時(shí)間：2023-10-09 16:14:55
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇嵌入式課程設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
《嵌入式系統(tǒng)工程訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)報(bào)告
題目
基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)院
電子信息工程學(xué)院
專業(yè)
通信工程專業(yè)
組員姓名與學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師
張紅偉、趙博
2019 年 7月
基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，現(xiàn)在人們的生活追求個(gè)性化、自動(dòng)化，追求快節(jié)奏，追求充滿樂趣的生活方式，家裝要求的檔次越來越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技術(shù)在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，伴隨著智能家居的快速發(fā)展，晾衣工具的智能化發(fā)展明顯落后與其他家用器具智能化發(fā)展之后，現(xiàn)在己經(jīng)引起社會(huì)的很大關(guān)注。本論文為了把握市場動(dòng)態(tài)，順應(yīng)時(shí)代主題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能晾衣架系統(tǒng)。 采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、DHT11溫濕度傳感器采集外部空氣濕度兩，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。其中光照傳感器采用光敏電阻，濕度采用DHT11，控制硬件采用步進(jìn)電機(jī)，按鍵電路設(shè)定手動(dòng)自動(dòng)模式，L602液晶顯示感測量和設(shè)定值，及工作狀態(tài)。通過設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試完成了基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)。
目 錄
一 .引言...........................................4
1.1 課題研究背景與意義 ........................4
1.2 本設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................4
1.3研究方法..................................5
1.4研究內(nèi)容.................................5
二．智能晾衣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)........................... 5
2.1設(shè)計(jì)要求.......................................5
2.2 整體設(shè)計(jì)框圖 ...................................6
2.3系統(tǒng)組成概述 .................................6
2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 ..................................7
2.5光強(qiáng)采集模塊...................................7
2.6液晶顯示模塊.................................8
2.7驅(qū)動(dòng)模塊.......................................9
2.8顯示模塊.......................................10
三．基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)..............11
3.1 系統(tǒng)分析 .......................................11
3.2 STC89C52RC單片機(jī)介紹...........................12
3.3 程序設(shè)計(jì) .......................................14
3.4 軟件算法 ....................................14
四．實(shí)驗(yàn)調(diào)試...................................... 16
五．結(jié)論與展望.....................................18
六．心得...........................................18
參考文獻(xiàn)...........................................20
一、引言
1.1研究背景與意義
基于現(xiàn)在晾衣架發(fā)展現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種能幫助人們擺脫原始操作的智能晾衣架。本新型晾衣架主要特點(diǎn)在于：可以伸縮，操作簡單，占地面積小，美觀實(shí)尸構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。同類產(chǎn)品雖有可收縮式的，但屬組裝而成，操作比較麻煩，而本晾才架只需按下打開按鍵，衣架桿即可自動(dòng)伸展開來。同時(shí)晾衣架能識(shí)別晴雨天氣一自動(dòng)完成收衣服功能的目的。晴雨智能晾衣架能有效地避免在下雨時(shí)，衣服無人收起而被雨淋濕;或在天色變晚時(shí)，衣架能自動(dòng)收回，避免衣服在外面過夜
1.2智能晾衣架的發(fā)展現(xiàn)狀
在中國各大中城市以及農(nóng)村普遍是將衣物晾曬于陽臺(tái)內(nèi)部或外部，而傳統(tǒng)的晾曬衣物方式是陽臺(tái)內(nèi)天花板下設(shè)置有鋼筋掛鉤，鉤卜通常是掛有竹桿或其它桿體。人們通常習(xí)慣于用一支撐桿將衣物支撐到晾衣桿晾曬，這樣晾曬衣物費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且布置鋼筋及竹桿與當(dāng)今現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)的陽臺(tái)也不搭配、有失雅觀。另外，家庭通常大都是老人晾衣物，因此，傳統(tǒng)的支撐曬衣、收衣不僅是費(fèi)神費(fèi)力，而目.容易扭傷筋胃·或支撐不順扎傷人體。正因傳統(tǒng)晾曬衣方式有眾多的不便，后出現(xiàn)手搖晾衣架，手搖晾衣架改變了支撐晾衣架的傳統(tǒng)習(xí)慣，同時(shí)也給眾多家庭帶來了更多的方便。但手搖晾衣架需設(shè)置多個(gè)機(jī)械裝置和支撐點(diǎn)，同時(shí)需多根網(wǎng)線布置來帶動(dòng)其晾衣桿上下升降。由幾支撐點(diǎn)及多根網(wǎng)線的布置，手搖式晾衣架給原本漂亮的陽臺(tái)增添了不美的因素。其次，手搖晾衣架的升降每次都要人工轉(zhuǎn)換接頭，目.需要人力搖動(dòng)慢慢將桿升降，若晾桿承載的衣物重量過大，搖上去既費(fèi)力又容易傷手。因此，手搖晾衣架雖然改變傳統(tǒng)支撐晾衣的不便，但沒有徹底改變費(fèi)神費(fèi)力的根本狀態(tài)。人們期望著一種更方便更美觀的新型晾衣架的出現(xiàn)。
1.3 研究方法
（1）文獻(xiàn)法。由于本研究將會(huì)觸及到很多單片機(jī)方面的繪圖以及變成等方面的知識(shí)和技術(shù)，為了能夠更好的完成研究，所以需要對大量的期刊雜志等書籍進(jìn)行瀏覽、整理和分析。這樣做能夠快速而且有效的獲得大量對本研究由有利的信息和材料，因此成為研究方法不可缺少的部分。
（2）觀察法。合理的觀察對研究有很大的幫助，這種研究方法具有很強(qiáng)的目的性和計(jì)劃性，在實(shí)驗(yàn)中往往能達(dá)到意想不到的效果，從而開辟人們的思路，招致新的發(fā)現(xiàn)，因此也成為研究方法不可缺少的部分。
1.4 研究內(nèi)容
基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要采用單片機(jī)作為控制中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)晾衣的功能，并根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，具體性能和指標(biāo)如下：
（1）智能晾衣桿全自動(dòng)工作，可實(shí)現(xiàn)無人操控
（2）晾衣桿只有兩個(gè)位置，伸出去，縮回來
（3）具有手動(dòng)模式，可以直接強(qiáng)制伸縮晾衣架
（4）光敏傳感器：天黑時(shí)候?qū)⒁路栈貋恚炝習(xí)r候或者陽光猛烈的時(shí)候伸出去晾曬
（5）濕度檢查：通過DHT11溫濕度傳感器采集當(dāng)前空氣溫濕度，如果濕度較大，將衣服收回來
（6）液晶顯示：可以直接顯示當(dāng)前信息和狀態(tài)
（7）供電：5V電源供給單片機(jī)、電機(jī)
（8）紅外遙控器可以直接進(jìn)行控制晾衣架進(jìn)行工作
二、智能晾衣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、雨滴兩個(gè)外部天氣信號(hào)，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。
2.1 設(shè)計(jì)要求
（1）構(gòu)建一個(gè)型號(hào)為STC89C52的單片機(jī)系統(tǒng)（內(nèi)含串口通信電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)），作為系統(tǒng)的主控模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理與分析、執(zhí)行部件的控制等；
（2）檢測功能：實(shí)時(shí)檢測是否下雨；實(shí)時(shí)檢測環(huán)境的光強(qiáng)值；
（3）顯示功能：通過液晶屏1602對系統(tǒng)的參數(shù)及系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行指示；
（4）執(zhí)行部件：過298驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供停轉(zhuǎn)信號(hào)；；
（5）程序編寫：使用KEIL C軟件編譯環(huán)境，使用C語言進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫，并在程序中對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和顯示。
2.1 整體設(shè)計(jì)框圖
控制總體款圖如下圖2.1所示，通過光照傳感器和雨滴（水位）傳感器感知外部天氣的光照和雨滴情況，按鍵設(shè)定光照和雨滴的閾值，衣架位置傳感器采集衣架所在位置，最后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，將衣架來回于室內(nèi)室外。
開啟開關(guān)電源后，溫濕度傳感器開始工作，采集過程首先是STC89C51單片機(jī)發(fā)起開始信號(hào)，通過I/O引腳發(fā)送給DHT11溫濕傳感器，之后DHT1溫濕度傳感器1反向單片機(jī)發(fā)送響應(yīng)，并將采集到的數(shù)據(jù)按照40位數(shù)據(jù)幀格式輸出，
溫濕度傳感器開始工作，把空氣中的溫度通過一定檢測裝置，測量到溫度后，按一定的規(guī)律變換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，用以滿足設(shè)計(jì)需求。市場上的溫濕度傳感器一般是測量溫濕度量。常見的溫濕度測量方法有：動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點(diǎn)法，和形形的電子式傳感器法。DHT11溫濕度傳感器將檢測到的溫濕度值以數(shù)字量的形式輸出給單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部計(jì)算后得出此時(shí)的溫度，之后顯示在LCD1602液晶顯示器上。溫濕度檢測流程圖如圖4.3所示：
五．結(jié)論展望
本報(bào)告設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)。完成要求中智能晾衣桿全自動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)無人操控；晾衣桿有兩個(gè)位置，伸出去，縮回來；可以進(jìn)行位置檢測：晾衣桿伸出去時(shí)，到達(dá)指定位置能夠停下來；有軟件容錯(cuò)處理：晾衣桿伸縮過程中遇到各種障礙，能夠通過軟件容錯(cuò)處理來停止；使用光敏傳感器：天黑時(shí)候?qū)⒁路栈貋恚炝習(xí)r候或者陽光猛烈的時(shí)候伸出去晾曬；使用雨滴傳感器：下雨的時(shí)候?qū)⒁路栈貋恚粎?shù)靈敏度可以調(diào)節(jié)（動(dòng)態(tài)設(shè)置）：按鍵+液晶顯示；采用5V供電：5V電源供給單片機(jī)、電機(jī)。 本報(bào)告實(shí)現(xiàn)了智能晾衣系統(tǒng)，還需要結(jié)合市場，對衣架的結(jié)構(gòu)和工作方式。比如旋轉(zhuǎn)還是上下伸縮，前后伸縮等，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，使之滿足市場需求，更好的為客戶服務(wù)。
六、心得
1.通過這次單片機(jī)課設(shè)，我們學(xué)到了很多平時(shí)難得的東西，首先是團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在這次設(shè)計(jì)當(dāng)中，難免和同學(xué)產(chǎn)生觀點(diǎn)和意見的分歧，以及分工明細(xì)、時(shí)間安排等不合理
2.通過這次設(shè)計(jì)，我們體會(huì)到了團(tuán)結(jié)合作的重要性及力量之強(qiáng)大，還有讓我們處理事情更加有條理，思路更加清晰明了了，發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都將受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。
3.此次的設(shè)計(jì)，其實(shí)也是我們所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，讓我深深的認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)單片機(jī)要有一定的基礎(chǔ)，要有電子技術(shù)方面的數(shù)字電路和模擬電路等方面的理論基礎(chǔ)，特別是數(shù)字電路；也要有編程語言的匯編語言或C語言。要想成為單片機(jī)高手，我們首先要學(xué)好匯編語言，然后轉(zhuǎn)入C語言學(xué)習(xí)，所以我們不能學(xué)到后面就忘了前面的知識(shí)，更應(yīng)該將所學(xué)的知識(shí)緊緊的結(jié)合在一起，綜合運(yùn)用，所謂設(shè)計(jì)，就是要求創(chuàng)新，只有將知識(shí)綜合運(yùn)用起來才能真正的設(shè)計(jì)好。
七、展望
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從題目的選定到方案的論證再到畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成歷時(shí)將近三個(gè)月，在這三個(gè)月的時(shí)間內(nèi)我用自己最飽滿的熱情和最認(rèn)真的態(tài)度來對待。很多問題看似簡單，但是真正在實(shí)踐過程中卻舉步維艱、問題百出，尤其是在程序調(diào)試的階段要有極大的耐心，但是這個(gè)過程也很大程度上的提高了我分析問題和解決問題的能力。在畢設(shè)的實(shí)踐中也提高了我的動(dòng)手能力，強(qiáng)化了自己的專業(yè)理論知識(shí)。與此同時(shí)，我也發(fā)現(xiàn)了很多身上不足的地方，例如專業(yè)軟件使用得不夠熟練、編程能力不夠、動(dòng)手實(shí)踐能力較弱等，我會(huì)在今后的學(xué)習(xí)實(shí)踐中不斷加以提高。
。
參考文獻(xiàn)
[1]潘清明,丁左武,蔣偉,鄭孫偉.防雨、防暴曬、夜晚能自動(dòng)收縮的智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2007,06:79-81.
[2]呂廣紅,黃崇林,陳曉銘.基于AT89C52的智能晾衣架的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2013,02:71-73.
[3]劉秋呈,顧凱燕,劉輝.感光智能晾衣架的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)咨詢(科技·管理),2013,05:67.
[4] 趙金利，肖興達(dá).單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.
[5]三恒星科技.MCS-STM32單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例.北京：電子工業(yè)出版設(shè)，2008.1
[6] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分. 第四版. 北京: 高等教育出版社，1999
[7] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[8] 林伸茂.80STM32單片機(jī)徹底研究——實(shí)習(xí)篇.北京：中國電力出版社，2006
嵌入式系統(tǒng)的研究內(nèi)容較為寬泛，其中主要包括嵌入式硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。嵌入式軟、硬件設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容的選取原則應(yīng)是適合本科生學(xué)習(xí)、與課程學(xué)時(shí)匹配、并具有較好的課堂展示效果。因此嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容的合理選取對課程授課效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起著至關(guān)重要的作用。
（一）嵌入式系統(tǒng)課程硬件設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的選取
嵌入式系統(tǒng)硬件是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，是嵌入式系統(tǒng)與實(shí)際環(huán)境交互的載體，其性能的優(yōu)劣直接影響嵌入式系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，決定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，因此硬件設(shè)計(jì)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中處于十分重要位置。在嵌入式硬件教學(xué)中，嵌入式課程的首先需要向?qū)W生介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件在系統(tǒng)中的作用，并以日常生活中常見的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備為例（例如手機(jī)、MP3播放器等等）直觀的講解嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立嵌入式硬件系統(tǒng)的基本概念。在此基礎(chǔ)上，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)著重講授嵌入式系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)，從硬件體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)層次給學(xué)生講解嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。
1.嵌入式處理器，它是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行。嵌入式處理器選型原則是硬件設(shè)計(jì)的重要教學(xué)內(nèi)容之一，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)能引導(dǎo)學(xué)生了解處理器選型時(shí)應(yīng)考慮的因素，如處理器性能、價(jià)格以及可獲得的技術(shù)支持等等，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)種嵌入式處理器的特點(diǎn)和實(shí)際工程需要對處理器選型能力[3]，為其后續(xù)嵌入式硬件設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
2.嵌入式系統(tǒng)的電路，主要包括嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)端口、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路等等，其中，時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路為嵌入式系統(tǒng)最基本單元，具有這三個(gè)基本單元和處理器單元的系統(tǒng)即可正常工作，也稱其為嵌入式最小系統(tǒng)。嵌入式課程應(yīng)能幫助學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)電路種類、功能及其設(shè)計(jì)方法，建立嵌入式最小系統(tǒng)的概念。
3.嵌入式系統(tǒng)外部設(shè)備，主要是指嵌入式系統(tǒng)與真實(shí)環(huán)境交互的各種設(shè)備，包括外存儲(chǔ)設(shè)備（如FlashCard）、IO設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)等）、打印設(shè)備（如打印機(jī)）。在學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)硬件的三個(gè)層次的基礎(chǔ)上，嵌入式課程應(yīng)選擇一款適合課堂教學(xué)的處理器，并具體的講解嵌入式硬件的各個(gè)電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)目標(biāo)。嵌入式課程硬件教學(xué)在選擇處理器作為授課和研究對象時(shí)，應(yīng)該考慮應(yīng)用廣泛且學(xué)習(xí)難度較低的嵌入式微控制器。在眾多的嵌入式微處理器中，ST公司于2011年推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的STM32F104微處理器具有廣闊的市場應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、多媒體、精密儀器、家電等各個(gè)領(lǐng)域，STM32F104微處理器對于初學(xué)者來說具有開發(fā)簡單、直觀并且可獲取豐富的網(wǎng)絡(luò)支持的特點(diǎn)，因此本文以基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)為課程硬件教學(xué)內(nèi)容，介紹STM32F104微處理器的主要特性，如處理的主頻、字長等，并以框圖形式介紹STM32F104微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和片上的各個(gè)功能模塊，如片上內(nèi)存、片上AD和DA轉(zhuǎn)換器、各種通信接口等。同時(shí)，任課教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生如何閱讀芯片的英文數(shù)據(jù)手冊，掌握英文數(shù)據(jù)手冊的章節(jié)安排和閱讀方法，提高學(xué)生英文文獻(xiàn)的閱讀水平，并能從中快速獲取芯片的主要性能指標(biāo)。在嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)教學(xué)中，嵌入式課程必須著重強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的電源電路設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)以及時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。
嵌入式電源電路設(shè)計(jì)教學(xué)主要向?qū)W生介紹電源電路的兩種類型，即線性電源和開關(guān)電源，以及兩種電源電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和各自特點(diǎn)以及應(yīng)用場合，并在此基礎(chǔ)上向?qū)W生介紹2~3種常用的電源控制芯片，如線性電源常采用LM7805、AMS1117-3.3等線性穩(wěn)壓芯片，開關(guān)電源則常采用LM2596、MP2359等開關(guān)電源芯片，簡單介紹各個(gè)電源芯片的主要參數(shù)，如輸入電壓范圍、輸出電流等參數(shù)等。嵌入式系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)的課程教學(xué)主要向?qū)W生介紹兩種類型的時(shí)鐘電路，即無源晶體和有源晶振電路，講解這兩種類型時(shí)鐘的特點(diǎn)和應(yīng)用場合以及時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)的注意的事項(xiàng)，并用多媒體給出兩種類型電路結(jié)構(gòu)，向?qū)W生分析電路中各個(gè)元件的作用。嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路教學(xué)需向?qū)W生介紹兩種類型的嵌入式復(fù)位電路，即阻容式復(fù)位和專用復(fù)位芯片復(fù)位，介紹兩種電路的特點(diǎn)，同時(shí)介紹幾款常用的專用復(fù)位芯片(如MAX811)，讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法。如果說嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的大腦，那么嵌入式系統(tǒng)的IO設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)的四肢，是和現(xiàn)實(shí)世界交互的設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)IO設(shè)備的教學(xué)需引導(dǎo)學(xué)生建立嵌入式系統(tǒng)中IO設(shè)備的概念，并舉例說明嵌入式系統(tǒng)常用的一些IO設(shè)備，如嵌入式顯示屏、鍵盤、打印機(jī)等。在IO設(shè)備的教學(xué)中，課程應(yīng)首先介紹IO設(shè)備與嵌入式處理器的接口技術(shù)，分別介紹并行接口和串行接口，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)接口類型，并根據(jù)實(shí)際工程需要選擇不同接口類型的IO設(shè)備，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生掌握各種接口的時(shí)序，并能夠熟悉幾種常用的接口類型，如I2C、Intel式并行口、SPI等接口以及各種接口的數(shù)據(jù)傳輸速率和物理接線數(shù)目等。
（二）嵌入式課程軟件設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的選取
嵌入式軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，與嵌入式硬件一起作為嵌入式設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，因此，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是嵌入式課程授課的重要內(nèi)容之一。嵌入式軟件教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式軟件開發(fā)能力，向?qū)W生講解嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，即嵌入式軟件可分為應(yīng)用程序、應(yīng)用程序接口、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，加強(qiáng)學(xué)生對各個(gè)軟件層次的把握。嵌入式軟件設(shè)計(jì)授課需要向?qū)W生講授各軟件層的功能與特點(diǎn)、嵌入式軟件開發(fā)所需要具備的先行課程知識(shí)，明確嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的核心，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)軟件設(shè)計(jì)的分工。嵌入式課程應(yīng)能夠向?qū)W生介紹幾種目前較為流行的嵌入式操作系統(tǒng)，讓學(xué)生對目前常用的嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及其主要特點(diǎn)有所了解。目前，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可分為兩種類型，即商用型和免費(fèi)型，商用型操作系統(tǒng)有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但是價(jià)格昂貴；免費(fèi)型操作系統(tǒng)在價(jià)格方面具有較大的優(yōu)勢，主要以Linux為代表，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)要求學(xué)生能夠熟悉并掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理和使用方法。
μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)是一種規(guī)模較小和源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)，特別是學(xué)生在具備μC/OS-II操作系統(tǒng)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)之后，再學(xué)習(xí)某些大型的操作系統(tǒng)（如嵌入式Linux）則可大大提高學(xué)習(xí)效率并獲得較好的學(xué)習(xí)效果，因此本文選取μC/OS-II操作系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)的授課內(nèi)容和研究對象，并以μC/OS-II操作系統(tǒng)為例講授基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)以及圖形用戶接口的使用方法。同時(shí)，嵌入式軟件教學(xué)需向?qū)W生介紹嵌入式軟件開發(fā)工具和開發(fā)平臺(tái)，其中主要介紹交叉開發(fā)系統(tǒng)調(diào)試結(jié)構(gòu)和使用方法。嵌入式交叉開發(fā)系統(tǒng)由宿主機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成[4]，嵌入式課程教學(xué)需要幫助學(xué)生直觀的了解嵌入式軟件開發(fā)的工作形式、嵌入式軟件開發(fā)需要具備哪些條件和做哪些準(zhǔn)備工作。同時(shí)，嵌入式課程需要向?qū)W生講解1~2種嵌入式微處理器的上位機(jī)開發(fā)軟件，目前STM32F104微處理器的軟件開發(fā)普遍采用KeilμVision開發(fā)軟件以及JLINK仿真器，則嵌入式課程需要向?qū)W生介紹KeilμVision開發(fā)環(huán)境設(shè)置方法、工程項(xiàng)目的建立方法、JLINK仿真器硬件連接方式以及驅(qū)動(dòng)程序安裝方法，使得學(xué)生能夠自主構(gòu)建基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)平臺(tái)，并能在此開發(fā)平臺(tái)上新建工程項(xiàng)目、下載程序、仿真運(yùn)行、斷點(diǎn)跟蹤調(diào)試等。
二、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)化
在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程中，任課教師必須研究和制定一套有效的教學(xué)方式，合理安排課程授課內(nèi)容順序，注重知識(shí)的承前啟后，對嵌入式系統(tǒng)的一些先行課的相關(guān)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)需要進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)，比如在硬件設(shè)計(jì)中，需復(fù)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路、微機(jī)原理及接口技術(shù)等課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在嵌入式軟件設(shè)計(jì)教學(xué)中，需復(fù)習(xí)C語言程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程，為嵌入式系統(tǒng)課程作必要的準(zhǔn)備。
（一）嵌入式課程硬件設(shè)計(jì)教學(xué)方式改革
嵌入式硬件設(shè)計(jì)教學(xué)中，任課教師可在課堂上準(zhǔn)備一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備[5]，將軟、硬件實(shí)驗(yàn)直接融合到理論課程的教學(xué)中，在課堂上首先向?qū)W生展示一塊嵌入式系統(tǒng)硬件電路板，如STM32F104應(yīng)用開發(fā)電路板，讓學(xué)生近距離觀察電路結(jié)構(gòu)和板上的各種元器件，并作簡要介紹，使得學(xué)生能夠直觀的認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)硬件電路，然后以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生對電路圖如何設(shè)計(jì)和生成產(chǎn)生興趣，授課教師此時(shí)可介紹嵌入式硬件設(shè)計(jì)步驟以及電路設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件，讓學(xué)生了解嵌入式硬件原理圖和印制電路板圖（PCB圖）設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，授課教師在課堂上以一個(gè)簡單的嵌入式電路系統(tǒng)為例，現(xiàn)場安裝Protel電路圖繪制軟件，講解并演示電路原理圖和PCB圖的繪制步驟和方法。在電路圖設(shè)計(jì)的演示之后，授課教師應(yīng)給學(xué)生講解硬件電路的調(diào)試過程和調(diào)試方法，讓學(xué)生掌握嵌入式電源電路、時(shí)鐘電路、接口電路的調(diào)試方法，并在課堂上現(xiàn)場演示硬件調(diào)試，最后以處理器的一個(gè)IO接口控制的LED燈閃爍為例，編寫LED燈閃爍的例程，讓學(xué)生直觀的把握嵌入式系統(tǒng)調(diào)試方法。
（二）嵌入式課程軟件設(shè)計(jì)教學(xué)方式優(yōu)化
嵌入式軟件教學(xué)的主要內(nèi)容是嵌入式操作系統(tǒng)的移植方法、使用方法和應(yīng)用程序編寫。授課教師在講解嵌入式操作系統(tǒng)的使用方法時(shí)，可在課堂上利用多媒體教學(xué)手段基于μC/OS-II的操作系統(tǒng)編寫應(yīng)用程序，在操作系統(tǒng)的每個(gè)任務(wù)的主循環(huán)中添加斷點(diǎn)，讓學(xué)生直觀的感受操作系統(tǒng)多任務(wù)切換機(jī)制，并以一個(gè)簡單的軟件例程，要求學(xué)生現(xiàn)場進(jìn)行構(gòu)思，開展廣泛的交流，然后將學(xué)生構(gòu)思的各種方案在多媒體上進(jìn)行現(xiàn)場編程實(shí)現(xiàn)、輸出結(jié)果，讓學(xué)生對自己方案的正確性、合理性有直觀的認(rèn)識(shí)和理解，并促使其對方案進(jìn)行修正，以使學(xué)生迅速掌握μC/OS-II的操作系統(tǒng)的使用方法和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法。
三、嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)過程中重要環(huán)節(jié)，可提高學(xué)生對理論知識(shí)的理解和把握，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、獨(dú)立思考解決問題的能力。學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論課程知識(shí)，對于課堂上的例程，學(xué)生可以通過自己的學(xué)習(xí)和理解對其進(jìn)行修改，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其修改正確與否，這是一種極其有效的學(xué)習(xí)方法。嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)課程的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的方案論證能力、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，適應(yīng)學(xué)生就業(yè)和社會(huì)需求。
（一）嵌入式課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)
嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要向?qū)W生詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電原理圖和系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，并以一個(gè)簡單的例程引導(dǎo)學(xué)生熟悉和如何使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路和軟件開發(fā)環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)操作步驟。實(shí)驗(yàn)課程的章節(jié)內(nèi)容安排應(yīng)遵循由簡入繁的原則，明確實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模龑?dǎo)學(xué)生從一個(gè)簡單的IO端口控制LED燈閃爍的例程開始學(xué)習(xí)，完成從新建工程、編寫程序、下載程序調(diào)試、觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)過程，再以2~3個(gè)難度逐步增加的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（即實(shí)驗(yàn)成功后應(yīng)看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)期間遇到問題，指導(dǎo)教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生檢查問題并解決問題，而并非直接告訴學(xué)生答案，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。在學(xué)生正確完成實(shí)驗(yàn)后，指導(dǎo)教師應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生采用多種不同的軟件算法完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的編程能力和拓寬學(xué)生的視野。在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)一些簡單的電子設(shè)備，如數(shù)字電子鐘、數(shù)字溫度計(jì)、計(jì)算器等，讓學(xué)生切身的感受到嵌入式技術(shù)的廣泛用途。
（二）嵌入式課程設(shè)計(jì)教學(xué)
嵌入式系統(tǒng)作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)是課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的必由之路[6]。本文采用項(xiàng)目開發(fā)為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)形式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)嵌入式硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，以一個(gè)完整的項(xiàng)目開發(fā)作為課程設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生全面掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部過程，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。在課程設(shè)計(jì)選題方面，指導(dǎo)教師可提供一定數(shù)量設(shè)計(jì)課題，設(shè)計(jì)課題需具備較高的綜合性和可行性，難度適中，要能夠達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生嵌入式方案論證能力和軟、硬件設(shè)計(jì)能力的目的。學(xué)生也可根據(jù)自身的知識(shí)特點(diǎn)擬定課題，經(jīng)指導(dǎo)教師審核修改后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，同樣，自擬課題也要達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。課程設(shè)計(jì)的選題和實(shí)施應(yīng)能培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式方案論證和制定項(xiàng)目具體實(shí)施計(jì)劃的能力，規(guī)范學(xué)生的嵌入式項(xiàng)目開發(fā)方法和開發(fā)步驟。在嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，學(xué)校應(yīng)提倡以學(xué)院為單位組織嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生嵌入式工程實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。
四、結(jié)論
摘要：本文針對“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)實(shí)踐，將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層面，對課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索，確保學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，提高自主學(xué)習(xí)與自主創(chuàng)新的工程實(shí)踐能力，真正做到學(xué)以致用。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新
中圖分類號(hào)：G6420.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
嵌入式系統(tǒng)是相對于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出的“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，它是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、信息家電、工業(yè)控制和交通等方面。作為“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)應(yīng)是以應(yīng)用為中心，結(jié)合實(shí)踐與應(yīng)用的一系列課程教學(xué)，它是本科生在四年學(xué)習(xí)中進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐的有力保證。“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識(shí)和動(dòng)手能力，是對設(shè)計(jì)者綜合能力與創(chuàng)新能力的考查。因此，在以“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)為目標(biāo)的理工科院校的實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)特別重視學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實(shí)踐能力、職業(yè)技能與就業(yè)能力。在此結(jié)合地方高校通信工程專業(yè)的特點(diǎn)對學(xué)生“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”能力培養(yǎng)的相關(guān)課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索，探討地方高校理工科學(xué)生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出理論與實(shí)踐相結(jié)合的創(chuàng)新性人才。
1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)層面
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是復(fù)合型的新興技術(shù)[1][2]。基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程既與計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)控制技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程有關(guān)，又與具體的應(yīng)用背景有關(guān)。理工科各專業(yè)需結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)在專業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與教學(xué)，根據(jù)專業(yè)特色開設(shè)先進(jìn)的、具有深入內(nèi)容的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程，使學(xué)生具備創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力，所以在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)時(shí)必須重點(diǎn)把握實(shí)踐和創(chuàng)新這兩個(gè)方面，注意科學(xué)對技術(shù)所起的基礎(chǔ)支持作用，要從嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)發(fā)展出發(fā)，開設(shè)具有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系的課程，開設(shè)有關(guān)含有信息論、系統(tǒng)理論及控制理論等基本內(nèi)容交叉融合的課程，拓寬學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中視野與思維的深度和廣度，這樣才能培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新能力。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐可以按照圖1所示三個(gè)層面進(jìn)行相關(guān)課程的配置。
層面一是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠針對某個(gè)具體嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)的能力。要求學(xué)生掌握應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)技能，屬于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的最低層。集中在微處理器(如MCS51系列、TMS320系列、ARM系列)的體系結(jié)構(gòu)及其語言、接口的工作原理；嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、開發(fā)語言、交叉編譯環(huán)境和調(diào)試工具的使用。在此
方面以單片機(jī)芯片及其開發(fā)應(yīng)用、DSP芯片及其開發(fā)應(yīng)用和ARM微處理器及其開發(fā)應(yīng)用展開教學(xué)，并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的單片機(jī)、DSP和ARM的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示，并將作品作為成績考核的依據(jù)。
層面二是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)的能力。不僅要求學(xué)生掌握硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能，還應(yīng)該掌握軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能。促使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)后，掌握嵌入式操作系統(tǒng)的原理及其在特定硬件平臺(tái)上的移植。使學(xué)生具備特定硬件平臺(tái)下的嵌入式系統(tǒng)裁剪、移植，板載資源的初始化與驅(qū)動(dòng)及外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)技能，注重嵌入式系統(tǒng)圖形界面和網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在層面一的基礎(chǔ)上進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件開發(fā)的教學(xué)，并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的具有圖形界面操作、外設(shè)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)信息管理等功能的單片機(jī)、DSP和ARM應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示，并將作品作為成績考核的依據(jù)。
層面三是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行基于SOPC嵌入式系統(tǒng)IP內(nèi)核設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力。要求學(xué)生在掌握前兩層面的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生能夠進(jìn)行基于FPGA的SOC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)訓(xùn)練，并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等理論研究。促使學(xué)生結(jié)合EDA設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論、微電子等學(xué)科知識(shí)，將微處理器等以IP內(nèi)核的方式植入FPGA中，利用FPGA的可編程邏輯資源，按照系統(tǒng)功能需求來添加接口功能模塊，既能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)功能，又能降低系統(tǒng)的成本和功耗。這樣就使得FPGA靈活的硬件設(shè)計(jì)與處理器的強(qiáng)大軟件功能有機(jī)地結(jié)合在一起，高效地實(shí)現(xiàn)SOPC嵌入式系統(tǒng)。實(shí)踐環(huán)節(jié)以學(xué)生參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽、科研創(chuàng)新、發(fā)明制作等實(shí)踐進(jìn)行作品展示，并將作品作為創(chuàng)新學(xué)分修讀的依據(jù)。
2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方案
(1) 學(xué)生實(shí)踐能力設(shè)計(jì)
“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，在以電路與系統(tǒng)集成、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真為工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生在工程設(shè)計(jì)能力方面的培養(yǎng)，提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力。因而，通信工程本科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)可在基于現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行信息的采集、傳輸、處理、檢測、控制和現(xiàn)代通信網(wǎng)工程應(yīng)用的同時(shí)，以信息與通信工程技術(shù)為主線，融電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程技術(shù)于一體，構(gòu)建通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向，使學(xué)生實(shí)踐能力結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(2) 實(shí)踐教學(xué)方案
在教學(xué)中注重理論與實(shí)踐課程相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐與設(shè)計(jì)課程，設(shè)置完善的實(shí)踐課程體系，強(qiáng)化學(xué)生的技能訓(xùn)練，開展工程設(shè)計(jì)。低年級(jí)課程要特別強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，基本技能的訓(xùn)練；高年級(jí)逐步加強(qiáng)技術(shù)性，實(shí)用性課程，關(guān)注信息工業(yè)發(fā)展的需要。可結(jié)合本校學(xué)術(shù)研究、參與企事業(yè)科研及就業(yè)市場的方向，分設(shè)若干個(gè)課程組及專題設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生專業(yè)化水平的提高，并縮小大學(xué)教育與企業(yè)要求之間的期望差距。其實(shí)踐教學(xué)具體實(shí)施可參考圖3進(jìn)行。
第一學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)、探索實(shí)踐的主動(dòng)創(chuàng)新思維模式。如通過軍事理論的學(xué)習(xí)，注重介紹通信技術(shù)在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用；通過工程制圖的學(xué)習(xí)，以電子CAD為導(dǎo)引學(xué)習(xí)AutoCAD、Protel等繪圖軟件的應(yīng)用；通過認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，下企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)代通信方式及通信器械的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)。
第二學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可視化界面編寫能力。如在以國家級(jí)計(jì)算機(jī)等級(jí)考核展開教學(xué)的同時(shí)，注重學(xué)生計(jì)算機(jī)語言編程基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)，注重VB、VC、VF、Delphi、Java等編程的導(dǎo)向?qū)W習(xí)。
第三學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生可視化界面及數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)能力，進(jìn)行有線與無線通信中電子測量儀器設(shè)備的使用。
第四學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于單片機(jī)與EDA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在加強(qiáng)電子工藝實(shí)踐的同時(shí)，以數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)硬件描述語言與電子技術(shù)系統(tǒng)級(jí)的融合，基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件到硬件的實(shí)踐創(chuàng)新技能。
第五學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于DSP的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力，加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)習(xí)。在各專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過程中，以計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)來體現(xiàn)信息與通信工程學(xué)科下通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向共性的實(shí)踐操作創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
第六學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。以通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向構(gòu)建專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)。
第七學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于SOPC的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在通信與信息系統(tǒng)學(xué)科方向以現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為導(dǎo)向，構(gòu)建有線通信與無線通信的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。在信號(hào)與信息處理學(xué)科方向以語音、圖像等多媒體信號(hào)與信息為導(dǎo)向，構(gòu)建語音與圖像信號(hào)與信息工程應(yīng)用的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。
第八學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生綜合的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。通過專題進(jìn)行企事業(yè)單位上崗實(shí)踐，加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐相結(jié)合，為畢業(yè)后就能上崗打下基礎(chǔ)。
在以上各環(huán)節(jié)中除了完成課程實(shí)踐教學(xué)外，還要求學(xué)生在課外必須參與科技實(shí)踐及各項(xiàng)競賽活動(dòng)或提供自已的創(chuàng)意作品以取得一定的創(chuàng)新學(xué)分。因此在“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系建設(shè)中，要綜合考慮實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外科技實(shí)踐活動(dòng)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生能從課內(nèi)到課外，充分發(fā)揮課外科技活動(dòng)提高自身工程素質(zhì)。
3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)支持
以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)為指引，將理論與實(shí)踐進(jìn)行有效合理的整合，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行分解，變成可供實(shí)際推廣操作的學(xué)習(xí)任務(wù)，輔以必要的教育技術(shù)支持手段(開發(fā)教材、課件、培訓(xùn)計(jì)劃、教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、必要的評估手段)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在實(shí)際工程環(huán)境中掌握和內(nèi)化工程的理念。
(1) 開放實(shí)驗(yàn)室
在以“學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)” 的基礎(chǔ)上，為了使學(xué)生在高等教育中獲取更多的實(shí)用知識(shí)和創(chuàng)新技能，開辟與課程配套的網(wǎng)上資源系統(tǒng)，鼓勵(lì)學(xué)生遇到問題后上網(wǎng)查找資料，采用基于Web的開放實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)[3]。對實(shí)驗(yàn)室教學(xué)信息進(jìn)行綜合分析，建立開放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和開放式實(shí)踐教學(xué)管理體系，通過Web頁完成學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)管理，提高教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)效益。使學(xué)生由實(shí)驗(yàn)申請到實(shí)驗(yàn)結(jié)束完全網(wǎng)絡(luò)化管理，有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的充分利用，也有利于學(xué)生思維能力、設(shè)計(jì)能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)室開放的對象為所有在校學(xué)生，主要以設(shè)計(jì)性、綜合性及研究創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放為主，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜問題的能力。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的各實(shí)驗(yàn)分室可根據(jù)自身特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際需要，采取定時(shí)開放與網(wǎng)上預(yù)約開放兩種不同的模式向?qū)W生開放。
所謂定時(shí)開放是根據(jù)教學(xué)安排，在指定時(shí)間內(nèi)向?qū)W生全面開放。理論課教師和實(shí)踐課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備情況，結(jié)合課程內(nèi)容，確定教學(xué)計(jì)劃以外的自選實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好對實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)組合成綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)踐課題，在課外獨(dú)立完成自己的課題方案設(shè)計(jì)并經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過，在實(shí)踐過程中學(xué)生必須獨(dú)立完成實(shí)踐并撰寫上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
所謂網(wǎng)上預(yù)約開放是學(xué)生提前申請擬做實(shí)踐項(xiàng)目和所需儀器設(shè)備及元器件，由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生人數(shù)、實(shí)踐內(nèi)容和網(wǎng)上預(yù)約時(shí)間安排實(shí)踐設(shè)備、器材和指導(dǎo)教師。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備的條件自行擬定科技活動(dòng)課題并提供方案，在網(wǎng)上預(yù)約相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室與指導(dǎo)教師，開展創(chuàng)新發(fā)明、科技制作、論文撰寫等實(shí)踐活動(dòng)。在實(shí)踐過程中學(xué)生都必須進(jìn)行獨(dú)立的思考，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，綜合多方面的知識(shí)和技能，在實(shí)踐設(shè)備和操作環(huán)節(jié)上不受任何限制的情況下自行分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)踐系統(tǒng)，最終得出實(shí)踐結(jié)果并撰寫上傳實(shí)踐報(bào)告或論文。
(2) 實(shí)踐教學(xué)組織
聯(lián)系專業(yè)提供工程設(shè)計(jì)課題，結(jié)合前面所講的教學(xué)層面與科研、科技競賽工作開展學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)踐項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，如將行走機(jī)器人的制作分解為語音識(shí)別、圖像識(shí)別、高精密電機(jī)進(jìn)給控制等實(shí)踐項(xiàng)目。強(qiáng)化實(shí)踐過程，選派具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師參與指導(dǎo)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如通過提供的對比示例來啟發(fā)學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。在實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)措施上實(shí)現(xiàn)多元化，使學(xué)生在不斷改進(jìn)、反復(fù)鍛煉中提高分析問題、解決問題的能力，在實(shí)踐過程中真正做到舉一反三。
學(xué)生須進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，為了使實(shí)踐內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系得更緊密，可結(jié)合前面所講的教學(xué)層面要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐核心板與擴(kuò)展板。核心板提供相對應(yīng)微處理器的最小系統(tǒng)，包括了處理器、RAM、ROM、寄存器接口等；擴(kuò)展板提供電源、LCD顯示、串口、USB、以太網(wǎng)口等模塊。
改革課程考核方式，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、可視化程序設(shè)計(jì)等技術(shù)課程的考核成績?nèi)坎捎脤?shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)占總成績的40%，課程設(shè)計(jì)(要求有硬件和軟件制作)占總成績的40%，創(chuàng)意制作占總成績的20%。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，完成選定題目的課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)題目每年不斷更新，學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度選擇不同難度的題目，分值依據(jù)題目難易程度而定。
這樣將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)融合到地方理工科院校的人才培養(yǎng)體系中。通過加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)與科技制作及科技競賽等創(chuàng)新學(xué)分的管理，改革相關(guān)課程考核方式，綜合考慮知識(shí)、能力和素質(zhì)三者的關(guān)系，統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系，提供豐富的工程設(shè)計(jì)課題，加強(qiáng)學(xué)生對“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的工程訓(xùn)練，促進(jìn)大學(xué)教育的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 沈連豐,宋鐵成,葉芝慧等. 嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2005.
【關(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù)課程 教學(xué)改革 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法
【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】0450-9889（2016）11C-0070-03
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各高校的電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)技術(shù)等專業(yè)都開設(shè)了嵌入式技術(shù)課程，目的是為了使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，具備一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為畢業(yè)后從事嵌入式技術(shù)相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。嵌入式技術(shù)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法大多側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理學(xué)習(xí)，經(jīng)典的教材都是從基本原理到處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再到指令系統(tǒng)，再到內(nèi)部接口及功能電路，按照這一模式進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生把大量的時(shí)間花在原理的學(xué)習(xí)上，實(shí)踐的內(nèi)容比較少，導(dǎo)致學(xué)完課程后可能連最簡單的程序都不會(huì)調(diào)試，無法學(xué)于致用。
近年來，我國越來越重視本科生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提出培養(yǎng)工程型本科人才目標(biāo)，嵌入式技術(shù)課程作為電子信息類專業(yè)一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，若還采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主的教學(xué)方式，培養(yǎng)出來的學(xué)生很難適應(yīng)社會(huì)的需求，因此課程的教學(xué)改革勢在必行。我們采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，縮減理論教學(xué)學(xué)時(shí)，增加實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，教學(xué)過程制定一些具有一定難度的小設(shè)計(jì)題目，作為目標(biāo)讓學(xué)生選擇，促使學(xué)生在完成小課題的過程中遇到問題、分析問題和解決問題，在實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)和掌握嵌入式技術(shù)相關(guān)的知識(shí)。
一、嵌入式技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題
嵌入式技術(shù)課程以往的教學(xué)中，理論課時(shí)36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)時(shí)，以老師在課堂授課為主、學(xué)生實(shí)驗(yàn)為輔。理論課教師教授時(shí)，學(xué)生還沒有機(jī)會(huì)接觸實(shí)物，學(xué)生聽課往往無法把理論和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，聽課積極性、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性都不高，隨后雖然安排有實(shí)驗(yàn)，但9個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是統(tǒng)一安排在實(shí)驗(yàn)室并限定時(shí)間內(nèi)完成的，通常以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，這種模式學(xué)生參照講義內(nèi)容，雖然能完成實(shí)驗(yàn)，但沒有機(jī)會(huì)和時(shí)間對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和軟件設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行更深入的研究和思考，學(xué)習(xí)效果不好，收效不大，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。
二、基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法的嵌入式技術(shù)課程教學(xué)改革實(shí)踐
所謂目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，就是在學(xué)生對課程內(nèi)容有一定了解的前提下，由老師擬定一些小設(shè)計(jì)題目供學(xué)生選擇，學(xué)生可2-3人為一組，根據(jù)自己的興趣選擇一個(gè)題目來完成。為實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)改革目標(biāo)，我們從嵌入式芯片選型、教材選擇、實(shí)驗(yàn)板選擇、小設(shè)計(jì)題目擬定、學(xué)生分組形式、時(shí)間安排、中期考核、期終考核驗(yàn)收等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革。
（一）嵌入式處理器的選型及教材的選擇。嵌入式處理器有ARM、PowerPC、MIPS、ColdFire和386EX等多種不同系列的產(chǎn)品，其中以ARM系列的占的市場份額最大，因此嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)通常是以ARM為基礎(chǔ)的。而ARM系列又可分為ARM7、ARM9、ARM11、Cortex等眾多不同的子系列，作為初學(xué)者面對眾多的、不同的類型嵌入式處理器，一般只能選擇其中一個(gè)系列來進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，在掌握某一系列的相關(guān)技術(shù)后，如果實(shí)際工作需要，再去研究或使用其他系列的嵌入式系統(tǒng)也是比較容易上手的。
傳統(tǒng)的嵌入式技術(shù)課程一般基于ARM7系列嵌入式處理來開展教學(xué)，典型的教材有周立功編寫的《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》，以LPC2100系列的微控制器為核心，介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念、ARM7的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、LPC2100內(nèi)部結(jié)構(gòu)和接口等，雖然內(nèi)容翔實(shí)，但教材側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)和基本功能模塊的學(xué)習(xí)，沒有太多應(yīng)用實(shí)例，與目前社會(huì)上主流的技術(shù)也有所脫節(jié)。也有部分高校基于ARM9系列嵌入式處理來開展教學(xué)，典型的教材有袁志勇編寫的《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)》，以S3C2410嵌入式處理器為核心，介紹嵌入式系統(tǒng)硬件工作原理與接口應(yīng)用技術(shù)、嵌入式程序設(shè)計(jì)及嵌入式Linux基礎(chǔ)應(yīng)用，學(xué)習(xí)門檻比較高，涉及比較復(fù)雜硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和Linux操作系統(tǒng)，作為電子信息工程專業(yè)而言，不太合適。
針對傳統(tǒng)教材及嵌入式處理器選擇存在的不足，結(jié)合電子信息工作專業(yè)特點(diǎn)，我們對嵌入式技術(shù)課程的教材進(jìn)行了調(diào)整，選用目前流行的Cortex-M3系列ARM處理器進(jìn)行介紹，教材則選擇張洋、劉軍等編寫的《原子教你玩STM32（庫函數(shù)版）》。其中Cortex-M3系列為微控制類嵌入式芯片，內(nèi)部集成了CPU、IO接口和眾多功能模塊，也可稱之為高性能的單片機(jī)，體積小、功耗低、成本低，且具有較高性能和可靠性的特點(diǎn)。我們所選的教材，其內(nèi)容分為硬件篇、軟件篇和實(shí)戰(zhàn)篇等共三大部分，特別是實(shí)戰(zhàn)篇部分，設(shè)置了近40個(gè)實(shí)例（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容，由簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)踐出發(fā)，慢慢掌握STM32為核心的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法，同時(shí)配套光盤包含所有實(shí)例的完整源碼，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及研究。
（二）實(shí)驗(yàn)板的選擇。嵌入式技術(shù)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合較為緊密，單純的理論學(xué)習(xí)不利于學(xué)生對知識(shí)的理解和掌握，學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等過程中學(xué)會(huì)分析問題、解決問題的方法，在編程實(shí)踐中掌握嵌入式技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用技能，才能在畢業(yè)后較快地適應(yīng)嵌入式技術(shù)研究與開發(fā)工作。在課程時(shí)間安排上，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的課時(shí)可以占總課時(shí)的2/3，可見實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性。
實(shí)驗(yàn)板是實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)題目工作開展的硬件基礎(chǔ)，選擇一塊合適的實(shí)驗(yàn)板，有助于學(xué)生理解和掌握嵌入式系統(tǒng)基本開發(fā)流程，并能在該硬件平臺(tái)上完成更多的應(yīng)用開發(fā)。
在進(jìn)行教學(xué)改革之前，我們一直使用周立功公司ARM7系列的LPC2104實(shí)驗(yàn)板，該實(shí)驗(yàn)板ARM芯片的片內(nèi)資源較少，引出的IO接口也比較少，實(shí)驗(yàn)板上擴(kuò)展的外部電路也比較少，能設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也相對較少。針對原有實(shí)驗(yàn)板存在的種種不足，我們選擇了教材配套的“STM32戰(zhàn)艦開發(fā)實(shí)驗(yàn)板”作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)板以STM32F103ZET處理器為核心，具有超過100個(gè)可編程的GPIO供用戶使用，板上還配置有外部Flash、外部RAM、TFT型LCD接口、觸摸屏接口、攝像頭接口、紅外接口、鍵盤、LED等待數(shù)量眾多的外部接口及電路，與教材內(nèi)容完全配套，可對教材中近40個(gè)例程進(jìn)行下載和驗(yàn)證，非常方便學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)。
（三）設(shè)計(jì)題目的擬定。如何制定設(shè)計(jì)題目是目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，考慮到各個(gè)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力和水平會(huì)的差異，任課教師對所選的題目的難度要仔細(xì)斟酌、拿捏好尺度。如果擬定的題目難度過高，對于學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生而言，可能會(huì)不知道從何處下手，找不到思路，很難完成；如果擬定的題目難度過低，則對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，可能不需要太多的努力，很輕松就完成了，學(xué)生的潛力沒有得到充分的發(fā)揮，不利于他們學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和實(shí)踐水平提高，也不利于今后參加實(shí)際的項(xiàng)目研究與開發(fā)。為適應(yīng)不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，我們擬定的設(shè)計(jì)選題分為三個(gè)難度級(jí)別，每個(gè)級(jí)別1-2個(gè)題目，且不同難度級(jí)別的設(shè)計(jì)題目最高得分不相同，比如一級(jí)難度最高得分低于75分，二級(jí)難度最高得分低于85分，三級(jí)難度最高得分可達(dá)到95分，如果實(shí)際完成得很好的，可以超過95分。另外，對于第三級(jí)難度的題目，參考全國大學(xué)電子設(shè)計(jì)競賽出題的形式，把題目要求分為基本部分和發(fā)揮部分，如果只選擇完成基本部分時(shí)，相當(dāng)二級(jí)難度，按二級(jí)難度來考核和評定成績，如果同時(shí)完成了基本部分和發(fā)揮部分，則按三級(jí)難度來考核和評定成績。這樣學(xué)生就可以根據(jù)自己個(gè)人的實(shí)際情況，選擇合適的難度級(jí)別的設(shè)計(jì)題目來完成，從而避免出現(xiàn)力不從心或者輕而易舉的極端現(xiàn)象，每個(gè)學(xué)生都能在這門課上掌握一定的嵌入式技術(shù)知識(shí)，學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐水平獲得一定的提高。
（四）學(xué)生分組形式。在開始進(jìn)行題目設(shè)計(jì)工作之前，一般要將選課學(xué)生按2-3人一組進(jìn)行分組，以便開展后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。學(xué)生分組形式也會(huì)影響學(xué)生對于課程的學(xué)習(xí)效果，好的分組方式，同組同學(xué)之間可以相互促進(jìn)，形成良好的氛圍；不好的分組形式，可能不能很好地合作，不利于任務(wù)的完成。我們采用學(xué)生自由組合的方式來進(jìn)行分組，所有選課同學(xué)以2-3人為一組進(jìn)行組合，每組同學(xué)配發(fā)一塊ARM開發(fā)板，開發(fā)板由各組的組長負(fù)責(zé)簽領(lǐng)及保管。學(xué)生自由組合的分組形式的優(yōu)點(diǎn)是：通常每個(gè)學(xué)生都會(huì)選擇自己較為要好的、愛好興趣相投的，或者認(rèn)為學(xué)習(xí)能力比自己好一點(diǎn)的同學(xué)來進(jìn)行組合，這樣可以確保小組成員之間能夠團(tuán)結(jié)協(xié)作，相互促進(jìn)，順利完成老師下達(dá)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。
（五）時(shí)間安排。選課的學(xué)生中，除了個(gè)別學(xué)生提前接觸或自學(xué)了ARM相關(guān)知識(shí)，大部分的學(xué)生都是剛開始接觸ARM，對課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法不甚了解，所以課程學(xué)習(xí)分為三個(gè)階段，分別是教師授課、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、完成設(shè)計(jì)選題任務(wù)。第一階段為教師授課，教師利用課程教學(xué)計(jì)劃安排的理論課時(shí)，給學(xué)生講解嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)基本開發(fā)方法，并以較為簡單的GPIO接口編程作為例子，介紹ARM的編程方法及開發(fā)工作軟件的使用方法。通過第一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)η度胧郊夹g(shù)及實(shí)際設(shè)計(jì)有基本的認(rèn)識(shí)。第二階段為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，我們所選擇的正點(diǎn)原子STM32教材的第三篇提供了數(shù)量眾多的例程，且教材配套的光盤具有全部例程的完整源碼，這些例程為學(xué)生實(shí)習(xí)和實(shí)踐提供了很好的學(xué)習(xí)和參考，學(xué)生通過研究教材中實(shí)踐部分內(nèi)容中的例程，就可以了解ARM軟件的框架結(jié)構(gòu)和初步的軟件設(shè)計(jì)方法。教材提供的實(shí)驗(yàn)例程多達(dá)40個(gè)，我們不可能要求學(xué)生全部都理解和掌握，在第二階段，只要求學(xué)生選擇其中的2個(gè)例程來研究，理解和掌握這個(gè)2個(gè)例程，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第三階段是完成小組選定題目的設(shè)計(jì)工作。
（六）中期考核。中期考核就是在學(xué)生完成了第一階段和第二階段的學(xué)習(xí)后，進(jìn)行階段性考核，中期考核的成績占總評成績的30%。以下是我們實(shí)際教學(xué)過程中，有關(guān)中期考核的要求和安排。
1.考核內(nèi)容：每一組同學(xué)選擇教材實(shí)踐篇中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證（光盤中已經(jīng)有參考例程），然后根據(jù)自己的理解，制作一個(gè)PPT，該P(yáng)PT的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)原理、關(guān)鍵代碼、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。
2.考核方法：現(xiàn)場操作，完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；利用PPT講解實(shí)驗(yàn)原理及方法。
3.考核時(shí)間：開課后第5-6周。
通過中期考核，學(xué)生建立了教材上的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的相互關(guān)系，基本掌握了基于STM32的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程和方法。
（七）期終考核驗(yàn)收。考核環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格把關(guān)，確保考核出學(xué)生實(shí)際的水平，才能倒逼學(xué)生平時(shí)用心去研究并完成所選題目的設(shè)計(jì)工作。中期考核和期終考核環(huán)節(jié)至關(guān)重要，是否能嚴(yán)格把關(guān)，直接關(guān)系到課程教學(xué)改革的成效。
學(xué)生根據(jù)第三階段選定的目標(biāo)，即設(shè)計(jì)題目，每個(gè)小組同學(xué)制訂自己的工作計(jì)劃，從分析設(shè)計(jì)題目開始，通過自覺、老師定時(shí)指導(dǎo)答疑等環(huán)節(jié)，學(xué)生掌握相關(guān)準(zhǔn)備知識(shí)，然后制訂設(shè)計(jì)方案。以正點(diǎn)原子的STM32實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，外加適當(dāng)?shù)耐獠侩娐罚瑥挠布O(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)到基本功能模塊調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)，最終綜合合作完成設(shè)計(jì)題目。并在課程結(jié)束周，安排時(shí)間，集中進(jìn)行考核驗(yàn)收。驗(yàn)收時(shí)要求提交課程設(shè)計(jì)作品1份和課程設(shè)計(jì)報(bào)告1份；每個(gè)同學(xué)獨(dú)立演示（展示）設(shè)計(jì)作品，回答老師或同學(xué)的現(xiàn)場提問，教師根據(jù)完成情況進(jìn)行評分，期終考核成績占總評成績的70%。
三、成效
2015年廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院與廣西廣播電視技術(shù)中心開展嵌入式技術(shù)課程共建，邀請企業(yè)導(dǎo)師參加課程教學(xué)過程。在教學(xué)過程中，安排3個(gè)學(xué)時(shí)時(shí)間讓企業(yè)工程技術(shù)人員給學(xué)生授課，介紹應(yīng)用嵌入式技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以及廣電中心基于嵌入式技術(shù)的研發(fā)課題。并請企業(yè)導(dǎo)師參與設(shè)計(jì)題目的擬訂，結(jié)合企業(yè)需求，提供若干設(shè)計(jì)題目供學(xué)生選題。下一步計(jì)劃將企業(yè)課題的開展帶入畢業(yè)設(shè)計(jì)，拓展合作范圍。企業(yè)的參與，更為有效地避免了理論與實(shí)踐脫節(jié)，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)和學(xué)習(xí)熱情與興趣。
采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法后，每個(gè)小組擁有一塊實(shí)驗(yàn)板，以完成設(shè)計(jì)題目為目標(biāo)，加上具有豐富的例程，學(xué)生不需要等到實(shí)驗(yàn)課才有機(jī)會(huì)接觸實(shí)物，而是隨時(shí)都可以利用實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行設(shè)計(jì)題目的研究工作，學(xué)生參與的積極性高。同時(shí)，通過優(yōu)秀同學(xué)的帶動(dòng)，絕大部分同學(xué)都能掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)和基本技能，初步掌握基于STM32的嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)方法，在參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、廣西大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽過程中，很多學(xué)生都能自覺地使用STM32來實(shí)現(xiàn)自己的賽題設(shè)計(jì)任務(wù)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]朱天元.淺談嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].教育科學(xué)，2009（24）
[2]胡威，郭宏，蔣F，等.面向嵌入式系統(tǒng)的本科/研究生連續(xù)式課程建設(shè)研究[J].現(xiàn)代企教育，2014（22）
[3]黃福瑩，黎相成，何華光.嵌入式技術(shù)課程的教學(xué)探討[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2007（S1）
[4]賀德強(qiáng)，劉旗揚(yáng)，王勇.“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革方法研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2009（S1）
[5]黃勇.計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式技術(shù)方向課程體系的探索[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（11）
【教改項(xiàng)目】廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2015JGA126）；廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2015JGB123）
中圖分類號(hào)：G642
0 引 言
大規(guī)模在線開放課程（massive open online course， MOOC）是基于課程與教學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)智能技術(shù)發(fā)展起來的新興在線課程形式。MOOC是一種全新的、更公平的教育模式，它借助互聯(lián)網(wǎng)，通過MOOC平臺(tái)的課程講座視頻、嵌入式課程進(jìn)行測試與評估以及師生在線互動(dòng)，教與學(xué)隨時(shí)隨地都可以發(fā)生[1]。然而，MOOC在迅速發(fā)展的同時(shí)，由于其自身存在的一些不可避免的問題，使得MOOC飽受爭議。沒有規(guī)模限制、沒有先修條件、MOOC注冊率高而完成率低以及師生不能深入交流等問題日漸凸顯，且難以得到有效解決[2]。因此，MOOC被不斷改進(jìn)，許多新的教學(xué)模式應(yīng)用到MOOC中，彌補(bǔ)之前MOOC的不足，超越了原有的MOOC模式，MOOC已經(jīng)進(jìn)入后MOOC時(shí)代。
在后 MOOC時(shí)代涌現(xiàn)的一些新樣式中，SPOC最為典型。SPOC（small private online courses，小規(guī)模限制性在線課程）表示小型的、私有的、在線課程，它是針對MOOC來說的，這一概念最早是由美國加州大學(xué)伯克利分校的阿曼多?福克斯教授提出的[3]。與 MOOC相比，SPOC吸收和傳承 MOOC的先進(jìn)思想，將 MOOC的潛能更好地發(fā)揮出來，變革傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)行課堂的有效翻轉(zhuǎn)，最終提高教學(xué)質(zhì)量。SPOC把學(xué)習(xí)的人數(shù)進(jìn)行了限制，通常限定在幾十人到幾百人之間，不同于MOOC同一課程擁有注冊人數(shù)幾十萬甚至幾百萬，另外，SPOC在MOOC的基礎(chǔ)上增加了教師和學(xué)生面對面的交流。相比之下， SPOC的學(xué)習(xí)活動(dòng)更加靈活高效，能滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求[4]。
嵌入式課程是信息技術(shù)行業(yè)的核心課程，在國外信息類人才培養(yǎng)中尤其得到重視。目前，嵌入式軟件市場的規(guī)模劇增，已形成一個(gè)充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)，并且成為整個(gè)軟件業(yè)的發(fā)展支柱[5]。在家電、手機(jī)、各種數(shù)碼產(chǎn)品等都向智能化方向發(fā)展的今天，嵌入式技術(shù)越來越成為當(dāng)前最熱門、最具發(fā)展前景的IT應(yīng)用領(lǐng)域，吸引越來越多的工程師投入到這一行業(yè)[6]。本文研究嵌入式課程教學(xué)模式，通過SPOC充分利用MOOC平臺(tái)上的教學(xué)視頻資源，并與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)結(jié)合應(yīng)用到課堂教學(xué)中。SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠獨(dú)立地進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)和編程。
1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題
嵌入式課程是計(jì)算機(jī)課程的重要組成部分，嵌入式課程包含Linux系統(tǒng)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)案例分析等實(shí)踐性較強(qiáng)的多門課程，這些課程采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在以下問題：
（1）在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，老師的授課時(shí)間有限，只能單方面把課程的內(nèi)容傳授給學(xué)生，沒有與學(xué)生交流的機(jī)會(huì)。
（2）部分學(xué)生存在惰性，老師講多少就聽多少，并不實(shí)際動(dòng)手練習(xí)，導(dǎo)致僅理解理論內(nèi)容，卻不會(huì)實(shí)際應(yīng)用。
（3）大部分學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中虎頭蛇尾，一遇到困難就輕易放棄，沒有解決難題的決心，從而也無法真正的掌握和理解所學(xué)知識(shí)。
（4）傳統(tǒng)的教學(xué)模式只重視成績和分?jǐn)?shù)，泯滅了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的欲望，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新能力。
SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式提供一個(gè)新的思路：如果學(xué)生能夠在課前完成相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，就會(huì)減少教師課堂講授時(shí)間，從而留給學(xué)生更多的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐、參與交流討論和獲得教師的指導(dǎo)，解決學(xué)生只停留在對理論內(nèi)容的理解、動(dòng)手機(jī)會(huì)少、不會(huì)將所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中去的問題。
2 基于SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂的嵌入式課程教學(xué)方法
基于SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂的嵌入式課程教學(xué)方法可以分為四個(gè)階段：前端分析、課程設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)和評價(jià)，具體模式如圖1所示。
2.1 前端分析
任何課程開始前都必須進(jìn)行前端分析，這樣設(shè)計(jì)出的教學(xué)資源才具有針對性、個(gè)性化，因此，前端分析對一門課程設(shè)計(jì)的成功與否起到非常關(guān)鍵的作用。本文中，前端分析涉及3個(gè)要素，分別為學(xué)習(xí)對象、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)環(huán)境。
學(xué)習(xí)對象主要包括學(xué)生年級(jí)、學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的相關(guān)課程以及對學(xué)過課程的掌握情況。嵌入式課程分為硬件課程和軟件課程，因此課程的設(shè)置應(yīng)該分為3個(gè)階段：第1階段為嵌入式硬件開發(fā)，作為嵌入式軟件開發(fā)的平臺(tái)基礎(chǔ)；第2階段為嵌入式軟件開發(fā)；第3階段為嵌入式綜合開發(fā)實(shí)踐。單片機(jī)原理等基礎(chǔ)理論課程是學(xué)好嵌入式硬件開發(fā)的基礎(chǔ)，嵌入式軟件課程包括嵌入式操作系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)應(yīng)用等課程，只有將以上課程學(xué)好才能進(jìn)行嵌入式綜合開發(fā)實(shí)踐。
教學(xué)內(nèi)容研究應(yīng)該從理論和實(shí)際開發(fā)能力兩方面入手。理論方面，對于C語言、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、單片機(jī)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等前導(dǎo)課程，教師要在保證理論授課學(xué)時(shí)的前提下，適當(dāng)增加或強(qiáng)調(diào)嵌入式開發(fā)中必需的知識(shí)基礎(chǔ)，以保證后續(xù)嵌入式開發(fā)課程的順利進(jìn)行。在實(shí)際開發(fā)能力方面，教師要強(qiáng)化和規(guī)范嵌入式硬件課程、嵌入式軟件課程、嵌入式綜合開發(fā)實(shí)踐課程中的實(shí)踐環(huán)節(jié)，為學(xué)生配備齊全的軟、硬件開發(fā)環(huán)境，讓學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐掌握所學(xué)的內(nèi)容。
學(xué)習(xí)環(huán)境主要包括傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)境和基于MOOC的在線學(xué)習(xí)環(huán)境，將課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)結(jié)合起來，提高教學(xué)質(zhì)量。
2.2 課程設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)主要包括教學(xué)視頻、教學(xué)大綱、拓展資源、測試作業(yè)幾個(gè)部分。根據(jù)教學(xué)需要，教師可以充分利用MOOC平臺(tái)上優(yōu)質(zhì)豐富的教學(xué)資源，對其進(jìn)行編輯和整合，設(shè)計(jì)成富有邏輯結(jié)構(gòu)的視頻資源上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。教師還可以將電影錄像、電子書、其他資料等作為拓展資源提供給學(xué)生。測試作業(yè)包含測試題和大作業(yè)，測試題至關(guān)重要，學(xué)生可以帶著問題去觀看教?W視頻，也可以看完教學(xué)視頻后做測試題，這樣有助于學(xué)生對重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解與掌握，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量；大作業(yè)用來綜合性的測試學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，需要由一組學(xué)生來共同完成，大家一起討論，相互激發(fā)靈感，這種方式可以提高學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。
2.3 課堂教學(xué)
課堂教學(xué)階段在整個(gè)教學(xué)模式中的地位十分重要。在課程開始前，根據(jù)學(xué)生原有的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)個(gè)性和風(fēng)格等信息將學(xué)生進(jìn)行異質(zhì)分組，并選出每個(gè)學(xué)習(xí)小組的組長。
課堂教學(xué)的實(shí)施過程借鑒翻轉(zhuǎn)課堂模式，翻轉(zhuǎn)課堂是推動(dòng)師生互動(dòng)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有力手段，真正體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念。本文將翻轉(zhuǎn)課堂分為兩種形式：一種側(cè)重于分析本次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)；另一種側(cè)重于對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行分析和講解。
第一種形式要求學(xué)生在課前通過MOOC平臺(tái)上提供的教學(xué)視頻，學(xué)習(xí)嵌入式課程的基礎(chǔ)知識(shí)，然后，通過完成測試題驗(yàn)證對知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。在課堂教學(xué)過程中，學(xué)生針對教師在課前提出的問題進(jìn)行討論，并采用輪流的方式對本次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行講解。在該門課程的課堂教學(xué)中，每名學(xué)生至少有一次機(jī)會(huì)講解知識(shí)點(diǎn)。最后，教師對課程內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行說明，并對知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化的總結(jié)和梳理。
第二?N形式通過大作業(yè)的方式，以小組為單位，共同完成一個(gè)項(xiàng)目。大作業(yè)是對學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的綜合性考察，嵌入式軟件開發(fā)的作業(yè)可以是多進(jìn)程程序編寫、管道通信、Linux環(huán)境下“生產(chǎn)者與消費(fèi)者”的實(shí)現(xiàn)等。嵌入式實(shí)踐開發(fā)的作業(yè)可以是智能家居、智能停車場等。在課堂教學(xué)過程中，小組組內(nèi)成員之間、各小組成員之間針對大作業(yè)的內(nèi)容相互討論，并每組選出一個(gè)代表對自己組的作業(yè)完成情況進(jìn)行匯報(bào)展示，學(xué)生之間共同鑒賞、互相評價(jià)。教師可以在每名學(xué)生展示作品或?qū)W習(xí)成果后進(jìn)行逐一評價(jià)，也可在所有學(xué)生成果展示完畢后做最后的總結(jié)，教師最終對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)。
課后主要是學(xué)生對學(xué)習(xí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固，檢驗(yàn)自己掌握知識(shí)的情況，分享課中學(xué)習(xí)的感悟與收獲。教師則針對大家課上提出的問題進(jìn)行反思和總結(jié)，對課程知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的梳理和總結(jié)，并根據(jù)學(xué)生課上的表現(xiàn)、反應(yīng)以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的意見對課前、課中階段進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。
2.4 評 價(jià)
評價(jià)環(huán)節(jié)既要體現(xiàn)評價(jià)主體的多元化又要注重評價(jià)樣式的多樣化，關(guān)注學(xué)生的效果，采用形成性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)兩種評價(jià)相結(jié)合的方式。
形成性評價(jià)包括多個(gè)因素：登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的次數(shù)、下載教學(xué)視頻的次數(shù)、課堂出勤情況、課堂討論的積極程度以及小組成員間互評等多個(gè)方面。小組成員間互評主要從學(xué)生與對小組其他成員討論問題的情況、參與小組活動(dòng)情況以及對小組的貢獻(xiàn)等方面出發(fā)，對自己和小組成員作出評價(jià)。這種評價(jià)方式有利于學(xué)生更好地參與到小組學(xué)習(xí)活動(dòng)中，能夠提高組內(nèi)成員間合作學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)，教師對學(xué)生的評價(jià)也同等重要，教師應(yīng)該根據(jù)以上因素對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，給出學(xué)生的平時(shí)成績。
總結(jié)性評價(jià)則主要包括學(xué)生的平時(shí)測驗(yàn)、作業(yè)完成質(zhì)量和期末考試成績。最后，教師根據(jù)形成性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)的一定比例給學(xué)生最終量化分?jǐn)?shù)。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用型嵌入式人才；能力晉級(jí)階梯；課程體系
1研究背景
嵌入式系統(tǒng)是以微控制器為核心，嵌入到產(chǎn)品或設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)功能的數(shù)字化和智能化的系統(tǒng)。它既是相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備的智能核心，也是這些產(chǎn)品設(shè)備實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和增值的關(guān)鍵。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，覆蓋了消費(fèi)類電子、智能家電、工業(yè)控制、通訊網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、汽車電子等多個(gè)領(lǐng)域。與此同時(shí)，社會(huì)對嵌入式人才的需求越來越旺盛，對嵌入式專業(yè)人才的知識(shí)、能力和素質(zhì)提出了更高的要求[1-4]。
為了適應(yīng)市場需求，不少高校近年在IT類專業(yè)中開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程或設(shè)置了嵌入式專業(yè)方向，但大多只是在傳統(tǒng)的IT類課程基礎(chǔ)上增設(shè)一些嵌入式課程，并沒有形成比較完整的課程體系。如果從嵌入式應(yīng)用開發(fā)人才培養(yǎng)角度來看，可以說開設(shè)了很多與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)、與嵌入式應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)無關(guān)的課程，培養(yǎng)的學(xué)生在專業(yè)技能、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)等方面都不能滿足用人單位的要求[2-4]。因此，如何適應(yīng)形勢的變化和發(fā)展，提高嵌入式專業(yè)人才的培養(yǎng)水平，培養(yǎng)社會(huì)需要的高素質(zhì)應(yīng)用型嵌入式人才，是一個(gè)亟待研究的課題。
為了拓寬計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)面，提升學(xué)生的就業(yè)能力和就業(yè)質(zhì)量，從2002年開始，電子科技大學(xué)中山學(xué)院建設(shè)了嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，并以選修課形式開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)概論課程。從2006年開始，為了適應(yīng)中山市及珠三角電子信息產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)，我們將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)定位為嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用方向，確定本專業(yè)方向的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備計(jì)算機(jī)工程技術(shù)領(lǐng)域的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，扎實(shí)掌握嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、開發(fā)方法和工具環(huán)境，接受嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)嚴(yán)格訓(xùn)練的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。通過幾年的探索和實(shí)踐，我們逐步明晰應(yīng)用型嵌入式人才的知識(shí)、能力和素質(zhì)要求，梳理嵌入式專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的專業(yè)知識(shí)單元、基本技能、核心能力，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了比較符合應(yīng)用型嵌入式人才培養(yǎng)規(guī)律的課程體系和實(shí)踐教學(xué)體系。
2應(yīng)用型嵌入式人才內(nèi)涵和培養(yǎng)目標(biāo)
嵌入式系統(tǒng)有兩個(gè)很顯著的特點(diǎn)，一是面向應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)是通過嵌入到具體的產(chǎn)品中提升產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品成本的；二是軟硬件結(jié)合，可以說任何嵌入式系統(tǒng)都是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的結(jié)果[5]。這就在知識(shí)、能力、素質(zhì)等方面對應(yīng)用型嵌入式人才提出了特別的內(nèi)涵要求。
在知識(shí)結(jié)構(gòu)方面，除了通識(shí)教育所涉及的公共基礎(chǔ)知識(shí)、人文社科和經(jīng)濟(jì)管理知識(shí)外，應(yīng)用型嵌入式人才還必須具備比較扎實(shí)的計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)和比較系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)，具備一定的行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)。
對于應(yīng)用型嵌入式人才，能力結(jié)構(gòu)涉及核心能力和專業(yè)能力兩個(gè)方面。核心能力包括獲取知識(shí)的能力，即具有較強(qiáng)的自學(xué)能力及獲取嵌入式相關(guān)專業(yè)知識(shí)的能力；應(yīng)用知識(shí)的能力，即具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力；工程實(shí)踐能力，即具有較強(qiáng)的軟硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試能力及嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)能力；團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，即具有較強(qiáng)的溝通能力和合作意識(shí)；技術(shù)創(chuàng)新能力，即具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和產(chǎn)品開發(fā)能力。專業(yè)能力包括專業(yè)基本技能，即學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力、硬件制作和調(diào)試能力以及軟硬件工具平臺(tái)應(yīng)用能力；應(yīng)用開發(fā)能力，即學(xué)生應(yīng)初步具備嵌入式項(xiàng)目開發(fā)能力和解決關(guān)鍵技術(shù)問題的能力。
素質(zhì)結(jié)構(gòu)涉及品德、人文、身心、專業(yè)四個(gè)方面。首先企業(yè)用人品德為先，因此學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生必須具有良好的思想品德和職業(yè)道德；其次應(yīng)具有較好的語言、文字表達(dá)能力；第三應(yīng)當(dāng)身心健康，具有一定抗挫折能力；最后，學(xué)生須具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和工程意識(shí)、分析問題和解決問題的能力。
基于對應(yīng)用型嵌入式人才知識(shí)、能力、素質(zhì)內(nèi)涵的分析，我們確定嵌入式人才專業(yè)方向的培養(yǎng)目標(biāo)是以市場需求為導(dǎo)向，以應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)為中心，以“知識(shí)―能力―素質(zhì)”為主線，培養(yǎng)具有扎實(shí)的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)，具有嵌入式專業(yè)核心能力和專業(yè)能力，“上手快，能實(shí)戰(zhàn)，后勁足”的高素質(zhì)應(yīng)用型嵌入式人才。
3課程體系設(shè)計(jì)的基本原則
課程體系設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)能否真正實(shí)現(xiàn)。課程體系設(shè)計(jì)不只是簡單考慮開設(shè)哪些課程，還應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注課程的授課內(nèi)容和教學(xué)模式，處理好課程板塊之間、共性要求與個(gè)性發(fā)展之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)課程與課程之間、課程板塊與和課程板塊之間、理論與實(shí)踐之間的有機(jī)銜接，為學(xué)生的能力進(jìn)階提供一個(gè)合理的學(xué)習(xí)路徑[1,6]。我們在設(shè)計(jì)課程體系時(shí)遵循了如下幾個(gè)原則：
1) 適當(dāng)保持計(jì)算機(jī)專業(yè)特色，從“系統(tǒng)”出發(fā)，在強(qiáng)調(diào)嵌入式軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的同時(shí)，適當(dāng)側(cè)重于嵌入式軟件開發(fā)。
國內(nèi)許多高校在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子工程、自動(dòng)化等專業(yè)開設(shè)了嵌入式相關(guān)的專業(yè)方向，由于各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)體系側(cè)重點(diǎn)不同，他們的課程體系和教學(xué)內(nèi)容也不盡相同。電子工程專業(yè)主要側(cè)重嵌入式硬件設(shè)計(jì)，自動(dòng)化專業(yè)側(cè)重自動(dòng)控制、智能儀器儀表的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)專業(yè)則應(yīng)從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)，更側(cè)重軟/硬件的協(xié)同工作，將計(jì)算機(jī)核心課程和嵌入式專業(yè)方向課程有機(jī)地整合起來，形成一條清晰的邏輯主線。
電子科技大學(xué)中山學(xué)院在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中設(shè)置了嵌入式專業(yè)方向。所以，我們是在保留計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程的基礎(chǔ)上，針對嵌入式特點(diǎn)，通過對相關(guān)課程進(jìn)行內(nèi)容整合和更新，適當(dāng)強(qiáng)化相關(guān)硬件課程，引入嵌入式相關(guān)課程來構(gòu)建嵌入式專業(yè)方向的課程體系。
2) 以“知識(shí)―能力―素質(zhì)”為主線，構(gòu)建符合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力晉級(jí)階梯的課程體系。
課程體系是專業(yè)培養(yǎng)方案的核心，我們將以學(xué)科體系為導(dǎo)向的課程設(shè)置轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰ε囵B(yǎng)為主線的課程設(shè)置，即認(rèn)真分析企業(yè)對應(yīng)用型嵌入式人才的知識(shí)、能力和素質(zhì)要求，分析嵌入式專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的專業(yè)知識(shí)單元、專業(yè)基本技能、專業(yè)核心應(yīng)用能力。在此基礎(chǔ)上，以能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建符合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力晉級(jí)階梯的課程體系和學(xué)習(xí)路徑。大一階段注重科學(xué)基礎(chǔ)訓(xùn)練(主要包括通識(shí)教育、專業(yè)認(rèn)識(shí)和編程訓(xùn)練)，大二階段注重專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練(主要包括計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)理論教育和技能培養(yǎng))；大三階段注重專業(yè)課程學(xué)習(xí)(包括嵌入式專業(yè)技能和應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng))，大四階段注重提高工程實(shí)踐能力(包括實(shí)踐能力與工程素養(yǎng)培養(yǎng))[6]。
符合能力晉級(jí)階梯原則課程體系的構(gòu)建，使得嵌入式課程體系的所有課程都是以能力培養(yǎng)為基本出發(fā)點(diǎn)，前后銜接緊密，層層遞進(jìn)，逐步提高學(xué)生的嵌入式應(yīng)用開發(fā)能力。
3) 圍繞嵌入式應(yīng)用開發(fā)能力的培養(yǎng)，構(gòu)建以“一體化、多層次、分階段”為特征的實(shí)踐教學(xué)體系。
在層次上，我們將嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系分成三個(gè)層次：基礎(chǔ)層、綜合設(shè)計(jì)層和應(yīng)用創(chuàng)新層。基礎(chǔ)層主要包括相關(guān)課程(如程序設(shè)計(jì)、模擬電路、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)、單片機(jī)及其應(yīng)用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)等)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，主要目的在于課程知識(shí)的鞏固。綜合設(shè)計(jì)層主要包括兩個(gè)方面，一是相關(guān)課程綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要目的在于提高學(xué)生相關(guān)課程的知識(shí)和綜合運(yùn)用能力；二是里程碑式的綜合實(shí)踐課程，即在能力培養(yǎng)主線上設(shè)置一些里程牌，并通過綜合性實(shí)踐課程培養(yǎng)學(xué)生階段性綜合應(yīng)用能力。應(yīng)用創(chuàng)新層主要培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)，主要通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、學(xué)科競賽、學(xué)生科研和畢業(yè)設(shè)計(jì)完成。
從階段上來看，我們將嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系分成三個(gè)階段。第一個(gè)階段著重培養(yǎng)學(xué)生的編程功底和基本的硬件制作和調(diào)試能力，第二個(gè)階段著重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，第三個(gè)階段著重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用開發(fā)能力、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)思想和工程素養(yǎng)[6]。
4) 關(guān)注課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，
使課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與應(yīng)用型嵌入式人才培養(yǎng)目標(biāo)保持一致，同時(shí)保持課程之間的有機(jī)銜接，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。
首先，將應(yīng)用型嵌入式人才培養(yǎng)目標(biāo)分解細(xì)化到相關(guān)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)，使課程內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)保持一致，實(shí)踐環(huán)節(jié)與應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)保持一致，前后課程之間保持有機(jī)銜接。其次，通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合，在培養(yǎng)學(xué)生比較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的核心能力和專業(yè)能力。
4課程體系的具體設(shè)計(jì)
4.1總體設(shè)計(jì)
嵌入式方向課程體系總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)課程體系分成三個(gè)部分，理論教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)體系和素質(zhì)教學(xué)體系。整個(gè)課程體系是圍繞著學(xué)生的能力培養(yǎng)而設(shè)計(jì)的。
4.2學(xué)科基礎(chǔ)課程
電子科技大學(xué)中山學(xué)院在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中設(shè)置了嵌入式專業(yè)方向。所以，我們在課程體系的學(xué)科基礎(chǔ)課程中基本保留了計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，如程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)、軟件工程等。考慮到嵌入式系統(tǒng)軟硬件并重的特點(diǎn)，我們適當(dāng)強(qiáng)化了電路與模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及應(yīng)用這兩門電路課程。
針對嵌入式特點(diǎn)和后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)要求，我們對這些學(xué)科基礎(chǔ)課程的內(nèi)容進(jìn)行了整合和更新。
程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)既是很多后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，也關(guān)系到學(xué)生的專業(yè)自信。我們對這門課程的處理方法是淡化語法細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生程序設(shè)計(jì)邏輯和分析問題解決問題能力的培養(yǎng)。同時(shí)，針對嵌入式軟件開發(fā)特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，引入嵌入式C相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。
在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，教師將在嵌入式軟件開發(fā)中經(jīng)常用到的內(nèi)容(如內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和釋放、棧、隊(duì)列、串、查找算法等)作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講述，而對于在嵌入式應(yīng)用開發(fā)中較少用到的內(nèi)容(樹、圖等)，只作簡單介紹。
模擬電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及應(yīng)用這兩門電路課程的教學(xué)任務(wù)由具有比較豐富的嵌入式硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任。教學(xué)不受老教材的束縛，教師大膽地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍，有用的內(nèi)容講通講透，過時(shí)無用的內(nèi)容堅(jiān)決舍棄，并在相關(guān)章節(jié)講授中聯(lián)系后續(xù)專業(yè)課程內(nèi)容，做好鋪墊性教學(xué)。同時(shí)，我們站在一個(gè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工程師角度講授相關(guān)電路知識(shí)，著重它們的工程應(yīng)用，而適當(dāng)簡化數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)門檻，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信。
很多高校的嵌入式專業(yè)方向都開設(shè)了微機(jī)原理及接口技術(shù)課程。但是，我們通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這門課程的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來沒有興趣。同時(shí)，由于在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、課外科技競賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至今后的工作中都很難用到它們，這些內(nèi)容即使學(xué)了也很容易忘記。基于這些原因，我們?nèi)∠宋C(jī)原理及接口技術(shù)這門課程。
4.3專業(yè)方向課程
專業(yè)方向課程的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生基本的嵌入式應(yīng)用開發(fā)能力，設(shè)置的課程包括Linux軟件開發(fā)基礎(chǔ)、單片機(jī)及其應(yīng)用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)、嵌入式操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)。
設(shè)置單片機(jī)及其應(yīng)用開發(fā)課程，除了用它替代微機(jī)原理與接口技術(shù)以外，我們還期望從單片機(jī)這一相對簡單的嵌入式微控制器入手，讓學(xué)生能夠比較深入地理解嵌入式系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用，為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)也讓學(xué)生對前面學(xué)習(xí)的兩門電路課程加深認(rèn)識(shí)，為部分對硬件感興趣學(xué)生的后續(xù)發(fā)展做好鋪墊。我校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用自主設(shè)計(jì)AVR單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，而沒有采用傳統(tǒng)的51單片機(jī)，主要是考慮教學(xué)與學(xué)生今后的應(yīng)用相銜接，同時(shí)便于開發(fā)一些設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)可以看成是嵌入式專業(yè)方向登堂入室的課程，是正式跨入專業(yè)課程學(xué)習(xí)的橋梁。該門課程主要講述嵌入式系統(tǒng)的基本概念、ARM7體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)、ARM硬件結(jié)構(gòu)和接口、接口電路與硬件設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)等。在這門課程中，我們選擇ARM7作為嵌入式處理的主要介紹對象，因?yàn)橄鄬RM9來說，ARM7的體系結(jié)構(gòu)、接口相對簡單，學(xué)生容易把握，也易于與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的嵌入式最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)相銜接。我們將這門課程的教學(xué)重心放在嵌入式處理接口的理解和應(yīng)用上，讓學(xué)生容易入手并能夠動(dòng)手應(yīng)用，而不是一開始就讓學(xué)生接觸過于抽象的概念和比較復(fù)雜的內(nèi)核東西，學(xué)起來困難，又動(dòng)不了手。同時(shí)采取一種先易后難、先外后內(nèi)的方式編排教學(xué)內(nèi)容，更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。
嵌入式操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上，掌握嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理思想，掌握基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。該門課程既關(guān)注嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)思想，同時(shí)也更加關(guān)注嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，即基于嵌入式操作系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法。該門課程的教學(xué)內(nèi)容以 C/OS-Ⅱ?yàn)橹鳎蚴?C/OS-II麻雀雖小，卻五臟基本全(微內(nèi)核)；通過其開放源碼，學(xué)生可以理解嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本思想，把前面學(xué)到的操作系統(tǒng)抽象概念具體化；可以學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一些編程技巧； C/OS-II已經(jīng)移植到嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)可以與原來的嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)課程很好銜接；在一些中低端嵌入式軟件開發(fā)中，它具有很強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí)，教師在該課程中引入文件系統(tǒng)和GUI，強(qiáng)化學(xué)生基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)能力。
嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)課程進(jìn)一步凸顯該專業(yè)方向的計(jì)算機(jī)特色，讓學(xué)生掌握基于嵌入式Linux軟件的開發(fā)方法和技巧，真正培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式軟件開發(fā)能力。
4.4專業(yè)選修課程
在選修課程中，我們有意識(shí)地設(shè)計(jì)了一些課程模塊，便于學(xué)生根據(jù)興趣和就業(yè)取向選修，如信息終端軟件開發(fā)課程模塊、硬件設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)開發(fā)課程模塊等。信息終端軟件開發(fā)課程模塊包括.Net程序設(shè)計(jì)、J2ME架構(gòu)軟件開發(fā)、WinCE嵌入式軟件開發(fā)、移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用軟件開發(fā)；硬件設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)開發(fā)課程模塊包括電子線路硬件設(shè)計(jì)、嵌入式驅(qū)動(dòng)應(yīng)用開發(fā)、EDA技術(shù)及其應(yīng)用、嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及應(yīng)用等。另外，我們會(huì)根據(jù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求適時(shí)調(diào)整選修課程。
4.5實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)十分重要。我們在加大實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的同時(shí)，注意有機(jī)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照“一體化、多層次、分階段”的思想，設(shè)計(jì)比較合理的嵌入式專業(yè)方向的實(shí)踐教學(xué)體系，如表1所示。
整個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1) 將電路和模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及其應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)獨(dú)立出來，并加大實(shí)驗(yàn)課時(shí)比重，培養(yǎng)學(xué)生的硬件實(shí)踐動(dòng)手能力。
2) 對于一些重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，除了有課內(nèi)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解外，還設(shè)置一些專門的專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合創(chuàng)新能力。例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及其應(yīng)用之后開設(shè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用我們自主開發(fā)的基于FPGA的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)與開發(fā)平臺(tái)，通過可編程邏輯器件等數(shù)字設(shè)計(jì)的主流器件和EDA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要工具，引入數(shù)字邏輯的最新內(nèi)容和設(shè)計(jì)理念，開展一些創(chuàng)新性課程設(shè)計(jì)，一來引起學(xué)生的興趣，二則為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。對于嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)，我們除了在課程內(nèi)完成GPIO、串口、定時(shí)器等相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外，還設(shè)置了嵌入式系統(tǒng)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)這一單列的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提供GPRS、CanBus、SD卡讀寫、以太網(wǎng)、USB等一些嵌入式系統(tǒng)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)，開拓學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)能力。
3) 在能力培養(yǎng)主線上設(shè)置一些里程牌，并引入一些綜合型實(shí)踐課程(以實(shí)踐為主、講授為輔)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。例如，在學(xué)習(xí)完程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程之后設(shè)置程序設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的編程功底；在學(xué)習(xí)完模擬電路、數(shù)字電路、電子線路設(shè)計(jì)工具等課程之后設(shè)置嵌入式工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生基本的硬件制作和調(diào)試能力；在學(xué)習(xí)完單片機(jī)及其應(yīng)用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)等課程之后設(shè)置嵌入式最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生深入理解嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力；在學(xué)習(xí)完嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)、嵌入式操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計(jì)、嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)、WinCE嵌入式軟件開發(fā)等課程之后設(shè)置嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，著重培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用開發(fā)能力、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)思想和工程素養(yǎng)。
同時(shí)，我們還通過加大實(shí)驗(yàn)室開放力度，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)、參與嵌入式學(xué)科競賽、參與教師科研課題，進(jìn)一步提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。利用新實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以開展自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)從自主實(shí)驗(yàn)嵌入式工程實(shí)踐小型科研課題研究開發(fā)參加各種學(xué)科競賽的創(chuàng)新教育全過程，提高知識(shí)應(yīng)用能力、信息獲取和選擇能力、實(shí)踐動(dòng)手能力，并在實(shí)踐中逐步提高創(chuàng)新能力。
5結(jié)語
作為一個(gè)新興的專業(yè)方向，嵌入式暫時(shí)還沒有一個(gè)公認(rèn)的比較成熟完善的課程體系可供借鑒。本文在深入分析應(yīng)用型嵌入式人才知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以“知識(shí)―能力―素質(zhì)”為主線，構(gòu)建了符合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)人才能力晉級(jí)階梯的課程體系和“一體化、多層次、分階段”的實(shí)踐教學(xué)體系。經(jīng)過電子科技大學(xué)中山學(xué)院幾年的教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的效果，證明該課程體系具備合理性和可行性。本專業(yè)方向培養(yǎng)的學(xué)生不少成為企業(yè)的技術(shù)骨干，甚至就職于產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)管理崗位。同時(shí)，他們在一些學(xué)科競賽中也取得了很好的成績，先后獲得“博創(chuàng)杯”大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、三等獎(jiǎng)一項(xiàng)，全國大學(xué)生信息安全競賽一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，“ZLG杯”ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、優(yōu)勝獎(jiǎng)三項(xiàng)等。
當(dāng)然，嵌入式系統(tǒng)會(huì)隨著技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求而變得越來越復(fù)雜。為了適應(yīng)這種需要，嵌入式人才的培養(yǎng)方案和課程體系也必須做出相應(yīng)調(diào)整。同時(shí)，隨著我們和企業(yè)嵌入式開發(fā)人員、高校嵌入式教學(xué)人員交流的深入，我們對嵌入式人才內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)也將越來越深，相應(yīng)地，嵌入式課程體系也將更加完善。
參考文獻(xiàn)：
[1] 馬義德,湯書森,張北斗,等. 嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].高等理科教育,2004(8):23-25.
[2] JIANG Linying, LI Dancheng, ZHU Zhijiang. Research and Practice of the Training Model of Industrialization in Embedded[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2010(9):2-5.
[3] HUANG Ming, LIU Zhen, LIANG Xu, et al. Exploration and Practice of Complex Embedded Software Training Model[J].計(jì)算機(jī)教育,2010(9):6-9.
[4] 俸皓. 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系改革的探討[J]. 科技信息:科學(xué)教研,2007,12(30):29-31.
[5] 周立功,王祖麟,陳明計(jì),等. ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005:163-190.
[6] 羅嗣海,周立功,王祖麟. 新型校企合作培養(yǎng)零適應(yīng)期應(yīng)用型人才探討(以江西理工大學(xué)嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)為例)[J]. 江西理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(2):57-60.
Design of Embedded Curriculum for Application-oriented Talents Cultivation
LI Wensheng, MA Zheng, FU Yu, DENG Chunjian
(Zhongshan Institute, University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan 528402, China)
在高職計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中，嵌入式技術(shù)是一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制、儀器儀表、電子產(chǎn)品、汽車、辦公自動(dòng)化和通信等領(lǐng)域，具有良好的市場前景。嵌入式操作系統(tǒng)是學(xué)習(xí)嵌入式程序設(shè)計(jì)的前導(dǎo)課程，是準(zhǔn)備從事嵌入式開發(fā)人員必須學(xué)習(xí)的職業(yè)課程。目前，在嵌入式操作系統(tǒng)教學(xué)過程中，教學(xué)效果還不夠理想，學(xué)生的職業(yè)能力不能很好的適應(yīng)崗位要求。因此，嵌入式操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革勢在必行。
1 嵌入式操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中存在的問題
高職院校嵌入式操作系統(tǒng)是一門知識(shí)點(diǎn)多、概念性強(qiáng)、較為抽象的課程，課程知識(shí)涉及程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)等，課程教學(xué)難度較大。傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生難以掌握知識(shí)、學(xué)習(xí)枯燥無味，普遍感到難學(xué)。尤其是職業(yè)院校的學(xué)生，很多還沒有接觸過計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，難以理解嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，在嵌入式操作系統(tǒng)教學(xué)中，重理論輕應(yīng)用、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問題普遍存在。在課堂教學(xué)中學(xué)生處于被動(dòng)接受方式，無法主動(dòng)參與整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，沒能達(dá)到以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生操作技能為目的的職業(yè)技術(shù)教育宗旨。盡管安排有實(shí)訓(xùn)，但實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)環(huán)節(jié)沒能做到相互連貫、相互映證，習(xí)題與課堂內(nèi)容沒能緊密相扣，考試形式和內(nèi)容多以理論為主，沒能體現(xiàn)考查學(xué)生實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的實(shí)踐能力。
總之，傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)教材和教學(xué)過于重視知識(shí)體系的演繹和推理，加之課程本身所固有的抽象性、強(qiáng)實(shí)踐性，使大多數(shù)學(xué)生對嵌入式操作系統(tǒng)課程產(chǎn)生了畏懼心理，以至于影響了他們學(xué)習(xí)的積極性，使之變成了難講的課程，不僅對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)形成了一定困難，對開展教學(xué)質(zhì)量工程也產(chǎn)生了消極影響。
2 基于職業(yè)需求的嵌入式操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革措施
根據(jù)高職教育的特點(diǎn)，結(jié)合企業(yè)職業(yè)需求，突破原有課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)模式，更新教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法。
2.1 重組課程內(nèi)容體系
①課程設(shè)計(jì)理念
依據(jù)國家行業(yè)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和崗位能力需求，對嵌入式程序開發(fā)工作崗位進(jìn)行調(diào)研，分析職業(yè)需求，制定嵌入式操作系統(tǒng)課程標(biāo)準(zhǔn)。以“立足基礎(chǔ)、重在應(yīng)用、強(qiáng)化能力，服務(wù)專業(yè)、適應(yīng)社會(huì)”的思想，重組課程內(nèi)容體系，體現(xiàn)基于工作過程系統(tǒng)化的課程設(shè)計(jì)理念。
②課程設(shè)計(jì)思路
通過企業(yè)專業(yè)人才需求分析、工作崗位分析、典型工作任務(wù)分析、學(xué)習(xí)領(lǐng)域生成、學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)資源開發(fā)等環(huán)節(jié)，進(jìn)行課程開發(fā)。課程以職業(yè)能力為本位、以工作過程為導(dǎo)向，建立基于嵌入式程序開發(fā)工作崗位所需的課程教學(xué)體系。
③課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
嵌入式操作系統(tǒng)課程以學(xué)習(xí)情境為載體組織教學(xué)內(nèi)容，通過設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)Linux、Linux基本應(yīng)用、Linux編程應(yīng)用、Linux網(wǎng)絡(luò)管理、Linux系統(tǒng)管理5個(gè)學(xué)習(xí)情境來完成對知識(shí)的系統(tǒng)化學(xué)習(xí)。讓學(xué)生在完成具體工作任務(wù)、工作過程中構(gòu)建相關(guān)知識(shí)，融基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能于一體。在教學(xué)過程中，創(chuàng)建真實(shí)工作環(huán)境，以完成任務(wù)為中心，整合任務(wù)需要的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，與工作崗位緊密對接，培養(yǎng)學(xué)生的崗位技能和職業(yè)能力，切實(shí)體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的職業(yè)教育特色。
2.2 構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式
采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，教師的教和學(xué)生的學(xué)都是圍繞如何完成一個(gè)具體的任務(wù)進(jìn)行的。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該充分重視并精心設(shè)計(jì)教學(xué)情境和任務(wù)，用精心設(shè)計(jì)的任務(wù)，來激發(fā)學(xué)生的探索、思考的興趣，讓學(xué)生真正從內(nèi)心產(chǎn)生強(qiáng)烈的“探索知識(shí)”的欲望，以積極探索問題、要求解決問題的心態(tài)來驅(qū)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望并維持濃厚的興趣，讓學(xué)生通過完成一個(gè)個(gè)任務(wù)來實(shí)現(xiàn)總體的教學(xué)目標(biāo)，從而形成一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)體系。
①設(shè)計(jì)并提出任務(wù)。在教學(xué)過程中，結(jié)合嵌入式操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)，建立與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題相關(guān)的、盡可能真實(shí)的學(xué)習(xí)情景，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)形象化和具有直觀性，任務(wù)的設(shè)計(jì)要注意知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性、連貫性、功能的遞進(jìn)性。充分利用多媒體信息設(shè)計(jì)出具有情境的學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生在情境中進(jìn)行探索實(shí)踐，在課堂實(shí)施之前先對學(xué)生提出任務(wù)要求，然后讓他們討論、分析任務(wù)中用到的知識(shí)點(diǎn)、方法。
②引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)。高職教育注重技能的培養(yǎng)，教師要在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的基礎(chǔ)上，積極提高學(xué)生動(dòng)手操作的能力。在課堂上要采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)。在學(xué)生接受學(xué)習(xí)任務(wù)后，給學(xué)生足夠思考空間及完成任務(wù)的時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)、解決問題。作為引導(dǎo)者的教師，只需為學(xué)生提供一些相關(guān)的線索和方法，少提示內(nèi)容，這樣更有利于培養(yǎng)學(xué)生自主合作、探索創(chuàng)新的精神。
③展示、交流任務(wù)作品。教師或?qū)W生通過多種方式向全班學(xué)生展示各學(xué)生的任務(wù)作品，讓學(xué)生對任務(wù)作品進(jìn)行自評，這樣可以讓學(xué)生通過對學(xué)習(xí)任務(wù)的認(rèn)真分析，建立屬于自己的思維方式。然后由其他學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評，發(fā)表自己的觀點(diǎn)和見解，這樣有利于學(xué)生在交流與點(diǎn)評中鍛煉自己的能力。
④教師點(diǎn)評任務(wù)作品
教師首先充分肯定學(xué)生的成績，并對本次任務(wù)作品進(jìn)行點(diǎn)評，對某些問題提出個(gè)人意見，對沒有被發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)和問題進(jìn)行補(bǔ)充，從提高學(xué)生能力的角度進(jìn)行正確引導(dǎo)、提出期望，鼓勵(lì)他們繼續(xù)發(fā)揚(yáng)這種探索的精神。
2.3 改革教學(xué)方法、重視教師隊(duì)伍建設(shè)
任何一種教學(xué)方法能否被成功地運(yùn)用，是否促進(jìn)學(xué)生的智能發(fā)展，這取決于教師的知識(shí)水平和教學(xué)才能。因此，要進(jìn)行教學(xué)方法改革，首先必須提高教師的素質(zhì)水平。嵌入式操作系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，應(yīng)該創(chuàng)造條件讓教師定期到企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，了解職業(yè)的需求，鼓勵(lì)教師取得“技師”或“高級(jí)技師”職業(yè)資格證書，鼓勵(lì)企業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任高職院校兼職教師。
在教學(xué)過程中，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，實(shí)施“教、學(xué)、做、用”為一體的動(dòng)態(tài)教學(xué)模式，真正轉(zhuǎn)變以課堂、教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，突出學(xué)生的主體性，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的職業(yè)能力，讓學(xué)生主動(dòng)去構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和品格結(jié)構(gòu)，使學(xué)生把所學(xué)的理論、技能及時(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的職業(yè)操作能力，達(dá)到企業(yè)所需的技能要求。同時(shí)，應(yīng)發(fā)揮“以賽促學(xué)，以賽促教”的作用，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽、挑戰(zhàn)杯等各類創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。在創(chuàng)業(yè)大賽中，對優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)學(xué)生實(shí)行導(dǎo)師制，使學(xué)生有機(jī)會(huì)在教師的指導(dǎo)下完成相應(yīng)的項(xiàng)目和作品，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、設(shè)計(jì)、自主研究及創(chuàng)新能力。
2.4 改革考核方案
嵌入式操作系統(tǒng)是一門綜合性和實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，用通常的機(jī)考、筆試進(jìn)行考核存在一定的難度，因此考核方式應(yīng)該多樣化。在考核過程中，應(yīng)加大過程考核力度，把考核貫穿學(xué)習(xí)的始終，主要包括學(xué)生在課堂的表現(xiàn)、任務(wù)完成情況、職業(yè)能力掌握程度、試卷考核情況等，以提高能力為目標(biāo)，以完成實(shí)際的任務(wù)為重點(diǎn)，以考促學(xué)，實(shí)施“知識(shí)、技能、素質(zhì)”三位一體的考核方案。
【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) S3C2410 實(shí)踐教學(xué)
【中圖分類號(hào)】G424.31 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-9646(2008)08-0227-02
1 引言
在我國,嵌入式系統(tǒng)的最新成果不斷被應(yīng)用在航空航天、工業(yè)控制、儀器儀表、消費(fèi)電子等領(lǐng)域, 直接導(dǎo)致了我國嵌入式系統(tǒng)的市場需求快速增長,嵌入式領(lǐng)域中的人才需求日益旺盛,人才缺口在逐漸擴(kuò)大,而大部分高校的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)存在諸多該改進(jìn)的地方,最突出的是學(xué)生沒有使用工程方法來構(gòu)建符合需求的系統(tǒng)的能力,導(dǎo)致了用人企業(yè)不得不對學(xué)生進(jìn)行再培訓(xùn)。由于嵌入式系統(tǒng)課程涉及的知識(shí)面寬、實(shí)踐性強(qiáng),對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求較高,包括實(shí)驗(yàn)教師、硬件配置、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置等。因此,應(yīng)大力加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè),這對嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、研究與開發(fā)可以起到事半功倍的效果,更好的促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
2 S3C2410微處理器
針對我校的實(shí)際情況,我們自行開發(fā)了基于S3C2410微處理器的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),S3C2410微處理器是一款由Samsung半導(dǎo)體公司為手持設(shè)備等相關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的低功耗、高集成度的微處理器,采用272腳FBGA封裝,包含一個(gè)ARM920T內(nèi)核。其內(nèi)部包含以下功能模塊:1.8V/2.0V內(nèi)部供電,3.3V存儲(chǔ)器,3.3V外部I/O供電。具有16KB一體化的Cache/MMU;具有外部存儲(chǔ)器控制器(SDRAM控制和片選邏輯);LCD 控制器(支持高達(dá)4K色的STN屏和256K色的TFT型液晶屏,具有1路LCD專用DMA);4路DMA,具備外部請求腳;3路UART(支持IrDA1.0,16字節(jié)的發(fā)送FIFO,16字節(jié)的接收FIFO)/2通道SPI;1路多主模式的IIC總線,1路IIS總線控制器;兼容V1.0的SD主接口協(xié)議和V2.11的MMC卡協(xié)議;2路全速 USB主設(shè)備,其中1路可以作為USB從設(shè)備(V1.1協(xié)議)。4路PWM定時(shí)器和一路內(nèi)部定時(shí)器;具有看門狗定時(shí)器;共提供117個(gè)通用I/O,24路外部中斷;電源控制:正常模式,SLOW模式,空閑模式和掉電模式。8路10位ADC,其中2路可以作為觸摸屏接口;具有日歷功能的RTC時(shí)鐘;片內(nèi)倍頻鎖相環(huán)PLL。
3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成
我們研制的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用了核心主板加擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)方式,提供基于微處理器的核心主板,將微處理器所有的I/O口全部引出,在核心主板上面只提供S3C2410,FLASH,SDRAM和LED 等最基本部分,而對于一些特殊用途的USB接口、以太網(wǎng)接口、TFT型液晶屏接口、觸摸屏接口、音頻接口、SD卡接口、GPRS 接口和GPS 接口等是以底板形式提供的。這樣,學(xué)生需要的話,可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行主流技術(shù)硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),切實(shí)掌握部分硬件工作原理。系統(tǒng)功能模塊框圖如圖1 所示。
4 可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)
實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新性精神的高素質(zhì)人才起著非常重要的作用。在這一方面,我們將實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外科技實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合,從整體出發(fā),構(gòu)建了相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)體系,即基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境、基本技能訓(xùn)練和綜合應(yīng)用3個(gè)層次,三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分布在不同的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中,所起到的作用和性質(zhì)各有不同。
在第一層次的課程實(shí)驗(yàn)中,要求熟悉軟硬件開發(fā)環(huán)境、完成硬件實(shí)驗(yàn)程序的編寫、掌握基本外設(shè)接口程序的編寫方法、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),開設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)有:ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境實(shí)驗(yàn);匯編語言與C語言編程實(shí)驗(yàn);GPIO輸入、輸出實(shí)驗(yàn);外部中斷實(shí)驗(yàn);定時(shí)器實(shí)驗(yàn);串口通訊實(shí)驗(yàn);中斷實(shí)驗(yàn);步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn);鍵盤、LED、LCD及觸摸屏實(shí)驗(yàn);BootLoader實(shí)驗(yàn);Linux內(nèi)核移植及裁減實(shí)驗(yàn);構(gòu)建Windows CE 5.0實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)中,要求在對基本原理驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步擴(kuò)展完成簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
在第二層次的課程設(shè)計(jì)(時(shí)間為2周) 環(huán)節(jié)中,以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主,讓學(xué)生掌握基本技能和方法。該環(huán)節(jié)由教師布置題目、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求,學(xué)生自行完成。可開設(shè)的題目有:
4.1 UART實(shí)驗(yàn)
考慮到串口在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛,設(shè)置了本實(shí)驗(yàn)。通過理論學(xué)習(xí)和上機(jī)操作,實(shí)驗(yàn)者可以學(xué)習(xí)串行接口和串行通信原理,掌握S3C2410芯片的內(nèi)部UART的使用方法,了解Linux和Windows CE 5.0下的串口驅(qū)動(dòng)程序,學(xué)會(huì)Linux和Windows CE 5.0下的串口編程方法。本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)者能利用開發(fā)板編程實(shí)現(xiàn)串口與主機(jī)之間的通信和文件傳輸。
4.2 LCD實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解LCD的基本原理,理解LCD的控制和驅(qū)動(dòng)原理以及常用LCD控制芯片的基本使用方法,掌握S3C2410內(nèi)置的LCD控制器方式驅(qū)動(dòng)LCD的基本原理和方法掌握Linux和Windows CE 5.0下編寫LCD控制器的驅(qū)動(dòng)程序和LCD應(yīng)用程序的方法。要求實(shí)驗(yàn)者調(diào)用Linux和Windows CE 5.0提供的LCD API函數(shù)實(shí)現(xiàn)簡單的圖文顯示和動(dòng)畫效果。
4.3 LED和鍵盤控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解LED 顯示和控制原理,掌握矩陣鍵盤軟件掃描原理和抖動(dòng)、重鍵問題的解決方法,了解S3C2410的片選功能,理解使用CPLD擴(kuò)展系統(tǒng)總線控制LED和鍵盤的方法。要求實(shí)驗(yàn)者編寫列掃描鍵盤處理程序,與CPLD配合將用戶所按的鍵轉(zhuǎn)換成從1到16的數(shù)字顯示在2個(gè)LED上,并能實(shí)現(xiàn)用鍵盤輸入控制LCD顯示動(dòng)畫。
4.4 觸摸屏實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解電阻式觸摸屏的原理和觸摸屏與LCD的配合使用方法,理解嵌入式系統(tǒng)中同步IO接口的工作原理,重點(diǎn)掌握如何在Linux和Windows CE 5.0下編寫觸摸屏程序。要求實(shí)驗(yàn)者通過分析手寫板程序,編寫一個(gè)簡單的觸摸屏計(jì)算器程序來掌握觸摸屏應(yīng)用程序的工作原理。
4.5 A/ D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解A/D轉(zhuǎn)換的原理,掌握S3C2410芯片中AD轉(zhuǎn)換器的使用方法。要求實(shí)驗(yàn)者編程實(shí)現(xiàn)在8路輸入中任意指定一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果在LCD上實(shí)時(shí)描繪輸入信號(hào)。該實(shí)驗(yàn)用到了LCD 實(shí)驗(yàn)中的基本知識(shí),在理解本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)加深了對LCD 實(shí)驗(yàn)的理解。
4.6 進(jìn)程間通信實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解操作系統(tǒng)中進(jìn)程的概念,理解和掌握Linux和Windows CE 5.0下中進(jìn)程間通信的方法,包括管道及有名管道、信號(hào)、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、信號(hào)量等。要求實(shí)驗(yàn)者用信號(hào)、有名管道和消息隊(duì)列編程實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信,在進(jìn)行編程前需要對Linux和Windows CE 5.0操作系統(tǒng)內(nèi)核作相應(yīng)的配置。
4.7 中斷和驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以理解S3C2410的中斷系統(tǒng)原理和中斷寄存器設(shè)置,理解應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序交互的方法,掌握在Linux和Windows CE 5.0系統(tǒng)中編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方法以及如何在驅(qū)動(dòng)程序中掛接中斷。要求實(shí)驗(yàn)者編寫阻塞和非阻塞方式中斷處理例程。
4.8 GUI實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解圖形用戶界面的基本概念,嵌入式系統(tǒng)下常用的圖形用戶界面以及它們各自的特點(diǎn),掌握Mirowindows 的體系結(jié)構(gòu)和圖形引擎的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn),掌握Mirowindows 配置文件的結(jié)構(gòu)和各個(gè)功能選項(xiàng)。要求實(shí)驗(yàn)者會(huì)利用Linux 內(nèi)核、應(yīng)用程序配置工具對Mirowindows 進(jìn)行定制,重點(diǎn)掌握Mirowindows 提供的應(yīng)用程序編程接口Nano-XAPI,會(huì)利用Nano-XAPI編寫簡單的圖形用戶界面,實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘效果。
4.9 TCP/ UDP實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解TCP/ IP 協(xié)議的基本內(nèi)容,重點(diǎn)掌握IP 協(xié)議、TCP 協(xié)議以及UDP 協(xié)議,理解套接字的基本概念和編程原理,包括網(wǎng)間進(jìn)程通信、客戶/ 服務(wù)器作用模式、套接字基本類型和系統(tǒng)調(diào)用等,掌握套接字編程的基本方法。要求實(shí)驗(yàn)者使用Linux和Windows CE 5.0提供的一系列套接字相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用,通過開發(fā)板的網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)與主機(jī)通信以及文件傳輸。
4.10 CGI實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)者可以了解Web 服務(wù)器的基本概念,特別是嵌入式Web 服務(wù)器Boa 的配置和使用,了解靜態(tài)頁面和動(dòng)態(tài)頁面、CGI、JavaScript 等基本概念,能夠使用C語言進(jìn)行CGI 編程。要求實(shí)驗(yàn)者用CGI編寫URL解碼程序?qū)τ脩舯砀褫斎脒M(jìn)行處理,使用JavaScript制作一個(gè)智能化的頁面。此外,對能力較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)者,還要求創(chuàng)建一個(gè)簡單的嵌入式Web服務(wù)器,頁面用中英文兩種語言顯示,該服務(wù)器允許授權(quán)用戶查看服務(wù)器配置文件,查看并修改服務(wù)器上的用戶文件和個(gè)人信息、密碼。
第三層次中包含了針對課外科技實(shí)踐活動(dòng)及畢業(yè)設(shè)計(jì),加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力的培養(yǎng)。我們把這一環(huán)節(jié)也納入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中,以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生開發(fā)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的積極性。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間相對較長,所以可以進(jìn)行較大規(guī)模的創(chuàng)新性綜合項(xiàng)目的開發(fā)。在課外科技實(shí)踐活動(dòng)中,可以設(shè)計(jì)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng),可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離圖像監(jiān)控等;在畢業(yè)設(shè)計(jì)中,開發(fā)的項(xiàng)目可有手持式電子圖書閱讀器、Linux 下的媒體播放器、嵌入式指紋采集裝置、基于WinCE的嵌入式系統(tǒng)注冊表的研究及基于ARM和WINCE的嵌入式熱流計(jì)的設(shè)計(jì)等。目前本系統(tǒng)已經(jīng)在大學(xué)生電子科技大賽中得到應(yīng)用,收到很好的效果。
關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè) 嵌入式系統(tǒng) 體系建設(shè)
中圖分類號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）01（a）-0141-02
隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在加快向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，而智慧農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的趨勢。智慧農(nóng)業(yè)將農(nóng)業(yè)看成一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)，依托嵌入式技術(shù)、感知技術(shù)、互聯(lián)互通技術(shù)、智能化技術(shù)等綜合、全面、系統(tǒng)地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使得農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)智能化、多功能，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新。
智慧農(nóng)業(yè)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括嵌入式技術(shù)、檢測技術(shù)、通信技術(shù)等。嵌入式是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前景的信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前，許多高等院校的計(jì)算機(jī)、電子、軟件等專業(yè)針對市場需求，開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程，也在逐步完善適應(yīng)社會(huì)需求的嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)體系。本文基于智慧農(nóng)業(yè)背景，結(jié)合都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開設(shè)嵌入式課程的經(jīng)驗(yàn)，對農(nóng)林院校嵌入式課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討。
1 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)
智慧農(nóng)業(yè)是最近興起的一個(gè)概念，出現(xiàn)的時(shí)間很短，目前還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮教授認(rèn)為： 智慧農(nóng)業(yè)是以最高效率地利用各種農(nóng)業(yè)資源，最大限度地降低農(nóng)業(yè)成本和能耗、減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體最優(yōu)為目標(biāo)，以農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)、全過程智能化的泛在化為特征，以全面感知、可靠傳輸和智能處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐和手段，以自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流和電子化交易為主要生產(chǎn)方式的高產(chǎn)、高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式與形態(tài)。
要建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，就要依托物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，簡稱IOT）的概念是在1999年提出的，2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）的ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告，對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過二維碼識(shí)讀設(shè)備、射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)唯一的物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用需求的多樣化，嵌入式技術(shù)已成為當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的主流。
本文基于嵌入式技術(shù)，針對農(nóng)林院校計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系的特點(diǎn)， 通過一系列教學(xué)嘗試，對計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的課程體系建設(shè)進(jìn)行了一些探索，使學(xué)生在保證專業(yè)原有課程的基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)方向的不同，側(cè)重點(diǎn)有所差別，將智慧農(nóng)業(yè)貫徹課程體系始終，使學(xué)生在軟件和硬件設(shè)計(jì)方面都得到很好的鍛煉，最終為都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)培養(yǎng)全方位的信息技術(shù)人才。
2 嵌入式課程體系建設(shè)
（1）我校計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)和教學(xué)目標(biāo)。
我校計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)側(cè)重嵌入式軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員。根據(jù)學(xué)生的接受能力，嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)體現(xiàn)層次性、漸進(jìn)性、注重實(shí)踐性，尤其側(cè)重培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用能力。（圖1）
嵌入式系統(tǒng)課程體系的設(shè)置體現(xiàn)“注重工程能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)人才知識(shí)體系”，學(xué)習(xí)側(cè)重嵌入式軟件設(shè)計(jì)部分。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系教學(xué)目標(biāo)是掌握四個(gè)“1”，即“一種主流嵌入式微處理器、一門開發(fā)語言、一種嵌入式操作系統(tǒng)、一套開發(fā)工具”，嵌入式開發(fā)語言主要有匯編語言、C和C++語言、Java語言等；嵌入式操作系統(tǒng)主要有Windows CE、Linux等；集成開發(fā)工具主要有Windows CE開發(fā)工具、ADS等。
（2）嵌入式系統(tǒng)課程體系。
北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院自2011年設(shè)置了計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向，根據(jù)自由選擇的原則在大學(xué)三年級(jí)實(shí)施特定方向培養(yǎng)，同期購買了30套嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)每人一臺(tái)的教學(xué)環(huán)境。
嵌入式系統(tǒng)課程體系大致可分為：基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課。
基礎(chǔ)課程在大學(xué)一、二年級(jí)開設(shè)，主要學(xué)習(xí)理工科的一些基礎(chǔ)課程，如高等數(shù)學(xué)等。
專業(yè)基礎(chǔ)以及專業(yè)課的開設(shè)時(shí)間以及內(nèi)容如表1所示。需要特別說明的是根據(jù)我校“3+1”本科人才培養(yǎng)模式，大學(xué)前六個(gè)學(xué)期完成的是課內(nèi)學(xué)習(xí)，旨在掌握較寬厚的基礎(chǔ)知識(shí)和扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，最后一學(xué)年有計(jì)劃地到校內(nèi)外實(shí)調(diào)基地進(jìn)行為期一年的實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)，所以第七學(xué)期和第八學(xué)期是專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。
嵌入式導(dǎo)論課程：介紹嵌入式的主要應(yīng)用領(lǐng)域、嵌入式軟件開發(fā)的基本概念、嵌入式軟件開發(fā)的基本流程和基本方法、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)。
嵌入式操作系統(tǒng)課程：介紹嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)，嵌入式操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的差別。結(jié)合典型的嵌入式操作系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作機(jī)制、系統(tǒng)移植剪裁和實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度等內(nèi)容進(jìn)行介紹。我校根據(jù)具體情況選擇、Linux、WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。
嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：介紹嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、軟件編程及設(shè)備接口和驅(qū)動(dòng)等。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)的概念、方法和工具嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本原理與設(shè)計(jì)開發(fā)思想，學(xué)生能完成簡單的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。
JAVA開發(fā)語言：介紹Java語言的體系結(jié)構(gòu)、Java語言的基本概念和程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的思路和方法。培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用Java語言作為完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。
嵌入式接口技術(shù)：介紹鍵盤接口、LED顯示器接口、觸摸屏、通信接口、中斷接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、ARM的JTAG接口。
嵌入式高級(jí)編程：介紹Android嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建的方法，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)；Android的體系結(jié)構(gòu)，嵌入式軟件開發(fā)流程；嵌入式特性開發(fā)，多媒體開發(fā)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)開發(fā)，聯(lián)網(wǎng)開發(fā)等開發(fā)方法，學(xué)生通過實(shí)踐能達(dá)到獨(dú)立完成開發(fā)單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)嵌入式軟件的能力。
3 嵌入式課程實(shí)踐教學(xué)
（1）層次化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。
實(shí)驗(yàn)室選用UP-Magic6410嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，著重培養(yǎng)學(xué)生在該平臺(tái)下進(jìn)行嵌入式Linux程序開發(fā)的相關(guān)環(huán)境搭建與軟件設(shè)計(jì)方法的能力。針對各模塊以及嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用背景，按照由淺入深，不同課程層次對應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等原則，組織設(shè)計(jì)了三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，循序漸進(jìn)，逐步提高，以滿足不同階段的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐需求，分別為涉及嵌入式導(dǎo)論的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、涉及嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的實(shí)操性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)嵌入式高級(jí)編程的提高性實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)多以理論驗(yàn)證為主，在于學(xué)習(xí)方法；綜合性實(shí)驗(yàn)和提高性實(shí)驗(yàn)則多以應(yīng)用為主，在于提高能力。三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提高了動(dòng)手能力，進(jìn)一步的實(shí)踐開發(fā)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。
（2）通過項(xiàng)目案例，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。
首先，依托教師實(shí)際的科研或工程項(xiàng)目，教師在實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施時(shí)，可以按照模塊化將案例的分解到各個(gè)部分，鼓勵(lì)學(xué)生對實(shí)例所采用的技術(shù)和方案進(jìn)行不同角度的評價(jià)，變被動(dòng)知識(shí)灌輸為主動(dòng)探索思考，使教學(xué)理論知識(shí)與科研實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起。
其次，在設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)等綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)合教師實(shí)際的科研或工程項(xiàng)目，在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性知識(shí)掌握的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的綜合設(shè)計(jì)。使得學(xué)生既掌握了一些具體的通用的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法，也能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，獨(dú)立設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較完整的嵌入式系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)習(xí)、創(chuàng)造熱情。在課程設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)中，考慮到學(xué)生水平差異，按照“自由組合、自主選題”的原則，要求學(xué)生課外查找資料進(jìn)一步地學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)性學(xué)習(xí)，對某些問題進(jìn)行深入的分析研究，進(jìn)而提出自己的設(shè)計(jì)思想，此環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)思想的原創(chuàng)性也將作為課程考核的重要內(nèi)容。
（3）鼓勵(lì)學(xué)生參與科研項(xiàng)目，注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
通過項(xiàng)目實(shí)踐來鍛煉和提高學(xué)生動(dòng)手能力是非常重要的。我校實(shí)行導(dǎo)師制指導(dǎo)學(xué)生，在參與教師科研項(xiàng)目的過程中，本科生導(dǎo)師負(fù)責(zé)學(xué)生在整個(gè)科研期間從理論到具體操作的各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)工作，加強(qiáng)了指導(dǎo)力度。
學(xué)生在家禽食品安全追溯系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目中，教師組織學(xué)有余力的同學(xué)成立興趣小組，直接參與到前沿的課題和項(xiàng)目中去，將食品安全追溯系統(tǒng)按照生產(chǎn)鏈的六個(gè)環(huán)節(jié)分解成若干子題目，交由各興趣小組，模擬項(xiàng)目的形式實(shí)踐開發(fā)，真正做到“在學(xué)中做，在做中學(xué)”，以務(wù)實(shí)的項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐科研能力。
（4）鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課外科技活動(dòng)。
近年來，高等院校加大了學(xué)生的課外科技活動(dòng)開展的力度，筆者指導(dǎo)的學(xué)生參與了北京市大學(xué)生科研計(jì)劃，利用嵌入式平臺(tái)，對溫室環(huán)境等參數(shù)檢測，進(jìn)而對溫室大棚實(shí)現(xiàn)智能化控制，學(xué)生在該課題中，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，系統(tǒng)的完成了整個(gè)項(xiàng)目，獲得了北京市大學(xué)生科研計(jì)劃成果二等獎(jiǎng)，尤其值得一提的是，畢業(yè)的學(xué)生在擔(dān)任京郊村官期間，將課題成果應(yīng)用于所服務(wù)的村鎮(zhèn)，取得了良好的效果。實(shí)踐證明，鼓勵(lì)學(xué)生參與課外科技活動(dòng)，將會(huì)拓展學(xué)生的知識(shí)體系，并學(xué)以致用，對進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)合作精神發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
（5）做好畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)實(shí)習(xí)
我校實(shí)行的是采取“3+1”人才培養(yǎng)模式。以往學(xué)生在第八學(xué)期進(jìn)行畢業(yè)論文和實(shí)習(xí)，部分學(xué)生在校內(nèi)機(jī)房根據(jù)教師給出的題目完成畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)論文，學(xué)生如果不走出去。就無法完成理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，部分同學(xué)雖然通過實(shí)習(xí)單位的學(xué)習(xí)完成畢業(yè)論文，但是畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文的時(shí)間和質(zhì)量也難以保證。因此，我們將畢業(yè)論文提前到第七學(xué)期安排任務(wù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、論文的前期準(zhǔn)備及調(diào)試工作，既可以保證充分的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間又可以提高學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，做到有的放矢.提高設(shè)計(jì).論文和專業(yè)課的學(xué)習(xí)質(zhì)量。
針對在校學(xué)生缺少行業(yè)背景知識(shí)這一缺點(diǎn)，在教學(xué)中大力開展了與企業(yè)的合作，直接把學(xué)生派到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，使得培養(yǎng)的嵌入式人才能夠適應(yīng)企業(yè)的需要，目前我院已經(jīng)建立了中軟、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息所等校外實(shí)習(xí)基地，并簽訂了相關(guān)的實(shí)習(xí)協(xié)議。一方面學(xué)生在實(shí)踐工程項(xiàng)目中完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文，綜合能力得到極大的提升，另一方面用人單位在與學(xué)校合作辦學(xué)的過程中也為自己培養(yǎng)了急需的技術(shù)人才，實(shí)行了定單式培養(yǎng)，最終構(gòu)筑高校.學(xué)生和企業(yè)獲利的共贏平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)和社會(huì)需求的無縫對接。從以往經(jīng)驗(yàn)來看，選擇嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課題并能按時(shí)保質(zhì)保量完成課題的的學(xué)生知識(shí)面更廣，就業(yè)面更寬，既可以從事軟件開發(fā)，也可以適應(yīng)硬件的開發(fā)工作。
4 結(jié)語
嵌入式系統(tǒng)作為應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，其教學(xué)體系建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，包括完整的課程設(shè)置體系結(jié)構(gòu)、不斷的豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，獲取更多的實(shí)踐項(xiàng)目等內(nèi)容。隨著嵌入式在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用的迅猛發(fā)展，如何真正立足于農(nóng)業(yè)院校發(fā)展特色，培養(yǎng)高素質(zhì)嵌入式系統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息化人才，將是我們今后教學(xué)的方向和努力目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李道亮.物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)業(yè)工程，2012（1）：1-7.
[2] 朱仲英.傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展與趨勢[J].微型電腦應(yīng)用，2010（1）：1-3.
[3] 柳翔.嵌入式軟件工程人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2005，11：55-57.
[4] 馬忠梅.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式探討[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）：5-8.
[5] 李巖，孫玉，孫丞春.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（3）：45.
關(guān)鍵詞:硬件課程;教學(xué)體系;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);系統(tǒng)性
隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,各類硬件產(chǎn)品越來越多地應(yīng)用到人們的生活中。因此,業(yè)界對硬件類技術(shù)人員需求急劇上升。然而,嵌入式之類的硬件系統(tǒng)開發(fā)需要的是軟硬件緊密結(jié)合的復(fù)合型人才;通常企業(yè)不愿花費(fèi)太多的人力物力去培養(yǎng)。而一般本科院校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和傳統(tǒng)偏軟的教學(xué)體系,造成畢業(yè)生對硬件知識(shí)的欠缺或掌握不夠系統(tǒng),不具備業(yè)界需求的硬件系統(tǒng)開發(fā)能力[1]。技術(shù)發(fā)展和硬件類產(chǎn)品的大量應(yīng)用帶來了對硬件開發(fā)工程師的巨大需求,這給計(jì)算類專業(yè)學(xué)生帶來了新的機(jī)遇,但同時(shí)也對學(xué)校的教學(xué)體系和學(xué)生能力培養(yǎng)提出更高的要求。
一般本科院校在開展硬件類知識(shí)和技術(shù)方面的教學(xué)中通常有如下一些問題:
1) 院校投入了大量的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備,但是學(xué)生硬件開發(fā)能力的提高并不明顯;
2) 學(xué)校開設(shè)的硬件類課程銜接不夠緊密,使學(xué)生對課程之間的聯(lián)系掌握不夠;
3) 理論教學(xué)時(shí)間多,實(shí)踐教學(xué)時(shí)間少,實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低;
4) 學(xué)生面對具體的硬件項(xiàng)目開發(fā)時(shí),無從著手或知識(shí)能力欠缺。
而在學(xué)生方面,通常也存在一些問題:
1) 很多學(xué)生對硬件知識(shí)學(xué)習(xí)有一種畏懼心理,從而造成學(xué)習(xí)信心不足;
2) 硬件學(xué)習(xí)需要花大量的時(shí)間,而且效果并不像學(xué)習(xí)軟件一樣直觀,很多人都失去深入學(xué)習(xí)的耐心;
3) 軟件實(shí)踐需要的器材很容易滿足,一般就是PC+軟件,而有些硬件(擴(kuò)展)實(shí)驗(yàn)門檻較高,實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以搭建;
4) 由于硬件的集成度高,學(xué)生只能從理論上掌握硬件底層細(xì)節(jié),容易形成硬件盲區(qū),學(xué)習(xí)積極性容易被打擊。
隨著對硬件開發(fā)人員需求的不斷增大,近年來在計(jì)算機(jī)類專業(yè)硬件教學(xué)方面也提出了一些有效的方法,如文獻(xiàn)[2]對硬件教學(xué)的系統(tǒng)性進(jìn)行了一定的探討;文獻(xiàn)[3]對陳舊的硬件教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改進(jìn);文獻(xiàn)[4]對硬件實(shí)踐教學(xué)提出了一些看法。而本文則結(jié)合當(dāng)前流行的嵌入式硬件開發(fā),在多個(gè)硬件系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)的基礎(chǔ)上,總結(jié)了提高硬件開發(fā)能力所需要的知識(shí)和涉及到的相關(guān)課程,并對課程之間前修后續(xù)關(guān)聯(lián)進(jìn)行了合理的安排,建立了一套行之有效的硬件課程教學(xué)體系。
1硬件類課程體系設(shè)置
學(xué)生硬件開發(fā)能力的培養(yǎng)涉及到多個(gè)學(xué)科的課程,包括計(jì)算機(jī)和電子等專業(yè)的課程,還與具體應(yīng)用背景的一些專業(yè)知識(shí)有關(guān)。具體的課程包括模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式微處理器、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言、軟件開發(fā)技術(shù)、接口技術(shù)與設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)等技術(shù),是軟件、硬件的有機(jī)結(jié)合。在制定硬件人才培養(yǎng)計(jì)劃時(shí),既要拓寬深度和廣度體現(xiàn)硬件系統(tǒng)具有軟硬結(jié)合、面向具體應(yīng)用的特點(diǎn),又要注意與原有的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系相兼容。
因此,需要在原有的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,有針對性地增加一些硬件類課程和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),增加學(xué)生對硬件方面的知識(shí),有效地提高學(xué)生的綜合性動(dòng)手能力和具體應(yīng)用產(chǎn)品和項(xiàng)目的開發(fā)能力,并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
課程調(diào)整將與硬件系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)專業(yè)、相關(guān)課程合理地散列在低年級(jí)的各個(gè)學(xué)期,留給學(xué)生足夠的時(shí)間去鉆研、消化和深入,培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的知識(shí)背景和基礎(chǔ)能力。同時(shí),為幾門相關(guān)性比較大的課程或者重要性相對突出的課程,設(shè)置一些綜合性課程設(shè)計(jì),讓每個(gè)學(xué)生感覺到一定的成就感,給予一定的動(dòng)力。另外,設(shè)置一些獨(dú)立性實(shí)驗(yàn),幾個(gè)人一組,讓學(xué)生自己查資料,自己設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案等,獨(dú)立完成。通過上述的這些鍛煉后,能很大程度上提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和自學(xué)能力,提高學(xué)生綜合素質(zhì)。具體的課程體系設(shè)置圖1所示。
從圖1可以看出,課程之間都是有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,先修課程與后繼課程之間需要進(jìn)行重要知識(shí)點(diǎn)的銜接,才能逐步培養(yǎng)學(xué)生具有硬件系統(tǒng)開發(fā)能力。在學(xué)生每修完一門課程,就開設(shè)一門能覆蓋重要知識(shí)的綜合課程設(shè)計(jì)。通過完整的工程項(xiàng)目案例教學(xué),系統(tǒng)地提高學(xué)生的綜合能力,培養(yǎng)學(xué)生具備到企業(yè)去做實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐能力和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。充分滿足業(yè)界對硬件開發(fā)人員的能力要求。
2硬件課程的教學(xué)方法和實(shí)踐
培養(yǎng)學(xué)生硬件開發(fā)能力,一些基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)必不可少,如數(shù)字電路、模擬電路、C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)等。如果這些基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固,學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中會(huì)感到力不從心。另外,由于硬件知識(shí)的學(xué)習(xí)十分抽象,脫離實(shí)踐去學(xué)習(xí)可能會(huì)舉步維艱。因此,在教學(xué)方面要解決“重理論輕實(shí)踐”問題,貫徹“理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相互印證和支撐”,將多種實(shí)驗(yàn)課程貫穿于課程教學(xué)體系中,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和知識(shí)掌握的熟練程度。下面分幾個(gè)方面對教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些方法進(jìn)行討論。
1) 理論課堂教學(xué)。
在理論課上,教師通過對具體理論知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例演示,同時(shí)穿插對理論知識(shí)點(diǎn)講解,讓學(xué)生們理解的更具體,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也間接提升學(xué)習(xí)信心。學(xué)生在課后讓依照課堂的演示實(shí)驗(yàn)自行進(jìn)行實(shí)例的重復(fù)和知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證。如在“嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)”課程中講解串口的傳輸和實(shí)現(xiàn),教師在課堂上圍繞驗(yàn)證S3C2410芯片的功能進(jìn)行講解,并在課下開放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生自行學(xué)習(xí),以提高學(xué)生獨(dú)立思考和分析解決問題的能力。
2) 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。
在實(shí)驗(yàn)課上,教師結(jié)合理論課上所演示的實(shí)驗(yàn),講述具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,但并不需要完全透徹地講解,而是把更多的時(shí)間留給學(xué)生自己思考。如“嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用”課程的實(shí)驗(yàn),教師在課上演示如何建立SAMBA服務(wù)器實(shí)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境,簡要地闡述一遍實(shí)驗(yàn)的原理及其過程,把更多時(shí)間留給學(xué)生,讓學(xué)生自己建立SAMBA并建立通訊,鼓勵(lì)同學(xué)間的相互討論和提出問題。
3) 單門的課程設(shè)計(jì)。
課程設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)為主,在一學(xué)期的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高學(xué)生對整門課程知識(shí)的理解以及對相應(yīng)基礎(chǔ)課程知識(shí)的復(fù)習(xí),并培養(yǎng)學(xué)生一定的動(dòng)手能力。如操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)“銀行家算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步”結(jié)合了C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識(shí),不僅可以復(fù)習(xí)鞏固一系列相關(guān)課程知識(shí),我們還對這些課程知識(shí)進(jìn)行匯總,設(shè)計(jì)出綜合性課程設(shè)計(jì),提升學(xué)生知識(shí)體系的系統(tǒng)性。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書按照知識(shí)要點(diǎn),循序漸進(jìn),對這些基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了進(jìn)一步的綜合,從而使學(xué)生將離散的知識(shí)點(diǎn)逐步綜合起來,增強(qiáng)了其實(shí)踐能力。
4) 綜合性實(shí)踐。
在學(xué)習(xí)完各門基礎(chǔ)課程之后,教師采用適當(dāng)?shù)墓こ贪咐_展一站式綜合案例教學(xué):
(1) 講解具體項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn),并將它們聯(lián)系起來;
(2) 將同學(xué)們按項(xiàng)目分成小組,引導(dǎo)各組進(jìn)行項(xiàng)目的討論并完成具體設(shè)計(jì),這樣不僅可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力,還能培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和綜合能力。
3課程體系驗(yàn)證
通過該課程體系的培訓(xùn),學(xué)生能夠具備一定的硬件系統(tǒng)開發(fā)能力。下面就通過一個(gè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目――機(jī)房溫度濕度檢測硬件系統(tǒng)的開發(fā)來驗(yàn)證課程體系的有效性。
該項(xiàng)目的系統(tǒng)原理圖如圖2所示。系統(tǒng)采用ARM7系列LPC2114芯片作為控制單元,設(shè)備包括溫度、濕度傳感器、降溫通氣設(shè)備控制接口、鍵盤和液晶顯示屏。其中鍵盤和液晶顯示屏作為系統(tǒng)與人機(jī)控制的界面,這些設(shè)備采用RS-485通信接口方式和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,如及時(shí)給用戶發(fā)送信息,用戶對設(shè)備進(jìn)行操作、處理等。
通過圖2可以清晰地看到計(jì)算機(jī)與電子專業(yè)的結(jié)合:
1) 學(xué)生在選擇相關(guān)的設(shè)備時(shí)需要用到一定的數(shù)字電路和模擬電路等技術(shù)知識(shí),并了解相應(yīng)的參數(shù);
2) 選好了各種款式的電子設(shè)備后,需要設(shè)計(jì)可靠的電路,這更需要學(xué)生在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中獲取的經(jīng)驗(yàn);
3) 選好了硬件外設(shè)和控制芯片之后,將這些設(shè)備與CPU進(jìn)行連接,就需要用到計(jì)算機(jī)組成原理和嵌入式接口技術(shù)相關(guān)的知識(shí);
4) 接著,需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng),這將涉及嵌入式操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
當(dāng)上述步驟完成后,系統(tǒng)可以通過傳感器獲取需要的外部信息。但還需要對所采集的信號(hào)進(jìn)行處理,然后將處理后的信息反映到顯示器上,用戶還可以通過相應(yīng)的設(shè)置,進(jìn)行一些簡單的設(shè)置,在這里就會(huì)用到如A/D轉(zhuǎn)換、通信原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后,學(xué)生通過Protel繪制電路圖,制作電路板將所有的外設(shè)和芯片集成起來,安裝操作系統(tǒng)和編寫好的控制軟件,這樣就形成了可以實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)硬件產(chǎn)品。
4結(jié)語
通過這種以完成項(xiàng)目為每門課程最終目的的方式,強(qiáng)調(diào)“授之以漁”的教學(xué)宗旨,使得學(xué)生每學(xué)完一門課程就能解決一些相應(yīng)的實(shí)際問題,很好地提高學(xué)生的動(dòng)手能力和對學(xué)科的積極性,從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn):
[1] 劉全利,黃賢英,楊武. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才培養(yǎng)新思路[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào),2005,19(6):144-145.
[2] 易法令,謝云. 計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)的系統(tǒng)性與實(shí)踐性探討[J]. 理工高教研究,2005,24(1):83-84.
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；嵌入式系統(tǒng)；Linux系統(tǒng)
嵌入式Linux系統(tǒng)由于具有開源、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、內(nèi)核穩(wěn)定高效等特性，在產(chǎn)品開發(fā)周期、產(chǎn)品的功能可擴(kuò)展性、開發(fā)時(shí)的人力投入等方面都具有顯著的優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于中低端智能電子設(shè)備中。隨著物聯(lián)網(wǎng)的趨熱，作為物聯(lián)網(wǎng)的底層技術(shù)之一的嵌入式智能技術(shù)將具有巨大的市場前景[1-2]。
而在高校教學(xué)中，對于嵌入式技術(shù)這類強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題的能力是至關(guān)重要的。本文針對當(dāng)前高等院校嵌入式實(shí)驗(yàn)課程，特別是嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)這門課程的教學(xué)投入不足、學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳的問題，提出了具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方案。并且詳細(xì)地剖析了一些重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，給出了這些實(shí)驗(yàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的具體方案。
1嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程分析
嵌入式Linux課程設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的滲透性，與其他專業(yè)課程相比，嵌入式Linux課程設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的特點(diǎn)[3]：該課程對學(xué)生的專業(yè)知識(shí)有較高的要求，課程具有交叉性，并且對學(xué)生的動(dòng)手能力和系統(tǒng)思考解決問題的能力要求較高。
通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠掌握嵌入式Linux系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方面的基本概念和技能，嵌入式軟件設(shè)計(jì)的一般方法和流程，以及基本的實(shí)時(shí)控制方法、嵌入式網(wǎng)絡(luò)編程、嵌入式文件系統(tǒng)操作、I/O控制等知識(shí)；通過綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和模擬，使學(xué)生能夠達(dá)到實(shí)際開發(fā)能力的目的。然而嵌入式系統(tǒng)的一大特色表現(xiàn)在發(fā)展速度上[4]。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用無處不在，其知識(shí)的新陳代謝的非常快，新技術(shù)層出不窮，這就需要教師不斷地將新的應(yīng)用技術(shù)補(bǔ)充到嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系之中，推陳出新，設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，針對嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)開發(fā)綜合項(xiàng)目的能力，使學(xué)生能夠設(shè)計(jì)出實(shí)用的嵌入式軟件系統(tǒng)，適應(yīng)于社會(huì)的需要。
本文的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行在ARM-Linux操作系統(tǒng)下，結(jié)合ARM2410/PXA270/OMAP5910平臺(tái)的嵌入式Linux程序設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，秉承理論與實(shí)踐相結(jié)合的思想，幫助學(xué)生快速跨入嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的門檻。
2嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程涉及操作系統(tǒng)分析和應(yīng)用軟件編程等知識(shí)，學(xué)生需要能夠理解嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作原理、掌握基本的開發(fā)流程和開發(fā)工具的使用方法。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上既有簡單的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)也有復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)，每部分的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了“分層次、分階段”的教學(xué)思想。本文將實(shí)驗(yàn)分為三部分：
2.1基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)
目的是讓學(xué)生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程；熟悉實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具，掌握實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具的操作方法及使用，熟悉軟件編程環(huán)境，為更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
2.1.1嵌入式應(yīng)用程序交叉開發(fā)環(huán)境的建立
本實(shí)驗(yàn)介紹了一般的嵌入式開發(fā)流程，以及開發(fā)環(huán)境中的軟件和硬件的安裝與調(diào)試。目的是讓學(xué)生了解嵌入式交叉編譯的相關(guān)知識(shí)，以及能夠搭建嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。
2.1.2開發(fā)基本的嵌入式應(yīng)用程序?qū)嵗?/p>
通過嵌入式應(yīng)用程序Makefile與Hello World實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉Linux開發(fā)環(huán)境，了解基本的嵌入式開發(fā)的基本過程，以及Makefile的基本內(nèi)容，掌握基本的程序設(shè)計(jì)方法與流程，建立起任務(wù)的概念，為后續(xù)的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。
2.1.3Linux 多線程使用實(shí)例――生產(chǎn)者-消費(fèi)者協(xié)議
通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解操作系統(tǒng)提出的多個(gè)機(jī)制對線程的執(zhí)行順序進(jìn)行限制，包括互斥鎖和條件變量等機(jī)制。在這里引入生產(chǎn)者―消費(fèi)者模型對多線程的管理機(jī)制進(jìn)行描述。目的是讓學(xué)生了解多線程程序設(shè)計(jì)的基本原理，并且使學(xué)生學(xué)習(xí)pthread庫函數(shù)的使用。
2.1.4進(jìn)程相關(guān)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)――進(jìn)程創(chuàng)建及通信
通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解對于操作系統(tǒng)進(jìn)程的一些基本操作，包括進(jìn)程函數(shù)、信號(hào)函數(shù)和管道函數(shù)的相關(guān)使用機(jī)制等。目的是讓學(xué)生了解在Linux下進(jìn)程通信的相關(guān)原理，以及掌握使用進(jìn)程進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的能力。
2.2基本技能性實(shí)驗(yàn)
通過構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)以及內(nèi)核定制、系統(tǒng)引導(dǎo)、文件系統(tǒng)、接口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、圖形界面設(shè)計(jì)、以及通信應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語，體會(huì)嵌入式Linux系統(tǒng)的組成要素，提高操作的人性化水平、完成功能完善的應(yīng)用系統(tǒng)。目的是讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)特有的編程機(jī)制和提供的各種編程接口，使之具備基本的嵌入式程序開發(fā)技能。
2.2.1嵌入式Linux內(nèi)核、引導(dǎo)系統(tǒng)和文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
通過構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)以及內(nèi)核定制等實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語、體會(huì)嵌入式Linux系統(tǒng)的組成要素。目的是讓學(xué)生了解Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)、具有編譯Linux內(nèi)核的能力，以及了解一個(gè)操作系統(tǒng)的構(gòu)造。
1)Linux內(nèi)核裁剪與編譯實(shí)驗(yàn)。
以源程序的形式提供給學(xué)生一個(gè)分析研究的例子，展示內(nèi)核的配置、內(nèi)核鏡像的編譯過程以及內(nèi)核的測試。讓學(xué)生了解Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，以及操作系統(tǒng)的構(gòu)造，使學(xué)生具有編譯Linux內(nèi)核的能力。
2) 引導(dǎo)系統(tǒng)和文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
此處利用一個(gè)階段性的綜合性實(shí)驗(yàn)―軟盤Linux操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生了解一個(gè)操作系統(tǒng)的構(gòu)造，以及如何制作軟件Linux操作系統(tǒng)。在該實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生使用軟盤進(jìn)行GRUB配置，讓學(xué)生觀察如何實(shí)現(xiàn)的引導(dǎo)系統(tǒng)；之后使用make menuconfig進(jìn)行內(nèi)核配置，再使用BusyBox編譯生成一個(gè)新的根文件系統(tǒng)，使學(xué)生了解文件系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的；最后將內(nèi)核鏡像和根文件系統(tǒng)整合到軟盤中完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在讀懂源程序流程的基礎(chǔ)上可以對例程進(jìn)行修改，驗(yàn)證是否完成所設(shè)想的功能。
2.2.2嵌入式Linux接口設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)
驅(qū)動(dòng)開發(fā)是嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)中一個(gè)重要的組成部分，此部分實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的前述基本功要求較高，要求學(xué)生不僅要熟悉Linux的內(nèi)核機(jī)制、驅(qū)動(dòng)程序與用戶級(jí)應(yīng)用程序的接口關(guān)系，還要考慮設(shè)備的并發(fā)操作等因素，而且要了解所開發(fā)硬件的工作原理。
1) 虛擬驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)驗(yàn)。
使用靜態(tài)結(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和測試。需要學(xué)生首先創(chuàng)建一個(gè)新目錄，并在其中編寫驅(qū)動(dòng)程序nodevfs.c和Makefile文件，然后編譯生成驅(qū)動(dòng)程序模塊。基于該驅(qū)動(dòng)程序模塊編寫測試程序。然后將程序模塊裝入到目標(biāo)開發(fā)板上，建立設(shè)備結(jié)點(diǎn)并連接，運(yùn)行及測試程序。通過本實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以學(xué)習(xí)在Linux下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的原理，掌握使用靜態(tài)結(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行開發(fā)調(diào)試的過程以及如何使用動(dòng)態(tài)devfs方式進(jìn)行開發(fā)調(diào)試的過程。
2)A/D接口驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。
要求學(xué)生使用C語言編程Makefile文件和線程庫，完成A/D驅(qū)動(dòng)程序以及測試程序。例如要求學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)采集A/D前三路通道信息，并在終端上顯示0～9的范圍。通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠掌握程序編寫的基本過程，以及了解S3C2410芯片的8通道10位A/D的操作與控制。
2.2.3嵌入式Linux圖形界面實(shí)驗(yàn)
1)Qt圖形界面相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
要求學(xué)生使用C語言進(jìn)行編程，以及Makefile文件來完成Qt圖形界面相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生熟悉如何在Linux環(huán)境下安裝Qt和Qt/Embedded環(huán)境，如何在Qt/Embedded環(huán)境下使用qvfb顯示程序結(jié)果，以及如何完成Qt/Embedded的交叉編譯環(huán)境并且運(yùn)行程序。
2)Qtopia的移植以及編程實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生熟悉如何在Linux環(huán)境下安裝Qtopia環(huán)境，如何使用qvfb顯示Qtopia環(huán)境，以及如何在開發(fā)板上運(yùn)行Qtopia環(huán)境。在了解了安裝Qtopia的基本步驟后，需要將Qtopia移植到ARM平臺(tái)上運(yùn)行。
2.2.4嵌入式Linux下的通信實(shí)驗(yàn)
隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，純單機(jī)工作已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的需求，因此各個(gè)系統(tǒng)之間的信息交互由于具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值面成為嵌入式技術(shù)更深層次的應(yīng)用。因此需要學(xué)生掌握嵌入式Linux系統(tǒng)下的各種通信應(yīng)用，包括串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信、藍(lán)牙通信以及CAN總線通信。學(xué)生可以嘗試把通信編程和之前的各種案例結(jié)合起來，完成功能更加完善的應(yīng)用系統(tǒng)。
1) 串口通信實(shí)驗(yàn)。
串口作為計(jì)算機(jī)一種常用的接口，具有連接線少、通信簡單的優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。特別是在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用中，經(jīng)常需要使用宿主機(jī)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)的調(diào)試及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制。從而通過串口線連接宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)達(dá)到通信的目的。
要求學(xué)生編寫發(fā)送端程序和接收端程序，發(fā)送端程序經(jīng)交叉編譯后在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行，接收端程序在宿主機(jī)上運(yùn)行，發(fā)送端程序通過串口發(fā)送字符給接收端。本實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生了解使用Telnet登陸目標(biāo)機(jī)的方法以及掌握串口通信的編程方法。
2) 網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)。
隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，需要解決網(wǎng)絡(luò)間不同主機(jī)進(jìn)程間的相互通信問題。為了解決網(wǎng)絡(luò)上的不同主機(jī)，可以用相同的進(jìn)程號(hào)來表示沒有任何關(guān)系的兩個(gè)進(jìn)程的問題，從及操作系統(tǒng)支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議眾多，不同協(xié)議的工作方式不同，地址格式不同等問題，實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生首先熟悉TCP/IP協(xié)議中引入的地址和端口的概念，并要求學(xué)生使用C語言編寫skt_cli.c程序，stk_ser.c程序以及相應(yīng)的Makefile文件，編譯成功后生成執(zhí)行文件后，在嵌入式開發(fā)平臺(tái)和宿主機(jī)上運(yùn)行測試。本部分實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谑箤W(xué)生了解在Linux系統(tǒng)下的Socket通信的基本原理，以及使學(xué)生掌握Socket編程的相關(guān)知識(shí)。
3) 藍(lán)牙相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
藍(lán)牙計(jì)劃主要是面向網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備，使用無線微波的方式將它們連成一個(gè)微網(wǎng)，多個(gè)微網(wǎng)之間也可以互連，從而方便快速地實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生編譯內(nèi)核，使內(nèi)核包含藍(lán)牙模塊的相關(guān)驅(qū)動(dòng)，重新燒寫內(nèi)核，最終使開發(fā)板上的藍(lán)牙適配器能夠和Windows主機(jī)中的藍(lán)牙適配器建立連接。其目的使學(xué)生掌握藍(lán)牙設(shè)備通信原理，以及Linux嵌入式開發(fā)平臺(tái)上藍(lán)牙設(shè)備的使用。
4)CAN總線實(shí)驗(yàn)。
要求學(xué)生使用C語言進(jìn)行編程，完成Makefile文件，CAN驅(qū)動(dòng)程序，以及測試程序的編寫。目的在于使學(xué)生掌握CAN總線通信原理，以及學(xué)習(xí)CAN總線控制器MCP2510驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，使學(xué)生能夠更改CAN應(yīng)用程序的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)開發(fā)板之間CAN數(shù)據(jù)信息的收發(fā)。
2.3綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)
此階段實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谶\(yùn)用基礎(chǔ)技能部分所學(xué)，進(jìn)行綜合應(yīng)用，獨(dú)立完成項(xiàng)目開發(fā)。由于是綜合實(shí)驗(yàn)，因此在第二階段即給出題目，要求學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行構(gòu)思與準(zhǔn)備，最后連接代碼。以基于藍(lán)牙技術(shù)的嵌入式點(diǎn)菜系統(tǒng)為例，對項(xiàng)目進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)以及具體實(shí)現(xiàn)的步驟進(jìn)行介紹。
大多數(shù)無線點(diǎn)菜系統(tǒng)都是一套基于掌上電腦和802.11b無線局域網(wǎng)技術(shù)的實(shí)用型系統(tǒng)。從功能上來說，嵌入式開發(fā)板端即客戶端，包括開臺(tái)點(diǎn)菜模塊和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊；PC機(jī)端即服務(wù)器端，包括菜單管理模塊、消費(fèi)結(jié)賬模塊和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊。客戶端和服務(wù)器端的藍(lán)牙傳輸模塊都是通過后臺(tái)線程實(shí)現(xiàn)的，而其他模塊都是通過與Qt圖形界面的交互實(shí)現(xiàn)的。
整個(gè)點(diǎn)菜系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)為一個(gè)微微網(wǎng)，服務(wù)器端位于該微微網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)，利用BT_PROTO_ RFCOMM協(xié)議與其他的點(diǎn)菜端進(jìn)行通信。
1) 服務(wù)器端設(shè)定了接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，分別保存接收到的點(diǎn)菜信息和要發(fā)送的結(jié)賬房間號(hào)，利用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和界面事件處理的“并行”執(zhí)行。服務(wù)器端程序一運(yùn)行，在建立圖形界面的同時(shí)，創(chuàng)建用于藍(lán)牙通信的線程并進(jìn)行連接監(jiān)聽；當(dāng)客戶端建立藍(lán)牙連接后，通信線程不斷地從與點(diǎn)菜終端的連接中讀取數(shù)據(jù)，若讀到數(shù)據(jù)，則保存到接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，表示有點(diǎn)菜信息，便進(jìn)行信息提取并保存到數(shù)據(jù)庫的消費(fèi)信息表中。同時(shí)，不斷地檢查發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，若緩沖區(qū)內(nèi)容不為空，表示有了結(jié)賬的房間，則向點(diǎn)菜終端發(fā)送該數(shù)據(jù)。同樣，客戶端也設(shè)定了接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，分別保存接收到的結(jié)賬房間號(hào)和要發(fā)送點(diǎn)菜信息，利用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和界面事件處理的“并行”執(zhí)行。
2) 藍(lán)牙程序的開發(fā)主要是利用Bluez協(xié)議棧中的相關(guān)庫函數(shù)，主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是sockaddr_rc，該結(jié)構(gòu)的用法與Socket中的sockaddr_rc類似。藍(lán)牙通信和Socket通信類似。另外藍(lán)牙地址BD_ADDR和相應(yīng)字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)：bas2str(&rem_addr.rc_bdaddr, buf); str2ba(dest,&addr.rc_bdaddr)。
3結(jié)語
嵌入式Linux系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，本文列出多個(gè)實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，構(gòu)成了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，目的是讓學(xué)生由淺入深，循序漸進(jìn)地去學(xué)習(xí)、了解和掌握嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)流程，對學(xué)生的嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)能力培養(yǎng)起到了積極作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李巖,王小玉,孫永春. 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(3):45-47.
[2] 凌明,王學(xué)香,鐘銳. 電子類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系建設(shè)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2007,29(5):4-6.
[3] 王先春,郭杰榮,胡惟文,等. 基于ARM_Linux的嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007(14):163-165.
[4] L.T.Clark，E.J.Hoffillan，J.Miller，et al. An embedded 32- bit microproeessor core or low-power and high-performance applications[J]. In:Proeeeding of IEEE Journal of Solid-State Circuits. San Francisco.2001.US:IEEE Press,2001: 1599-1608.
Design on the Experimental Teaching of Embedded Linux System Development
SHENG Linyang, LI Liping
(Computer Science and Information Engineering College, Harbin Normal University, Harbin 150025, China)
關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；嵌入式軟件；課程體系
中圖分類號(hào)：G 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1672-5913 （2007） 07-0035-03
嵌入式系統(tǒng)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器、智能儀器等眾多領(lǐng)域，“嵌入式無處不在”已成為現(xiàn)實(shí)。而社會(huì)對掌握嵌入式技術(shù)人才的大量需求，使嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年最為熱門的職業(yè)之一。2004年6月，美國電氣及電子工程師學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（IEEE-CS）和美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（ACM）公布了“計(jì)算教程2004”(Computing Curriculum 2004，簡稱CC2004)。CC2004對原“計(jì)算教程CC2001”四個(gè)專業(yè)方向進(jìn)行了修改和擴(kuò)充，并給出了新的評述，其中在計(jì)算機(jī)工程專業(yè)課程中將嵌入式系統(tǒng)作為一門核心課程，分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)。可見，國內(nèi)外將嵌入式技術(shù)人才的培養(yǎng)已經(jīng)作為一個(gè)重點(diǎn)方向。本文根據(jù)江蘇技術(shù)師范學(xué)院以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的教學(xué)體系，對在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中增設(shè)嵌入式軟件專業(yè)方向進(jìn)行探討。
1 增設(shè)嵌入式軟件專業(yè)方向的可行性
20世紀(jì)70年代，隨著微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn)，迅速應(yīng)用在智能化控制領(lǐng)域中，這使計(jì)算機(jī)失去了原來的形態(tài)與通用計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實(shí)現(xiàn)對象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)所涉及到的知識(shí)有電子工程、通信工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科。在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，人才可分為兩類，一類主要是搞硬件設(shè)計(jì)，他們大多數(shù)在本科階段學(xué)習(xí)電子類或通信類專業(yè)；另一類主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開發(fā)，他們大多數(shù)在本科階段學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)。嵌入式產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)完成后，后期工作主要靠軟件技術(shù)人員進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)，不同的軟件體現(xiàn)不同的功能，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)占總工作量的80%左右，所以在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)中需要更多的嵌入式軟件開發(fā)人才。
目前，我校從事嵌入式應(yīng)用方向研究的教師有16人，其中副高以上5人，講師5人，助教6人，獲得碩士以上學(xué)位的教師有8人，在讀研究生4人。與嵌入式相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室有計(jì)算機(jī)組成、接口實(shí)驗(yàn)室，以51序列為主的嵌入式實(shí)驗(yàn)室，以ARM7為主的嵌入式實(shí)驗(yàn)室，正在籌備的以ARM9為核心的嵌入式實(shí)驗(yàn)室。
從社會(huì)需求、師資力量、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等多方面可得出，在我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中增設(shè)嵌入式軟件專業(yè)方向是可行的。
2 嵌入式軟件人才培養(yǎng)目標(biāo)與規(guī)格
2.1 培養(yǎng)目標(biāo)
嵌入式軟件專業(yè)方向是以應(yīng)用為主的專業(yè)，其培養(yǎng)目標(biāo)是：德、智、體、美全面發(fā)展，掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論和軟件開發(fā)的過程，掌握必需的嵌入式軟件理論、主流嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)，和嵌入式軟件編程的技術(shù)、方法和工具，基本具備本領(lǐng)域分析問題解決問題的能力，具備一定的工程實(shí)踐能力，并具備良好外語運(yùn)用能力，從事嵌入式軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的應(yīng)用型人才。
2.2 培養(yǎng)規(guī)格
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（嵌入式軟件方向）的學(xué)制一般為4年，授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位。學(xué)生在專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力以及職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)過程中，逐步提高自身的獲取知識(shí)的能力、應(yīng)用知識(shí)能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。
（1）職業(yè)素質(zhì)
現(xiàn)代企業(yè)需要的人才是職業(yè)化的專業(yè)人才，企業(yè)選拔、考核人才主要從德、能、勤、績四個(gè)方面考核，德排在首位，因此，職業(yè)素質(zhì)是培養(yǎng)嵌入式軟件人才的基礎(chǔ)。在計(jì)算教程CC2004報(bào)告中，各專業(yè)方向的知識(shí)領(lǐng)域中都包含社會(huì)和職業(yè)生涯方面的知識(shí)，涉及與計(jì)算相關(guān)的哲學(xué)、歷史、社會(huì)、職業(yè)和道德責(zé)任、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、隱私和公民自由、計(jì)算機(jī)犯罪等內(nèi)容。通過這些知識(shí)體培養(yǎng)學(xué)生的思想品德、職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任。一個(gè)合格的人才首先要具備良好的職業(yè)素質(zhì)。
（2）專業(yè)能力
嵌入式系統(tǒng)專業(yè)方向知識(shí)結(jié)構(gòu)比較龐大，為了在本科階段培養(yǎng)出合格的嵌入式軟件專業(yè)人才，需要將計(jì)算機(jī)知識(shí)、嵌入式系統(tǒng)知識(shí)、相關(guān)交叉學(xué)科（電子、通信）基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)合起來，形成嵌入式軟件專業(yè)方向領(lǐng)域知識(shí)。
（3）實(shí)踐能力
培養(yǎng)嵌入式軟件人才，工程實(shí)踐能力非常重要，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)是以應(yīng)用為中心，要求學(xué)生能借助于硬件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際的研究與開發(fā)，并且要求學(xué)生具有獨(dú)立設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力，同時(shí)也要求學(xué)生具有團(tuán)隊(duì)合作的能力，這就需要在實(shí)踐技能訓(xùn)練過程中，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。
3 課程體系結(jié)構(gòu)
從企業(yè)實(shí)際用人需求出發(fā)，分析現(xiàn)階段嵌入式相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、行業(yè)人才需求特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，合理地安排課程，是培養(yǎng)優(yōu)秀人才的關(guān)鍵。根據(jù)培養(yǎng)嵌入式人才的能力構(gòu)成將所學(xué)課程歸納為如下五個(gè)模塊：
人文社科模塊（A模塊）：在于強(qiáng)化學(xué)生的思想道德素質(zhì)、文化素質(zhì)和職業(yè)素質(zhì)，讓學(xué)生對社會(huì)環(huán)境有所認(rèn)識(shí)和了解。可安排政治思想、形勢與政策、法律等人文社科方面的課程，大學(xué)語文、英語、體育、心理學(xué)、經(jīng)營管理等方面的課程，以及培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力相關(guān)的課程也放在該模塊中。
基礎(chǔ)學(xué)科模塊（B模塊）：在于為學(xué)生打下扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要安排高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等方面的基礎(chǔ)課程。
專業(yè)知識(shí)模塊（C模塊）：是體現(xiàn)本專業(yè)業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)的核心、涉及專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程。
專業(yè)基礎(chǔ)課程主要有離散數(shù)學(xué)、電路與電子學(xué)、邏輯設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)概論和學(xué)科前沿講座。
專業(yè)核心課程主要有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、嵌入式微處理器原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、算法設(shè)計(jì)與分析、軟件工程方法學(xué)、Java 語言程序設(shè)計(jì)。
實(shí)踐教學(xué)模塊（D模塊）：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作能力和操作技能，主要安排為實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、職前培訓(xùn)或案例分析等環(huán)節(jié)。
專業(yè)擴(kuò)展模塊（E模塊）：是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)和職業(yè)適應(yīng)能力，該模塊課程設(shè)置為選修課程，可分為專業(yè)必修課程和專業(yè)任選課程。必修課程主要有嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、DSP軟件開發(fā)技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用。專業(yè)任選課程可安排多種不同要求的選修課，任選課有 Windows 環(huán)境與編程、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、無線局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全技術(shù)、J2ME、移動(dòng)通信、家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、WinCE 操作系統(tǒng)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、傳感器概論等。
4 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
為了讓學(xué)生能夠深入地理解和掌握嵌入式軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)技術(shù)，必須建立嵌入式軟件實(shí)驗(yàn)室，在建立嵌入式軟件實(shí)驗(yàn)實(shí)之前，首先要對嵌入式實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)體系、實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍等諸多方面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，以保證嵌入式軟件實(shí)驗(yàn)室能夠滿足學(xué)生掌握嵌入式軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室要配備相應(yīng)的硬件開發(fā)環(huán)境和軟件。硬件包括開發(fā)板、仿真器等必須的硬件設(shè)備，最好采用以ARM9為核心的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，軟件包括常用的Linux、μC/OS、VxWorks、WinCE等常用操作系統(tǒng)，以及相應(yīng)的軟件開發(fā)工具。實(shí)驗(yàn)室要有經(jīng)驗(yàn)豐富的、具有項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
5 結(jié)束語
在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中設(shè)置嵌入式軟件專業(yè)方向是可行的，它符合社會(huì)發(fā)展的需要。由于嵌入式系統(tǒng)將多種學(xué)科交織在一起,所以在制訂教學(xué)計(jì)劃，專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系時(shí)要充分考慮各學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，形成嵌入式軟件專業(yè)方向人才培養(yǎng)的獨(dú)特體系。
參考文獻(xiàn)：
[1] 魏洪興,王田苗. 軟件專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系研究[C].第三屆全國高等院校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研討會(huì)論文集，北京:清華大學(xué)出版社,2005.
[2] IEEE Computer Society/ACM Task Force on Computing Curriculum. Computing Curricula-Computer Enginnering “Iron-Man Draft”. June 8,2004 (/ece/CCCE/).
[3] 康一梅. 嵌入式軟件工程人才系統(tǒng)化教育探索[C].第三屆全國高等院校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研討會(huì)論文集.北京:清華大學(xué)出版社,2005.
[4] 2006年第三屆全國高等院校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研討會(huì)第一屆全國嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.
