摘要：本文介紹了深圳職業(yè)技術學院計算機應用專業(yè)在嵌入式操作系統(tǒng)課程中的教學改革探索。在培養(yǎng)“應用型”人才的目標下，課程在教學方法上提出了過程“三段式”教學；實踐“倒推法”教學等；課程內(nèi)容上采用Windows CE5.0平臺，并建設相關實驗室；教學任務微觀化，學生考核“綜合化”等概念。在教學及實踐環(huán)節(jié)中提出了很多新穎的觀點并實施了很多方法，三屆學生的實踐證明這一成果在嵌入式系統(tǒng)教學中起到了積極的推動作用，學生掌握了實用技能，擴大了就業(yè)面。

關鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng)；教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）09-0042-05

1 引言

“嵌入式操作系統(tǒng)”課程是深圳職業(yè)技術學院計算機應用技術專業(yè)在2002年教學計劃中設置的新課程。眾所周知，我國已經(jīng)成為世界的電子制造業(yè)基地，嵌入式技術已經(jīng)是大大小小的電子制造類企業(yè)技術開發(fā)的中心平臺。深圳就有四分之一多的企業(yè)采用嵌入式技術。根據(jù)市場調(diào)查，很多企業(yè)需要高職層面的嵌入式應用技術人才。據(jù)此，我們率先開設了嵌入式技術方向相關課程。

選擇什么樣的教學內(nèi)容？采用什么樣的教學方法? 培養(yǎng)學生什么樣的能力?實踐教學采用什么樣的平臺？如何區(qū)別與本科的教學，從而更加體現(xiàn)高職教育的特色?這些問題一直是我們思考的內(nèi)容。經(jīng)過深入分析，在三年的教學實踐中不斷的修正，我們提出了一整套針對本課程的教學模式。通過多種方法的綜合應用，培養(yǎng)出了受企業(yè)歡迎的畢業(yè)生，達到了我們培養(yǎng)的目標：使學生成為能工巧匠型的大學生和大學生型的能工巧匠。

2 課程設立基本情況

“嵌入式操作系統(tǒng)”課程是嵌入式技術方向的一門專業(yè)課程，是本專業(yè)方向的核心課程。

企業(yè)要求嵌入式專業(yè)方向的畢業(yè)生能夠從事嵌入式應用產(chǎn)品的生產(chǎn)、工藝設計、質(zhì)量管理、市場營銷等工作。因此，經(jīng)過論證和調(diào)研，我們確立的培養(yǎng)目標是：要求畢業(yè)生成為在嵌入式計算機系統(tǒng)等技術領域從事技術和管理工作的高等應用型專業(yè)技術人才，熟悉基于ARM的嵌入式硬件系統(tǒng)和掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用開發(fā)的基本能力。

“嵌入式操作系統(tǒng)”課程的定位是：以嵌入式操作系統(tǒng)為對象，使學生掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用系統(tǒng)的設計方法和基本能力，并能從事上述各種崗位的工作。

3 課程教學基本思想的確立

高職院校學生的培養(yǎng)目標不同與本科院校，培養(yǎng)目標更側(cè)重于學生的實際動手能力。傳統(tǒng)的計算機專業(yè)基礎課程的教學中，大量篇幅講授理論知識，這樣的教學方法并不適應于高職學生。根據(jù)培養(yǎng)目標的要求，并依據(jù)當前技術市場主流的水平，在理論知識的教學中，只講解最基本的概念和原理，并不把相關原理加深拓寬，從而將重點放在學生實踐能力的培養(yǎng)上。能力的核心是應用開發(fā)技能，即畢業(yè)生有能力在面對某種以嵌入式CPU為核心的整體解決方案時，可以根據(jù)方案的要求，實現(xiàn)其具體的功能，并調(diào)試運行成功。在具體的工作崗位上，可以根據(jù)公司的要求，對方案進行裁剪、修改，在高級設計工程師的指導下，實現(xiàn)新產(chǎn)品的開發(fā)，同時完成模塊的編程、集成及測試等工作。

在這門課上，體現(xiàn)為學生要掌握在Windows CE操作系統(tǒng)下裁剪、配置、定制操作系統(tǒng)的能力，掌握基于Windows CE的基本的驅(qū)動程序設計能力。

4 課程教學的新模式

在確立了本課程教學基本思想后，經(jīng)過廣泛論證、走訪企業(yè)、調(diào)研其他院校的教學方式、學習最新嵌入式技術及了解國外院校開課情況的基礎上，我們在教學內(nèi)容、教學方法、教學實驗平臺、考核方式等方面提出了一套本課程的教學新模式，通過三年來的應用實踐，并不斷地調(diào)整深化，模式已經(jīng)基本成熟。

多年以來，深圳職業(yè)技術學院推行以學生為主體、教師為主導的教學思想，著重培養(yǎng)學生的實際動手能力。在課堂教學中，廣泛推廣“教、學、做”相結(jié)合的項目驅(qū)動教學法，引導學生在實踐動手中學習新知識。在本課程的教學模式中，很好地體現(xiàn)了這一教學思想。

4.1 教學內(nèi)容“主流化”

選擇什么樣的教學內(nèi)容是教學的首要問題。2004年本專業(yè)首次開設了“嵌入式操作系統(tǒng)”課程，選用北京科銀京成技術公司研發(fā)的道系統(tǒng)(DeltaOS)為教學平臺，并成立了“深職院－電子科大嵌入式系統(tǒng)技術開放實驗室”。道系統(tǒng)是一個實時性非常強的嵌入式操作系統(tǒng)，產(chǎn)品在工業(yè)控制領域、軍工裝備中得到廣泛應用。該實驗室建成后，我們不僅開展嵌入式操作系統(tǒng)的教學，還開設了基于ARM的嵌入式系統(tǒng)技術、ARM應用技術實訓等相關課程的教學工作。

在后續(xù)的市場研究和走訪企業(yè)過程中，我們發(fā)現(xiàn)諸多中小相關企業(yè)使用的嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式Linux和Windows CE操作系統(tǒng)。而這些企業(yè)是我們高職學生就業(yè)的主要市場，這就要求我們盡力去滿足這一市場。通過論證，Windows CE 5.0的市場占有率逐年上升，在手持設備等領域已經(jīng)成為市場主流。據(jù)此我們在2005年將課程教學內(nèi)容轉(zhuǎn)為Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。同時還保留道系統(tǒng)的培訓工作并利用其開展一些科研工作。

4.1.1 課程章節(jié)內(nèi)容

結(jié)合企業(yè)的實際和學生的能力，我們在Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的教學過程中主要講授以下內(nèi)容：

第一部分嵌入式系統(tǒng)基本理論：講授嵌入式系統(tǒng)的定義、特點及分類；常見的嵌入式操作系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)的設計方法概述；Windows CE 5.0基礎；實驗平臺的基本原理和使用。

第二部分Windows CE5.0內(nèi)核定制：講授操作系統(tǒng)鏡像；在PB中添加自定義特性；Windows CE5.0的關鍵配置文件；PB的編譯鏈接過程和遠程調(diào)試工具。

第三部分Windows CE5.0的基本應用原理：講授Windows CE5.0的進程；內(nèi)存管理；文件系統(tǒng)；設備管理；圖形用戶界面和Windows CE5.0的通訊技術。

第四部分Windows CE5.0的驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫：講授驅(qū)動程序的設計和動態(tài)鏈接庫的基本原理。

第五部分整周實訓一周，整周實訓是一個集中實訓階段，通過整周實訓的訓練，最終完成整個教學目標。

4.1.2 教學時間安排

課堂教學共64學時，整周實訓一周共28學時，合計92學時。在課堂教學的64學時中，其中用于理論教學的課時為32學時，主要講解Windows CE操作系統(tǒng)的基本概念和基本原理，而用于實踐教學的課時為32學時，再加上整周實訓的28個學時，整個實踐性環(huán)節(jié)的學時總量達到60個學時，足以讓學生在實踐過程中熟練掌握基于Windows CE操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術和方法。

4.2 教學方式“企業(yè)化”

培養(yǎng)目標決定一切圍繞工作崗位進行，在教學方式上，要求我們貼近企業(yè)，貼近實際。在學校環(huán)境下，我們采取以下幾種教學方法。

4.2.1 “倒推式”教學法

第一次上課就讓學生 “見識”一個實際的嵌入式產(chǎn)品。以這個典型的嵌入式產(chǎn)品為目標，將產(chǎn)品分解，倒推出一個產(chǎn)品的開發(fā)過程。從“產(chǎn)品”到“部件”的倒推，把歸屬于課程不同章節(jié)的內(nèi)容，放到相關的教學單元去講解完成。在每一教學單元中，以產(chǎn)品的“部件”為核心，設計出實際開發(fā)中要解決的課題。通過在具體的學習過程中解決問題，使學生學習和掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用開發(fā)能力。在最后一周的整周實訓課中，讓學生完成一個正推過程，完成一個產(chǎn)品從設計思想，到部件，最終到產(chǎn)品的演變過程，從而從整體上建立嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)規(guī)律和方法，使學生踏出校門，就可以直接進入工作崗位，完成從學校到企業(yè)的零距離過渡。

4.2.2 “三段式”能力漸進培養(yǎng)

本課程實踐教學的設計思想是：通過三個不同的教學階段，提出不同的教學目標，逐漸提升對學生的能力要求，使學生熟練掌握整個教學內(nèi)容，具備可以獨立完成基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用開發(fā)項目的能力。

本課程的實踐教學的三個教學階段為：

章節(jié)實驗：按照項目單的要求，根據(jù)嵌入式產(chǎn)品分解的內(nèi)容，針對相關章節(jié)的核心知識點進行實驗，以完成對該章節(jié)知識的掌握。在課堂教學中，通過完成相關的實踐項目，從中理解相應的知識點，進而掌握其中的核心理論知識，熟悉開發(fā)工具的使用、解決實訓過程中的常見問題，熟悉基本的調(diào)試技巧和方法。

課程設計：按照課程設計任務書的要求，完成課程設計的工作。課程設計是學生根據(jù)任務要求，開始獨立完成完整產(chǎn)品中的一個基本任務的過程，是平時課堂實訓項目的延伸，但因為實訓過程已經(jīng)不像在章節(jié)實訓中那樣具體，學生所面臨的內(nèi)容也不再是具體的知識，也不會面臨調(diào)試技巧和方法的問題，學生將更多的注意力放在了如何在一個具體的產(chǎn)品中去完成其中的一個環(huán)節(jié)！這個環(huán)節(jié)既是對前面課堂教學的檢驗，也是學生提升自己能力的關鍵環(huán)節(jié)。

整周實訓：由于整周實訓的時間集中，學生可以花整天的時間待在實驗室，實訓的開展也就更為有效，完成一個較復雜的項目也變?yōu)榭赡?。這一環(huán)節(jié)的教學目標即在于全力提升學生的獨立開發(fā)能力，前面的課堂教學和課程設計都是為了這一目標而做準備。

在這個環(huán)節(jié)中，要求學生開發(fā)一個典型的嵌入式產(chǎn)品雛形，可能從功能上、產(chǎn)品化方面還有待改善，但其過程包含了一個嵌入式產(chǎn)品基本的開發(fā)過程。所有的教學過程都指向了這樣一個最終的目標，即通過一系列的訓練，使學生熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，并最終實現(xiàn)一個典型產(chǎn)品的開發(fā)。這個過程將使學生更為直接的接觸到嵌入式系統(tǒng)的原理、開發(fā)手段和調(diào)試技巧，效果將更為直接、明顯。

4.2.3 任務單元“微觀化”

在每一教學單元中，采取項目驅(qū)動，問題牽引的教學方法。對“嵌入式操作系統(tǒng)”課程的每一單元的微觀設計進行了研究。在每個任務單元的微觀設計上，以該項目為中心目標，精心設計過程。課程所涉及的基本問題，均通過所編制的實訓項目單來反映。力求使實訓項目反映課程的核心內(nèi)容。通過解決問題，使學生學習和掌握嵌入式操作系統(tǒng)的相關知識，培養(yǎng)學生的學習能力、分析問題和解決問題的能力，如表1所示。

4.3 考核方法“綜合化”

本課程的考核拋棄了傳統(tǒng)的期末考核，采用形成性考核的考核方式。完整的考核方案包含了多個方面，總分中平時學習表現(xiàn)占20%（包括考勤、提問和平時作業(yè)），實踐性作業(yè)占20％，課程設計占20％，整周實訓占40％。平時作業(yè)的考核形式是書面作業(yè)，實踐性作業(yè)和課程設計是程序設計與調(diào)試，整周實訓是項目完成及答辯。在考核方法上課程設計和整周實訓采用實操方法。這樣的考核方法重視了平時成績的考核和工程技術應用能力的考核，因而更切合工程應用的要求。

課程的考核方案改革無疑是本課程教學模式突出的一點。取消期末考試，把一次考試定成績變?yōu)槿轿豢己硕ǔ煽?，方法更為科學也更受學生歡迎；從考核試卷到考試作品，這樣的跨越也反映了課程改革從純粹的學術型走向了技術型，實用型，學生的適應能力也大大提高。這樣做老師的工作強度會加大，平時考核的評定也要求更為科學、合理，但普遍受到學生的歡迎。

4.4 教學實訓平臺和師資問題

在“貼近企業(yè)；貼近實際”的原則下，我們建設了一個全新的嵌入式系統(tǒng)實訓室。實訓室要求必須滿足嵌入式操作系統(tǒng)相關課程的實訓和教學工作需要以及學生完成畢業(yè)設計使用。同時，Linux操作系統(tǒng)、嵌入式應用技術等課程的實訓及相關技能證書的培訓也可在該實訓室完成。在考查多家供貨商的實訓平臺技術水平、性價比、維護能力后，我們選用了深圳優(yōu)龍科技有限公司的產(chǎn)品，建立了一個嵌入式系統(tǒng)應用實驗室，設備有：Intel XScale270教學平臺(40套)；ARM MultiIce 仿真器（20套）；S3C2410 教學平臺（20套）；Pentium4 2.8G雙核CPU PC機（40臺）。同時，我們還購置了一些嵌入式產(chǎn)品的全套方案及樣機，應用于本課程教學。讓學生完全接觸到當前嵌入式系統(tǒng)應用的最新產(chǎn)品，掌握開發(fā)過程，實現(xiàn)真正的“生產(chǎn)性”實訓。

為解決課程改革所面臨的師資問題，學校使用專項的教師培訓資金派出教師在暑假期間到北京博創(chuàng)公司參加了其“嵌入式系統(tǒng)高級培訓班”，培訓內(nèi)容以IntelPXA270＋Windows CE5.0的典型架構(gòu)為核心，詳細學習了Intel PXA270的結(jié)構(gòu)和部件，Windows CE開發(fā)的基本過程及典型案例。在此基礎上，幾位教師又認真完成了微軟2535和2540模塊的自學，為開設課程做了足夠的準備。在選擇深圳優(yōu)龍公司的產(chǎn)品后，又請其工程師開設了一周的嵌入式系統(tǒng)技術培訓工作。同時，安排教師到優(yōu)龍公司學習最新的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術，了解最新的技術動態(tài)，提升教師的實踐能力。

5 教學模式實施和教學質(zhì)量監(jiān)控

基于“嵌入式操作系統(tǒng)”課程教學的具體要求，我們修訂了課程教學大綱。大綱的修訂突出課程的實踐性特點，首先，將一實際產(chǎn)品進行分解，將課時的重點放在實踐性教學環(huán)節(jié)上，并突出“平時教學＋整周實訓”的教學模式，將課程內(nèi)容與整周實訓課程的內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)劃，有側(cè)重地安排，最終完成統(tǒng)一的教學目標。同時，課程設計環(huán)節(jié)的內(nèi)容并沒有因為增加了整周實訓環(huán)節(jié)而有所削弱，而是進一步加強，從而在教學規(guī)劃上實現(xiàn)課程的三階段教學架構(gòu)，真正解決學生在學習嵌入式操作系統(tǒng)過程中，因為集中學習時間短而難以完成復雜項目的問題。在對課程的宏觀設計上，工作重點是探索以學生為主體的教學方法，精心提煉教學內(nèi)容，突出Windows CE操作系統(tǒng)的最主要內(nèi)容。

在教學實施過程中，為提高課程的教學水平，課程開設之初我們就確定課程負責人。統(tǒng)一和規(guī)范課程教學文件（教學大綱、進度表、教案、教材、實訓項目），對教學大綱的修改和課程內(nèi)容做了多次專題討論，專業(yè)定期以多種形式組織教師進行教研活動，研究教法，相互聽課，觀摩、交流教學經(jīng)驗。規(guī)范課程設計任務書和課程設計報告的模板。在課程考核中注重以學生能力為中心，全部采用形成性考試方案，側(cè)重對學生學習能力、實踐能力和對嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)能力的考察。不以學生一次考試的成績決定其課程的最終成績，將考核貫穿到整個學習過程中去，大大調(diào)動了學生的學習熱情，也取得了明顯的學習效果。整周實訓的考核在原有考核內(nèi)容的基礎上增加了答辯環(huán)節(jié)。采取制作匯報提綱PPT，現(xiàn)場演示程序運行結(jié)果，每個學生向全班同學進行匯報的考核方式，并將答辯環(huán)節(jié)的成績記入總分。

教學質(zhì)量提高是我們追求的目標。為此，我們建立了監(jiān)控體系，請來了校外的專家。首先，為了緊跟市場，課程反映學科的最新發(fā)展，我們聘請了6位來自企業(yè)的校外專家成立專業(yè)指導小組，對課程的教學計劃進行具體的指導。每年我們都會聘請專家到學校，請他們根據(jù)企業(yè)當前發(fā)展的需求，對專業(yè)課程設置、課程教學大綱提出他們的意見。其次，在本課程教學內(nèi)容修訂時，我們征求了很多校外專家的意見。分別與深圳優(yōu)龍公司、深圳旋極公司、深圳億道公司及深圳英蓓特公司等嵌入式產(chǎn)品研發(fā)公司建立長期、有效的合作，他們的工程師都給出了積極的建議，在廣泛征求意見的基礎上，我們對教學內(nèi)容作了修改。同時，我們還在這些企業(yè)中建立校外實訓基地。組織學生參觀嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)過程，派遣優(yōu)秀學生進入企業(yè)參于產(chǎn)品開發(fā)過程。在課程教學過程中使用的實訓項目單要求企業(yè)的工程師審核，部分實訓項目移至企業(yè)，讓工程師也參與教學，使企業(yè)也成為教學組織者之一，幫助我們嚴把教學質(zhì)量關，使用教學內(nèi)容能夠反映企業(yè)彩的最新技術。每年我們都會推薦畢業(yè)生進入了這些公司，先在公司中實習，在公司考核合格后進入公司工作。這樣，通過這些與我們合作的公司既檢驗了我們的“產(chǎn)品”，也解決了學生的就業(yè)問題。如果學生在適應企業(yè)的過程中有具體的問題，企業(yè)也會及時向我們反饋，我們也會仔細分析，檢查課程的計劃和教學中有何問題，從而及時糾正。

6 實踐過程和取得的效果

大約用了一年的準備，我們從2002級學生開始開設此課程，在2004級學生中開始教授Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。目前，已完成三屆學生的教學，每屆學生在嵌入式操作系統(tǒng)課程的學習上，積極性非常高，整體取得了良好的效果。三屆畢業(yè)生中，有幾十位學生從事嵌入式相關工作。

在2006屆的畢業(yè)設計中，畢業(yè)生完成的“基于Windows CE5.0的指紋識別系統(tǒng)”，在Windows CE平臺上實現(xiàn)了人體指紋的識別、指紋數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)。由于人體指紋的不變性和唯一性，指紋識別成為最可靠的身份驗證方法，基于指紋識別技術的身份驗證系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)的基于密碼和證件的安全系統(tǒng)。這個畢業(yè)設計工作就是完成了指紋系統(tǒng)的開發(fā)研究，并在Windows CE平臺上完成了一個身份認證系統(tǒng)。

由于課程開設的前沿性和實用性，在精心設計實施后，課程取得了良好的教學效果

7 結(jié)束語

幾年的實踐探索，我們摸索出一些方法，取得了良好效果。但許多方面仍需繼續(xù)努力，如教材，如何編寫一本適合高職學生的教材？就是我們下一步要工作重點。嵌入式系統(tǒng)的教學伴隨著整個計算機工業(yè)的發(fā)展，有著其鮮明的發(fā)展特點，而嵌入式系統(tǒng)的教學也有著很廣泛的空間需要我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

參考文獻：

[1] 張福炎，俞建新.2004年全國第五屆嵌入式系統(tǒng)學術交流會論文庥[C].北京航空航天大學出版社，2004.

收稿日期：2007-04-02

作者簡介：王曉春，男，內(nèi)蒙呼和浩特人，碩士，主要從事嵌入式系統(tǒng)的教學和科研工作。