時間：2022-06-03 17:43:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇嵌入式課程總結，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】嵌入式系統；教學模式；獨立學院
1.引言
目前，國內開設有關嵌入式系統課程的獨立學院極少，培養出的基于Linux平臺上的嵌入式軟件開發人員更是鳳毛麟角。所以，注重應用能力培養的獨立院校，特別是有計算機、電子技術等相關專業的工科獨立院校，應該盡早引入嵌入式系統的教育，結合自己專業特點，大力開展嵌入式系統的教學工作。
2.嵌入式系統簡介
嵌入式系統一般指非PC系統，而是指小型、專用的計算機系統。它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起，應用程序控制著系統的運作和行為；操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
3.國內嵌入式系統教學的現狀
國內教育界將嵌入式系統的教學大致分為三類：軟件學院專業嵌入式教學；計算機專業嵌入式教學；電子、自動化等相關專業嵌入式教學，對于嵌入式系統的教學研討從嵌入式課程體系的設置、嵌入式理論教學的開展、嵌入式實驗教學的開展、嵌入式綜合設計與學生工程實訓等幾方面展開。
4.嵌入式系統教學模式的探討
綜觀國內外，長期以來都沒有專門針對嵌入式系統專業的學科設置，從事該領域的研發人員都來自不同專業背景，例如自控、電子工程、通信工程、計算機應用等專業。由于知識結構不能完全滿足嵌入式系統工程的要求，需要經過較長的再培訓才能勝任嵌入式系統工程師的工作。嵌入式系統教育給傳統計算機、電子信息工程教育帶來了巨大的沖擊和挑戰，也帶來了歷史的發展機遇。嵌入式系統工程（ESE）是一個全新的專業，需要企業和社會的認知過程，課程體系需要經歷設計、發展、完善的過程。
通過與國內其他高校的專家的探討與學習，結合西部高校普遍存在的資金非常缺乏，實驗條件的局限，以及電子信息工程專業學生的特點，我們積累和總結出關于嵌入式系統教育教學模式的一些想法，列舉如下：
4.1 建立一套適合學校特點的課程體系
嵌入式課程是近幾年來建立的一門新課程，有它自身的特點、規律。嵌入式的課牽扯面很廣，包括研究生的課程、本科生的課程、技能課程的培訓等。由于該課程與實際結合得非常緊密，容易教成短期培訓，而作為一門課程要有自己的規律，不要把這個課程做成嵌入式系統教學的技能培訓，要結合獨立學院的自身培養目標特點制定出相應的教學計劃以及實施方案。例如在我校，針對電子信息工程專業，目前師資力量等都不能滿足直接建立一個嵌入式系統的專業，設想把嵌入式系統設定為電子信息工程專業本科主修方向，在低年級時開設相關的專業選修課，讓有意于此方向的學生打好基礎，在本科高年級進一步學習。作為電子信息工程專業，在教學中一定不能光注重應用，也要將清楚計算機本身的規律在什么地方，為什么發展嵌入式，有什么原理進行探討，從而建立一套適合我們特點的課程體系。
4.2 課程應該分層次
嵌入式系統教學的層面應不同，有研究生、本科生高年級、重點大學、普通大學、獨立學院等的分別，在授課時有所區別。在本學院推行這門課，考慮到針對的是電子信息工程專業，和其他學院的側重點是不同的，但作為電子信息專業中的一個主修方向，在教學中應該突出原理與應用的緊密結合且能體現出理論和實踐并重的特點，在教材的選定上應該包括有關嵌入式處理器、操作系統（linux或ubantu）、開發平臺和應用，重點學習原理及相關應用。
4.3 主動去獲得更多的支持
由于學校在技術、經驗、資金等方面有很多的困難，所以應該主動尋求以獲得更多的幫助，例如主動跟國內外相關公司索取資料、設備，要求一些技術支持等，積極組織教師參加全國范圍的各種嵌入式系統教學研討會、及到各知名企業進修，讓教師深入了解技術發展。
4.4 可利用仿真軟件、書籍內容輔助實驗教學
如果讓理論知識能讓學生達到所見即所得是本課程教學的重點和難點，由于資金的缺乏，現成的實驗板很昂貴，應采用仿真和實驗相結合的方法，一部分學生在SkyEye、microwindows仿真環境下做實驗，一部分學生在實驗板上面做實驗，在實驗之后再一起互相討論。
4.5 利用互聯網進行教學交流
由于教師對嵌入式系統課程不熟悉，在教學中要自己一邊學習一邊講課，應該充分利用極其豐富的網絡資源，例如教學課件及背景資料都可以從網站上下載，教師和學生均可通過論壇交流。
4.6 全國高校大學生電子競賽及行業相關競賽
通過組織學生參加全國高校大學生電子競賽來深入了解和學習嵌入式系統。雖現在的電子競賽還沒有直接用到嵌入式系統，但是我們必須現在開始在思想上有所改變，主要是使學生多搞創新想法，而不僅僅是產品創新。
5.結語
嵌入式系統工程是一個全新的專業，目前的關鍵是怎樣與現有專業學科融合，以及怎樣進行現有課程體系的改革和調整。我國在嵌入式系統教育方面起步較早的是北京大學軟件與微電子學院的嵌入式系統系，他們已經形成了較為完善的課程體系、專業水平較高的師資隊伍和與國際技術接軌的嵌入式系統工程實踐環境，目前，嵌入式系統系在我院本科生達到480人。獨立學院由于很多因素的制約在教育上也比較落后，但已經積極行動起來，投身到嵌入式系統教育中去，為我國嵌入式系統的發展輸送更多的優秀人才。
參考文獻
[1]馬忠梅.嵌入式系統教學模式探討[J].單片機與嵌入式系統應用，2008（11）：5-37.
[2]徐敏，林瑞金.關健生嵌入式系統教學改革與實踐[J].電氣電子教學學報，2009（3）：13-22.
關鍵詞:嵌入式系統;課程群;實驗教學體系;開放實驗室;教學方式
隨著嵌入式技術日益普及,國內外企業紛紛加大了對嵌入式產品的研發,嵌入式系統產業的人才需求也日益旺盛[1]。為了適應社會和行業的廣泛需求,全國各高校紛紛開設嵌入式系統課程,嵌入式系統課程一時成為各高校最受歡迎和最熱門的課程之一[2]。然而,與嵌入式技術的快速發展相比,我國教育機構在此方面的培養則相對滯后[3-4],作為一個新興的課程體系,嵌入式系統課程在理論教學和實踐教學方面存在很多不足,特別是一般院校在教學實踐中遇到了很多困難和問題[5-7]。本文針對這些問題和不足進行了分析,并結合筆者在嵌入式系統教學方面的實踐和對其他高校經驗的總結,提出了相應對策以供討論和研究。
1現狀分析
作為一個新興的課程體系,嵌入式系統的理論教學和實踐教學一直處于不斷探索和磨合的階段,遠不如其他課程那樣成熟和完善。一般院校的教學實踐目前主要存在以下幾個問題:
1) 嵌入式系統入門難,且不同專業的學生各有其局限性。
嵌入式系統領域門檻較高,要求開發人員不僅要懂底層的硬件,而且要有較高的軟件專業水平[8],在有限的學時里要掌握好軟硬兩方面,對學生來說壓力很大。各專業學生的背景知識參差不齊,自動化、測控和電子類的學生往往硬件基礎好,軟件偏弱;而計算機和軟件工程類的學生往往軟件基礎好,硬件偏弱。
2) 實驗環節復雜,師資力量有限。
一般院校在嵌入式系統方向的師資有限,特別是實驗人員極其匱乏,而嵌入式系統實驗難度大,過程復雜,學生遇到的問題多,需要教師投入很多的精力和時間。另外,嵌入式實驗設備需要比其他實驗更多的維護和管理,這也會增加實驗老師的工作量。
3) 實驗設備匱乏,實驗資源使用受限。
嵌入式系統開發板、仿真工具等實驗器材價格不菲,學生無法自行配備,只能到實驗室進行實驗,而這限制了學生隨時、隨地學習的靈活性,也限制了學生創意和靈感的發揮,而一般院校經費投入有限,開發板的數量有限,這也在相當程度上限制了學生的實踐時間和空間。
4) 實驗內容單一,缺乏綜合性和創新性內容。
很多院校的實驗學時偏低,且實驗內容單一,大都是基礎性、驗證性實驗,缺乏設計性、綜合性實驗,有的即使是綜合性的,但很少更新,與業界的主流開發技術和開發平臺脫離,致使學生所學與業界實際需求有差距,失去了嵌入式教學的意義。
5) 缺乏完善的立體教學資源和環境,同時教學手段落后、單一。
很多院校還沒有建立起完善的教學體系,更缺乏支撐學生學習的立體教學資源和環境,除了上課和實驗以外,缺乏其他的方式、手段來鞏固和促進學生的學習和進一步的發展。在教學方式上,仍然采用了過去相對落后和單一的講學方式,只是采用PPT進行“灌輸式”、“一言堂”的理論講解。
2對策探討和研究
本文結合筆者的實際任教經驗、平時的思考以及對一些重點院校、嵌入式技術公司的調研,提出針對上述幾個問題的對策以供研究和探討。
1) 院系合作,建立合理、完善的嵌入式系統課程群。
嵌入式系統課程內容多而雜,系統性和綜合性強,嵌入式系統本身就是一個包含軟件和硬件的完整微型計算機系統,因此,嵌入式系統的設計原理和技術不是一兩門課程就能講授的,需要建立一個完整的嵌入式系統課程群。參考和總結各高校嵌入式系統課程的開設情況,本文認為圖1所示的嵌入式系統課程群是可以借鑒的。
其中,硬件基礎和軟件基礎課程是作為嵌入式系統課程的先修課程,在低年級開設,而嵌入式系統原理、嵌入式處理器結構、嵌入式操作系統和嵌入式軟件開發技術4門課作為課程群的主干課,主要為本科三、四年級和研究生開設。這些課程不是為了嵌入式系統而重復開設的,而是結合嵌入式系統進行重新調整和優化,以便于嵌入式系統的課程學習。
為了節約師資力量和共享實驗設備,相關院系可以建立合作機制,互補開設課程。例如,計算機專業的學生可以選修自動化或電子專業的模擬電路等課程,而自動化或電子專業的學生可以選修計算機學院的數據結構和操作系統等課程。這樣既可以節約師資力量,也可以共享實驗設備,還可以使“偏軟”和“偏硬”專業的學生進行軟硬互補,互相學習、互相促進。
2) 加強師資培訓和進行結構性擴展。
要解決實驗課中師資力量受限的問題,在不額外引入師資的情況下,可以從橫向和縱向兩個方面進行師資培訓,達到擴展師資力量的目的。橫向是加大對本專業的硬件類課程的相關實驗員(例如體系結構、數字電路課程的實驗員)的培訓,使之可以兼任嵌入式系統實驗員;縱向是可以著力培養少數優秀研究生,使之可以和教師一起帶實驗,每年進行一次選拔,以維持能夠帶實驗的常規人員陣容。
3) 建立開放實驗室。
解決學生實驗設備受限的問題,有兩個思路:一是建立全天候開放性實驗室,使學生可以隨時隨地到實驗室學習和實驗,這里需要建立嚴格的管理制度,既保障學生自由的學習又保障實驗室的安全和規范運作,目前國內很多高校已經有這方面的成功經驗;二是可以引入和開發能夠運行在通用PC平臺上的MPU仿真軟件如SkyEye, 通過仿真軟件,學生可以在自己的PC上建立起ARM系列MPU的運行、調試環境,對操作系統和系統軟件進行開發調試,學生通過初步調試后,可以再到實驗室真實環境下驗證,能夠緩解實驗時間、實驗設備有限的壓力。
4) 構建“一體化、多層次、開放式”創新實驗教學體系。
嵌入式課程是一門實踐性、應用性很強的課程,只有建立完善的實驗教學體系才能培養出真正有動手能力的學生。可以建立多層次、逐步遞進的實驗教學體系,如圖2所示。
在實驗教學中,還應注意打通課程之間的“壁壘”,做到“兩個貫通”――在縱向上把專業基礎課、專業核心課的實驗內容上下貫通,在橫向上將不同門類課程的實驗教學內容左右貫通。
5) 建立完善的立體教學資源和環境,改進教學方式和手段。
可以從以下幾個方面完善教學資源和環境:一是建立嵌入式系統課程資源網站,集資源共享、技術交流、信息反饋等多功能于一體,讓師生、學生之間可以自由學習和交流;二是舉辦嵌入式系統技術講座,邀請來自高校的研究成果突出的學者,來自公司企業的工程技術人員進行專題講座,使學生能接觸到最新的知識和實用技術,并了解社會對嵌入式系統人才的具體需求;三是對難理解、較抽象的課程內容開發配套的CAI軟件輔助教學;四是展開校企合作,為學生創建工程實踐環境;五是舉辦校內嵌入式系統競賽,并引導學生參加地區和全國性的競賽,激發學生的學習熱情和培養學生的創新能力。
改進教學方式和手段可以從大力開發CAI課件、Flas、網絡視頻課件入手,以增強教學的生動性、直觀性、形象性,不僅可以激發學生的學習興趣,也能促進學生對重點和難點的掌握和吸收。對于工程項目,可以錄制項目的完整過程,在實踐教學中向學生展示從設計到實現整個過程的原理、方法和技巧。
3國內高校成功經驗
關鍵詞:計算機;嵌入式;教學;ARM
嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統[1]。它一般由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四部分組成,用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。嵌入式系統因體積小、可靠性高、功能強、靈活方便,其應用已深入到各個領域[2]。每年全球嵌入式系統帶來的相關工業產值已超過1萬億美元。嵌入式系統是當前最熱門最有發展前途的IT應用領域之一[3]。針對市場對嵌入式人才的巨大需求,許多高校的計算機,通信、電子、自動化等專業都相繼開設了嵌入式系統的相關課程。嵌入式系統作為高校新興的一個專業方向,如何開展“嵌入式系統”教學,以達到學習嵌入式技術知識、掌握嵌入式系統基本開發方法和應用的目的,是很多高校都在思索的問題。
本文首先分析了目前“嵌入式系統”教學普遍存在的一些問題,然后對本科院校計算機專業嵌入式系統方向的教學和課程設置應解決的主要問題進行了探討,最后,結合教學實踐,總結了一些教學經驗。
1“嵌入式系統”教學中存在的問題
由于各高校開設“嵌入式系統”課程的時間并不長。目前,各高校在教學中都處于探索階段,存在如
下一些亟待解決的問題。
1.1缺少高質量的教材
因為嵌入式技術往往和行業背景結合緊密,所以高校在選用課程教材時,應考慮理論和實踐應用相結合、面向應用的教材,只有選用這類教材,教學才不會和實踐應用脫節,陷入空洞的理論講解。但通過近幾年的教學實踐和市場調研發現,由于新技術日新月異,相應教材的更新速度很難趕上技術更新的速度,這也導致了很難找到一套普遍適用的系列教材,給教學帶來一定不利影響。
1.2內容深度不夠
嵌入式系統是一門很新的技術,目前雖然很多高校開設了這方面的課程,但是師資往往沒有同步跟上,很多教師都是從單片機教學轉型而來,缺少嵌入式系統相關技術的系統培訓,在短期內無法跟上新技術變革,因此出現教學內容廣度有限,深度不夠的現象。
1.3缺少實踐性
嵌入式系統技術是一門實踐性很強的技術,實踐是教學的重要環節。如指令編程、驅動程序設計、內核的移植設計和應用等知識的學習,需要學生通過大量的實踐環節來加深理解和掌握。但是目前很多高校在開設“嵌入式系統”課程時,缺少相應的實驗設備,沒有與工程實際應用密切結合的課程設計和畢業設計,使得學生實踐能力不強,學習沒有興趣,達不到應有的效果,學生發展后勁不足。
2計算機專業“嵌入式系統”教學的一些思考
嵌入式系統的特點是涉及知識面廣,綜合性、實踐性強,學科發展快,因而學習難度大。不同的專業有不同的特點,對于計算機專業開設“嵌入式系統”課程而言,不能簡單的照搬其它專業的“嵌入式系統”教學模式,必須根據計算機專業學生和課程特點量身打造適合本專業的教學模式。經過近幾年的教學實踐發現,對于計算機專業開設“嵌入式系統”課程,若想達到良好的教學效果,需要先解決以下幾個方面的問題。
2.1選擇ARM芯片還是其它芯片
構成嵌入式系統的核心之一是嵌入式處理器。可以作為嵌入式處理器的主流芯片有ARM、微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、數字信號處理器(DSP)等。目前在嵌入式領域中廣泛應用的是ARM系列芯片。ARM處理器具有高性能、低功耗、低成本的特征[4]。作為世界第一大IP知識產權廠商,ARM公司本身不直接生產芯片,而是靠轉讓設計許可,將其設計的芯片知識產權授權給其他公司,由合作公司生產各具特色的芯片。可以說,ARM公司引發了嵌入式領域的一場革命,在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位,是目前32位市場中使用最廣泛的微處理器[5]。目前,ARM已經成為移動通信、手持計算設備、多媒體數字消費等嵌入式應用的RISC(精簡指令集計算機)標準。因此,學習以ARM為核心芯片架構的嵌入式技術具有非常廣闊的前景。基于ARM芯片的應用廣泛性,在教學實踐中,應選擇ARM作為學習嵌入式系統的重點內容。
2.2選擇ARM7還是ARM9
眾所周知,ARM7的教學偏重于硬件,ARM9的教學偏重于軟件。談到計算機專業開設“嵌入式系統”課程,大家自然就會選擇ARM9。于是,現在各高校計算機專業在引進“嵌入式系統”教學實驗箱時,一種流行的趨勢是普遍采用ARM9核的實驗箱,一方面體現了教師們迫切希望讓學生能接觸最先進的、實用的、前沿技術的良好用心,另一方面也暴露了一
些認知上不足之處,因為這種追求高端設備的做法并非適合計算機專業。ARM7作為學習ARM9的基礎,如果讓學生跳過ARM7而直接學習ARM9是比較困難的,也達不到良好的學習效果。因此,計算機專業的“嵌入式系統”教學也離不開ARM7這一教學環節,因為一個從事基于ARM9的嵌入式Linux或Windows CE軟件開發的程序員,如果沒有扎實的硬件理論,硬件設計和制作基礎,是很難勝任的。此外,計算機專業的學生還有部分人將從事基于實時操作系統的軟件設計,這也是離不開對ARM7的學習的。有鑒于此,我們完全有理由在教學中著重強調ARM7的重要性。
基于上述原因,我們認為ARM9教學偏重于軟件,ARM7教學偏重于硬件,二者是互補的。對計算機專業而言,最好能在課時允許的條件下,兩方面的課程都能開設。我們的做法是:教學中側重于ARM7,而科研中側重于ARM9。這種做法經教學實踐證明是可行和有效的。
2.3選擇嵌入式Linux操作系統還是其它操作系統
目前,嵌入式操作系統可選范圍很大,成熟的嵌入式操作系統有嵌入式Linux系列、Windows CE系列和眾多的實時操作系統。Linux操作系統用于嵌入式系統,產生了幾個不同的版本,重要包括µClinux、嵌入式Linux和RTLinux等,其中µClinux適用于處理器內沒有MMU(內存管理單元)的ARM處理器,RTLinux則側重改善Linux的實時性,而嵌入式Linux除了在圖形和文件系統上與桌面Linux有所不同外,內核本身并無差別,因此作為內核一部分的網絡功能與桌面Linux的一樣強大。Linux作為一種開放源代碼的操作系統,在嵌入式領域應用越來越廣泛。因此,在實際教學中選擇嵌入式Linux操作系統是非常合適的,既不存在版權問題,可以免費使用,同時其開源性,有利于創新性人才的培養。在嵌入式操作系統教學中,應以嵌入式Linux操作系統作為講授和學習的重點。
另外,“嵌入式系統”課程可以說是整個計算機學科的綜合,它基本上涉及了計算機學科的方方面面,包括硬件方面、軟件方面和網絡方面等。這就要求學生在學習嵌入式系統之前,首先學好這些方面的課程,打下了良好的基礎,才能把嵌入式系統的相關內容學好。
3教學實踐經驗
在“嵌入式系統”教學實踐中,除了注重課堂教學效果外,還需要采用多樣化的輔助教學手段,全面提高課程的教學效果。
【關鍵詞】CDIO；電子信息；實踐教學；改革與實踐
早在2000年，由美國麻省理工學院等四所大學組成的跨國研究組合，在Knut andAlice Wallenberg基金會近2000萬美元資助下，該組合通過四年的研究與探索，創立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO國際合作組織。先進的CDIO，代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。“CDIO”是“做中學”原則和“基于項目的教育學習”的集中體現，也是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。嵌入式系統原理與應用是一門理論與實踐相結合的課程，特別注重學生動手能力的培養，因而本課程教學將結合CDIO的教學理念，將學生動手能力的培養作為課程培養的重點之一。
1.嵌入式系統原理與應用的教學現狀
《嵌入式系統原理與應用》是一門針對工程應用的、具有很強實踐性的課程，對電子信息類學生專業技能的培養、學生的就業及個人的發展起到很重要的作用，它可以充分體現學生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力。嵌入式系統知識在電類專業整個課程體系中處于承上啟下的核心地位，一般工業控制系統和智能儀器儀表的實現都離不開嵌入式系統。
然而目前大多數院校采取傳統的教學模式和教學方法，大綱要求規定教學為32學時，因此，一般是20個學時的課堂理論學習，再加上12學時的實驗教學，其結果是教的面廣但不深，學的也似懂非懂，使得大多數學生對《嵌入式系統原理與應用》課程失去了學習興趣，甚至到學習結束也不知道嵌入式系統為何物、能有什么作用，達不到理想的教學效果。
2.嵌入式系統原理與應用的教學特點
在培養“卓越工程師”的教學理念的指導下，把工程應用型人才培養為周圍本課程的教學目標。針對嵌入式系統工程應用中系統設計、電路仿真、設備調試等工程實際，課程建設強調以應用型人才培養為目標，致力于學生熟悉嵌入式系統構成、嵌入式設備技術應用現狀，培養學生發現、分析、解決問題能力的培養。
基于嵌入式的各類系統的設計需要工作人員者具有較強的嵌入式基礎理論知識和實際動手能力，是對工作人員綜合能力與創新能力的考查。本文將從“卓越工程師”人才培養為目標，結合電子信息類專業學生的特點，對學生“嵌入式系統原理與應用”能力培養的相關課程內容、實踐教學方案和實踐教學環節等進行探索，結合做中學（CDIO）教學模式，對嵌入式系統教學模型、教學內容、教學方法和考核方式進行了探討，探討如何培養出適應社會需要的創新型人才，更好地體現出高校教育學生和服務社會的雙重功能。
嵌入式系統原理與應用是一門綜合性知識的教學，以ARM Xscale體系處理器為研究學習的主要對象，從編程模型、指令系統、程序設計基礎和嵌入式開發環境等多個方面做了比較完整的介紹詳細介紹，使學生深入理解和掌握ARM Xscale體系處理器的指令系統，如何應用定時器、AD/DA、中斷、LCD控制器等的關鍵技術來對嵌入式系統進行開發研究，讓學生從總體上把握嵌入式系統的框架結構和技術細節。因而，本文將從課程講授開始，就激發學生自主學習、理論結合實踐的CDIO教學模式。
3.嵌入式系統原理與應用的CDIO教學實現
3.1 課程體系及地位
本課程是電子與信息工程專業、通信與信息專業的一門專業課程和學位課。基于CDIO的項目教學模式，是一種重視專業課程之間有機聯系的學習方式。嵌入式系統原理與應用是一門實踐性很強的工程應用型課程，它所涉及到的先導課程一般有《模電》、《數電》、《電路》、《嵌入式系統技術》、《C語言程序設計》等，其后續課程主要包括《物聯網技術》、《智能儀器儀表》、專業見習及畢業設計。
3.2 課程項目的選取
根據本課程的教學大綱要求，筆者經過仔細分析，并結合多年的教學實踐經驗，將嵌入式系統的知識點分成八個子項目及一個課程項目，以求由易到難，由淺入深，讓學生逐步掌握嵌入式系統的所有知識及應用技能。課程主要內容由“基于嵌入式系統的智能家居控制系統”項目設計過程來引出，該項目涉及到各類傳感器數據采集、AD轉換、信號調理與放大、定時控制、中斷控制、液晶顯示等。對于其它沒有涉及到的課程內容，通過另外的任務形式引出相關內容。課程設計的八個子項目分別為嵌入式系統存儲資源與最小系統設計、系統引導、IRQ中斷處理、信號調理與放大、串口傳輸、實時時鐘、液晶顯示、智能家居控制系統聯調等設計。
3.3 教法說明
在教學手段上確立以人為本、以教師為主導、學生為主體的教育理念。將課程項目“智能家居控制系統”按知識點分為若干個相對獨立的子項目，每個子項目作為一個獨立的教學單元，每個教學單元按以下三個步驟進行教學：
（1）部署任務
通過“講解與演示并行，講解與練習同步”的方法，完成嵌入式系統基礎知識的介紹，布署子項目的具體任務，引導學生入手項目；
（2）探究方法
接受任務后，學生通過小組討論、查找國內外與本項目相關的資料，掌握項目的研究現狀、探索項目解決的方法，確定最終解決方案，并在老師指導下分步實施；
（3）總結成果
子項目實現后，每組派一名同學進行項目成果的交流與現場演示，老師提問學生解答，穿插點評，并最終形成總結報告。
3.4 考核方式及能力培養
在注重基本理論掌握的同時，側重學生多種能力的培養和有效學習的引導。通過對學生基礎知識的考核，掌握學生分析問題、解決問題的能力情況，形成了一套科學的考核方法。課程設立了實驗項目，著重培養學生的實踐能力和創新能力。理論考核占成績的50%，實驗項目考核占50%，提高了對學生動手實踐能力的考核要求。“CDIO”模式應用到嵌入式系統原理及應用課程教學改革后，學習過程變成了學生人人參與的項目創新開發過程，學生在項目實踐中理解并把握了課程要求的知識與技能，培養了學生分析問題和解決問題的能力，增強了學生團隊合作的精神，體驗了項目創新的苦與樂。
4.結束語
在嵌入式系統教學中實施基于“CDIO”的項目教學法，以項目為教學平臺，通過項目的推進，使學生的知識量不斷積累、提高，
并逐步掌握嵌入式系統的原理及開發應用。學生在完成項目而充滿成就感的同時，增強了繼續探索問題的信心，激發了強烈的求知欲，同時也可培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，這就是在嵌入式系統教學中實施基于“CDIO”項目教學法的好處。基于“CDIO”項目教學法較好地解決了教與學的矛盾，是一種值得推廣的教學方法。
參考文獻
[1]林春景等.基于CDIO理念的《過程檢測與控制》教學方法改革與實踐[J].大眾科技，2012（4）：226-227.
嵌入式系統的研究內容較為寬泛，其中主要包括嵌入式硬件設計和軟件設計。嵌入式軟、硬件設計的教學內容的選取原則應是適合本科生學習、與課程學時匹配、并具有較好的課堂展示效果。因此嵌入式課程教學內容的合理選取對課程授課效率和學生的學習效果起著至關重要的作用。
（一）嵌入式系統課程硬件設計教學內容的選取
嵌入式系統硬件是嵌入式系統的重要組成部分，是嵌入式系統與實際環境交互的載體，其性能的優劣直接影響嵌入式系統的可靠性和實時性，決定嵌入式系統設計的成敗，因此硬件設計在嵌入式系統設計中處于十分重要位置。在嵌入式硬件教學中，嵌入式課程的首先需要向學生介紹嵌入式系統的硬件在系統中的作用，并以日常生活中常見的嵌入式系統設備為例（例如手機、MP3播放器等等）直觀的講解嵌入式系統硬件結構，幫助學生建立嵌入式硬件系統的基本概念。在此基礎上，嵌入式系統課程應著重講授嵌入式系統硬件體系結構，從硬件體系結構的三個層次給學生講解嵌入式系統硬件設計。
1.嵌入式處理器，它是嵌入式系統的核心部件，負責整個嵌入式系統的運行。嵌入式處理器選型原則是硬件設計的重要教學內容之一，嵌入式系統課程應能引導學生了解處理器選型時應考慮的因素，如處理器性能、價格以及可獲得的技術支持等等，培養學生根據種嵌入式處理器的特點和實際工程需要對處理器選型能力[3]，為其后續嵌入式硬件設計的學習奠定基礎。
2.嵌入式系統的電路，主要包括嵌入式系統存儲器、時鐘電路、數據端口、復位電路和系統電源電路等等，其中，時鐘電路、復位電路和系統電源電路為嵌入式系統最基本單元，具有這三個基本單元和處理器單元的系統即可正常工作，也稱其為嵌入式最小系統。嵌入式課程應能幫助學生了解嵌入式系統電路種類、功能及其設計方法，建立嵌入式最小系統的概念。
3.嵌入式系統外部設備，主要是指嵌入式系統與真實環境交互的各種設備，包括外存儲設備（如FlashCard）、IO設備（如鍵盤、鼠標等）、打印設備（如打印機）。在學生了解嵌入式系統硬件的三個層次的基礎上，嵌入式課程應選擇一款適合課堂教學的處理器，并具體的講解嵌入式硬件的各個電路的設計內容、設計方法和設計目標。嵌入式課程硬件教學在選擇處理器作為授課和研究對象時，應該考慮應用廣泛且學習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內核的STM32F104微處理器具有廣闊的市場應用前景，廣泛應用于工業控制、多媒體、精密儀器、家電等各個領域，STM32F104微處理器對于初學者來說具有開發簡單、直觀并且可獲取豐富的網絡支持的特點，因此本文以基于STM32F104微處理器的嵌入式系統為課程硬件教學內容，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微處理器的內部結構和片上的各個功能模塊，如片上內存、片上AD和DA轉換器、各種通信接口等。同時，任課教師應指導學生如何閱讀芯片的英文數據手冊，掌握英文數據手冊的章節安排和閱讀方法，提高學生英文文獻的閱讀水平，并能從中快速獲取芯片的主要性能指標。在嵌入式系統電路設計教學中，嵌入式課程必須著重強調系統的電源電路設計、復位電路設計以及時鐘電路設計。
嵌入式電源電路設計教學主要向學生介紹電源電路的兩種類型，即線性電源和開關電源，以及兩種電源電路的拓撲結構、工作原理和各自特點以及應用場合，并在此基礎上向學生介紹2~3種常用的電源控制芯片，如線性電源常采用LM7805、AMS1117-3.3等線性穩壓芯片，開關電源則常采用LM2596、MP2359等開關電源芯片，簡單介紹各個電源芯片的主要參數，如輸入電壓范圍、輸出電流等參數等。嵌入式系統時鐘電路設計的課程教學主要向學生介紹兩種類型的時鐘電路，即無源晶體和有源晶振電路，講解這兩種類型時鐘的特點和應用場合以及時鐘電路設計的注意的事項，并用多媒體給出兩種類型電路結構，向學生分析電路中各個元件的作用。嵌入式系統復位電路教學需向學生介紹兩種類型的嵌入式復位電路，即阻容式復位和專用復位芯片復位，介紹兩種電路的特點，同時介紹幾款常用的專用復位芯片(如MAX811)，讓學生掌握嵌入式系統復位電路的設計方法。如果說嵌入式處理器是嵌入式系統的大腦，那么嵌入式系統的IO設備是嵌入式系統的四肢，是和現實世界交互的設備，嵌入式系統IO設備的教學需引導學生建立嵌入式系統中IO設備的概念，并舉例說明嵌入式系統常用的一些IO設備，如嵌入式顯示屏、鍵盤、打印機等。在IO設備的教學中，課程應首先介紹IO設備與嵌入式處理器的接口技術，分別介紹并行接口和串行接口，指導學生學習接口類型，并根據實際工程需要選擇不同接口類型的IO設備，同時引導學生掌握各種接口的時序，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據傳輸速率和物理接線數目等。
（二）嵌入式課程軟件設計教學內容的選取
嵌入式軟件是嵌入式系統的靈魂，與嵌入式硬件一起作為嵌入式設計的核心內容，因此，嵌入式系統軟件設計是嵌入式課程授課的重要內容之一。嵌入式軟件教學應注重培養學生的嵌入式軟件開發能力，向學生講解嵌入式系統的軟件體系結構，即嵌入式軟件可分為應用程序、應用程序接口、嵌入式操作系統、硬件設備驅動程序，加強學生對各個軟件層次的把握。嵌入式軟件設計授課需要向學生講授各軟件層的功能與特點、嵌入式軟件開發所需要具備的先行課程知識，明確嵌入式實時操作系統是嵌入式軟件的核心，引導學生根據嵌入式系統的軟件體系結構學會軟件設計的分工。嵌入式課程應能夠向學生介紹幾種目前較為流行的嵌入式操作系統，讓學生對目前常用的嵌入式操作系統的發展狀況及其主要特點有所了解。目前，嵌入式實時操作系統可分為兩種類型，即商用型和免費型，商用型操作系統有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系統功能穩定、可靠，有完善的技術支持和售后服務，但是價格昂貴；免費型操作系統在價格方面具有較大的優勢，主要以Linux為代表，嵌入式系統課程應要求學生能夠熟悉并掌握一種嵌入式操作系統的基本原理和使用方法。
μC/OS-II嵌入式操作系統是一種規模較小和源碼開放的嵌入式操作系統，比較適合初學者學習和課堂教學，特別是學生在具備μC/OS-II操作系統基礎和學習經驗之后，再學習某些大型的操作系統（如嵌入式Linux）則可大大提高學習效率并獲得較好的學習效果，因此本文選取μC/OS-II操作系統作為嵌入式操作系統的授課內容和研究對象，并以μC/OS-II操作系統為例講授基于嵌入式系統的應用程序開發、驅動程序開發以及圖形用戶接口的使用方法。同時，嵌入式軟件教學需向學生介紹嵌入式軟件開發工具和開發平臺，其中主要介紹交叉開發系統調試結構和使用方法。嵌入式交叉開發系統由宿主機系統、通信系統和目標機系統構成[4]，嵌入式課程教學需要幫助學生直觀的了解嵌入式軟件開發的工作形式、嵌入式軟件開發需要具備哪些條件和做哪些準備工作。同時，嵌入式課程需要向學生講解1~2種嵌入式微處理器的上位機開發軟件，目前STM32F104微處理器的軟件開發普遍采用KeilμVision開發軟件以及JLINK仿真器，則嵌入式課程需要向學生介紹KeilμVision開發環境設置方法、工程項目的建立方法、JLINK仿真器硬件連接方式以及驅動程序安裝方法，使得學生能夠自主構建基于STM32F104微處理器的嵌入式系統軟、硬件開發平臺，并能在此開發平臺上新建工程項目、下載程序、仿真運行、斷點跟蹤調試等。
二、嵌入式系統教學方式的優化
在嵌入式系統教學過程中，任課教師必須研究和制定一套有效的教學方式，合理安排課程授課內容順序，注重知識的承前啟后，對嵌入式系統的一些先行課的相關章節知識點需要進行必要的復習，比如在硬件設計中，需復習模擬電路、數字電路、微機原理及接口技術等課程的相關知識點，在嵌入式軟件設計教學中，需復習C語言程序設計、操作系統、數據結構等課程，為嵌入式系統課程作必要的準備。
（一）嵌入式課程硬件設計教學方式改革
嵌入式硬件設計教學中，任課教師可在課堂上準備一些實驗設備[5]，將軟、硬件實驗直接融合到理論課程的教學中，在課堂上首先向學生展示一塊嵌入式系統硬件電路板，如STM32F104應用開發電路板，讓學生近距離觀察電路結構和板上的各種元器件，并作簡要介紹，使得學生能夠直觀的認識嵌入式系統硬件電路，然后以提問的方式引導學生對電路圖如何設計和生成產生興趣，授課教師此時可介紹嵌入式硬件設計步驟以及電路設計的相關軟件，讓學生了解嵌入式硬件原理圖和印制電路板圖（PCB圖）設計過程和設計方法。在此基礎上，授課教師在課堂上以一個簡單的嵌入式電路系統為例，現場安裝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。在電路圖設計的演示之后，授課教師應給學生講解硬件電路的調試過程和調試方法，讓學生掌握嵌入式電源電路、時鐘電路、接口電路的調試方法，并在課堂上現場演示硬件調試，最后以處理器的一個IO接口控制的LED燈閃爍為例，編寫LED燈閃爍的例程，讓學生直觀的把握嵌入式系統調試方法。
（二）嵌入式課程軟件設計教學方式優化
嵌入式軟件教學的主要內容是嵌入式操作系統的移植方法、使用方法和應用程序編寫。授課教師在講解嵌入式操作系統的使用方法時，可在課堂上利用多媒體教學手段基于μC/OS-II的操作系統編寫應用程序，在操作系統的每個任務的主循環中添加斷點，讓學生直觀的感受操作系統多任務切換機制，并以一個簡單的軟件例程，要求學生現場進行構思，開展廣泛的交流，然后將學生構思的各種方案在多媒體上進行現場編程實現、輸出結果，讓學生對自己方案的正確性、合理性有直觀的認識和理解，并促使其對方案進行修正，以使學生迅速掌握μC/OS-II的操作系統的使用方法和應用程序設計方法。
三、嵌入式系統實驗和實踐教學的優化
實驗教學和實踐教學是教學過程中重要環節，可提高學生對理論知識的理解和把握，培養學生工程實踐能力、獨立思考解決問題的能力。學生可以通過實驗來驗證理論課程知識，對于課堂上的例程，學生可以通過自己的學習和理解對其進行修改，然后進行實驗，驗證其修改正確與否，這是一種極其有效的學習方法。嵌入式系統課程設計是嵌入式系統課程的工程實踐環節，旨在訓練學生的動手實踐能力和培養學生的方案論證能力、工程項目設計和開發能力，適應學生就業和社會需求。
（一）嵌入式課程實驗教學
嵌入式實驗教學需要向學生詳細介紹實驗系統的拓撲結構、電原理圖和系統的軟件開發環境，并以一個簡單的例程引導學生熟悉和如何使用實驗系統的硬件電路和軟件開發環境以及實驗操作步驟。實驗課程的章節內容安排應遵循由簡入繁的原則，明確實驗方法、實驗步驟和實驗目的，引導學生從一個簡單的IO端口控制LED燈閃爍的例程開始學習，完成從新建工程、編寫程序、下載程序調試、觀看實驗結果的實驗過程，再以2~3個難度逐步增加的實驗，明確實驗目標（即實驗成功后應看到的實驗現象），激發學生的學習和動手實驗的興趣。學生在實驗期間遇到問題，指導教師應積極引導學生檢查問題并解決問題，而并非直接告訴學生答案，培養學生獨立思考和解決問題的能力。在學生正確完成實驗后，指導教師應積極鼓勵學生采用多種不同的軟件算法完成同一個實驗，提高學生的編程能力和拓寬學生的視野。在完成實驗的基礎上，指導教師應鼓勵學生在現有實驗系統的基礎上開發一些簡單的電子設備，如數字電子鐘、數字溫度計、計算器等，讓學生切身的感受到嵌入式技術的廣泛用途。
（二）嵌入式課程設計教學
嵌入式系統作為一門應用性很強的課程，進行項目化教學是課程設計教學改革的必由之路[6]。本文采用項目開發為驅動的課程設計形式，引導學生自主學習嵌入式硬件設計、操作系統移植、驅動設計、應用程序設計，以一個完整的項目開發作為課程設計任務，讓學生全面掌握嵌入式系統設計的全部過程，鞏固所學的理論知識。在課程設計選題方面，指導教師可提供一定數量設計課題，設計課題需具備較高的綜合性和可行性，難度適中，要能夠達到訓練學生嵌入式方案論證能力和軟、硬件設計能力的目的。學生也可根據自身的知識特點擬定課題，經指導教師審核修改后進行課程設計，同樣，自擬課題也要達到綜合訓練的目的。課程設計的選題和實施應能培養學生的嵌入式方案論證和制定項目具體實施計劃的能力，規范學生的嵌入式項目開發方法和開發步驟。在嵌入式系統課程設計結束后，學校應提倡以學院為單位組織嵌入式系統設計大賽，進一步鍛煉學生嵌入式工程實踐能力，達到學以致用的目的。
四、結論
關鍵詞：案例教學；嵌入式系統安全；教學方法
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0186-02
一、引言
隨著高校培養應用型、復合型人才需求的提出[1]，高校在課程設置、教學模式等方面進行了改革。《嵌入式系統安全》課程實踐性較強，而傳統教學方法只注重講述理論模型，缺乏創新，加之學生水平參差不齊，導致課程授課目標無法很好完成。為此，探索新的教學培養模式勢在必行。
二、目標
嵌入式系統安全課程內容涵蓋了安全體系結構/協議、認證技術、病毒與惡意代碼、網絡入侵、入侵檢測與防火墻、嵌入式系統安全等內容。課程順應嵌入式系統與移動互聯網的發展，快速建立對嵌入式移動互聯網安全的全貌概覽。學生通過學習，能夠了解嵌入式系統與網絡安全的基本知識和掌握具體應對辦法，獨立學習與初步設計嵌入式系統安全方案，為今后應用嵌入式系統或從事移動互聯網安全管理打下良好基礎。
為了鼓勵學生獨立思考、培養創新思維，在授課過程中，筆者根據案例教學法的特點，照顧到課程綜合性和實踐性強的特點，逐步采取“案例導向教學+實際的案例分析+實踐操作”的方式實施教學，提高學生學習興趣，取得了良好的教學效果。
三、方法設計
案例教學（Case Teaching Method）是由美國哈佛法學院前院長C.C.Langdell于1870年首創[2]，后經哈佛企管研究所所長W.B.Doham推廣，被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。
案例教學法對提高人才培養質量具有深遠意義[3]。應用到本課程中，在每個技術專題的講解過程中，采用“知識點鋪墊+案例導向教學+實際的案例分析+小組討論+實踐操作+小組實訓總結”的教學模式展開試點教學。
四、實施方案
在實際授課過程中，結合案例教學法和課程實際特點，筆者采用如圖1所示的教學模式展開教學。
如在講解網絡攻擊技術專題時，首先鋪墊知識點。網絡攻擊分為三個階段：預攻擊、攻擊、后攻擊階段。預攻擊階段要收集目標網絡、目標主機的信息。如，獲取網絡拓撲結構、主機操作系統類別、開放端口和服務情況等。有了基礎知識的鋪墊，必須輔以實際案例。因此，課堂中為學生演示信息收集過程。通過網絡命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或網絡登錄截取banner信息等，推斷目標網絡和目標主機的基本信息。這些都是學生日常使用網絡和計算機中常接觸的命令和操作過程，但沒有理論知識的鋪墊，很少有人能夠聯想到這類操作可幫助黑客獲取到如此重要的敏感信息。
完成了上述內容，學生的學習積極性已被調動起來，接下來進行具體的案例分析。課堂中演示用實際工具，如端口掃描、漏洞掃描軟件，獲得目標主機的系統漏洞和開放端口/服務情況。通過案例解析，讓學生從理論了解到實際操作，有了直觀、具體的認識。在小組討論階段，老師可提出問題：“上述掃描工具的實施原理是什么？能否借助于之前學習過的網絡知識、編程知識，自己設計實現一個類似的軟件工具？”
鑒于課堂授課時間有限，接下來的“小組討論”和“實踐操作”階段留在課后完成。但教師需為學生進行小組劃分，并給出具體任務。
在“小組討論”和“實踐操作”階段，教師不再是課程知識的傳授者，轉而充當指導者的角色，幫助學生完成任務。之后，要求學生在課堂上進行“小組實訓總結”，通常是以“作品展示+演說答辯”的形式進行。
五、評價準則
課程授課模式發生了變化，相應地，課程教學效果的評價準則也要做出適當調整。筆者在教學過程中，通過實踐，總結出了一套新的綜合評價指標。如圖2所示。
由于課程特點，授課內容是以專題展開的，教學過程圍繞項目進行，所以評價標準也以項目為單位。評價表的評分標準分為過程評價和結果評價兩部分。每個部分都充分考慮“案例分析、團隊合作、新知識點理解、辯論/答辯”等階段的學生表現，在評分過程中，教師評分和同學評分的比例也有所調整。該評價準則，涵蓋了教學過程的各個階段，充分尊重教師和學生的評價結果，能夠合理、準確地反映出學生的學習情況和學習效果。
六、總結
將案例教學法應用于嵌入式系統安全課程中，結合課題特點，采取“知識點鋪墊+案例導向教學+實際的案例分析+小組討論+實踐操作+小組實訓總結”的教學模式展開教學。這種方式具有深刻的啟發性，突出課程實踐性特點，縮短了抽象教學情境與實際生活情境的差距，培養了學生的創新精神和解決實際問題的能力和品質。
參考文獻：
[1]王攀峰，張天寶.試論傳統課堂教學的基本特征及其面臨的困境[J].教育理論與實踐，2011，（5）：49-53.
[2]案例教學[EB/OL].[2015-11-10].
關鍵詞：嵌入式系統；實驗教學；實驗平臺
1.背景
如今嵌入式系統在日常生活中扮演著越來越重要的角色。從消費電子產品到航天工業，從熱門的電子應用（如智能手機和平板電腦等）到相對不起眼的應用（如人造衛星等），嵌入式系統直接或間接地影響人們生活的方方面面。嵌入式系統的巨大潛力使得教育工作者對它的討論從來沒有停止過。世界無數的教育工作者提出了大量新穎和具有創造性的方法和理論，以促進嵌入式系統教育水平的提高，他們大都贊同嵌入式系統具有與實際應用緊密聯系的顯著特點。
嵌入式系統應用在一個廣闊的領域，如簡單的微控制應用、控制系統、分布式嵌入式控制、片上系統、網絡、嵌入式PC、關鍵系統、機器人、計算機設備、無線數據系統和信號處理。同時，一些交叉領域知識對于嵌入式系統設計者也同樣重要，如安全、可靠性、節能、軟件/系統工程、實時計算和人機交互等。
對于想成為合格嵌入式系統設計者的學生來說，他們希望能夠親手接觸這些嵌入式應用，因此設計一個高效的實驗系統非常重要。實驗平臺應該能聯系抽象的理論知識和實際應用，以幫助學生領會嵌入式系統的知識奧秘。
2.嵌入式系統實驗教學的特點
嵌入式系統實驗教學與其他課程實驗教學有兩個方面的不同：軟硬件高度結合、知識和技術更新速度快。嵌入式系統實驗教學的特點如圖1所示。
嵌入式系統實驗教學的第一個特點是軟硬件高度結合。一個完整的嵌入式系統需要在軟硬件基礎之上工作。在嵌入式實驗教學中，任何一個環節的缺失或弱化都是錯誤的。我們過去就犯過這方面的錯誤。嵌入式系統是清華大學計算機科學與技術系大四本科生的一門專業必修課。學生希望在課程結束后對嵌入式系統有一個完整的認識，但是發現在學習完這個僅有2個學分的課程后，依然無法設計出一個軟硬件兼備的完整嵌入式系統。因此，我們讓學生使用開源軟件工具設計諸如鼠標或鍵盤等設備的驅動程序，但是效果并不理想，岡為學生僅僅熟悉了他們所實驗的部分內容，而這些內容只是他們應該掌握內容的一小部分，這不僅是由于實驗任務的限制，還因為學牛無法接觸硬件層面的操作，無法全面領會嵌入式系統。
嵌入式系統實驗教學的另一個特點是嵌入式系統知識和技術更新速度快。在第1節我們曾提到過，緊跟實際應用是嵌入式實驗教學的一個關鍵元素。由于嵌入式系統技術日新月異，嵌入式實驗課程講述的知識和技能以及嵌入式實驗設備和組件都必須不斷發展。我們在對清華大學計算機科學與技術系學生的調查問卷中發現，對傳統嵌入式實驗平臺的主要批評是實驗設備和組件過于陳舊，實驗平臺與當前技術聯系不夠緊密，實驗內容缺乏吸引力。
綜上所述，設計一個高效的嵌入式實驗平臺必須考慮軟硬件結合和嵌入式技術飛速發展這兩個因素。
3.當代學生的特點
除了嵌入式實驗課程本身，學生是不可忽略的另一個關鍵因素。學生是實驗的參與者，他們對實驗的感受影響著實驗課程教學的成敗，但是我們發現傳統的實驗方法令當代學生逐漸失去學習興趣，這主要是因為學生一代一代地不斷發展與進步，而傳統的實驗方法卻多年不變。
文獻[2]指出當代學生與過去的學生有所不同：缺乏鉆研精神、缺乏耐心和依賴于軟件。當代學生的特點如圖2所示。
當代學生的第1個特點是缺乏鉆研精神絕大多數學生成長于用戶至上主義日益流行的社會環境。相對于基礎原理，他們更關注功能；相對于架構，他們更關注表象。簡而言之，當代學生中很少有人理解嵌入式系統的基本原理，另一方面，傳統的實驗平臺專門為演示和驗證書本中講述的原理而設計，因此學生漸漸地無法將實際應用與特別設計的實驗相聯系，產生的問題是如果學生無法預見所學知識的未來應用前景，就會將關注點轉移到其他方面。由此可見，將實驗平臺與時興技術相結合非常重要。
當代學生的第2個特點是缺乏耐心。生活節奏的日益加快和互聯網絡的日益普及，使得當代學生漸漸缺乏耐心。他們習慣在實驗開始后急于見到結果，就好像點擊鼠標后立刻能在屏幕上看見反應，但是在傳統的教學方法中，教學總是從對課程的全面描述分析開始。實踐證明這種描述很必要，它可以幫助學生全面了解課程的知識結構，但是這些內容有時會讓學生退卻，因為學生感覺課程非常抽象與枯燥。鑒于這些問題，新實驗平臺應該在嵌入式系統的第一堂課就引起學生的興趣，同時提供一個吸引人的“結果”。
當代學生的第3個特點是依賴于軟件。嵌入式系統的發展通常被認為是民眾賦予的。在某種程度上，這種發展是電子工程向更智能化發展的結果。然而，電子工程這種不可見的層面，通常被復雜的用戶界面和其他圖標所偽裝，使得大家將其歸功于計算機科學，而不是電子工程。許多大學并沒有意識到這個問題，而將大部分注意力放在嵌入式軟件設計，忽略硬件層次的介紹。這種在嵌入式系統教學中的錯誤關注導致出現“軟件比硬件更加重要”的錯誤認識。為了糾正這個偏見，我們應該重視硬件并將其引入嵌入式系統課程。
總之，為了設計一個高效的實驗平臺，當代學生的特點不容忽視。
4.設計嵌入式實驗平臺的原則
基于上述討論，我們提出嵌入式系統教學實驗平臺的幾項設計原則。
完整性：實驗平臺應該相對完整。學生不但能接觸軟件，而且能操作硬件。這個原則主要解決兩個問題：首先糾正學生偏重于軟件的錯誤；其次在第一節課就能吸引學生，告訴他們課程最后能夠建立一個基本的卻相對完整的系統。
開發性：實驗平臺應該能幫助學生自由地實現創新思想。實驗平臺在軟件和硬件上都應為學生預留足夠數量和種類的接口，使學生能夠以此為基礎構建自己的嵌入式系統。在實踐過程中，越來越多的基于實際應用的嵌入式系統由學生實現，同時學生的創造熱情也被激發出來。
從教學的角度看，實驗平臺應包含以下特點。
可升級性：平臺的軟硬件應該能分別擴展和升級，而無需對整個平臺進行修改。如第2節所述，嵌入式系統技術升級速度快，尤其是硬件設備。為了滿足經常升級的需要，可升級性原則應該被放在關鍵位置。
靈活性：實驗內容應該能根據課程的要求而裁剪，以便于實驗平臺的廣泛推廣。大多數定制的實驗平臺在靈活性上有所欠缺，其實驗內容無法增加或減少，而為了適應課程學時的變化不得不重新設計實驗。
為了達到上述目標，我們提出一個完整的概念模型。目標系統的概念模型如圖3所示。
這個概念模型由3個中間層和2個層組成。中間層包括主系統層、中間通道層和從系統層。層包括應用層和組件層。我們將解釋這個模型如何能實現前面提出的目標。
完整性：把中間3層看作一個整體，這個基本模型由一個典型嵌入式系統中的主要元素組成，從最頂層的應用層到最底層的功能組件層。學生可以接觸完整系統的每一個組件。
開放性：模型的最頂層和最底層向學生開放。實驗平臺的設計者將足夠多的軟硬件接口提供給學生，這些接口必須是完整的和用戶友好的。使用硬件接口，學生能夠通過連接所需的硬件模塊構建一個創新的嵌入式設備；使用軟件接口，學生可以方便地加載硬件模塊所需的軟件資源。
可升級性：實驗平臺設計應該模塊化和層次化，每一層為上一層提供上層接口，為下一層提供下層接口。每一層可獨立地進行擴展和升級，與相鄰層次的接口保持兼容。模型的中間層被設計為3層結構，這個靈感來自于Phidgets的設計，它能為實際設備的實現提供更多可能性。
靈活性：每個層次都能根據課程的重點而被加強或削弱，因此實驗內容可根據課程要求而變化。實驗課可被安排在兩層或更多層之上。基礎實驗要求學生建立一個基本的嵌入式系統，而在高級實驗中，學生能深入研究模型中的各個層，以實現創意設計。
基于這個概念模型，學生不難設計出一個高效的嵌入式實驗系統。
摘要：本文針對目前高校特別是獨立院校計算機學科教學中理論與實踐課程存在的問題，創造性地提出了一套適用于計算機專業嵌入式系統方向的課程體系和培養方案。
關鍵詞：嵌入式；課程體系；培養模式
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
1存在的問題
與當前發展迅速的嵌入式計算機技術及其巨大的市場潛力和產業需求相比，高校的嵌入式方向教育相對滯后。國內的嵌入式系統教育還處于初期階段，雖然部分高校開設了嵌入式系統課程，但大都作為選修課，課時很短，還沒有形成統一的課程體系和人才培養模式。而且知識體系系統性和針對性較差，知識較為陳舊，大多停留在8位單板計算機應用的低水平層次上，導致畢業生缺乏工程實踐能力，無法適應企業的實際需要。高層次嵌入式軟件工程人才更是嚴重匱乏，嚴重制約中國未來嵌入式軟件產業的發展。
導致這個結果的原因，一方面是高校對目前的技術發展不夠重視，另一方面是因為普通高校的課程體系受到教育部的指導制約。獨立院校作為一種新型的教育單位，作為對普通高校資源的補充，具有較大的靈活度和自由度。我院對現行的教育體制進行了深入的調查和研究，形成了獨具特色的課程體系和培養模式，并取得了一定的成績。
2嵌入式方向課程體系的改革
獨立院校的教學體系偏向于應用，因此我院結合學生的實際情況，面向企業的人才需求，緊跟高科技技術的發展步伐，對計算機科學技術專業的課程體系進行了改革，形成了一套獨具特色的面向嵌入式方向的人才培養方案。
嵌入式方向的課程體系可以分為三個主線，分別是軟件基礎課程、硬件基礎課程和專業課程。
軟件基礎課程主要注重對學生知識的培養，而不是對語言工具使用的培養。軟件基礎課程培養的目的是讓學生掌握一種軟件設計思想，并掌握程序設計的基本方法，為后面的專業課程的學習打下堅實的基礎。軟件課程主要開設下列課程：“計算機導論”、“C語言”、“數據結構”、“離散數學”、“Visual C++程序設計”等課程，取消了以往的16位“8086匯編語言程序設計”課程，而只是在微機原理與接口技術中大致講解，同時在“ARM體系結構與編程”里增加了ARM匯編語言，這些課程為后面的專業課程奠定了基礎。另外在選修課程方面增加了“Java程序設計”等高級語言的課程，供學有余力的學生選修。
硬件基礎課程主要側重于讓學生掌握硬件基礎知識的理解和應用。基于嵌入式系統設計方向的特點，去掉了以前偏重原理的理論課程。硬件基礎課程主要有“電路分析基礎”、“數字邏輯電路”、“計算機組織與體系結構”、“微機原理與接口技術”等課程。這些課程的開設目的是讓學生掌握計算機硬件基礎理論和計算機接口技術的原理與基本應用，為后面的專業課程打下基礎，從而能夠更好的理解和學習專業課程。
專業課程從第五學期開設。專業課程以“ARM體系結構與編程”為基礎，又分成兩個部分。一部分是Linux方向，主要開設“嵌入式系統設計”、“嵌入式系統設計實踐”、“嵌入式系統設計課程設計”等課程，學習嵌入式Linux操作系統、Linux驅動程序和嵌入式Linux應用程序設計。另一部分是WinCE方向，主要開設“WinCE系統設計”、“WinCE系統設計實踐”、“WinCE系統設計課程設計”等課程，學習WinCE在嵌入式平臺上的應用程序開發。為了配合這兩個方向，還在專業選修課程里面增加“Linux系統管理與應用”和“面向操作系統的程序設計”兩門課程，作為專業課程的補充。
如圖1所示，綜合來講，本課程體系主要有以下幾個特點：
(1) 主線分明。課程體系分為三個主線，課程設置合理，安排緊湊。
(2) 壓縮基礎課，突出專業課。比如不再將8086匯編語言程序設計作為單獨的一門課程，而只在微機原理與接口技術中的一部分講解；同時增加了ARM匯編語言程序設計的內容。
(3) 增強了實踐教學環節。如“嵌入式系統設計”課程和“WinCE嵌入式系統設計”課程，理論環節為48個學時，實踐環節為32個學時，另外又增加了專項訓練。
圖1 課程體系關系圖
3嵌入式方向培養模式的改革
課程培養模式的改革主要從三個方面進行，即課堂教學模式的改革、實踐教學模式的改革和考核模式的改革。
(1) 理論教學模式的改革
根據課程分類的不同，需要采用不同的教學方法。我們將開設課程分為兩種類型，一種是基礎課程，一種是專業課程。對于基礎課程，課堂教學方法仍然采用一般的以理論講解教學為主的教學方法。而對于專業課程，則需要根據實際情況對教學方法進行改革。
專業課程的課堂教學模式采取“案例啟發式”和“團隊學習法”兩種形式相結合的模式。“案例啟發式”即在進行專業課程學習時，用一個適當的實際案例貫穿課堂教學始終，每一節課堂教學將基礎理論知識講解完畢后，還要對案例相關內容進行講解。整個課程下來，正好將一個完整的案例講解完畢，這樣就給學生一個整體的項目開發的印象。同時在課堂教學中，將學生分為5～6人一組，每組設定一個項目組長。要求學生在實踐教學環節中，以小組為單位，對所學的知識進行討論，在每次課后都要查找一些相關的資料并形成文檔，作為課后作業，加深對課堂知識的印象。另外還要按照理論教學的進度，每個小組在一個學期的時間完成一個項目，以加強理論教學環節所學的知識，同時培養學生自主學習和創新學習能力。
(2) 實踐教學模式的改革
專業課程的實踐教學與理論教學相輔相成。實踐教學分為三個部分：課堂實驗教學、校外畢業實習和畢業設計。
課堂實驗教學在理論教學的基礎上，改變以往只注重驗證性實驗的方法，強化實驗過程，培養創新能力，從“驗證性實驗”轉為“驗證性實驗與開發研究性實驗”相并重的教學方式。要求學生不但要完成課堂驗證性實驗，還要在此基礎上，完成一定的開發研究性和創新性實驗。這些實驗的結果最終計入考核成績。實驗的考核方式從過去的只注重實驗結果轉移到實驗過程與實驗結果并重的考核方式。
畢業實習是安排在學生畢業之前，所有課程結束之后的一個專業實習，為時一個月。在實習期間，要求學生進入學校“產學研”合作的對口企業，參與到企業的實際項目中，并采用企業導師和學校導師“雙導師”制的培養方式。學生在實習期間，跟著企業導師的項目進行實際實踐，并在雙導師的指導下選定畢業課題。實習主要鞏固學生的課堂基礎知識，對學生進行系統的項目培訓，并完成從學生到公司職員的角色轉換。
畢業設計安排在畢業實習之后，為時三個月。學生可以在畢業實習期間從企業選取畢業設計題目，也可以從教師的項目中選取畢業設計題目。學生利用三個月的畢業設計時間，完整的完成一個項目，達到了解行業領域，熟悉企業開發環境，綜合應用專業知識的目的。畢業設計可以在企業完成，也可以在學校完成。
另外，還對實驗室的管理方式進行改革，由以前的封閉式管理改為開放式管理。對本院的學生，除計劃內實驗時間之外，學有余力的同學也可以在其他時間自主進入實驗室做實驗或者開發項目。對其他院系的師生，可以在實驗室空閑時間進入實驗室進行實驗或者開發項目。同時，鼓勵不同院系的學生共同協作學習、開發同一課題或項目。
(3) 考核方式的改革
考核方式改為“課程考核＋認證考核”的1+1模式。其中課程考核總結為“一二三四”，即期末成績分為四個部分，分別為平時考勤成績、課程實驗成績、自主學習成績(以學習報告形式提交，包括項目完成情況等內容)、期末考試成績，比例為10％:20％:30％:40％。認證考核以信息產業部“嵌入式系統開發工程師”認證和微軟“WinCE嵌入式工程師”認證為主，以其他認證為輔，鼓勵同學們通過對嵌入式系統課程的學習，最終取得至少一個嵌入式系統方向的認證證書，以此來檢驗同學們對嵌入式系統知識的掌握程度。同時積極組織學生參加嵌入式大賽，比如“全國大學生電子大賽”、“全國大學生‘博創杯’嵌入式設計大賽”、“‘ZLG’杯ARM嵌入式系統畢業設計大賽”等競賽，對參賽的學生指派專職指導教師，并對得獎學生給予折算學分的獎勵。
改革后考核方式，能夠基本全面的考查學生對知識的全面掌握程度，并有效的調動了學生學習的積極性，讓枯燥的專業學習變的豐富多彩。
4結束語
目前該課程體系和培養模式已經在北京理工大學珠海學院得以應用，從老師和學生的反映來看，取得了較好的效果。在以后的進一步實踐過程中，我們將根據實際情況及時對該課程體系和培養模式進行調整，構建一個科學規范的、滿足獨立院校需求的嵌入式創新復合型人才培養體系和培養方案。
參考文獻
[1] 云利軍等. 關于嵌入式系統課程的幾點思考[J]. 單片機與嵌入式系統應用,2007(增刊).
[2] 魏洪興等. 軟件專業嵌入式系統課程體系研究[C]. 第三屆全國高等院校教學研討會論文集,2005.
[3] 邵貝貝. 關于嵌入式系統教學的思考[C]. 第三屆全國高等院校教學研討會論文集,2005.
關鍵詞：CDIO 嵌入式系統 課程改革
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-02
隨著后PC時代的到來，嵌入式系統已經成為了一個萬眾矚目的焦點。目前已廣泛用于信息家電，數據網絡，工業控制，醫療衛生，航空航天等領域[1]。我國也十分重視嵌入式系統的發展，并將嵌入式系統產品作為一種新的經濟增長點，但是目前我國從事嵌入式系統開發的人才極為緊缺，勢必影響我國嵌入式領域趕超世界發達國家的進程，因此培養大量嵌入式系統領域的專業人才顯得尤為
重要。
如何才能培養滿足社會需要的高水平嵌入式系統人才已成為高校關注的焦點。但是國內的大部分高校整體仍然停留在20世紀80年展起來的以8位51單片機為核心的教育水平上，嵌入式系統的教學和實驗并沒有形成一種適合地方高校、適應社會需求的教學體系。針對以上問題，迫切需要建立一種全新的、以ARM為核心內容的嵌入式系統教學體系，從根本上解決嵌入式系統發展對高素質人才的需求[2]。
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面[3]。基于以上原因，本項目將基于CDIO理念，對嵌入式系統課程進行教學改革，將CDIO理念融入到嵌入式系統課程的理論與實踐教學中去，期望改變學生學習這門課程的方法，讓學生更好的掌握嵌入式系統技術。
1 課程改革方案
嵌入式系統是相對于通用計算機系統提出的“嵌入式計算機系統”，它是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物，是一個技術密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統[4]。結合嵌入式系統的技術性和社會需求，將嵌入式系統課程及其實踐環節引入CDIO工程教育理念，課程教學從教學內容、教學環節、教學方法、教學手段、考核方式、教學管理與組織方式等方面開展改革工作，實踐教學從實驗內容、畢業設計以及競賽三個方面進行改革，改革方案如下圖1所示。
2 課程教學改革
2.1 教學內容和教學環節
嵌入式系統課程的教學與傳統的教學模式相比，更加注重學生的實際開發能力，在教學過程中一般要求以項目為導向、以開發平臺為核心，這不僅要求教育模式和教育方法上的改革，還需要建設相應的實驗平臺。嵌入式系統課程改革與其他教學體系一樣需要各環節教師相互配合，從理論教學、實驗教學統籌安排，形成一個整體，使學生的學習層次化、階梯化，這是一個完整的遞進增長過程。通過一整套的訓練，學生可以更好的適應社會，無論是在理論上還是在實踐上都得到實質的提高。
2.2 教學方法和手段
由于嵌入式系統的學習具有很強的實踐性，在進行嵌入式系統課程的教學過程中結合傳統的教學方式，主要采用以項目為導向的教學方式。整個教學過程可以分成兩條主線，第一條主線是理論基礎及其實踐基本技能訓練，采用傳統的教學方式；第二條主線以引導學生的積極性、開發學生的創新能力為主，在課程中給出多個項目，學生選擇感興趣的項目，在學習理論知識的同時自行分析、設計并完成。嵌入式系統內容比較多，僅通過一兩種教學方發達不到教學目的，所以，采用授課案例分析、演示、實驗、查閱資料并總結，以及項目驅動等多種教學手段相結合的方式進行，讓學生能夠及時汲取和充分掌握所學知識。
2.3 教學管理和組織
初期，通過教師在多媒體上做、學生在計算機上模仿的講練結合的教學方式為主。這種方法很重要，隨著課程的發展，教師減少講解，隨之，鼓勵學生通過多種手段（如上網、去圖書館、實驗等）收集大量信息，并利用自學等多種學習方式開展學習。最后，根據能力挑選出小老師輔導其他學生上機，并由他們組織學生團隊，一些項目基本由學生團隊自主完成。在學習過程中鼓勵學生和其他相關專業學生交流，有利于學生對其他知識的攝取和掌握。在學習過程中，教師和學生之間沒有任何界限，教師是學生團隊的合作伙伴，是解決實際問題的朋友。教師通過解決問題的方法啟發學生，影響學生，培養學生良好的解決問題的能力，而不單純是傳授專業知識和技能。
2.4 教材使用和實驗指導書
有關嵌入式系統的教材和實驗平臺很多，但內容側重點不同，實驗平臺質量參差不齊，并且嵌入式系統課程軟硬件升級較快，很難固定一本教材和一個實驗平臺。故可指定幾本質量較高的參考教材，也可給學生指定一些結合自己專業的實驗開發平臺，讓有興趣的同學擴展自己的知識面。由于嵌入式課程的實踐性較強，為提高學生的實踐動手能力，實驗指導書的內容和組織形式也非常重要，要經常修訂，革故鼎新。結合該院學生的實際情況，對實驗內容進行了改進，修訂了實驗指導書。
3 實踐教學改革
3.1 實驗教學
建立合理的嵌入式系統實驗教學體系，將CDIO理念融入實驗教學。實驗是嵌入式教學的重要組成部分，除了需要完備的實驗設備之外，實驗課程的開設也非常重要。現擁有PAX270實驗平臺40套，除了實驗箱之外，還配備了相應的開發模塊，后期計劃更新實驗設備，使實驗開設更加完善。整個實驗體系可包括：基礎型實驗，讓學生掌握基本技能，提高學生對基本知識點的理解；綜合設計型實驗，綜合整個課程的知識，訓練學生的綜合設計能力，培養學生綜合運用各學科特別是計算機應用學科知識的能力及團隊合作精神，提高學生創新能力。
3.2 畢業設計
畢業設計是檢驗學生對大學四年所學知識的應用能力。而嵌入式系統恰恰是融合了學生所學的專業知識。因此在畢業設計時，提出了較多與嵌入式相關的畢業設計課題，例如有關Linux、Android、ARM等方面的選題。并且將CDIO理念融合到對學生的畢業設計選題和課題指導上。通過最近幾屆學生的畢業設計完成情況來看，不僅所做內容有所提高，學生的實踐動手能力也得到了大大提升。
3.3 競賽
如果說畢業設計是考察學生的綜合能力，那競賽就是考驗學生的創新能力。在過去幾年，我們帶領學生參觀學習了有關嵌入式競賽方面的內容，并在2012年首次參加了嵌入式物聯網大賽，并進入了決賽，取得全國三等獎。現正在積極準備第二次的參賽，不僅學生參與人數增加，相應的競賽平臺也隨之更新，得到了學校和院系的大力支持。讓學生參加競賽，不僅可以極大鍛煉的學生的實踐能力，還能加強學生的管理能力和團隊合作精神。
4 結語
按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系統課程的教學內容、教學方式、方法和實踐教學上的改革。在以具體項目為載體的教學模式下，讓學生能夠圍繞項目進行自主學習，為完成項目開發，學生將在課程中主動去學習項目開發所需要的知識，培養和提高學生的項目開發能力和初步具備解決實際問題的能力。不僅嵌入式系統課程的教學質量和效果有明顯提高，學生在嵌入式競賽中也取得了優異成績，為社會培養了更多優秀的應用型產業
人才。
參考文獻
[1] 梁宜勇，王曉萍，趙文義，等.“嵌入式系統”課程教學與實踐探討[J].中國大學教學，2009（5）：36-37.
[2] 朱兵，李莉.地方性高校嵌入式系統教學體系研究[J].科技信息，2007（32）：6-14.
關鍵詞：Linux；高職院校；存在問題；改革措施
中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0053-02
一、引言
嵌入式Linux操作系統源碼的開放性，使Linux倍受業界人士的偏愛。近年來，隨著嵌入式Linux操作系統的廣泛應用，在高職院校中，有關專業陸續開設了Linux操作系統這門課程。專業不同，加之高職學生群體的特殊性，Linux操作系統課程在教與學兩個方面都面臨著嚴峻的考驗，Linux課程改革刻不容緩。
二、高職院校嵌入式Linux教學現狀剖析
Linux操作系統是嵌入式專業必設的核心課程，是嵌入式系統開發與設計的核心技術，也是學習ARM硬件技術的基礎，只有二者結合，才能設計或開發出更優秀的嵌入式產品。目前，高職院校中嵌入式專業Linux課程體系及教學還存在一系列問題有待解決，只有正確解決存在的問題，才能使學生更好地領悟到Linux的精髓，發現Linux的魅力所在。
1.缺少前導基礎課程。Linux課程的學習，需要有一定的前導課程。如：數據結構、匯編語言、操作系統原理等。很多高職院校基本都沒有開設匯編語言和操作系統原理課程，這給Linux課程教學帶來很大難度。其中操作系統原理是學習Linux課程的基礎，沒有操作系統原理的知識，直接學習Linux課程無疑是雪上加霜。
2.課程開設次序混亂。Linux課程需要的一些前導課程，與Linux課程開設次序混亂，有的課程平行學期開設，如JAVA課程和Linux課程同學期開設；有的課程后置學期開設，如數據結構在Linux課程下個學期開設。這些問題的存在，主要是專業課程體系結構設置不合理所致，進而暴露出高職院校教師專業知識缺乏、專業能力不強等問題。
3.課程銜接現漏洞。嵌入式專業，學習Linux是為學習ARM硬件體系打基礎，Linux課程必須開設在ARM課程之前，避免平行開設。教授Linux課程的教師可以不了解ARM硬件體系結構，但教授ARM課程的教師必須具備Linux操作系統知識。在具體的教學中，兩門課程間應做到無縫銜接，但在教學的具體實施中，兩門課程脫節嚴重，兩門課程的教師應做全面的溝通和交流，使課程教學能夠順利進行。ARM課程必須在Linux操作系統下學習驅動程序編寫、內核移植及代碼燒寫等工作，不使用操作系統，ARM就如同單片機一樣，發揮不出自身的技術優勢。
4.教學方法單一。高職院校的Linux課程教學一般在計算機實驗室進行，采用老師邊講解邊操作的傳統模式，在這種情況下，學生做的有針對性的實驗較少，教學環節中缺少項目設計環節，學生無機會參與科研項目開發，更不利于學生創新能力的培養，很難激發學生的學習興趣，教學進行到中間階段，學生普遍進入疲勞期和厭學期，后期教學很難順利開展。
5.師資力量薄弱。在高職院校新興的嵌入式專業，精通Linux操作系統的教師為數不多，嚴重存在軟硬件分家的現象，有的教師只懂Linux操作系統，對相應的ARM硬件體系不了解，有的教師了解ARM體系結構，但對Linux操作系統望而生畏。如何讓嵌入式專業的教師既精通軟件，又精通硬件，是高職院校嵌入式專業急需要解決的師資能力問題。
三、高職院校嵌入式專業Linux課程改革措施
在高職院校課程改革的大趨勢下，嵌入式專業Linux課程改革勢在必行，在進行Linux課程改革之前，第一要明確本校嵌入式專業人才培養的方向，第二要明確Linux課程所對應的業內崗位需求，在明確這兩個問題的基礎上，Linux課程改革才能進行開展。采用“理論+實踐+應用+項目”的教學思路，以Linux理論教學為基礎，以創新實踐教學為依托，以培養學生創新思維和創新能力為目標，形成課程基礎理論和創新實踐相互促進的互動教學機制。課程建設以實現優質教學資源的最廣泛共享為目標，堅持改變傳統的教育教學模式，創新教學思想和理念，改革教學內容、教學方法和教學手段，堅持開拓創新，依托學校的學科特色，堅持以學生為本，促進學生主動構建知識結構[1]。
1.嵌入式專業課程體系改革。嵌入式專業為高職院校新興專業，課程體系建設尚不成熟，需要進一步發展和完善。核心課程的前導基礎課程盡量增開，或設置成必修的選修課形式增開。同時，要嚴格軟硬件課程開設的比例，電路基礎、電子技術、硬件原理及版圖制作這三門硬件課程不能割舍，這三門課程是嵌入式方向硬件基礎和靈魂，本校的嵌入式專業擬增設硬件原理及版圖制作這門硬件必修課。總之，課程體系的改革需要以專業人才培養方向為導向，以行業的技術發展為指導。
2.課程結構設置改革。Linux操作系統用途越來越廣泛。目前，中國多數企業和高校均采用RedHat Linux操作系統，Red Hat Linux操作系統分為多個版本，在教學過程中，教師在授課時應統一版本，選取對應版本的教材。不同的專業，學習Linux課程的方向也不同。在某一課程對應的所有崗位需求上，不同專業的學生均有選擇機會，但作為嵌入式專業的人才培養方向，Linux課程人才培養崗位如表1所示，嵌入式專業在Linux教材選取、教學內容設計、實踐操作等方面，偏重于Linux命令、shell編程等內容，嵌入式專業Linux的后續課程ARM體系結構及嵌入式C技術應用開發會在Linux操作系統的基礎上進行相應的實踐操作、項目開發。上述三門課，保證了嵌入式專業的學生在畢業時能夠勝任表1中1～4對應的職位。課程結構設置應與本課程行業對應崗位密切聯系，將行業崗位需求作為課程結構改革的導向和依據。
3.實驗環境改革。Linux操作系統這門課和上機操作密不可分，這就要求有相應的Linux操作系統環境。目前，部分高職院校采用獨立的Linux操作系統環境，Linux操作系統這門課在純Linux操作系統下完成。Linux操作系統的桌面環境和Windows操作系統的桌面環境差異很大，學生對Linux操作系統非常陌生，這給教學工作帶來了很大阻力。在Linux操作系統命令的實踐過程中，常出現學生改動或刪除系統文件的情況發生，嚴重會導致Linux操作系統癱瘓，這種情況無疑給機房計算機的管理和維護帶來壓力。鑒于上述問題，建議在實驗室的計算機上安裝windows操作系統，在windows操作系統上安裝VMware虛擬機，在虛擬機上安裝Linux操作系統，這樣的實驗環境對硬件要求不高，也利于教師的授課和學生的學習，用戶可在windows和Linux之間靈活切換，若因學生誤操作使Linux操作系統出現問題，可以輕松在虛擬中實現重裝，也可以事先在虛擬機中對Linux操作系統進行克隆，做系統的備份，這種實驗環境給機房的管理和維護帶來了便利。
4.教學方法改革。轉換教學模式，發揮學生的主動性，高職教師應該重點培養學生如何學的能力，尤其Linux操作系統這門課，shell命令種類繁多，每條命令又包括相應功能的參數，讓學生牢記每條指令和參數是不現實的，這就要求老師培養學生具有獨立學習的方法和能力，靈活運行man手冊命令和help在線幫助文檔；充實教學內容，使學生具有扎實的理論基礎，教師在授課的過程中，要多選幾本參考教材，多參考網絡資料和專業技術論壇，使教學內容能夠充實、全面，項目案例應以典型性和綜合性為宜；加強實踐操作，提高學生的實踐操作能力，依托Linux相關技能大賽，提升學生的動手能力和獨立完成項目的能力，鼓勵學生參與教師的科研項目或企業的真實項目，提升學生真實項目實戰經驗，為今后就業創造有利條件[2]。
5.培養雙師型教師隊伍。鼓勵并支持教師走出課題，深入相關企業進行實踐鍛煉或進行學習深造，提升教師自身的專業能力與項目組織、管理及實施的能力。目前，部分高職院校開展教師到企業一線實踐鍛煉或科技掛職等工作，均為提升教師自身的專業技術水平和項目實踐能力提供了寶貴機會。此外，部分高職院校也為教師提供假期各種專業技能培訓或在線學習的機會，希望教師們能夠重視繼續學習的機會，努力提升自身的雙師型教師的能力。
四、結束語
Linux源碼的開放性，使Linux技術使用領域更為廣泛，從桌面環境到嵌入式行業，Linux越來越受歡迎。Linux課程在嵌入式專業扮演著重要角色，Linux課程改革沒有成形的套路可循，需要教師不斷地去探索、總結、發現，Linux課程改革任重而道遠[3]。
參考文獻：
[1]鄭廣海，曲英偉.“嵌入式Linux操作系統及實踐”課程改革[J].計算機教育，2012，（4）：37-40.
[2]閆大順，馮大春.Linux操作系統課程改革探索[J].現代計算機，2008，（281）：48-50.
關鍵詞 單片機與嵌入式系統 案例教學 Proteus仿真
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 引言
單片機與嵌入式系統是一門實踐性很強、理論緊密聯系實際的課程，由于內容抽象，在教學中采用傳統的授課模式，學生往往難以理解，出現的問題主要有以下三個方面：（1）單片機與嵌入式系統是軟件和硬件相結合的產物，學生在學習之前需要掌握計算機組成原理、匯編語言、C語言程序設計等多門課程，相較于硬件課程，難度較大。（2）傳統教學模式因缺乏合適的教學演示，教學效果不理想。（3）教材選擇困難。雖然經過這么多年的發展，但由于各個學校之間課程體系不同、學生程度不一，如何選擇一本適合本校本專業的教材依然不是一件容易的事情。
1 單片機與嵌入式系統案例教學介紹
案例教學過程由設計準備、教學實施、總結反思三個階段組成。為了提高教學效果，可將學生分組，以組為單位進行案例的設計與講解。設計準備階段教師要選擇好知識點，并組織學生小組圍繞該知識點思考系統功能，設計電路和編寫程序；教學實施階段教師只講解理論內容，然后由學生小組介紹對該內容的理解，并通過Proteus演示案例的電路設計圖、源程序和仿真效果，其他小組可以提出不同看法和解決方案，最后在教師指導下形成知識點的最佳案例解決方案；總結反思階段可要求學生對案例進行總結，寫成文檔作為平時作業，同時也要鼓勵學有余力的學生對案例進行擴展，提高教學效果。
2 單片機與嵌入式系統案例教學實例
以MCS-51單片機為例，輸入/輸出接口、中斷系統、定時/計數器和串口通信是教學中的重點內容，以下是筆者在教學中總結的幾個實例。
2.1 LCD液晶顯示實例
（1）使用Proteus軟件繪制電路原理圖，如圖1所示，1602芯片的RS、R/W、E控制端分別與單片機P2.0、P2.1、P2.2引腳相連，D0～D7數據端依次與P0.0～P0.7相連。（2）使用Keil C進行軟件編程，將1602的寫命令模式、寫數據模式和初始化分別用函數實現，方便了主函數的調用。程序實現了常用字符和自定義字符的顯示。源程序如下：
2.2 定時/計數器產生方波實例
（1）使用Proteus軟件繪制電路原理圖，如圖2所示，利用單片機的P2.0引腳輸出方波，進而可以驅動揚（下轉第171頁）（上接第120頁）聲器發出聲音。（2）使用Keil C進行軟件編程，定時/計數器T1初始化，模式控制寄存器TMOD設置為0x10（使用T1的定時功能，工作于模式1），初值設置為10000（每0.01s產生一次中斷），進而生成50Hz的方波，源程序如下：
3 結語
關鍵詞：電子設計競賽；嵌入式系統競賽；嵌入式系統課程；實驗教學
中圖分類號：G64 文獻標識碼：B
文章編號：1672-5913（2007）09-0039-03
英特爾杯大全國學生電子設計競賽嵌入式系統專題邀請賽（以下簡稱嵌入式系統競賽）是教育部大力倡導和推動的競賽，是面向大學生的群眾性科技活動，它們的宗旨是引導高校在實驗教學中注重培養大學生創新能力、協作精神和理論聯系實際的學風；加強動手能力和工程實踐能力的訓練；提高學生針對實際問題進行嵌入式系統設計開發的能力。嵌入式系統競賽自2002年開始舉辦，到2006年已經舉辦了三屆。比賽規模也從一開始國內的15所高校28支參賽隊拓展到第三屆的來自東南地區67所高校149支參賽隊。在國內，嵌入式系統競賽已為越來越多的企業和學校認可和重視，其知名度和影響力已逐漸提升，甚至超過電子設計競賽的地位。
1 國家競賽的內容和特點
嵌入式系統競賽為了能夠進一步豐富全國大學生電子設計競賽的形式和內容，同時讓一些學有余力、自學鉆研能力強的學生能夠盡顯才華，該比賽一改電子設計競賽專家組命題競賽的形式，提出了“不設命題，自主發揮，不封閉比賽場地，延長比賽周期”的新理念。此外， 由于嵌入式系統所采用的硬件平臺是由組委會統一提供的，加強了比賽的透明度和公平性，使得更多的優秀學子能夠擁有在平等條件下展示自己的自學鉆研和動手實踐能力的機會。開放性的題目設置使得學生和指導老師不再拘泥于一些基礎的內容和方向，設計開發也從8位、16位的單片機跨越到了以32位處理器為核心的嵌入式系統設計上，應用知識也突破了電子設計競賽的單一電子學科的范圍，擴展到包括計算機科學、自動化控制、數字通信在內的諸多領域。更加強大的處理器功能和更加開放的競賽形式使得參賽者可以自由發揮創意，但同時，由參賽隊伍自主命題所帶來的更大的自由度意味著沒有很多的東西可供參考或直接借鑒，更高的競賽水準也對學生提出了更高的要求。這一競賽同時也更關注參賽作品的創新性、方案的合理性、作品實現的難度和工作量、作品以及設計文檔的完整性等方面指標，任何一方面的忽略都可能影響最終成績的評定。
2 競賽暴露出的我校原有“嵌入式系統課程”實驗教學的弱點
國家競賽的內容和特點，代表著國家對大學生在嵌入式方面培養的具體要求，雖然我們多次指導學生參加國家競賽，并且多次都取得了較好成績，但我們深深感受到我校原有的“嵌入式系統課程”實驗教學已不能夠完全滿足國家的培養要求，主要存在著以下弱點。
（1）實驗教學中注重了對學生軟件編程的訓練，而輕視了對其硬件設計訓練
由于在實驗教學中對處理器核心電路的設計、接口電路的設計、產品結構的設計等方面的訓練內容較少，導致學生對硬件的基礎知識缺乏。在競賽中參賽學生對系統接口的擴展、利用可編程邏輯器件的設計電路、對處理器性能的估計等方面顯得知識和經驗不足。
（2）實驗教學中注重了學生對上層軟件的設計，缺少培養低層軟件的設計能力
在實驗教學中由于應用軟件方面的實驗項目，相對容易教學。而低層軟件的實驗項目需要功能強大的開發工具，同時設計和調試的難度大，所以實驗教學中減少了低層軟件的實驗項目。這種安排導致學生在競賽中對低層軟件的了解、設計、調試能力不足，甚至對該方面的工作無從下手。但是低層軟件是嵌入式系統的重要組成部分，競賽中該方面的任務非常大。
（3）實驗教學中驗證性和設計性實驗項目較多，綜合實驗項目少，缺少自主命題的課程設計
實驗教學中沒有注意培養學生的創新能力，學生作的實驗都是教師預先設計好的題目，學生不需要質問可行性，只要埋頭完成就達到了實驗要求。這種實驗模式導致學生在競賽中不能根據自己的知識開拓思路，提出好的設計題目，設計出新穎的產品，而是希望老師想出一個題目，自己來實現。
（4）實驗教學中采用的實驗平臺單一
實驗室只提供基于X86的嵌入硬件實驗平臺和嵌入式Linux操作系統。由于軟硬件平臺單一，導致學生的實驗項目種類少，不能按照產品的需求進行選擇系統，不能夠認識到嵌入式系統軟硬件多樣性的作用性。2006年競賽中Intel公司提供了兩種平臺，分別是eXcale PXA270 和低功耗的嵌入式X86。競賽學生不能夠根據目前提供的平臺，選擇相對應合適的題目，完全忽視了兩個平臺區別和適合的應用方向。
（5）實驗教學缺少對團隊合作的訓練
能在競賽中取得好成績的參賽隊，往往都是隊員之間配合默契，遇到難題集思廣益，共同謀求解決問題的辦法，在整個競賽過程中隊員們相互鼓勵，相互促進，努力爭取最好成績，這種團隊合作精神正是我們過去實驗教學中所忽視的。過去我們希望讓每個同學從頭到尾獨立完成整個實驗，所以安排一人一組設計實驗項目，工作量也就較小，而學生之間相互協作能力培養不夠。
（6）實驗教學中對學生的實驗報告要求不夠
有的同學實踐能力很強，但撰寫設計報告能力較差。報告中僅展示出自己最終設計方案，而對各種方案的比較和論述不夠，對系統的性能缺少分析，甚至缺乏理論的推導。
3 改進“嵌入式系統課程”實驗教學的措施
從這幾屆電子設計競賽的題目和嵌入式系統競賽及今后的發展趨勢來看，競賽的工程背景越來越濃，它既強調理論設計，更強調系統實現。它既考核了學生綜合運用基礎知識的能力，更注重考察學生的創新意識。競賽涉及的內容往往是一個課程群而非單一的一門課。這就要求我們的實驗課程必須進行改革。為此，我們采取了以下措施。
（1）增加自主命題的綜合實驗項目
增加自主命題的綜合實驗項目，學生可以根據自己的興趣和愛好以及平時在相關方面的了解，自行提出或與教師討論制定出一些命題。在這類綜合實驗項目的指導上，老師的教學方式也以啟發學生獨立分析思考問題、獨立解決問題為主，充分調動學生自主學習的積極性，發揮他們的潛能。
（2）分層次進行實驗
由于學生的能力和興趣的不同，我們安排的實驗項目分為驗證性實驗、命題性綜合實驗、自主命題性大型綜合實驗。部分學生主要以驗證性實驗教學為主，指導他們進行各種驗證性實驗，深化理論知識的理解；對該課程有興趣并且有能力的學生，可以指導他們進行命題性綜合實驗或自主命題性大型綜合實驗，使他們深入到嵌入式系統設計中，培養他們的創新能力和科研項目的設計及開發能力。這樣，既完成了教學任務，又可以發掘優秀的學生人才，使他們的能力得到更進一步的提升。
（3）實驗教學應深入系統的底層
在傳統的實驗教學實踐中，教師指導學生實驗往往僅在硬件平臺的基礎上做一些應用性的程序和實驗，很少讓學生深入系統底層去研究，如學習硬件原理和結構，編寫驅動程序，編寫bootloader代碼，移植操作系統等。這樣學生即使能夠在某嵌入式平臺上，對某些硬件編程實現特定的功能，卻往往對硬件的原理和功能一知半解。當他們遇到新的題目要求或不同的硬件平臺時，就無從下手。實驗教學不能達到舉一反三的效果。因此，我們在新的實驗教學中，改變了以往的方法，讓學生在實驗中深入系統的底層，了解系統的工作原理，不僅讓學生知其然，還要知其所以然。這樣讓學生在以后面對類似的問題時，也能從容分析問題并加以解決。
（4）實驗教學應培養學生軟硬件綜合設計的能力
從歷屆嵌入式系統競賽的比賽結果來看，名列前茅的作品往往是軟硬件綜合設計比較出色的作品，有的作品在組委會統一提供的開發板基礎上，又拓展了很復雜的硬件電路，同時軟件上也做了大量的工作，具有較高的難度。這也是嵌入式系統設計的特點，系統中離不開硬件，因此我們在實驗教學上，也必須加強軟硬件綜合設計能力的培養。通過讓學生參與軟硬件綜合設計的項目，來培養他們軟硬件綜合設計的能力。
（5）實驗平臺的多樣化
嵌入式系統的設計是產品決定系統，即根據產品的功能和指標，進行處理器的選擇，存儲器的種類和大小的選擇，接口和外設的安排等。如嵌入式處理器的選擇時，移動設備由于功耗的要求，一般選擇ARM芯片；網絡設備，可以選擇以IBM 的Power為內核的高性能處理器。因此實驗室應該提供多種實驗平臺，通過建設，目前我們實驗室已擁有基于8051，80C51FXX，MSP430，PowerPC 860 ，ARM9 ，X86，EPOSN 32位嵌入式處理器，PicPlaze和MicroPlaze軟核的實驗板和實驗箱。同時對部分實驗箱系統配有 Windows CE、Linux、Vxworks、ucOS II、Delta等多種嵌入式操作系統。學生可以根據自己的設計項目進行選擇。使學生在實驗中能夠充分發揮各種實驗板和操作系統的功能，避免大材小用，殺雞用牛刀。設計時應該以既要完成項目的功能和指標，又要以減少產品成本為目標。設計完成后能夠估計該產品的硬件和軟件成本。通過這樣的訓練，不僅能夠培養出一般的程序員和硬件工程師，而且可以培養出高層次的人才。
（6）團隊合作的訓練
嵌入式系統設計的工作量一般較大，如果學生的選題項目大，應該分組進行，一個項目組安排三到五人進行設計，安排一個學生為項目組組長。小組成員共同制定編寫項目總體方案，項目計劃等文檔。將項目分解成為幾個子項目，每個人負責設計和實現其中的一部分，各個部分完成后，共同調試。通過實驗訓練學生的團隊合作能力，使他們認識到個人單兵作戰在時間、知識和能力的劣勢和團隊合作的重要性。通過進行團隊合作訓練，使學生畢業后進入公司，很快融入項目組，發揮其作用。
4 總結
實驗教學改革是一個龐大的系統工程，需要從事實驗教學的教師持之以恒的不斷努力。嵌入式系統競賽對我們的實驗教學改革起到了積極的推動作用，通過競賽，使我們不斷跟蹤國家對大學生在嵌入式方面的要求，使我們了解其他兄弟院校的現有實驗教學經驗，發現我們當前實驗教學的不足之處，并加以改進和完善；通過改革使得實驗更能引起學生的興趣，啟迪思維，培養創造精神和創新能力；通過改革使一批優秀人才在實驗中脫穎而出，同時使實驗教師得到自身業務的提高。
參考文獻：
[1] 林建英．電子設計競賽在綜合設計實驗課程建設中的促進作用[J]．實驗室科學，2006，（8）：130-132.
[2] 侯曉峰．嵌入式系統邀請賽――不僅僅對學生有益[J]．計算機教育，2006，（5）：9-10.
[3] 蔣磊．教師在嵌入式系統邀請賽中的作用和角色[J]．計算機教育，2006，（5）：7-8.
[4] 劉輝. 從電子設計競賽看單片機實驗教學的改革與創新 [J]．長沙大學學報，2006，（5）：98-100.
[5] 劉興華．從電子設計競賽談電子信息類課程體系改革與創新能力的培養[J]．攀枝花學院學報，2006，（4）：105-107.
[6] 徐武雄．從全國大學生電子設計競賽看教學改革[J]．科技資訊，2006，（14）：196-197.
