，完成该门课程学习的学生可以签署专业人才就业协议，优先被企业录用。这种合作形式充分利用了学校和企业的资源优势。学生通过努力学习可以获得就业机会，这也激发了其主动学习的积极性，可谓一举两得。学校嵌入式软件系统培养模式具体内容还包括：
1）建立校企合作培养联盟。学校和当地嵌入式行业协会、知名企业共建“嵌入式技术人才培养校企联盟”，学校和企业按照行业规定和相关政策的要求，提供必要的教学资源，建立嵌入式系统技术人才储备基地。校企联盟的任务就是完善教育培训机制，建立“嵌入式应用技术”、“嵌入式产品运维服务”等专业领域的课程群和培训体系，把企业的理念引入学校，用行业标准规范教学体系。
2）在校内组建以学生为主体的嵌入式技术研究团队，成立“学生创新团队”和“学生工作室”等团体，定期举办技能大赛和技术交流论坛。这些团体的骨干人员可以优先和企业签订就业意向协议，为学生提前就业和企业人才储备做准备。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A
1新课程体系模式的基础改革
1.1 整体设置课程内容，解决体系内部课程间的内容交叉问题
原有的嵌入式课程体系内部相关课程之间各自形成体系，教学内容存在重复和交叉的问题。为此，我们对课程设置进行了一定的调整，通过实践项目，将课程体系中的主要内容相互衔接与融合，使学生建立完整的嵌入式系统设计的概念。嵌入式课程体系主要分为“理论课程体系”与“实践课程体系”两部分，其中“，理论课程体系”又分为“基础理论课程体系”与“面向应用的理论课程体系”两个子体系。3个子体系间具有一种阶梯式的递进关系，他们相互补充，相辅相成。其中，“基础理论课程体系”是“面向应用的理论课程体系”的基础，“面向应用的理论课程体系”是“基础理论课程体系”的提升，通过“面向应用的理论课程体系”的学习，实现对“基础理论课程体系”的全面巩固，“理论课程体系”是“学―做―用”一体化教学模式中“学”这一环节的具体实施，在该教学模式中具有重要的指导意义。“实践课程体系”是对“理论课程体系”的全面提升，是“学―做―用”一体化教学中“做”与“用”两个环节的具体实施，该体系包括了“专业实践”与“培训认证”两个方面，其中“专业实践”培养学生从理论到实践的应用能力，在此过程中注重的是不同课程间的内容交叉与整合。“培训认证”环节通过让学生参与相关认证，培养学生发现问题、解决问题的能力；另外，一旦通过认证，学生的就业前景将会更加广泛，这反过来也刺激了学生的学习积极性与目的性。
1.2 改变教学模式，解决理论教学和实践教学“骨肉”分离的教学模式
在理论教学中，往往采用的都是“粉笔 + 黑板 +PPT”的传统教学模式。在这个过程中，为了使学生理解相关的实验内容，教师通常会通过PPT 对相应实例程序进行讲解、分析。有些学生看到冗长的程序后直接放弃，有些虽然能坚持听下来，但对程序的整体系统思路及实现过程不太了解，只有“就事论事”，把这一个实例搞清楚，等到实验课时直接将示例程序写入实验板中，甚至只照搬实验书进行简单的连线了事。这种“骨肉”分离的理论和实践教学模式难以实现学生全面的掌握与创新。为了解决这一问题，课题组老师经过长时间的思考与摸索，根据教学内容，将每一个实验内容分解成多个子模块，通过循序渐进的方式，使学生逐个完成这些子模块，最终完成一个个的项目。在这个过程中，学生会经常用到一些编程工具，所以，这个过程学生对编程工具的使用会越来越熟练，同时编程能力也得到较大的提高。这样可以使理论和实践教学环节有机融合，有效地解决这两个教学环节相脱节的问题，彻底转变传统的课堂教学和实践教学分离的教学方法。
1.3 构建“阶梯式”的设计项目，提高学生综合素质
根据“学―做―用”一体化的教学模式，按照分阶段、递进式的教学改革思路，构建阶梯式的嵌入式应用系统设计项目，创新嵌入式应用系统设计教学与实践方案。再通过诸如大学生科技创新项目、科技竞赛、工程认证等创新层的扩展锻炼，经历过基础层和应用层学习锻炼的学生的嵌入式系统综合设计能力得到大幅提高。
2“学―做―用”一体化教学模式的实践效果
2.1调动了学习积极性，培养了创新能力
这也是“学―做―用”一体化教学模式的主要目的。该教学模式通过基础层、应用层及创新层 3 层分阶段、递进式的教学基本思路，能有效提高学生的学习积极性，使学生真正做到“在学习中思考，在思考中巩固，在巩固中提高”的总体目标。
2.2激发了学习兴趣，培养了创新意识
通过激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜能，并培养他们的创新意识。在该教学模式中，我们设置了学生自我设计、自我完成的研究型项目，可有效地激发学生的学习兴趣，锻炼他们的动手能力，同时也可培养他们的创新意识。
2.3学会了合作，培养了团队精神
随着科学研究的发展和深入，建立团队、相互合作是必然趋势，这就要求项目中每一位成员必须具有团队精神。因此，我们在“阶梯式”教学项目中注重培养学生合作和团队精神，特别是“应用层”和“创新层”两个阶段的项目需要同学们分工合作，共同完成这个项目。
2.4教学相长，师生共同提高
通过“学―做―用”一体化教学模式，特别是在“创新层”，学生在导师的指导下完成一个个项目，实际上是一个共同合作，相互学习的过程。在这个过程中，学生的创新能力得到提高，导师的科研能力也到了进一步的锻炼。
2.5因材施教，促进学生个性化发展
通过“学―做―用”一体化教学模式，教师可以根据学生的兴趣和综合素质，进行不同分工，分别侧重培养学生的理论水平、动手能力和创新能力，达到个性化发展。
3结语
新教学模式打破了传统教学模式，对学生的理论水平和创新能力进行培养，有效提高了学生在嵌入式课程体系中的学习效果，提升了其创新能力。虽然该教学模式取得了一定的成功，但在教学实施过程中还存在着教学体系还不够完善的问题，尤其是进一步建立和完善“学―做―用”教学中实验室的管理体系，管理制度，安全防范措施等，逐步优化适应现代学科发展的项目内容，形成更有利于培养学生创新精神，创新能力的教学体系。
参考文献
