徐湛

摘 要：本文針對信息工程相關專業(yè)開設的應用技術類課程《嵌入式系統(tǒng)及用》，以卓越工程師培養(yǎng)為指導思想，研究分析該類課程在培養(yǎng)學生實踐能力方面的特點，推行軟硬件相結(jié)合的嵌入式課程教學方法，構建循序漸進的嵌入式實踐教學體系，從而探索了多樣化的嵌入式教學方法，以培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新實踐能力。

關鍵詞：信息與通信工程； 軟硬件協(xié)同設計； 實踐教學

【中圖分類號】TP311.52

1 引言

目前，很多高校進入卓越工程師培養(yǎng)計劃，其目的是培養(yǎng)學生綜合掌握應用技術類課程的軟硬件知識，具備自主學習、研究創(chuàng)新、以及解決通信及信號處理中相關工程問題的實踐能力。其中《嵌入式系統(tǒng)及應用》是培養(yǎng)學生工程實踐能力的重要課程。

嵌入式系統(tǒng)及應用技術涉及到數(shù)字電子、模擬電子、計算機和通信等多學科的知識，實踐性很強，該課程對于學生掌握專業(yè)技術知識，獲得實用職業(yè)技能，增強就業(yè)競爭力具有十分重要的意義[1]。因此不斷地改進和完善嵌入式教學內(nèi)容和方法，是培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力的重要途徑。

由于嵌入式課程的知識綜合性較強，因此應該根據(jù)學生所在的專業(yè)綜合考慮，選擇相應的嵌入式教學內(nèi)容及教學方法。但目前的教學往往忽視了學生的專業(yè)基礎，導致學生很難系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的實際技術。并且許多學校在嵌入式教學上用一些傳統(tǒng)的教學方法進行講授，學生接受起來比較困難，沒有達到理想的教學效果。對于通信工程專業(yè)的《嵌入式系統(tǒng)及應用》課程教學，如何合理選擇嵌入式系統(tǒng)的課程教學內(nèi)容，采取更為有效的教學方式與方法，培養(yǎng)真正掌握嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)技能、符合社會需求的嵌入式人才成為當前非常重要的研究課題。

“軟件與硬件相結(jié)合，課程與實驗互補充”的嵌入式課程教學改革與實踐，一方面研究將C語言和匯編語言程序設計與以ARM為主的嵌入式硬件架構相結(jié)合，將軟硬件協(xié)同設計思路引入嵌入式系統(tǒng)設計[2]。另一方面，研究課堂教學如何與實踐教學更為緊密的互相支撐，“將課堂帶進實驗室”，也 “將實驗室引入課堂”，從而探索多樣化的嵌入式教學方法，以培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

2 推行軟硬件相結(jié)合的嵌入式課程教學方法

隨著軟件無線電等技術的發(fā)展，軟硬件開發(fā)的一體化趨勢日益顯現(xiàn)，軟硬件協(xié)同設計成為發(fā)展趨勢[3]，《嵌入式系統(tǒng)及應用》課程也需要學生們具有能夠綜合運用軟件設計和硬件設計的能力?！禖語言程序設計》和《單片機應用技術》課程一般為該門課程的先修課程，因此采用基于“軟件與硬件相結(jié)合”的課程建設是有可能的，也是有必要的。通過課程的學習可以培養(yǎng)學生的動手能力，創(chuàng)新思維，提高軟硬件協(xié)同設計能力。另一方面，從目前的人才市場需求情況來看，許多企業(yè)和公司對于具備軟件與硬件開發(fā)能力的復合型人才需求日益迫切，因此，開設軟硬件協(xié)同設計課程可以為學生今后從事信息與通信工程相關工作打下良好的基礎。開展該研究對于信息與通信工程相關學科專業(yè)建設也具有重要意義。

在我校課程建設中首先系統(tǒng)梳理了《嵌入式系統(tǒng)及應用》課程知識點，以及各知識點在各門先修課程之間的相互關系。如圖1所示：

然后，從軟硬件環(huán)境兩個方面，設計教學大綱，具體如下：

硬件環(huán)境包括：討論各種流行嵌入式微處理器的體系結(jié)構；嵌入式系統(tǒng)中的存儲技術；典型外圍設備、總線介紹；電源系統(tǒng)與功耗管理。

軟件環(huán)境包括：系統(tǒng)的啟動與初始化；嵌入式操作系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)設計中的匯編語言與C語言的結(jié)合；驅(qū)動程序設計方法；嵌入式系統(tǒng)中的圖形化設計。

如上所述教學內(nèi)容中的軟硬件結(jié)合知識點很多，如嵌入式系統(tǒng)其底層開發(fā)環(huán)境為基于ARM等嵌入式處理器的開發(fā)板及相應的硬件驅(qū)動，中間層為操作系統(tǒng)，上層為API接口及應用程序開發(fā)。只有兼具軟件及硬件相關專業(yè)知識才能進行完整的嵌入式開發(fā)。因此，在我?！肚度胧较到y(tǒng)及應用》課程建設中擬采用基于軟件與硬件相結(jié)合的教學方法，引導學生理解嵌入式中的軟硬件基礎知識，掌握軟硬件協(xié)同設計方法，成為兼具軟件與硬件開發(fā)能力的復合型人才。

3 構建循序漸進的嵌入式實踐教學體系

該課程是一門實踐性相當強的課程，傳統(tǒng)實驗教學缺乏嵌入式應用系統(tǒng)的完整開發(fā)流程和開發(fā)要領，無法使學生邊學習理論知識的同時進行實踐，實驗課中僅僅能夠按照實驗指導書內(nèi)容機械地完成課堂內(nèi)設計好的實驗，使得學生缺乏解決實際問題的能力。學生在學完該課程后，僅僅是記住了幾個概念，沒有掌握如何進行實際嵌入式開發(fā)的能力。

因此，在課程的教學改革中需要進一步構建循序漸進的嵌入式實踐教學體系[4]，打破傳統(tǒng)的課堂授課與實驗單獨上的方式，將兩者更緊密的結(jié)合，實行講授與實驗一體化的教學。既能夠“將課堂帶進實驗室”，也能夠“將實驗室引入課堂”，從而探索多樣化的嵌入式實踐教學方法。

具體實施如下：

（1） 將教學課堂搬到實驗室，充分利用實驗室資源。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的知識體系，開發(fā)出與各項內(nèi)容相適應的實驗內(nèi)容，由任課教師事先調(diào)試通過后，整理成實驗項目的形式，以實驗內(nèi)容為教學內(nèi)容編成講義，以講義為主，教材為輔。在實驗室中，指導學生根據(jù)實驗需要回想軟硬件知識點，利用實驗箱等教學手段提高學生興趣。例如，可讓學生將自己喜歡的照片作為實驗箱的開機歡迎界面，讓學生自己動手做該實驗，即學即用，使學生在自主實驗中逐漸加深理解，進一步體會該實驗中所學到的知識，以取得事半功倍的教學效果。

（2） 將實驗室搬到教學課堂

課堂上可充分利用多媒體及網(wǎng)絡資源，通過遠程訪問實驗室設備或者將仿真器、實驗箱等儀器搬至課堂上進行演示教學，讓學生在學習基礎知識的同時看到實驗的過程及其結(jié)果，變抽象為具體，變枯燥為有趣，激起學生的學習興趣。然后再圍繞本次實驗內(nèi)容，講解該實驗中涉及的硬件、編程方法、程序及達到的目的。 （3） 鼓勵學生積極參加各種競賽 在參與各類嵌入式競賽的過程中學生會積極思考，努力探索，有針對性地去學習、討論，這對培養(yǎng)學生的應用能力和積極參與競爭的意識有很重要的意義。最近幾年我們學校參加了大學生電子設計大賽、博創(chuàng)杯嵌入式大賽等多項嵌入式競賽，參賽結(jié)束后同學們都有較大的收獲。

通過將課堂授課與教學實踐相結(jié)合，有助于學生不僅可以通過課堂教學與實踐扎實地掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理，又能夠提高其動手實踐、綜合解決實際工程問題的能力。

4 結(jié)論

本文通過將嵌入式課程中的知識點進行系統(tǒng)梳理，引入軟件與硬件相結(jié)合的設計思想；將課程理論教學與實驗結(jié)合起來互為補充，使得實驗室和課堂教學有機整合，從而實現(xiàn)了講授與實驗一體化的教學。利用經(jīng)驗學習循環(huán)圈理論指導嵌入式課程教學，讓學生了解一個完整嵌入式系統(tǒng)的設計流程與工作機理，通過實際動手操作來學習硬件的體系結(jié)構和系統(tǒng)軟件的原理。培養(yǎng)學生具有扎實的專業(yè)理論基礎的同時，積累較豐富的軟硬件協(xié)同設計及實踐經(jīng)驗，并具有一定的創(chuàng)新能力和綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，成為能夠在通信領域中從事研究、設計、制造、運營以及在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中從事開發(fā)、應用通信技術與設備的卓越工程技術人才。

參考文獻

[1] 姚莉. “嵌入式”課程教學改革研究[J]. 湖北理工學院學報，2014，30（6）： 68-70.

[2] 周航慈. 基于嵌入式實時操作系統(tǒng)的程序設計技術[M].北京：北京航天航天大學出版社，2011.

[3] 倪蘊濤. 基于嵌入式系統(tǒng)實驗課程教學方法改革和教學思路探索的研究[J].牡丹江教學學院學報，2007，（4）： 130-131.

[4] 聶曉文，肖堃，陸慶. 嵌入式課程實驗體系教學改革探討[J]. 實驗科學與技術，2010，（2）： 78-80.

基金項目：北京信息科技大學2015年度課程建設——教學方式方法改革立項項目資助（2015KGZD07）endprint