蔣毅 章軍 平雪良 張秋菊

（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

0 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是為了培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重大改革項(xiàng)目。江南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)自入選首批“卓越計(jì)劃”后，在機(jī)械電子工程本科三年級(jí)課程體系中設(shè)置了以ARM微處理器S3C2440為對(duì)象的嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用專業(yè)選修課。

長期以來，嵌入式系統(tǒng)是高等學(xué)校電子與信息類專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課程[1]，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科、跨專業(yè)的理論、方法與技術(shù)的融合應(yīng)用，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合緊密、綜合性較強(qiáng)的課程[2]。而對(duì)于機(jī)械類專業(yè)，在其課程體系設(shè)計(jì)中雖然包含了部分嵌入式系統(tǒng)先修課程內(nèi)容，但較少開設(shè)專門的嵌入式系統(tǒng)課程，也缺乏合適的供機(jī)械類專業(yè)本科生使用的嵌入式系統(tǒng)教材。

本文以近幾年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，歸納了機(jī)械電子工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)特點(diǎn)，并探討了面向機(jī)電專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與方法。

1 機(jī)電專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)

在機(jī)電類專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程是大學(xué)本科課程自我更新的一種新的路徑，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而導(dǎo)致的本科課程體系更新過程中的一個(gè)自然而然的結(jié)果[3]。嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛，對(duì)于機(jī)電專業(yè)本科生而言，因其在機(jī)電設(shè)備開發(fā)、控制于維護(hù)方面有著較強(qiáng)的應(yīng)用背景知識(shí)，且具有一定的先修課程基礎(chǔ)，因此嵌入式系統(tǒng)課程較適合機(jī)電專業(yè)本科生的學(xué)習(xí)。

但同時(shí)，與電類專業(yè)不同，機(jī)械類專業(yè)電基礎(chǔ)較為薄弱，導(dǎo)致了機(jī)械電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)具有以下特點(diǎn)：

1.1 課程內(nèi)容綜合性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件系統(tǒng)的綜合體[4]，在課程中要向?qū)W生講解嵌入式微處理器的基礎(chǔ)知識(shí)以及其他相關(guān)硬件知識(shí)，包括處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、寄存器設(shè)置等，又要講解嵌入式軟件方面的知識(shí)，包括Linux系統(tǒng)、交叉編譯、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多進(jìn)程通信等。

1.2 課程的課時(shí)有限

作為一門專業(yè)選修課，嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)置的教學(xué)時(shí)長為32學(xué)時(shí)，而電類專業(yè)該課程一般有48學(xué)時(shí)以上的課時(shí)，甚至達(dá)到72學(xué)時(shí)，在這其中，實(shí)驗(yàn)課時(shí)又有8個(gè)。由于課內(nèi)學(xué)時(shí)數(shù)偏少，較容易發(fā)生學(xué)生能夠聽懂某些細(xì)節(jié)但缺乏整體認(rèn)識(shí)，或者能夠把握大框架但實(shí)際動(dòng)手時(shí)一籌莫展的情況。

1.3 先修課程基礎(chǔ)薄弱

盡管機(jī)電專業(yè)本科生已經(jīng)有C程序語言設(shè)計(jì)、模擬/數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)接口技術(shù)、電子CAD等先修課程基礎(chǔ)，但受到大學(xué)教學(xué)活動(dòng)短學(xué)程化的影響，學(xué)生在背景知識(shí)的掌握上存在不夠全面或不夠深入的情況。特別對(duì)于機(jī)械類學(xué)生而言，不僅計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)較為薄弱，軟件開發(fā)能力和經(jīng)驗(yàn)欠缺，同時(shí)對(duì)操作系統(tǒng)方面的知識(shí)掌握基本空白，給嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)帶來一定困難。

2 機(jī)電專業(yè)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與方法

根據(jù)機(jī)械電子工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀與特點(diǎn)，有針對(duì)性地確定了課程體系的設(shè)置，安排相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法。

2.1 教學(xué)內(nèi)容選擇

作為專業(yè)選修課，嵌入式系統(tǒng)課程的目標(biāo)不是為了使學(xué)生深入掌握這一領(lǐng)域全面的并得到良好鞏固的知識(shí)，而是為了使學(xué)生在已有基礎(chǔ)上步入這一新的領(lǐng)域中，概括性的掌握其基本原理與基本方法，并對(duì)進(jìn)一步探索該領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚的興趣。

根據(jù)這一思路，針對(duì)機(jī)械類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)特點(diǎn)，應(yīng)特別注意突出重點(diǎn)，合理分解難點(diǎn)。由于學(xué)生已有微機(jī)原理和單片機(jī)接口相關(guān)基礎(chǔ)，在教學(xué)中弱化了對(duì)ARM芯片作為高檔單片機(jī)使用的相關(guān)內(nèi)容。在詳述處理器結(jié)構(gòu)、介紹基本指令的基礎(chǔ)上，僅對(duì)定時(shí)器、中斷、SDRAM、Nand Flash控制器和時(shí)鐘系統(tǒng)等資源加以介紹，并多采用C語言程序設(shè)計(jì)案例，避免學(xué)生在繁復(fù)的指令系統(tǒng)和寄存器設(shè)置體系中迷失方向。

由于機(jī)械類學(xué)生沒有操作系統(tǒng)相關(guān)背景知識(shí)，因此在嵌入式系統(tǒng)軟件學(xué)習(xí)中存在一定困難。嵌入式Linux操作系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境是嵌入式軟件的基礎(chǔ)，學(xué)生需要掌握基本的Linux系統(tǒng)命令和交叉編譯方法，而對(duì)shell程序和Makefile文件則通過案例教學(xué)呈現(xiàn)。Linux操作系統(tǒng)下設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本思想、程序框架以及編寫步驟是課程的重點(diǎn)之一，體現(xiàn)了軟件與硬件的結(jié)合，因此針對(duì)這一部分，不僅安排了較多學(xué)時(shí)的課內(nèi)講解，也安排了實(shí)驗(yàn)。在Linux操作系統(tǒng)下的線程、進(jìn)程和進(jìn)程間通信部分，由于學(xué)時(shí)限制，弱化了實(shí)際編程操作，而主要以案例和演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握基本思想和方法。

2.2 教學(xué)方法初探

嵌入式系統(tǒng)是一門應(yīng)用課程[5]，對(duì)于機(jī)械電子工程專業(yè)的本科生而言，其意義在于更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化應(yīng)用。為此，結(jié)合“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施，在教學(xué)中加入了較多的應(yīng)用案例，突出了學(xué)用結(jié)合的教學(xué)模式，重視對(duì)學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，建立面向工程的思維方式，掌握解決實(shí)際工程問題的科學(xué)方法。

在課堂教學(xué)中，變灌輸式教學(xué)為啟發(fā)式教學(xué)，特別注意引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系以往在微機(jī)原理和單片機(jī)接口技術(shù)課程中接觸到的8051單片機(jī)的相關(guān)概念與方法，使之對(duì)嵌入式系統(tǒng)硬件部分產(chǎn)生邏輯上的繼承和聯(lián)想，有效理解硬件的工作原理。在嵌入式系統(tǒng)軟件部分的教學(xué)中，則以學(xué)生熟悉的Windows操作平臺(tái)為例，講解嵌入式Linux操作系統(tǒng)所要解決的問題和實(shí)現(xiàn)方法，促使學(xué)生破除對(duì)這一未知領(lǐng)域的神秘感，并激發(fā)其進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的興趣。

3 結(jié)束語

針對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)本科三年級(jí)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用專業(yè)選修課的教學(xué)特點(diǎn)，設(shè)置并采用了合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。盡管課時(shí)數(shù)較少，在眾多知識(shí)點(diǎn)上無法深入講解和展開，但通過列舉實(shí)際案例，分解難點(diǎn)，在教學(xué)過程中能夠使學(xué)生保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣，獲得良好的教學(xué)效果。

[1]潘登,陳啟軍.面向卓越人才培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育,2013(7):1-5.

[2]丁珠玉,張濟(jì)龍,吳永烽,等.嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)模式的研究與探索[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2009,7(6):181-182.

[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,2006,23(4):85-87.

[4]凌明,劉昊,時(shí)龍興.關(guān)于嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程中幾個(gè)問題的思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2007(10):94-96,106.

[5]黃纓,劉卉.以就業(yè)為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)專業(yè)方向的教學(xué)體系研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2011(29):52-53.