裴雪丹 王利利 鄢永明 薛竣文

【摘要】目前，嵌入式系統(tǒng)已為現(xiàn)今電子科技產(chǎn)品其內(nèi)部控制器的主流，特別是針對低功耗、高效能、有網(wǎng)絡(luò)需求的便攜式電子產(chǎn)品而言，嵌入式系統(tǒng)更是最佳解決之道。然而，由于嵌入式系統(tǒng)涉及領(lǐng)域較多，如果課程設(shè)置和教學方法不得當，就會影響學生的掌握程度和實操水平。本文針對嵌入式系統(tǒng)課程體系的改革和Capstone頂石課程的設(shè)置進行深入的探討和研究，以促進教學質(zhì)量和學生綜合能力的提高。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) ?Capstone頂石課程 ?課程體系改革

【中圖分類號】G212 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）16-0031-02

引言

隨著當今電子、工控、軟件以及通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用人才成為目前最急需的專業(yè)人才之一，很多應(yīng)用型高校為了適應(yīng)社會需求，開設(shè)了嵌入式課程教學。但是大部分高校只開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)與專業(yè)相關(guān)的一、兩門課程，有的甚至沒有設(shè)置前導(dǎo)課程，直接進入嵌入式理論課程。這樣的課程設(shè)置，不但沒有形成有效的人才培養(yǎng)模式，在一定程度上還影響了學生學習的積極性，使學生產(chǎn)生困惑。因此，構(gòu)建合理的嵌入式系統(tǒng)課程體系成為亟待解決的問題。

本文通過對企業(yè)需求、嵌入式系統(tǒng)學習特點、高校人才培養(yǎng)目標的深入研究，將嵌入式系統(tǒng)的課程體系分為理論課程體系和實踐課程體系進行科學合理的規(guī)劃。

一、理論課程體系建設(shè)

將理論課程體系分為核心類課程和選修類課程，分別進行設(shè)置。

1.嵌入式系統(tǒng)核心類課程的設(shè)置。

如嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用，該課程主要教授學生掌握微控制器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、開發(fā)平臺、開發(fā)流程，掌握上層應(yīng)用程序編寫、arm 嵌入式操作系統(tǒng)系統(tǒng)配置、應(yīng)用開發(fā)等。

嵌入式系統(tǒng)專業(yè)核心類課程的教學方式是按照課程大綱的安排，結(jié)合教材的章節(jié)內(nèi)容，在學期的前段進行理論教學，在學期后段按照教學計劃安排實驗實訓。

2.嵌入式系統(tǒng)選修類課程的設(shè)置。

如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級編程語言（JAVA）、基于安卓系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)等，這類課程主要是為嵌入式系統(tǒng)專業(yè)核心類課程服務(wù)，對學生專業(yè)能力的全面提升起到輔助作用。

因此，專業(yè)選修類課程的開設(shè)必須本著“針對性、實用性、有效性、補充性”的原則，為提高教學質(zhì)量和用人單位滿意度提供保障。

二、實踐課程體系建設(shè)

將實踐課程體系分為核心實踐類課程和Capstone頂石課程，分別進行設(shè)置。

1.嵌入式系統(tǒng)核心實踐類課程的設(shè)置。

嵌入式系統(tǒng)課程體系具有涉及領(lǐng)域廣、專業(yè)綜合性強的鮮明特點。為了培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才，教學的重點要放在以實踐充實理論、證明理論，加強課程設(shè)計、綜合設(shè)計及創(chuàng)新項目實訓等方面。

所以，我們將嵌入式系統(tǒng)核心實踐類課程分為課內(nèi)實驗和課程設(shè)計二部分。課內(nèi)實驗為驗證性實驗，根據(jù)老師的指導(dǎo)，按著指定的步驟進行實驗，便于對理論知識形成更深層次的理解。課程設(shè)計根據(jù)具體專業(yè)的需求，用一到兩周的時間，進一步鞏固所學知識，并結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識，進行綜合性課程實踐或設(shè)計。

2.Capstone頂石課程的設(shè)置。

為了培養(yǎng)學生的專業(yè)素質(zhì)，強調(diào)團隊交流、國際視野和解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)終身學習的能力和職業(yè)規(guī)范，2017年，我校的電子科學與技術(shù)專業(yè)申請參加臺灣地區(qū)“中華工程教育學會”（Institute of Engineering Education Taiwan，簡稱IEET）的工程及科技教育認證（EAC2010），該認證范圍對應(yīng)的是華盛頓協(xié)定（Washington Accord），以培養(yǎng)專業(yè)工程師為目的，協(xié)助學校及專業(yè)提升教育內(nèi)涵建設(shè)及教育質(zhì)量，增加競爭力。

IEET工程教育認證最重要的一項考核指標就是capstone course，顧名思義，就是“頂石課程”。這個課程一般開設(shè)在實用性很強的專業(yè)中，是一門讓學生整合所學領(lǐng)域的知識，并充分利用這些知識解決實際工程問題，同時培養(yǎng)相關(guān)技能和態(tài)度的課程。

頂石課程主要針對高年級學生，特別是為臨近畢業(yè)的學生開設(shè)的一門綜合性課程。該課程主要有兩個特點：①為學生提供整合已學習到的知識，并掌握技能和職業(yè)態(tài)度的機會;②為學生進入真正的職場做準備，即通過要求學生完成一些應(yīng)用性的項目，如：短期實習、實戰(zhàn)練習等，為學生提供參與“實戰(zhàn)演練”的機會，讓學生把此前所學知識和技能應(yīng)用于解決實際問題，為學生進入職場做好鋪墊。

三、改革方案實施

嵌入式系統(tǒng)課程體系結(jié)合了嵌入式硬件與操作系統(tǒng)軟件的發(fā)展概念，為使學生能由淺入深，并有系統(tǒng)的學習;在原有《嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用》課程體系的架構(gòu)下，提出了一套可執(zhí)行的改革方案。

首先，將嵌入式系統(tǒng)分為三個層次：底層是嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備和相關(guān)的軟件驅(qū)動程序;中間層是各種操作系統(tǒng)，例如uc/os實時操作系統(tǒng)、linux操作系統(tǒng)、Android系統(tǒng)、ISO操作系統(tǒng)等;上層是基于不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件包。其次，針對這三個層次，將嵌入式系統(tǒng)課程體系改革的內(nèi)容分為三個階段。

1.針對嵌入式系統(tǒng)底層和基礎(chǔ)的內(nèi)容，如微控制器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、硬件設(shè)備、基于C或匯編的驅(qū)動程序設(shè)計等，課程內(nèi)容著重于嵌入式系統(tǒng)的軟硬件基本架構(gòu)和基礎(chǔ)應(yīng)用開發(fā)，介紹最新的ARM系統(tǒng)微處理器技術(shù)，通過緊密結(jié)合嵌入式基礎(chǔ)和現(xiàn)代最新技術(shù)，使學生打好嵌入式硬件設(shè)計和軟件驅(qū)動開發(fā)的基礎(chǔ)。此階段的理論內(nèi)容大部分安排在嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用課程中講授，實踐內(nèi)容部分由嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計完成。要求強化升級至32位的ARM Cortex-M4，以迎合企業(yè)實際產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)需求，并結(jié)合實務(wù)的訓練，以奠定嵌入式技術(shù)的學習基礎(chǔ)。

2.針對嵌入式系統(tǒng)選修類課程的內(nèi)容，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級編程語言（JAVA）、基于安卓系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)等，課程內(nèi)容主要是為嵌入式系統(tǒng)專業(yè)核心類課程服務(wù)，對學生專業(yè)能力的全面提升起到輔助作用。因此，專業(yè)選修類課程的開設(shè)必須為專業(yè)核心類課程的高質(zhì)量教學提供有效的補充。

3.設(shè)置Capstone實訓課程。在吸取傳統(tǒng)教學優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進行教學方式改革，采用“教師指導(dǎo)—學生分組—項目開發(fā)”的集中實踐教學模式。讓學生在教師的指導(dǎo)下，以3—5人為一個項目小組，模仿企業(yè)工程項目開發(fā)的完整流程，針對Cortex-M4和Cortex-A53+雙平臺雙系統(tǒng)，對業(yè)界廣泛使用的嵌入式技術(shù)進行全面深入的學習和項目實踐;使學生可以在電視機機頂盒、多媒體廣告機、平板電腦、手持移動終端、通信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、流媒體服務(wù)器、四軸飛行器、車載導(dǎo)航、車輛行駛記錄儀、智能機器人、工業(yè)現(xiàn)場控制等行業(yè)大顯身手。使學生在學習過程中，通過實際操作對本行業(yè)嵌入式技術(shù)有了深刻的理解和掌握。

四、結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)課程由嵌入式硬件和軟件兩部分組成，課程體系設(shè)置的目的是培養(yǎng)軟、硬件相結(jié)合的復(fù)合型人才，引入Capstone實訓課程，以行業(yè)內(nèi)某個具體應(yīng)用為項目任務(wù)，制定項目計劃，各小組成員分工協(xié)作、按時提交進程報告，教師將課程的知識點有機融合在項目開發(fā)全過程中，學生在系統(tǒng)學習課程知識點的同時，也熟悉了嵌入式系統(tǒng)行業(yè)項目開發(fā)的整個流程，更重要的是培養(yǎng)了學生的團隊合作精神，有效地提升了學生的實踐動手能力。

參考文獻：

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