摘要：隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，嵌入式系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如何在高校開展嵌入式系統(tǒng)教學(xué)是當(dāng)前課程建設(shè)的重要問題。提出了面向嵌入式系統(tǒng)的本科/研究生連續(xù)式課程建設(shè)方案。該方案以嵌入式技術(shù)為中心，以本科教育階段和研究生教育階段中學(xué)生對(duì)象、教學(xué)目標(biāo)等各方面的差異為支點(diǎn)，將嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)以區(qū)別對(duì)待、連續(xù)進(jìn)行的方式開展，對(duì)于高水平嵌入式人才的培養(yǎng)具有重要作用；同時(shí)，該方案也為其他課程或者專業(yè)方向開展課程建設(shè)提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)本科教學(xué)研究生教學(xué)課程建設(shè)

半導(dǎo)體等技術(shù)的快速發(fā)展極大的推動(dòng)了嵌入式技術(shù)的進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應(yīng)用[1]。特別是隨著無線移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，移動(dòng)嵌入式設(shè)備正在成為網(wǎng)絡(luò)接入的主要設(shè)備。新的應(yīng)用場景的出現(xiàn)使得嵌入式系統(tǒng)未來的發(fā)展前景愈加廣闊，對(duì)嵌入式人才數(shù)量的需要也不斷的增加，對(duì)人才質(zhì)量的要求也在不斷的提升。由此也推動(dòng)了高校中嵌入式相關(guān)課程的建設(shè)和完善。嵌入式系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的重要課程，國內(nèi)外眾多學(xué)校均開設(shè)了相關(guān)課程，培養(yǎng)嵌入式方向的專業(yè)人才[3-6]。武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院較早開設(shè)了嵌入式課程。在開展課程建設(shè)的過程中，將嵌入式系統(tǒng)理論與實(shí)踐之間的關(guān)系進(jìn)行了梳理，設(shè)置了適當(dāng)?shù)睦碚摻虒W(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并通過課堂外的教學(xué)擴(kuò)展來構(gòu)建充分的能力培養(yǎng)平臺(tái)[7-8]。在本科嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)研究生嵌入式相關(guān)課程建設(shè)進(jìn)行了探索。以嵌入式人才培養(yǎng)為核心，將本科和研究生嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程作為一個(gè)有機(jī)的整體來進(jìn)行建設(shè)方案的設(shè)計(jì)，從而構(gòu)建出面向嵌入式系統(tǒng)的本科/研究生連續(xù)式課程建設(shè)。

一、 嵌入式系統(tǒng)課程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)是根據(jù)應(yīng)用的需要，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，從而滿足定制要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[9]。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)受到具體應(yīng)用環(huán)境的限制，在功能、性能、可靠性和成本等方面都有較為嚴(yán)格的要求。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度在不斷提高，芯片的性能也在不斷得到提高，而與此同時(shí)，芯片的價(jià)格和面積卻在持續(xù)降低。此外，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，使得移動(dòng)接入成為互聯(lián)網(wǎng)接入的主要方式之一。因此，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在進(jìn)一步的擴(kuò)大，意味著嵌入式系統(tǒng)正在成為無所不在的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用擴(kuò)展使得嵌入式人才培養(yǎng)成為當(dāng)前需要解決的問題。高校是嵌入式人才的重要來源，開設(shè)嵌入式課程是高校提供社會(huì)服務(wù)的必然需要。

嵌入式課程既要關(guān)注到理論教學(xué)，也要結(jié)合實(shí)踐，提高動(dòng)手能力；既要考慮工程開發(fā)的需要，也要培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高水平人才。嵌入式系統(tǒng)課程是理論與實(shí)踐兼?zhèn)?、理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，如何更好開展課程建設(shè)，培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才，是嵌入式技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，所提出的挑戰(zhàn)。其核心包括：嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的安排；嵌入式相關(guān)實(shí)踐能力的培養(yǎng)；嵌入式系統(tǒng)方向創(chuàng)新能力的培養(yǎng)以及跨學(xué)科的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力。以計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)為背景，在本科嵌入式相關(guān)課程基礎(chǔ)上，將研究生嵌入式課程納入到整體的課程建設(shè)當(dāng)中，形成本科、研究生連續(xù)式的課程建設(shè)方案，從而培養(yǎng)出符合不同層次需要的高素質(zhì)嵌入式人才。

二、 連續(xù)式課程建設(shè)的設(shè)計(jì)

在面向嵌入式系統(tǒng)的連續(xù)式課程建設(shè)中，將課程的建設(shè)分成如下層次，如下圖1所示。

圖1課程建設(shè)層次嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，需要有一定的知識(shí)和能力基礎(chǔ)。這就是所有層次之下的基礎(chǔ)層次，既與嵌入式系統(tǒng)課程相關(guān)聯(lián)的課程，主要包括了計(jì)算機(jī)組成原理、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等課程。這些關(guān)聯(lián)課程為嵌入式課程的開展提供良好的基礎(chǔ)。在完成關(guān)聯(lián)課程的知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)后，再進(jìn)入嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)層次的課程建設(shè)。該層次中包括的教學(xué)內(nèi)容是嵌入式硬件相關(guān)知識(shí)、嵌入式操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)及其實(shí)踐實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。隨后，是嵌入式開發(fā)層次，包括了嵌入式系統(tǒng)級(jí)開發(fā)和嵌入式應(yīng)用開發(fā)。在這一層次開展培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的課程建設(shè)。

在上述課程建設(shè)中，強(qiáng)調(diào)的是基礎(chǔ)、知識(shí)和技能。而接下來的課程建設(shè)中，則強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新。首先是嵌入式應(yīng)用創(chuàng)新，即在既有的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力上，能夠針對(duì)具體的應(yīng)用領(lǐng)域或者場景，綜合知識(shí)和技能來發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。在此過程中，來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生掌握創(chuàng)新的基本方法，并能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用研究及其創(chuàng)新實(shí)踐。然后通過嵌入式前沿技術(shù)，將嵌入式技術(shù)的最新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)界的新動(dòng)向等引入到課程當(dāng)中。通過這一層次的課程建設(shè)，將學(xué)術(shù)性內(nèi)容和科研的方法更深層次的導(dǎo)入到教學(xué)當(dāng)中，提高學(xué)生對(duì)前沿內(nèi)容的掌握程度，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力。最后，通過嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新，讓學(xué)生在自己專業(yè)領(lǐng)域上，將自己的研究方向與嵌入式進(jìn)行結(jié)合，開展系統(tǒng)級(jí)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)到前沿，從應(yīng)用到研究，從工程到學(xué)術(shù)的培養(yǎng)路徑。同時(shí)，在上述設(shè)計(jì)中，對(duì)于優(yōu)秀的本科生，根據(jù)其實(shí)際的知識(shí)和能力基礎(chǔ)，可以進(jìn)入到研究生培養(yǎng)的各個(gè)層次當(dāng)中。從而將本科生的培養(yǎng)與研究生的培養(yǎng)構(gòu)建出一個(gè)連續(xù)的層次，同時(shí)又能夠區(qū)分開來。

三、連續(xù)式課程建設(shè)的實(shí)現(xiàn)

（一）課程的設(shè)置

在課程設(shè)置上，分別設(shè)置了三門課程，分別是“嵌入式系統(tǒng)”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)”、“嵌入式系統(tǒng)原理與技術(shù)”?！扒度胧较到y(tǒng)”是本科課程，在關(guān)聯(lián)課程計(jì)算機(jī)組成原理、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等課程的教學(xué)完成后開設(shè)。該課程的主要內(nèi)容是嵌入式系統(tǒng)概念，嵌入式體系結(jié)構(gòu)和指令集，對(duì)具體芯片的介紹，以及對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的初步介紹。通過該課程，學(xué)生能夠熟悉并掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，并對(duì)系統(tǒng)級(jí)軟件具有較好的把握?！扒度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)” 是本科課程，其主要內(nèi)容是嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)。目前該課程講述Android應(yīng)用開發(fā)，并適當(dāng)?shù)囊肫渌苿?dòng)應(yīng)用開發(fā)的內(nèi)容，作為擴(kuò)展知識(shí)。在完成這兩門課程的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)具備了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的知識(shí)和技能?！扒度胧较到y(tǒng)原理與技術(shù)”是研究生課程，該課程的主要內(nèi)容包括了對(duì)嵌入式前沿技術(shù)的介紹，以及嵌入式學(xué)術(shù)研究的方法和主題等相關(guān)內(nèi)容的闡述。通過該課程，學(xué)生能夠進(jìn)一步了解嵌入式技術(shù)的發(fā)展。

由于課堂的授課時(shí)間有限，在進(jìn)行實(shí)際的課程建設(shè)時(shí)，采用了專題訓(xùn)練的方式作為課堂授課的補(bǔ)充。以嵌入式系統(tǒng)級(jí)開發(fā)的專題訓(xùn)練為例，在“嵌入式系統(tǒng)”課程之外，密切聯(lián)系Linux操作系統(tǒng)、Java程序開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)等課程，根據(jù)“ARM+Android”開發(fā)的深度，綜合其關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)和開發(fā)方法，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的“ARM+Android”專題訓(xùn)練內(nèi)容體系。這個(gè)體系內(nèi)包括三個(gè)層次：首先是ARM Cortex-A8體系結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)資源的介紹，該部分內(nèi)容與“嵌入式系統(tǒng)”課程內(nèi)容相關(guān)聯(lián)；然后是Android系統(tǒng)的內(nèi)核介紹，本部分內(nèi)容與Linux操作系統(tǒng)、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)”等課程相關(guān)聯(lián)；再然后是基本的系統(tǒng)級(jí)開發(fā)環(huán)境，之后是Bootloader，內(nèi)核與驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)，本部分與Linux操作系統(tǒng)等課程相關(guān)聯(lián)；最后是各種調(diào)試方法的介紹。從而使得課程體系內(nèi)的各門課程能夠更為緊密的聯(lián)系在一起。

（二）實(shí)踐的設(shè)置

實(shí)踐是嵌入式系統(tǒng)課程建設(shè)的核心組成。在進(jìn)行連續(xù)式課程建設(shè)過程中，對(duì)實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐方式等進(jìn)行了全面的探索，一方面保證與理論相結(jié)合的基本實(shí)踐的開展，另一方面擴(kuò)展實(shí)踐環(huán)節(jié)，在基本實(shí)踐基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在具體設(shè)置上，通過建立學(xué)長組、微課題/項(xiàng)目、開放實(shí)驗(yàn)室、競賽、社團(tuán)等多種方式來開展。

嵌入式系統(tǒng)的既需要理論的理解和掌握，更需要在實(shí)踐上的訓(xùn)練以提高開發(fā)能力。課程組以面向本科/研究生的連續(xù)式課程建設(shè)為依托，以課程組教師為基礎(chǔ)，將研究生、本科生在實(shí)踐上的培養(yǎng)構(gòu)建成為一個(gè)整體。在導(dǎo)師組以外，建立了以研究生和優(yōu)秀本科生為核心的學(xué)長組，為參加嵌入式課程的學(xué)生提供不同方面的支持。一方面每個(gè)學(xué)生都能夠得到足夠的面對(duì)面的指導(dǎo)，提高實(shí)踐效率；另一方面，在指導(dǎo)過程中，也可以不斷的提升學(xué)長組成員的知識(shí)積累和實(shí)踐能力。在不斷的交流和討論中，研究生和本科生均可以獲得知識(shí)的增長，能力的提高，形成良好的學(xué)習(xí)和實(shí)踐氛圍，并構(gòu)建出可持續(xù)的長期機(jī)制。

課程組以實(shí)際的科研和教學(xué)項(xiàng)目為依托，抽取出其中可以由研究生和本科生完成部分，設(shè)計(jì)了給定題目的嵌入式開發(fā)與創(chuàng)新課題，提

供給學(xué)生作為團(tuán)隊(duì)或個(gè)人的項(xiàng)目；設(shè)計(jì)了開放性的方向和題目，公開給學(xué)生；并支持學(xué)生自己設(shè)計(jì)題目，在經(jīng)過評(píng)審后立項(xiàng)。以上均稱為“微課題”或者“微項(xiàng)目”。其中，來自科研課題的稱為“微課題”，來自其他項(xiàng)目的稱為“微項(xiàng)目”。不管是哪種類型，均由學(xué)生自行組織團(tuán)隊(duì)來申請(qǐng)題目并完成。學(xué)生也可以自行申報(bào)題目。團(tuán)隊(duì)通常由研究生和本科生共同完成。在完成過程中，由導(dǎo)師組和學(xué)長組進(jìn)行指導(dǎo)。嵌入式課程的實(shí)踐需要大量的硬件平臺(tái)支撐。為保證實(shí)踐的順利進(jìn)行，同時(shí)也提高設(shè)備的使用效率，在課程建設(shè)過程中，建立建設(shè)了開放實(shí)驗(yàn)室。通過自行購買、企業(yè)捐贈(zèng)等方式，獲得了多種類型的實(shí)踐設(shè)備，并開辟了專門的地點(diǎn)，將設(shè)備向參與課程的研究生和本科生開放。目前，開放實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備已達(dá)到百余套/件，足夠滿足開放實(shí)驗(yàn)室的需要。

為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，課程組在既有學(xué)生團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)和支持學(xué)生團(tuán)隊(duì)參與各類競賽。將團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目與競賽的主題進(jìn)行結(jié)合，一方面完成項(xiàng)目，一方面通過競賽獲取更多的有效信息，積極改進(jìn)。在競賽過程中，不斷的發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性的解決問題；通過競賽當(dāng)中的競爭來增強(qiáng)學(xué)生完成項(xiàng)目的主動(dòng)能動(dòng)性，從而不斷的積極進(jìn)行項(xiàng)目的深入探索，進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

在學(xué)生團(tuán)隊(duì)不斷發(fā)展擴(kuò)大的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生自行組織各種學(xué)生社團(tuán)。學(xué)生社團(tuán)的組建和管理完全由學(xué)生自行處理，各自有完整的社團(tuán)章程和制度。社團(tuán)在技術(shù)上接受課程組的指導(dǎo)。嵌入式課程的課外教學(xué)通過社團(tuán)確立了固定的平臺(tái)。此外，通過社團(tuán)可以接受來自相關(guān)方向上的專業(yè)技術(shù)支持。比如，武漢科技大學(xué)-微軟技術(shù)俱樂部獲得了微軟正版軟件的支持，并面向全校開放；定期獲得微軟的開發(fā)技術(shù)支持和講座等。通過社團(tuán)與課程組的協(xié)同，課程教學(xué)與課外教學(xué)活動(dòng)形成了良好的對(duì)接，成為教學(xué)互動(dòng)的良好渠道。

四、結(jié)論

嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，也帶來了對(duì)嵌入式人才的需求。通過開展本科研究生連續(xù)式課程建設(shè)，以既有科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累為基礎(chǔ)，以嵌入式技術(shù)為核心，為嵌入式人才培養(yǎng)為目標(biāo)，將本科嵌入式教學(xué)與研究生嵌入式教學(xué)結(jié)合在一起，構(gòu)建出整體化、具有連貫性的課程建設(shè)模式，從而推動(dòng)嵌入式教學(xué)的深入。面向嵌入式系統(tǒng)的本科研究生連續(xù)式課程建設(shè)，既是嵌入式系統(tǒng)課程建設(shè)的一種有效探索，也是其他專業(yè)方向課程建設(shè)的有益參考，對(duì)于推動(dòng)課程建設(shè)具有積極的意義。

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