摘要：分析目前高校嵌入式系統(tǒng)原理課程重理論輕項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐操作的教學(xué)方式，提出理論強(qiáng)化學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析操作訓(xùn)練、科研項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)和校企聯(lián)合訂單式培養(yǎng)四位一體的實(shí)踐教學(xué)模式。強(qiáng)調(diào)采用引導(dǎo)性筆記授課方式強(qiáng)化學(xué)生理論知識(shí)，單步引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作，結(jié)合綜合系統(tǒng)實(shí)例項(xiàng)目及企業(yè)需求訂單式針對(duì)性培養(yǎng)，可以鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作和實(shí)踐創(chuàng)新能力，以及在綜合性項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中的工程創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而解決理論教學(xué)與實(shí)踐相互脫節(jié)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)課程；項(xiàng)目分析操作；科研實(shí)訓(xùn)；訂單式培養(yǎng)

0.引言

嵌入式系統(tǒng)是專業(yè)技術(shù)性、實(shí)踐性和綜合性都很強(qiáng)的學(xué)科領(lǐng)域，近年發(fā)展極為迅速，目前精通嵌入式系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的人才嚴(yán)重缺乏，學(xué)校培養(yǎng)的人才和企業(yè)實(shí)際需求嚴(yán)重脫節(jié)，使得嵌入式硬件和軟件研發(fā)工程師成為近年來(lái)較為熱門(mén)的職業(yè)之一。為縮小畢業(yè)生與用人單位實(shí)際需求間的差距，使高校的人才培養(yǎng)方向和培養(yǎng)目標(biāo)更貼近現(xiàn)實(shí)，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)改革迫在眉睫。

1.授課方式及課程理論分析設(shè)置

嵌入式系統(tǒng)原理目前是通信工程和自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的重要課程。嵌入式系統(tǒng)更新?lián)Q代快，學(xué)習(xí)難度大，難以形成系統(tǒng)性的知識(shí)體系。同時(shí)嵌入式課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的軟硬件知識(shí)，而且需要從事過(guò)嵌入式系統(tǒng)工程項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)發(fā)實(shí)踐，才能很好地講授該課程。

1.1授課方式分析

嵌入式系統(tǒng)原理理論知識(shí)點(diǎn)多，覆蓋學(xué)科面廣，命令操作多，采用引導(dǎo)性筆記的授課方式強(qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)水平。課堂上授課人數(shù)較多，授課教師營(yíng)造學(xué)生積極參與的課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的課堂參與積極性。同時(shí)，改變以往將所有授課講義上課前給學(xué)生的做法，而是將引導(dǎo)性筆記提前給學(xué)生，引導(dǎo)性筆記包括本堂課內(nèi)容的信息提綱、基本概念、定理、公式關(guān)鍵環(huán)節(jié)、圖形圖表、最終結(jié)論觀點(diǎn)等，學(xué)生只需補(bǔ)充其中的細(xì)節(jié)內(nèi)容。學(xué)生邊記筆記邊理解重點(diǎn)內(nèi)容，注意力能夠相對(duì)集中在老師的授課重點(diǎn)，避免沒(méi)有經(jīng)過(guò)理解分析的簡(jiǎn)單記錄，從而提高課堂的學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生達(dá)到高強(qiáng)度的理論強(qiáng)化學(xué)習(xí)目的。天津商業(yè)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)緊緊圍繞ARM架構(gòu)微處理器作為教學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)主要對(duì)象，編寫(xiě)了可作為引導(dǎo)性筆記的實(shí)驗(yàn)教材《嵌入式系統(tǒng)原理開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)——基于SamsungS3C2410微處理器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》。教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用課堂講授與實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，采用引導(dǎo)性筆記的授課方式，強(qiáng)化理論與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

1.2課程理論分析設(shè)置

嵌入式系統(tǒng)課程是一門(mén)系統(tǒng)性強(qiáng)、軟硬件結(jié)合的綜合性課程，一般分為硬件開(kāi)發(fā)方向和軟件開(kāi)發(fā)方向，兩方向均要求學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)基本理論知識(shí)和簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)，具有嵌入式系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)的基本能力。通信工程專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生授課重點(diǎn)偏向于嵌入式硬件開(kāi)發(fā)方向，而計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)的學(xué)生則偏向于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)。根據(jù)不同專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)以及學(xué)生的興趣愛(ài)好和素質(zhì)，可以建立一套適合嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的課程體系，將嵌入式系統(tǒng)課程體系概括為3個(gè)階段，第一階段為偏軟和偏硬方向的學(xué)生均要求學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要有C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、模擬電路和數(shù)字電路、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)課程；第二階段為偏軟和偏硬方向的學(xué)生均要求學(xué)習(xí)，主要開(kāi)設(shè)課程有Linux操作系統(tǒng)、WinCE操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、操作系統(tǒng)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程；第三階段為偏軟專業(yè)學(xué)生重點(diǎn)學(xué)習(xí)基于操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)課程，如QT圖形界面設(shè)計(jì)、c++程序設(shè)計(jì)等開(kāi)發(fā)應(yīng)用性強(qiáng)的人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)；偏硬專業(yè)學(xué)生重點(diǎn)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感器原理、PCB設(shè)計(jì)制作、Multisim和PADS等仿真設(shè)計(jì)類的課程。

2.課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)踐

嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?；A(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均要求學(xué)生掌握利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備理解嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理和過(guò)程、掌握建立嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的開(kāi)發(fā)方法和過(guò)程；提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是讓學(xué)生把所學(xué)本學(xué)科知識(shí)綜合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用實(shí)際開(kāi)發(fā)能力、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)思想及解決開(kāi)發(fā)過(guò)程遇到問(wèn)題的能力。

基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：①基于ARM的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；②基于ARM的c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；③基于ARM的I/O接口實(shí)驗(yàn)；④基于ARM的中斷實(shí)驗(yàn)；⑤基于ARM的UART實(shí)驗(yàn)；⑥基于ARM的A/D接口實(shí)驗(yàn)；⑦pCOSII的內(nèi)核在ARM處理器上的移植；⑧Linux實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建；⑨Boot loader引導(dǎo)程序?qū)嶒?yàn)；⑩Linux的移植、內(nèi)核、文件系統(tǒng)的生成與下載；11WinCE中的控件編程；12WinCE下的多線程編程；13WinCE下文件操作與通信編程。

提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：①觸摸屏實(shí)驗(yàn)；②音頻錄放實(shí)驗(yàn)；③USB設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)；④基于gCOSII的串口驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)；⑤基于gCOSII的LCD驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)；⑥基于Linux的鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)；⑦基于Linux的LCD驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)；⑧USB播放mp3的實(shí)驗(yàn)；⑨WinCE系統(tǒng)定制；⑩WinCE下的流接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)；11WinCE內(nèi)核調(diào)試。

其中提高類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均為小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合性較強(qiáng)，有一定開(kāi)發(fā)難度，授課教師在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析操作中單步引導(dǎo)學(xué)生自己通過(guò)操作來(lái)尋求答案，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)給學(xué)生分析項(xiàng)目需求、設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)例項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。部分項(xiàng)目需要仿真測(cè)試的利用虛擬仿真軟件MATLAB、PROTEUS和AD6.3等各種繪圖仿真軟件進(jìn)行試驗(yàn)仿真測(cè)試。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的正確率，操作的便捷性，降低設(shè)備的損壞率，強(qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)。提高類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均是具體的實(shí)例展開(kāi)教學(xué)，從而達(dá)到培養(yǎng)能力的目的，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。信息技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)有達(dá)盛ARM860教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)32套（cPU為SamsungS3C2410處理器）以及該平臺(tái)配套的硬件設(shè)備和軟件環(huán)境，結(jié)合2012版教學(xué)計(jì)劃，將課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目再設(shè)計(jì)為啟發(fā)型-綜合性-創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生3-4人為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，每人分工明確，完成項(xiàng)目的分析設(shè)計(jì)、編寫(xiě)、調(diào)試代碼、功能演示，共同討論共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.科研項(xiàng)目培養(yǎng)結(jié)合企業(yè)訂單培養(yǎng)

在理論知識(shí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)和必修的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，很多學(xué)生認(rèn)為學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)零散，缺乏一條主線將各章的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，不能從全局角度整體看待問(wèn)題，知識(shí)點(diǎn)得不到靈活運(yùn)用。授課教師選取難度合適且有意義的綜合系統(tǒng)實(shí)例項(xiàng)目作為學(xué)生的課外拓展性教學(xué)補(bǔ)充㈣，這些軟硬協(xié)同設(shè)計(jì)的綜合系統(tǒng)實(shí)例項(xiàng)目盡量將各知識(shí)點(diǎn)貫通起來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的整體把握。綜合系統(tǒng)實(shí)例項(xiàng)目來(lái)自于教師的縱向和橫向科研項(xiàng)目子課題、各類競(jìng)賽項(xiàng)目、創(chuàng)新研究課題和企業(yè)的實(shí)際需求。

科研項(xiàng)目子課題、各類競(jìng)賽項(xiàng)目開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，3～5名學(xué)生組成項(xiàng)目應(yīng)用開(kāi)發(fā)興趣小組，共同完成項(xiàng)目的需求分析設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)和測(cè)試工作，便于學(xué)生理解各功能的實(shí)現(xiàn)原理，每個(gè)小組匯報(bào)該組項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目的、實(shí)現(xiàn)原理、實(shí)現(xiàn)功能、開(kāi)發(fā)調(diào)試及功能測(cè)試的過(guò)程，最后采取學(xué)生答辯、老師驗(yàn)收的結(jié)題方式，達(dá)到鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)能力，協(xié)作能力及自學(xué)能力的目的，也可以使其他未做該項(xiàng)目的同學(xué)得到參考和借鑒。教師授課團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中提供必要的課外指導(dǎo)，各實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和工程訓(xùn)練中心提供相應(yīng)的設(shè)備及開(kāi)發(fā)平臺(tái)。目前，這種模式培養(yǎng)的學(xué)生已經(jīng)獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、天津市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、天津市大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、博創(chuàng)杯、合泰杯等多項(xiàng)大獎(jiǎng)。

對(duì)于創(chuàng)新研究課題和企業(yè)的實(shí)際需求項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生采用訂單式培養(yǎng)，要求學(xué)生有針對(duì)性地完成嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際硬件電路設(shè)計(jì)、程序的編寫(xiě)、調(diào)試環(huán)境搭建、各級(jí)功能的調(diào)試、系統(tǒng)的集成測(cè)試和文檔的編寫(xiě)等環(huán)節(jié)，其中硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程需重點(diǎn)學(xué)習(xí)，通過(guò)項(xiàng)目需求分析、方案比較、資料歸納整理、系統(tǒng)方案定型、電路板級(jí)調(diào)試、軟件編程調(diào)試、系統(tǒng)功能測(cè)試、文檔編寫(xiě)等全過(guò)程，完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品級(jí)的工程項(xiàng)目研發(fā)，鍛煉學(xué)生的工程項(xiàng)目研發(fā)和實(shí)際動(dòng)手能力。在開(kāi)發(fā)的不同階段，學(xué)校企業(yè)共同搭建平臺(tái)，學(xué)校提供必要設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室，企業(yè)提供部分研發(fā)平臺(tái)及資金支持，企業(yè)一線產(chǎn)品研發(fā)專家不定期到校內(nèi)和學(xué)生交流，學(xué)生近距離和企業(yè)嵌入式系統(tǒng)資深專家面對(duì)面探討問(wèn)題，提高學(xué)生的工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，讓學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)環(huán)境中成長(zhǎng)，也為日后的工作有針對(duì)性地積蓄經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)本領(lǐng)，提高學(xué)生就業(yè)率。這種教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了為企業(yè)量體裁衣式的培養(yǎng)，教師也達(dá)到對(duì)不同學(xué)生因材施教的目的。

4.結(jié)語(yǔ)

嵌入式技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，市場(chǎng)實(shí)際需求變化無(wú)窮，系統(tǒng)的展開(kāi)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐工作以適應(yīng)市場(chǎng)需求，構(gòu)建理論強(qiáng)化學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析操作訓(xùn)練、科研項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)和校企聯(lián)合訂單式培養(yǎng)四位一體的實(shí)踐教學(xué)模式，形成專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力與綜合實(shí)踐技能相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系。在教學(xué)內(nèi)容上，要將理論與實(shí)踐相結(jié)合，課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作訓(xùn)練相結(jié)合，科研項(xiàng)目訓(xùn)練和企業(yè)需求相結(jié)合，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生工程系統(tǒng)掌控能力和創(chuàng)新能力。

筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極主動(dòng)拓寬教學(xué)方法視野，掌握先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)理念，優(yōu)化和完善教學(xué)方法，經(jīng)過(guò)多學(xué)期的實(shí)踐教學(xué)證明這種教學(xué)模式具有較好的可行性，提升了學(xué)生工程實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)實(shí)踐效果也較符合實(shí)際應(yīng)用。