黃連麗+周奎+周海鷹

摘要：基于嵌入式行業(yè)的發(fā)展趨勢，本文對嵌入式系統(tǒng)教學的特點及現狀進行了闡述和分析，構建了計算機專業(yè)嵌入式方向的課程體系；在教學方法上結合CDIO教育模式，面向案例驅動和互聯(lián)網+，提出了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的方法和手段，完善了嵌入式系統(tǒng)的教學體系，對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)發(fā)揮了作用。

關鍵字：嵌入式系統(tǒng)；人才培養(yǎng)；教學方法

G42 文獻標識碼A 文章編號

嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）是當今最為熱門的領域之一，嵌入式開發(fā)從業(yè)人員的需求也與日俱增。為滿足社會人才需求，很多高校都開展了嵌入式系統(tǒng)相關課程的建設與教學。大多高校只是在現有相關專業(yè)課程體系中增加了一兩門嵌入式系統(tǒng)相關課程，但嵌入式系統(tǒng)完整的課程體系沒有形成，更沒有確定嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)模式；并且教學內容繁雜，深度不夠，導致學生學習缺乏目的，失去學習積極性。不僅如此，嵌入式系統(tǒng)教學實踐性強，在實踐環(huán)節(jié)，多數高校受實驗設備、實驗場所以及師資的影響，大多數是開設一些驗證性實驗，實驗內容與實際工程應用相差較遠[1]?；谝陨显颍咝Ｔ谇度胧较到y(tǒng)教學方面需要提出一系列的改革方案，并加以落實。

本文嵌入式系統(tǒng)教學改革以本校計算機科學與技術專業(yè)（嵌入式方向）為研究對象，構建了計算機專業(yè)嵌入式方向的課程體系；在教學方法上結合CDIO教育模式，面向案例驅動和互聯(lián)網+，提出了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的方法和手段，完善了嵌入式系統(tǒng)的教學體系，對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)發(fā)揮了作用。

一、嵌入式系統(tǒng)教學特點及現狀分析

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。以上是國內普遍認同的嵌入式系統(tǒng)的定義，從該定義指出了嵌入式系統(tǒng)的兩個顯著特點：

1.軟硬結合：嵌入式系統(tǒng)是專用計算機系統(tǒng)，由軟件和硬件組成，開發(fā)設計需要軟硬件協(xié)同，這要求學生既要具備硬件知識，還要熟練編程，要從系統(tǒng)的角度去學習。

2.面向應用：嵌入式系統(tǒng)以應用為中心，不同的應用領域的項目，都存在較大的差異性，嵌入式系統(tǒng)的教學應當從應用出發(fā)，提高學生動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。

針對上述嵌入式系統(tǒng)教學特點，本人結合自身嵌入式系統(tǒng)教學經驗，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標，探討面向計算機科學與技術專業(yè)（嵌入式方向）的嵌入式系統(tǒng)教學改革。

二、嵌入式系統(tǒng)課程體系改革

1.嵌入式系統(tǒng)課程知識體系

結合自身及學生的特點，在實際教學中選用ARM Cortex-A8開發(fā)板，以該開發(fā)板為基礎，進行嵌入式系統(tǒng)相關技術的講解，構建嵌入式系統(tǒng)課程知識體系。將嵌入式系統(tǒng)的課程體系分為以下3個部分：

（1）專業(yè)基礎課。開始的課程多而雜，容易導致學生學習沒有目的、力不從心、學而無味的情況產生，因此此類課程的開設與教學應當進行有機整合、精心設計，一定要考慮到嵌入式系統(tǒng)崗位需求的特點，同時考慮現有的師資和專業(yè)特色，可以請相關領域的專家進行課程論證，保證課程開設的質量和科學性。

（2）專業(yè)核心課。開設的課程主要講授嵌入式系統(tǒng)的體系結構、指令集、開發(fā)步驟，讓學生掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應用開發(fā)。傳統(tǒng)的先理論后實踐的教學方式，不利于學生實踐動手能力的培養(yǎng)，會造成學生“眼高手低”。我們采用基于項目的理論加實踐教學方式，將項目的各個環(huán)節(jié)融入理論教學，理論與實踐同時進行。

（3）專業(yè)選修課。這類課程主要是服務于專業(yè)核心課程，對專業(yè)核心課程進行擴充，擴展學生的知識面，輔助學生找到自己的興趣愛好點，課程開設的原則是實用、具體、新穎，最終面向各個應用領域[2]。

2.嵌入式系統(tǒng)實踐教學

嵌入式系統(tǒng)具有實踐性強的特點，實踐教學環(huán)節(jié)顯得及其重要，它是理論知識的驗證與升華，也是嵌入式系統(tǒng)教學成敗的關鍵。結合計算機專業(yè)的特點，嵌入式系統(tǒng)實踐教學將實驗與實訓結合，培養(yǎng)學生理論、綜合、設計、創(chuàng)新實踐能力。

基礎實驗。這類實驗主要是對大綱中的理論進行驗證，操作內容和步驟較具體，并且理論老師和實驗老師同時指導，使實踐教學與理論教學相輔相成。

綜合實驗。這類實驗綜合了嵌入式系統(tǒng)的知識體系，主要是培養(yǎng)學生的獨立思考、理論實踐相結合以及對知識 的綜合應用能力。

設計實驗。這類實驗在前兩類實驗之后，一般采用課程設計的教學形式。這類實驗只有目的和要求，沒有具體內容和步驟，要求學生自己完成，老師給予一定指導和答疑，驗收學生的完成情況[3]。

實踐教學內容安排應隨嵌入式技術發(fā)展進行調整，實驗項目設置上應按照：從基礎實驗到綜合實驗、從驗證實驗到設計實驗、從實訓項目到創(chuàng)新實驗，安排上按照每學年的計劃，從實際應用開發(fā)的角度出發(fā)，注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)教學方法

嵌入式系統(tǒng)在當前創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新環(huán)境中具有重要地位，嵌入式人才培養(yǎng)要比以前更注重創(chuàng)新應用開發(fā)，更注重挖掘學生創(chuàng)新思想，激發(fā)學生創(chuàng)新靈感。在嵌入式系統(tǒng)技術日新月異的新常態(tài)下，以前身懷絕技的老師由于長期在教學一線，來不及緊跟業(yè)界動態(tài)，逐漸脫離新技術的發(fā)展?？蒲泻徒虒W互動的良性閉環(huán)尚未成熟，因此，嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)要比以前更注重與業(yè)界的結合，只有這樣才能培養(yǎng)出符合業(yè)界需要的嵌入式創(chuàng)新人才[4]。

1.基于CDIO理念

CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）是構思、設計、實現、運作四個單詞英文的縮寫，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表達[5]。嵌入式系統(tǒng)是一門注重學生實踐能力培養(yǎng)的課程，將課程教學與CDIO理念相結合，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

我們依據CDIO的理念、大綱和標準，商討和制定了以知識、實踐和創(chuàng)新培養(yǎng)為目的的培養(yǎng)計劃[6]。首先，人才培養(yǎng)計劃不再是以“講授知識”為主要目的，而是以“知識為載體，實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)“為目標。其次，圍繞創(chuàng)新人才所應具備的素質——專業(yè)技術、工程能力和創(chuàng)新意思，以項目開發(fā)為導向，以突出學生個性為核心，制定了以知識、實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目的的培養(yǎng)方案。最后，根據學生的興趣愛好及特點，進行因材施教和分層次培養(yǎng)，突出學生個性化發(fā)展，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)與CDIO有機結合。

2.基于案例驅動

嵌入式教學方式如采用從局部到全局的方法，會導致初學者往往不知為何要學和學后有何用處。而從全局需求出發(fā)，逐一講授各項技術，采用貫穿核心課程學習的案例來驅動，讓學生在學習專業(yè)知識的過程中體驗項目設計的過程，使學與做之間形成良性循環(huán)。

以車載嵌入式系統(tǒng)為案例，貫穿整個嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件教學，結合汽車嵌入式系統(tǒng)的車載網絡，讓學生熟悉汽車嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的方法和流程，最終掌握嵌入式系統(tǒng)在汽車上的開發(fā)和應用。車載嵌入式系統(tǒng)硬件主要介紹ECU相關的硬件知識；軟件介紹常用車載實時操作系統(tǒng)，重點介紹汽車嵌入式系統(tǒng)的軟件構成；車載網絡介紹通信、網絡協(xié)議的基本概念，重點介紹CAN和LIN總線的基本應用；開發(fā)方法和流程講解基于MBD和V模式的開發(fā)方法，介紹主流的行業(yè)標準和建模工具。

3.基于互聯(lián)網+

“互聯(lián)網+”是李克強總理在十二屆全國人大三次會議上第一次提出。所謂“互聯(lián)網+”，是指以互聯(lián)網為主的新一代信息技術（包括移動互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網、大數據等）在經濟、社會生活各部門的擴散、應用與深度融合的過程，這將對人類經濟社會產生巨大、深遠而廣泛的影響[7]。

“互聯(lián)網+”不是什么新技術，而是現有技術的換代升級?！盎ヂ?lián)網+”與嵌入式系統(tǒng)有密切聯(lián)系，但還未很好融合，如何將“互聯(lián)網+”的信息技術融合到嵌入式系統(tǒng)的教學中去，是我們研究的難點。在專業(yè)選修課設置上，課程要與“互聯(lián)網+”信息技術相結合，如開設物聯(lián)網概述、手機移動應用程序設計以及大數據概述等課程，擴展學生的視野，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，適應“互聯(lián)網+”綜合性人才需求。

四、結束語

目前，針對本學院計算機專業(yè)嵌入式方向的嵌入式系統(tǒng)教學改革正在深入進行，根據創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，積極開展師資隊伍建設，對嵌入式系統(tǒng)課程體系和實踐教學進行全方位的構思與設計。嵌入式系統(tǒng)教學中堅持以創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革為切入點，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標，建立大學生創(chuàng)新教育的課程體系，完善學生的知識結構，提高學生創(chuàng)新能力和實踐能力，預示著作為交叉學科的嵌入式系統(tǒng)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中有著巨大的發(fā)展空間[8]。

參考文獻：

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[2]畢春躍.計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學模式探析[J].教育與教學研究.2008（4）.

[3]邱鐵，吳國偉，劉曉艷. 基于應用的高校嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)模式[J].計算機教育，2011（4）：1-4.

[4]本刊編輯部嵌入式人才培養(yǎng)，難在哪里？[J]單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2015（7）：1-3

[5]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO：汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-20.

[6]王天寶，程衛(wèi)東. 基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐——成都信息工程學院的工程教育改革實踐[J].高等工程教育研究，2010（1）：25-31.

[7]寧家駿.“互聯(lián)網+”行動計劃的實施北京、內涵及主要內容[J].電子商務，2015（6）：32-38

[8]何劍鋒，葉志翔，何月順，等.交叉應用型嵌入式創(chuàng)新人才培養(yǎng)中實驗教學的探索與實踐[J].東華理工大學學報：社會科學版；2013，32（4）：489-493.