曹俊武， 何劍鋒， 何月順， 李 祥， 余 英

（東華理工大學(xué)軟件學(xué)院，江西南昌 330013）

新形勢下，面向就業(yè)、面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐體系教學(xué)策略研究在國內(nèi)本科教學(xué)中處于起步階段。嵌入式系統(tǒng)作為綜合性和工程性極強(qiáng)的應(yīng)用型課程體系，課程的教學(xué)模式具有單向性、理論性、滯后性、交叉性等特點(diǎn)［1］。要使嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐體系在學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺上得到有效體現(xiàn)，應(yīng)與企業(yè)需求相結(jié)合，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相適應(yīng);要理順理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)施體系等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容;要重新理解嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐，使其有效服務(wù)于學(xué)生的創(chuàng)新活動。

1 嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與實(shí)施計(jì)劃

東華理工大學(xué)軟件學(xué)院現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備40套（XScale PXA270處理器）及相關(guān)配套實(shí)驗(yàn)儀器及測試儀器，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容涉及微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式中間件平臺開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)等眾多嵌入式實(shí)驗(yàn)。針對理論授課反思嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，普遍認(rèn)為嵌入式實(shí)踐教學(xué)解決問題可以從專業(yè)技術(shù)課配套的實(shí)驗(yàn)課程入手。通過探索改革實(shí)驗(yàn)課程的授課思路、內(nèi)容和方式，弄清實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念，鍛煉學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，有序做好如下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)實(shí)施規(guī)劃［2，3］。

（1）嵌入式基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。采用理論授課與動手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，讓學(xué)生了解嵌入式開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程，掌握嵌入式開發(fā)工具的使用方法，熟悉軟件編程環(huán)境。根據(jù)課程章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的調(diào)試，讀懂實(shí)驗(yàn)源程序和程序的運(yùn)行過程，使學(xué)生能夠進(jìn)行修改、組合和補(bǔ)充式的應(yīng)用編程。這包括ARM集成開發(fā)環(huán)境ADS1．2的使用與仿真調(diào)試方法、ARM中的匯編程序與C語言調(diào)用的混合編程、系統(tǒng)引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、八段數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)、鍵盤實(shí)驗(yàn)、IRQ中斷處理實(shí)驗(yàn)、定時器實(shí)驗(yàn)、串口傳輸實(shí)驗(yàn)、實(shí)時時鐘實(shí)驗(yàn)、LCD控制器實(shí)驗(yàn)、觸摸屏實(shí)驗(yàn)、MMU實(shí)驗(yàn)、CAN-BUS總線實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)等“章節(jié)單元型”或“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。主要采取精講精練的方式進(jìn)行，使學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。由教師指定幾個系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題，下達(dá)包括實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、系統(tǒng)功能及實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意問題的任務(wù)書。通常需要在嵌入式操作系統(tǒng)的支持下完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，編寫實(shí)驗(yàn)程序，選擇硬件接口并調(diào)試，并寫出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報告。EELIOD是基于Intel高性能的PXA270處理器并支持嵌入式Linux/Windows CE系統(tǒng)的針對教學(xué)與實(shí)驗(yàn)多功能嵌入式開發(fā)平臺。該實(shí)驗(yàn)平臺下支持的“系統(tǒng)編程開發(fā)”或“設(shè)計(jì)型”實(shí)驗(yàn)，主要包括1）基于Windows CE平臺的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):Windows CE平臺的構(gòu)建與配置、線程同步調(diào)試、驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、進(jìn)程通信調(diào)試、SQL數(shù)據(jù)庫編程、I/O接口控制編程、動態(tài)鏈接庫（DLL）、無線網(wǎng)絡(luò)通信編程、UDP和Ping實(shí)驗(yàn)、串口編程設(shè)計(jì)（GSM和GPS實(shí)驗(yàn)）、SD/CF存儲卡讀寫實(shí)驗(yàn)、USB攝像頭驅(qū)動和應(yīng)用實(shí)驗(yàn);2）基于嵌入式Linux 2．4平臺的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):Linux常用工具實(shí)驗(yàn)、Makefile實(shí)驗(yàn)、BootLoader實(shí)驗(yàn)、內(nèi)核編譯實(shí)驗(yàn)、嵌入式文件系統(tǒng)的構(gòu)建、嵌入式GUI應(yīng)用程序?qū)嶒?yàn)、驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、I/O口驅(qū)動實(shí)驗(yàn)、USB驅(qū)動配置實(shí)驗(yàn)、SD卡驅(qū)動程序?qū)嶒?yàn)、QT/E移植實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)（GPS和GSM通信）、Webserver的移植與網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)驗(yàn)［2，4］。

（3）創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)。從貼近市場對于嵌入式軟件人才的能力要求出發(fā)，錘煉學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新思維能力和工程實(shí)踐能力，對當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的“知識+能力+創(chuàng)新”應(yīng)用，以“項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)”驅(qū)動機(jī)制，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，通過自己的創(chuàng)新思維，學(xué)生自己討論確定研究方法和研究手段，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件進(jìn)行課題研究，教師在一定階段給予必要的指導(dǎo)。最終在項(xiàng)目中解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。通過項(xiàng)目組織整個實(shí)驗(yàn)的同時，需要在項(xiàng)目的過程中貫穿軟件工程的思想。例如借助于軟件工程管理工具進(jìn)行進(jìn)度管理、代碼管理、缺陷管理等。簡言之，讓學(xué)生在項(xiàng)目中不但可以掌握具體工程技術(shù)，還可以積累工程素養(yǎng)。

2 嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案探究

嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案分為基礎(chǔ)類、設(shè)計(jì)類和創(chuàng)新類等3類實(shí)驗(yàn)。（1）嵌入式基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)是以“章節(jié)單元實(shí)驗(yàn)”為基礎(chǔ)，驗(yàn)證某個教學(xué)知識點(diǎn)或某個已知的系統(tǒng)功能的正確性，利用基礎(chǔ)開發(fā)語言服務(wù)基本系統(tǒng)功能，掌握基本嵌入式開發(fā)工具，對于學(xué)生更好地理解課堂知識點(diǎn)和掌握必要的技術(shù)技能是有幫助的，通常稱為“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)。（2）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)方案:所有的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)均在特定的嵌入式操作系統(tǒng)上進(jìn)行，不同的操作系統(tǒng)編程、移植與驅(qū)動開發(fā)千差萬別，結(jié)合軟件學(xué)院學(xué)生自身特色，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯蓚鹘y(tǒng)的“芯片編程技術(shù)”向“系統(tǒng)編程開發(fā)”轉(zhuǎn)變。（3）針對嵌入式創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)方案:其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排應(yīng)該由傳統(tǒng)的“章節(jié)單元實(shí)驗(yàn)”向“項(xiàng)目單元實(shí)訓(xùn)”過渡，把前期做過的章節(jié)單元實(shí)驗(yàn)課程通過一個或多個項(xiàng)目的形式來組織，牽引2～4名學(xué)生為一個項(xiàng)目組在一學(xué)期（年）內(nèi)完成該一項(xiàng)項(xiàng)目，以達(dá)到掌握嵌入式技術(shù)技能的目的［5］。同時，積極進(jìn)行校企合作，建立實(shí)踐基地，聯(lián)合完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。嵌入式系統(tǒng)具體實(shí)驗(yàn)平臺方案如圖1所示。

3 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與預(yù)期效益

圖1 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本做法是讓學(xué)生基于綜合實(shí)驗(yàn)程序，自行編寫一個功能擴(kuò)充的應(yīng)用項(xiàng)目，或者在綜合實(shí)驗(yàn)平臺的啟發(fā)下自行創(chuàng)意，開發(fā)一個新應(yīng)用項(xiàng)目。針對不同教學(xué)的應(yīng)用對象（包含軟件類、計(jì)算機(jī)類、信息工程類大學(xué)本科生）、應(yīng)用條件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)評價體系進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐理論研究。在理論指導(dǎo)下建立健全嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐新體系，旨在加強(qiáng)對系統(tǒng)基礎(chǔ)知識、系統(tǒng)分析和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［6，7］。主要包括:（1）培養(yǎng)學(xué)生的知識拓展、應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。采用啟發(fā)式、范例式等多種方法提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新意義的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)踐教學(xué)中，課程組充分運(yùn)用先進(jìn)優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件，并充分發(fā)揮教師在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面較強(qiáng)的科研經(jīng)驗(yàn)和成果，開發(fā)基于多種軟硬件開發(fā)平臺的、不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并形成實(shí)踐教學(xué)體系。有選擇地讓學(xué)生分析科研項(xiàng)目中的有關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件。（2）構(gòu)建嵌入式創(chuàng)新型人才課程體系和培養(yǎng)方案。面對嵌入式技術(shù)快速發(fā)展和嵌入式系統(tǒng)本科專業(yè)快速增長的現(xiàn)狀，深入探索社會需求和人才培養(yǎng)規(guī)律，進(jìn)一步明確嵌入式創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式，構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的、滿足不同特色需求的嵌入式創(chuàng)新型人才課程體系和培養(yǎng)方案。（3）通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺有效促進(jìn)實(shí)踐嵌入式教學(xué)改革。通過對教學(xué)方法與手段的多項(xiàng)教學(xué)研究與改革，在增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的實(shí)踐中取得實(shí)效。同時在提高課程教學(xué)質(zhì)量、針對教學(xué)難點(diǎn)、研究教學(xué)方法、融入教學(xué)過程、探索教學(xué)改革中發(fā)揮創(chuàng)新平臺的有效作用。如通過電子及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)競賽、學(xué)生興趣小組、實(shí)習(xí)基地培訓(xùn)項(xiàng)目、參與教師科研項(xiàng)目、職業(yè)創(chuàng)新規(guī)劃、自主設(shè)計(jì)等方式激勵創(chuàng)新，有效構(gòu)建大學(xué)生科技創(chuàng)新平臺。在教學(xué)實(shí)踐中設(shè)計(jì)多層次的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、選作實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，開展學(xué)生知識學(xué)習(xí)、研究探索，并通過自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力等。

4 結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)發(fā)展得如此迅速，嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)還沒有成熟的模式去遵循，原有的嵌入式設(shè)計(jì)思想，操作系統(tǒng)還沒有被應(yīng)用到科研項(xiàng)目中。東華理工大學(xué)軟件學(xué)院嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)受到了學(xué)生的熱烈歡迎，提高了教學(xué)效果。但這僅僅是一個好的開始，還存在許多不足。本著培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題以及綜合應(yīng)用知識的能力出發(fā)，積極開展理解基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)、掌握設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)、開拓創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，鼓勵學(xué)生探索、創(chuàng)新和實(shí)踐，這樣才能共同提高嵌入式系統(tǒng)理論與實(shí)踐教學(xué)的水平。

［1］俞建新．略論嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（7）:741-745．

［2］億道電子．XSBase270基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上機(jī)指導(dǎo)書［R］．深圳:億道電子技術(shù)有限公司，2005．

［3］黃曉玲，段鳳云，趙建科．嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的探索與實(shí)踐［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006（4）:85-87．

［4］億道電子．XSBase270 LINUX/WINCE 使用手冊［R］．深圳:億道電子技術(shù)有限公司，2005．

［5］李靜，喬峰．淺談嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］，高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2009，3（1）:22-23．

［6］羅鈞，廖紅華，付麗，黃勇．嵌入式實(shí)驗(yàn)教改與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的關(guān)系［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（8）:958-959，1018．

［7］黃杰，何宗鍵．基于項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)課程改革探索與實(shí)踐［J］．計(jì)算機(jī)教育，2008，2（2）:30-33．