時間：2023-01-14 17:55:35
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篇嵌入式培訓總結，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;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：項目驅動 嵌入式系統 實驗教學改革
中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）05（a）-0023-02
隨著不斷更新的嵌入式技術在智能通訊、消費電子、醫療儀器、航天航空等領域的廣泛應用，嵌入式技術正在成為高校學科方向建設或開設為選修課程，課程教學和實驗內容緊跟技術前沿有了更高的要求，如何對嵌入式系統課程的理論與實驗教學進行改革，期望形成適合本院校特色的課程內容和教學方法是當前各類院校共同探索的重點[1]。
本文結合本校應用型人才培養方案的教學實際，提出以項目驅動的嵌入式系統實驗創新實踐教學模式，圍繞綜合實驗項目展開，培養學生掌握嵌入式系統的硬件基本體系和結構、系統運行模式、嵌入式軟件開發流程、系統調試、驗證和測試方法等，使學生具備基本的嵌入式項目開發知識和能力。
1 嵌入式系統實驗教學現狀
1.1 嵌入式系統實驗教學的目標和特點
全面了解嵌入式系統實驗教學特點對教學和改革非常必要，其主要特點有：（1）實踐性。學生必須親自實踐，設計方案，動手操作，才能真正將知識為已所用，若沒有認真完成實驗，嵌入式系統課程學習猶如紙上談兵；（2）系統性。嵌入式統課程涵蓋面較寬，底層硬件是基本，嵌入式操作系統是重點，多種開發平臺和多種軟件使用是突破口，嵌入式系統開發應用的所涉及到的相關程序設計是關鍵……（3）創新性。嵌入式系統知識技術更新快，在實驗內容上，應該加入創新的元素，學生也應需要在實驗中有自己獨立的見解和想法，而不是單純完成教師分配的任務[2]。
總之，在嵌入式系統教學過程中，把握嵌入式技術應用性強、涉及領域廣、技術更新快等特點，注重理論與實踐教學環節緊密結合，強化實驗教學落到細節，以培養學生動手實踐能力、綜合應用能力和創新能力為主要目標。
1.2 嵌入式系統課程實驗教學的不足
雖然目前眾多高校日益重視嵌入式系統實驗教學，但效果一直欠佳，仍表現出很多薄弱和不足之處。首先，實驗內容安排不合理，實驗內容簡單。驗證性實驗過多，學生自己動手的設計性實驗少；單一性基礎實驗多，綜合性開發實驗少；基礎實驗多，反映嵌入式最先進技術的實驗內容少，從而導致實驗教學流于形式，造成學生學完課程之后不知道如何應用，對嵌入式技術還停留在理論階段。其次，嵌入式實驗設置與實驗室資源配置不合理。部分實驗設備落后，難以與快速發展的嵌入式硬件與軟件開發同步；實驗資源長期閑置，利用率低；實驗室管理制度過于死板，課后作業無法到實驗室完成或繼續學習。再有，很多高校師資力量薄弱，學生知識水平參次不齊，實驗教學往往輔導不到位，導致個別學生無法及時解決問題則中途放棄。最后，嵌入式實驗課程體系陳舊，與企業要求嚴重脫軌，學生畢業后就業形式嚴峻，就業后不能很快進入工作崗位，有的甚至還需要進行第二次培訓[3]……
2 項目驅動的嵌入式系統實驗教學
針對嵌入式系統課程特點和現狀，初步探索與嘗試項目驅動的教學模式，合理設計實驗項目內容和方式，讓項目實踐教學貫穿于課程體系結構，從而提高實驗室資源，調動學生學習主觀能動性，形成教學相長良性局面。具體的說，項目驅動化教學，就是以項目為載體，將課程講授的主要內容穿插其中，注重課程理論體系的完整性，達到理論實踐一體化、傳授知識與培養能力一體化、“教、學、做”一體化的培養工程人才的教學方法，這種教學模式比較適合那些實踐性較強的課程[4～5]。
教師選擇項目應具有實用性、典型性、綜合性、趣味性和可行性，采取“項目引導、任務驅動、邊講邊做、講做結合”的教學模式，且項目精心準備并成功實現，對各細節實現訪求及理論知識比較熟悉。當然，項目化教學方法的實施過程中也存在一定的困難，它要求教學的硬件資源比較齊全，實驗室管理方案合理、師資配備得力等。
3 項目驅動的嵌入式系統實驗教學嘗試
3.1 項目驅動激發學生學習興趣
教育學家斯金納曾言：“在教學中成功的設計問題，有利于激發學生積極主動去思考，有利于學生運用已有知識去獲得新知識或解決新問題。”可見，問題設計是教學活動中促進學生實踐創新能力主動發展的重要環節[5]。這里的項目驅動即是問題設計。
說明與課程相關的完整的項目詳情，詳細描述項目需求、主要功能、預期的目標，及當前項目的基本現狀。重點演示項目實現后的效果，如果受實驗條件或時間等因素的限制，課堂難以逐步展示實現過程時，可靈活借用其他方式，如圖文并茂的詳細文檔、屏幕錄制的視頻、生動形象的動畫片等。利用展示的實現結果為契機，通過生動的描述激發學生的學習興趣，力圖使學生產生強烈的求知欲望，讓他們接下來的學習有目標，方向明確！
同時，在項目分析與描述時，根據項目實現的各個環節把課程理論與實踐完整的串連起來，列舉出各章節的重點難點，說明各重點難點在項目中是怎么實現的，學生對照課程目錄及項目實現的過程，能初步理解嵌入式系統開發的基本流程，實現方法等。
3.2 根據項目需求合理安排實驗內容
根據專業側重點不同，隨著理論課的進度，以項目內容和實驗環境等方面，合理安排實驗課，做到簡單實驗與復雜實驗、驗證性實驗與綜合性實驗、課堂實驗與課后實驗全面且有代表性。下以設計實現“遠程視頻監控系統”為例，針對軟件工程專業學生，硬件實驗側重硬件選擇和簡單調試，軟件方面安排嵌入式操作系統（如嵌入式Linux）移植、文件系統移植、Boa服務器配置與移植等，除此而外，環境搭建實驗、程序設計實驗也必不可少[6]。基礎實驗安排不在多，而在于實用性，讓學生順利完成逐個實驗，以此樹立自信，在不斷取得的小成就感支配下，進而主動強化理論學習并利用課后再實踐，直到完成項目。
3.3 分組完成綜合實驗
全班同學完成系列簡單基礎實驗后，綜合實驗則在此基礎上稍做調整，并添加創新的元素，以實現項目主要功能。根據實驗需要，把綜合實驗細分幾大部分，全班同學按能力水平、興趣愛好分組，把基礎實驗過程中發現基礎較好、悟性較高、動手能力較強、在某些方面有優勢的同學任命為小組長。如上項目可嘗試以下分組方案：動手能力相對較弱、語言組織能力較好的學生分為一組，負責書寫整理需求分析和設計文檔，寫文檔時與其他成員相互溝通與交流，因此也可增強實踐能力；操作系統方面基礎較好的同學分為一組，主要搭建實驗環境，并向下一組實驗同學提供環境的詳情，如共享文件（源碼、庫、工具軟件等）放在什么位置，有哪些服務器，什么版本的交叉編譯工具鏈及其他細節；硬件基礎扎實的同學們分為一組，移植嵌入式操作系統內核（一定要在內核中加載USB攝像頭驅動）；軟件應用能力較好的同學們為一組，配置和移植Boa服務器制并作根文件系統；C/C++編程能力較好成為一組負責CGI腳本設計；最后一組是系統測試，這要求各方面能力較強的同學完成……這種分組實現、組長負責的實驗教學方式，遵循因材施教的原則，各小組相互溝通，相互學習，且能增強同學們的團隊精神。
3.4 項目總結與期望
綜合實驗的順利完成并不代表是項目驅動的嵌入式實驗教學的最終目標，對項目進行總結與展望能讓一段時間的理論與實踐學習取得事半功倍的進步。以講座或報告的方式，各小組分別匯報各自的主要工作，各成員的經驗，如何攻克遇到的什么難題，各自關鍵的技術在哪里……匯報的小組主要發言人不一定是小組長，但一定是集各成員的總結與收獲。總結課堂師生暢所欲言，為項目提出新的期望，并討論下一步如何去實現，去完善，為嵌入式系統相關知識再學習導航。
4 結語
本項目驅動的教學模式是嵌入式實驗教學改革的初步探索與嘗試，克服了當前嵌入式實驗中不足的現象，合理安排實驗內容，充分利用實驗資源，且能調動學生積極性，基本做到了因材施教，教學相長。如何不斷的實現項目創新的元素，是嵌入式實驗教學一直追求的重點和難點。
參考文獻
[1] 馮小燕，陳昌興.地方高校嵌入式實踐教學體系的構建[J].實驗室科學與技術，2011，9（1）：98-100.
[2] 冼進，賈德良，畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J].實驗室研究與探索，2011，30（8）：282-283.
[3] 張騰飛，郭前崗，王保云.嵌入式系統創新實驗室建設與實踐探索[J].中國電力教育，2013，25：163-165.
[4] 李妍.項目化教學在嵌入式系統實踐課程中的探索[J].實驗室科學，2012，15（5）：27-29.
關鍵詞：嵌入式軟件；實驗教學系統
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A
文章編號：1672-5913 (2007) 15-0027-04
Experimental Teaching System Construction for Embedded Software
Abstract：To train up a good deal of embedded software development talents adaptable to the society requirements, the embedded software system’s architecture and development contents are analysed in this paper, as well as the particular fashion of embedded software development and the developers’ knowledge system structure required by the community.
Several configuration schemes for embedded software experimental teaching system are also described in this paper, as well as the construct of multiple levels’ experimental projects. In the end, how to doing experimental teaching well and raise the teaching quality are summarized. This paper is a summarization for the many years’ embedded software practical teaching work by the authors. We hope that it could bring some enlightening reference to the community, and establish a basis for our next improvement.
Key words：embedded software; experimental teaching system
“嵌入式軟件開發”是一門實踐性相當強的課程，學生在學習了相關理論知識之后，如何能從實踐的角度掌握更實用的開發方法和技能，是我們在規劃、完善嵌入式軟件教學體系中重點關注的問題。為此，我們以培養適應社會需求的嵌入式軟件開發人才為目標，充分研究了嵌入式軟件系統結構及開發內容、嵌入式軟件開發方式的特殊性以及業界對嵌入式軟件開發人才的知識體系結構需求，開發了以多種配置方案、多層次實驗項目為主要內容的嵌入式軟件實驗教學系統。
1嵌入式軟件系統結構及開發內容
嵌入式軟件系統的典型結構如圖1所示。
因此，嵌入式軟件的開發自下而上可分為以下幾種層次：
編寫簡單的板級測試軟件，主要目的是輔助硬件的調試
(1) 開發基本的驅動程序(不針對特定的嵌入式操作系統)
(2) 開發特定嵌入式操作系統的驅動程序(即板級支持包BSP――Board Support Package，包括目標板的初始化、中斷管理以及一些簡單的驅動程序單元)
(3) 開發嵌入式系統軟件，如嵌入式操作系統
(4) 開發嵌入式中間件，如嵌入式CORBA、嵌入式JAVA等
(5) 開發嵌入式應用軟件
2嵌入式軟件開發方式的特殊性
嵌入式軟件開發方式有其特殊性，具體體現在如下幾個方面：
(1) 開發方式：采用交叉開發的方式。這是與桌面軟件開發不同的地方，其開發環境的建立相對復雜，不僅要安裝開發工具軟件，還需配置特定的目標硬件平臺，并在開發平臺與目標平臺之間建立有效的物理連接和邏輯連接，相關概念易產生混淆。
(2) 對開發工具的要求比較高：一則需要有功能強大的集成環境提升開發過程的便捷性，二則不管是進行調試還是測試，均要求在目標端有相應的模塊，以支持宿主端功能的實現，模塊可以是用軟件實現的，也可以是由硬件實現的。
(3) 硬件平臺豐富多樣，有共性，也有較大的差異性。據不完全統計，目前全世界嵌入式微處理器的品種總量已經超過千種，有幾十種體系，主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、SH、X86，廣泛應用于消費電子、通信、汽車、國防、航空航天、工業控制、儀表、辦公自動化等領域。教學中應考慮采用各種典型的硬件平臺，讓學生學到的知識更能接近社會的需求。
3嵌入式軟件開發的知識體系結構
嵌入式軟件開發的范圍和內容涉及很多方面，與桌面軟件開發不同，業界對嵌入式軟件開發人才有更多的要求：不僅要懂軟件，還要具備基本的硬件知識。具體來講，除具備計算機基礎理論知識如計算機組成原理、操作系統、匯編語言、C語言、程序設計思想和方法等外，嵌入式軟件開發的知識體系結構中還要求如圖2所示的內容：
4實驗系統構成及配置
嵌入式軟件開發實驗系統一般由下列元素組成：
(1) 嵌入式系統芯片及開發板(或評估板)
(2) 嵌入式軟件開發工具(或集成開發環境)
(3) 嵌入式操作系統(可選)
(4) 其他監測儀器(硬件相關，可選)
(5) 實驗項目
(6) 配套資料，如實驗教學大綱、參考實驗程序、參考實驗報告、實驗課件、實驗教材。
針對嵌入式系統芯片及開發板、嵌入式操作系統及嵌入式軟件開發工具多樣性的特點，我們通過與嵌入式硬件廠商、軟件供應商的廣泛交流與合作，利用多方資源建設與豐富實驗系統，規劃和實現了多種配置的實驗系統，可以配套具有不同教學側重點的嵌入式軟件課程，靈活性大。在配置實驗系統時我們基于如下的一些考慮：
硬件平臺方面：主要考慮選擇屬于不同系列的嵌入式微處理器構建目標平臺，目前有如下幾種配置：
(1) 嵌入式仿真PC平臺
用軟件仿真的方式在PC機上模擬一個嵌入式目標平臺，學生利用PC機就可以自己動手搭建嵌入式系統的開發環境，熟悉應用開發，更快捷方便地學習和理解嵌入式系統的基礎知識。基于這樣的基礎，再在真實的嵌入式目標硬件平臺上進行開發，經歷從純軟件到軟硬件結合、從“紙”上談兵到“板”上談兵的一個學習實踐過程，逐步遞進，由淺入深，就能更加系統、透徹地掌握嵌入式軟件開發的知識和技能。
(2) 基于ARM7的嵌入式硬件平臺
ARM(Advanced RISC Machine)是目前業內主流的嵌入式微處理器系列，在眾多的嵌入式領域中得到應用，已成為業界公認的嵌入式微處理器標準。ARM7在整個ARM系列中位于中低端的位置，采用ARM7為核心的嵌入式硬件板作為目標平臺，既能讓學生從一開始就了解和熟悉業內主流和先進的嵌入式微處理器的知識，又能降低實驗系統構建的成本，便于普及。
(3) 基于SH3的嵌入式硬件平臺
SuperH(簡稱SH)是由renesas(瑞薩)公司開發的用于高性能價格比、小型化和高性能功耗比的嵌入式RISC處理器。Renesas也是目前位居業界前列的微控制器供應廠商，其SH系列的嵌入式微處理器在汽車電子、網絡設備、辦公自動化設備、家用電器、工業設備等領域被廣泛應用。
軟件平臺方面：
(1) 嵌入式操作系統：一種方案是采用開源的嵌入式操作系統作為學習和使用對象，例如uC/OS-II。由于開放源代碼，學生能夠看到嵌入式實時操作系統尤其是內核的典型實現，能夠更好地激發他們的學習興趣，可自己嘗試修改如調度算法之類的內部機制，對于他們掌握好相關理論知識和提高實踐水平很有好處。另一種方案是選擇商用嵌入式操作系統，這些操作系統廠商可提供針對教育的版本，比如北京科銀京成技術有限公司推出的國產自主品牌嵌入式實時操作系統DeltaOS。主流的商用嵌入式操作系統經過了市場應用的考驗，在功能、性能、穩定性和可靠性方面都有較大優勢，讓學生學習了解它們也是有好處的。
(2) 嵌入式軟件開發工具：盡量采用集成化程度高的、使用方便、易學習掌握的工具。因為在教學中工具不是重點，但又是實現開發所必需的。選擇好的工具能讓學生盡快熟悉嵌入式軟件開發的過程尤其是交叉開發的方式，盡快跨越工具關，建立起開發環境，以便在有限的課時中把精力集中在嵌入式操作系統、嵌入式微處理器編程、驅動開發、應用軟件開發等重點內容上。
基于上述考慮，我們規劃的不同方案的實驗系統配置如表1所示。
5實驗項目體系設計
實驗項目的設計遵循下面的一些原則：
(a) 由淺入深，由易到難
(b) 由硬件到軟件、自下而上
(c) 由基礎到綜合、由驗證到創新
基于這樣的原則，我們設計的實驗項目可分為以下類型：
(1) 嵌入式開發環境的建立：包括仿真開發環境的建立、交叉開發環境的建立，讓學生體會不同開發方式的要點和差異(包括宿主平臺及目標平臺的軟硬件配置、軟件工具的安裝及配置、硬件線路的制作及連接、物理連接的驗證、邏輯連接的驗證等)，掌握開發工具的基本使用，熟悉嵌入式軟件運行的載體――嵌入式目標平臺；
(2) 嵌入式微處理器編程基礎實驗：包括匯編指令實驗、處理器工作模式實驗、存儲器實驗、I/O接口實驗、中斷實驗等；
(3) BSP及硬件驅動開發實驗：包括板級初始化、系統自舉程序(boot loader)、實時時鐘和定時器驅動、網絡接口驅動、鍵盤驅動、顯示(如LCD)驅動、串行總線(包括UART/USB/I2C等)驅動、多媒體接口設備(比如音頻)驅動、可編程I/O端口操作等；
(4) 嵌入式系統軟件開發實驗：比如嵌入式操作系統內核移植、嵌入式操作系統組件(如GUI等)移植、開放源代碼的嵌入式內核機制改造等；
(5) 嵌入式操作系統應用基礎實驗：對嵌入式操作系統尤其是內核的基本管理功能的驗證性實驗，包括任務管理、信號量機制、消息傳送機制、優先級反轉及解決策略、內存管理等，幫助學生掌握嵌入式操作系統的基本原理和使用。這類實驗比較簡單，只突出某一方面的主題；
(6) 嵌入式操作系統應用綜合實驗：學生在全面掌握基礎理論知識和具備一定動手能力后，掌握嵌入式軟件開發的過程和方法，將所有的基礎軟件部件貫穿起來，比如將嵌入式實時內核、文件系統和TCP/IP網絡協議棧、嵌入式GUI進行綜合應用；
(7) 嵌入式中間件應用實驗：比如嵌入式JAVA程序設計、手機Java應用開發等；
(8) 嵌入式系統應用綜合設計實驗：從底層硬件的擴展和設計，到驅動開發，再到上層應用軟件的設計，完成復雜應用開發。幫助學生了解真實的應用，并鍛煉自己分析和解決問題的綜合能力，掌握系統分析、設計及編程、調試和固化等多方面的技能。
6如何提高實驗教學質量
(1) 積累、完善相關素材和配套資料(包括實驗教學大綱、參考實驗程序、參考實驗報告、實驗課件、實驗教材等)，進行充分的準備。
(2) 規劃好實驗步驟，規范化實驗課程程序，完善相關管理制度，比如：將實驗步驟以實驗指導書的形式體現；實驗前由老師講解，并演示操作步驟；學生開始實驗操作前教師明確實驗項目的目標和要求，在實驗過程中適時提供指導；實驗結束后要求學生按標準格式書寫實驗報告，教師及時批改和總結。
(3) 根據所配套的理論課程，將實驗項目合理組合搭配：在實驗教學課時有限以及實驗設備資源不是很充足的情況下，為了盡量多地讓學生掌握嵌入式軟件開發的知識和能力，對上述不同硬件平臺和軟件版本的實驗系統進行選擇，對不同類型的實驗項目進行組合搭配，以取得更好的教學效果。
(4) 根據實驗內容的難易程度和工作量大小，改變實驗小組的構成形式。對于簡單的和工作量小的實驗項目，可要求學生獨立完成。而對于綜合性和創新性的實驗，一般不是能由單個人獨立完成的，需要學生們組成設計小組，協同分工，共同完成。
(5) 創新實驗考核方式。針對不同類別的實驗，采取不同的考核方式。對于一些簡單的驗證性實驗，由教師直接在實驗課上考核，在學生完成實驗項目后檢查其完成情況，酌情打分；另一方面，對學生提交的實驗報告進行評價，關注他們是否能提出一些心得體會，以及對實驗的建議。對于綜合性的設計實驗和創新性實驗，關注學生個體或團隊開展實驗的過程，要求他們提交更為詳細的實驗報告，以及在實驗過程中產生的其他工作產品(除了軟件程序本身外，還要求有完善的設計文檔)，評價他們是否掌握了提出問題、分析問題和解決問題的基本方法，是否具備將相關理論和實踐知識融匯貫通、舉一反三的能力。
7結語
在現今計算機技術迅速發展和縱深應用的后PC時代，嵌入式系統的應用無處不在，業界對于嵌入式系統開發人才的需求與日俱增。這種人才需求不僅是數量上的，更是品質上的。國內各高校、職業技術學院及培訓機構的嵌入式相關理論與實踐課程的開設也從客觀上證明了這種需求。本文是對作者多年嵌入式軟件實踐教學工作的總結，希望能給同業者帶來一些啟示和參考，也作為自身下一步工作改進的基礎。
參考文獻
[1] 羅蕾. 嵌入式實時操作系統及應用開發[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[2] 陳天洲. “嵌入式系統概論”課程設計[J]. 北京：計算機教育，2006,4.
[3] 王志軍. 解構北京大學嵌入式系統課程建設[J]. 北京：計算機教育，2006，5.
[4] 侯曉峰. 嵌入式系統邀請賽――不僅僅對學生有益[J]. 北京：計算機教育，2006,5.
嵌入式系統定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統”是嵌入式系統的3個基本要素［1］。隨著科技的發展和社會需求的推動，信息技術進入到以嵌入式系統為代表的后PC時代。嵌入式系統的市場快速增長，嵌入式人才缺口急劇增大［2］。正基于此，國內眾多高校、職業技術學院和培訓機構紛紛開展嵌入式系統的教學和培訓工作［3］。作為高職高專計算機類專業，開設嵌入式課程一直都在摸索之中。由于受到高職高專學生基礎較差、嵌入式內容綜合、學時較短等因素困擾，因此，通信類高職高專學生開設嵌入式課程更少。但是隨著時代的發展，人們對信息的傳遞要求也越來越高，因此，學生在學好單片機為基礎的同時，一部分學習好的學生可以學習嵌入式，加強嵌入式系統接口與通信編程實踐能力的培養。
1確定培養目標嵌入式系統是軟硬結合的產品，存在于各個領域，這就決定了它的多學科交叉特性［4］。一般嵌入式系統分硬件應用模式和軟件應用模式。硬件應用模式主要是以電子技術應用工程為主，從事控制、儀器儀表等方面硬件設計和驅動程序的設計等；軟件應用模式主要是以計算機、通信技術應用工程為主，從事實時操作系統和應用軟件設計等。高等職業教育是就業導向的教育［5］，我們從企業對求職者的技能要求角度出發［6］，通過對高職高專學生的職業活動導向分析，畢業生應具有相應的嵌入式工程設計與調試能力，因此，把嵌入式的應用程序的設計與調試能力作為核心培養目標。
2建立嵌入式系統教學體系以夯實基礎，突出重點，提高學生動手實踐能力、綜合應用能力和創新能力為目標，充分考慮通信類專業嵌入式系統課程特點和學生實際情況，建立了高效整合的實踐體系。首先，我們基于嵌入式中對硬件電學知識和電路知識的掌握，分別開設60課時的“電工技術”和60課時的“電子技術基礎”；其次，基于嵌入式中對軟件設計知識的掌握，分別開設90課時“C語言程序設計”和90課時的“單片機項目開發與實踐”；最后，通過128課時的“嵌入式項目設計與實踐”完成整個教學體系。由于課時有限，在安排課程時寧缺勿濫，既然學了就要學透，學扎實，避免后續課程出現“燙剩飯”現象。為了做到講、練、討論相結合，所學的知識能及時實踐，做到技能不過夜，少遺忘，因此采用4節課連上的形式，在綜合實驗室邊講、邊練、邊討論完成教學。學生實踐時間大于50％。在打好基礎的同時，重點培養學生初步分析能力、綜合應用能力和解決問題能力。對嵌入式感興趣并且學有余力的學生可以參加由專業教師組織的嵌入式社團，利用業余時間幫助教師完成某些項目開發和調試工作。有興趣的學生也可以參加電子設計大賽和嵌入式設計大賽，提高學生獨立分析問題、解決問題的能力和實踐創新精神。
3建立和完善實驗、實訓環境實驗、實訓環境關系到教學是否正常完成。嵌入式系統涉及的實驗設備種類較多，耗資較大，損壞率比較高，但利用率卻較低。為了解決學校與學生兩難問題，滿足多層次實踐教學的要求，我們一方面向學校申請經費，一方面鼓勵教師申報科研課題，調動教師的積極性，自主研發實驗設備。截至2009年中旬，我院教師已申請到江蘇省產業化項目一項、江蘇省教改項目一項、教育部教職委教改項目一項、院級教改項目一項、院級創新基金一項，到帳經費約5萬元。學院已為嵌入式教學體系實驗課程配備了實驗設備，其中“單片機項目開發與實踐”課程采用自主設計的實驗板。一般人認為，學好單片機不是教出來的，而是“玩出”來的。為了便于學生購買，應花大力氣降低實驗板成本。最終，整套成本才25元，學院補貼60％，學生只要付10元就可以購買屬于自己的單片機實驗板。實驗脫離了實驗室的束縛，只要有電腦，隨時隨地都可以做。“嵌入式項目設計與實踐”課程采用與中國電子學會嵌入式分委會、北京博創公司聯合建設的形式，既有Intel公司的PXA270實驗箱、三星S3C－2410實驗箱，又有便于學生學習購買的三星S3C－2410開發板，從而滿足不同層次的學生對實驗、實訓的要求。在節省了大量的實驗室建設和維護資金的同時，鍛煉、提高了教師的教學、科研水平，更重要的是保證了教學實踐優質、順利完成。
4建立嵌入式系統課程體系由于嵌入式系統內容比較多、比較綜合，我們抓住學生職業需求，以學生以后的工作過程為基礎，通過任務驅動和項目教學2部分完成，教會學生嵌入式應用程序設計與調試的方法，以及提高學生解決實際問題的能力。第一部分，通過任務驅動完成Linux程序設計基礎教學，如表1所示。通過任務驅動，使學生對Linux程序設計有一個感性的認識，對設計流程和方法有一個靈活的掌握，為下一階段學習打下一個良好的基礎。第二部分，教師通過職業行為領域引導一些典型的嵌入式系統通信項目在課程中進行分解，把項目的內容分成若干個任務，按照項目開發流程，逐步由易變難，同時將學生分組，鍛煉學生團隊組織能力和相互協作能力。在教學過程中以學生為主體，淡化講授和實驗的界限，采用一體化教學，以項目為載體，打亂知識結構，使其內容根據一個個通信項目重新組合在一起。通過做項目將常用的命令和知識點融合其中，突出能力目標。一些使用率低的命令和知識點由于課時有限，學生的精力也有限，就舍棄不講，鼓勵學有余力的學生自學，盡量做到“丟芝麻，撿西瓜”。通過對工作過程分析，抽象出3個典型工作項目，涉及有線、無線通信多個領域，如表2所示。學生通過自己的操作很快能看到正確結果，成就感很強，興趣很高，同時通過分組考核，激發學生全隊合作意識和創造性。學生根據課程的進度逐步完成項目中的各個模塊實驗，在課程中不斷學習新的知識點，并應用所學知識完成項目。
5實踐教學方法改革
5．1學生主體，多種教學方式相結合嵌入式系統內容比較多，僅通過一兩種教學方式達不到教學目的，所以，我們采用授課、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形式相結合的方式進行，讓學生能夠及時汲取和充分掌握所學知識［7］。初期，我們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，教師講得越來越少，隨之，鼓勵學生通過多種手段（如走訪、上網、去圖書館、實驗等）收集大量信息［8］，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［9］，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，使受教育者通過職業教育具備一種能力，不僅能“有飯碗”，而且會有一個“好飯碗”。
5．2工學結合、以職業活動為導向嵌入式系統與產業界聯系緊密，企業中有工程經驗豐富的一線工程技術人員和高水平的技術團隊［10］。我們通過校企合作、工學結合，與中國電子學會嵌入式分委會、北京博創公司深入合作，從企業中邀請經驗豐富的一線工程設計人員和技術團隊帶學生實訓，通過校企雙方共同努力構建一個工學結合、以職業活動為導向的教學環境，使學生提前感受到企業文化，完善自身職業素質和工學結合的實踐能力。學生通過工學結合受到一線工程設計人員潛移默化的影響，能較快地融入到學習中來，提高自身技術水平。組織學生參加企業嵌入式系統通信模塊測試，受到企業和學生的好評，為學生畢業前自我工作定位、合理的自我評價打下很好的基礎。
6結束語
通過不斷探索與實踐，我們在通信專業嵌入式系統教學方面建立了較為完整、系統的課程體系，建立了較為全面的實驗、實訓環境，取得了較好的教學成果。
關鍵詞:嵌入式系統;教學體系;教學方法;教學實踐
中圖分類號:G642文獻標識碼:A
1引言
網絡、通信、多媒體和信息家電時代的到來,無疑為32位嵌入式系統高端應用提供了空前巨大的發展空間;同時,也為力不從心的8位單片機向高端發展起到了接力作用。嵌入式技術及產品的快速成長成了全球IT產業發展的顯著特征,嵌入式技術是二十一世紀最有活力和生命力的新技術之一。然而在中國,嵌入式軟件復合型人才的缺乏,已成為嵌入式產業的可持續發展的瓶頸,作為對新技術研究和探索最活躍的群體之一――高等院校中獨立軟件學院,如何接受嵌入式技術帶來的挑戰,學習嵌入式、研究嵌式、使用嵌入式,已成為一個重要的研究課題,加強與完善高校嵌入式系統教學迫在眉睫。由于國內嵌入式系統教學起步較晚,目前還沒有形成適應高校教學的一個統一的教學體系和教學規范。由此強調要以信息技術為手段,深化教學改革和人才培養模式改革,如何根據社會的實際需要,培養具有一定專業特色的和特定能力強的軟件實用型、復合型人才是我們學院應首要解決的問題。因此必須深入探究嵌入式系統課程體系結構,尋求各專業嵌入式系統實踐教學解決方案,積累教學實踐經驗,建立較規范的嵌入式系統教學體系,使嵌入式系統應用開發技術更好地融入到教學與科研活動中,以適應社會對嵌入式系統人才的需求,對于深化我國高校的教學改革具有重要的現實意義。
2嵌入式系統教學體系探究
嵌入式系統作為一個新興的課程體系,目前在教學過程中相關先修課程與基礎知識的準備教學內容(包括硬件平臺與軟件平臺)的選擇、實驗教學與實踐環節組織等問題依然處于爭論和探索階段。國內高校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。
2.1嵌入式系統教學分析
(1) 從應用角度來分析,具有世界最大嵌入式技術市場的中國,嵌入式系統教學中更多的強調以“應用”為中心。嵌入式系統應用程序的開發還必須具有一定的行業領域知識,教學中最好要在一個實際的應用項目開發環境中去實踐,提高嵌入式軟件開發方面的綜合應用能力。
(2) 從學科專業角度來分析,嵌入式系統涉及多門交叉學科致使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;微電子、電子信息工程、自動化等相關專業嵌入式教學。在嵌入式系統教學中應重視不同專業嵌入式課程體系建設、課程目標和內容等方面展開。
(3) 從技術角度來分析,嵌入式系統是軟件和硬件有機的結合體。要考慮什么樣的硬件設計更容易編寫驅動程序,軟件處理效率等因素就必須要學習操作系統和驅動程序開發相關的知識,同時需要考慮如何取舍軟硬件設計。由此嵌入式系統教學中應注重培養同時具備軟件和硬件兩方面及綜合性知識分析能力。
2.2嵌入式系統方向理論課程體系
本科階段的按專業方向課程規劃既要重視基礎理論的學習,又要注重實踐性,既要突出專業自身特點,又要把握嵌入式系統在多學科知識領域中相互滲透的規律。不同專業嵌入式系統方向課程體系如圖1所示。信息工程專業涉及的專業基礎課包括數字電路、微機原理與接口技術、單片機原理與接口技術、計算機組成原理、可編程邏輯器件、EDA設計等課程。而軟件工程專業涉及的專業基礎課則為C/C++語言、數據結構、計算機網絡編成、編譯原理、軟件工程、操作系統等。嵌入式系統課程體系包含兩個專業的相關內容。數字電路的知識是從事嵌入式系統的必備,關鍵要增強邏輯思維能力。C語言作為一種“高級的低級”語言、易移植、易維護、可讀性強、具有強大的內存操作能力,成為嵌入式系統開發的最佳選擇。數據結構與算法在嵌入式系統教學中要作為重點,可適當增加實驗課時,無論學生以后從事嵌入式系統的軟件還是硬件開發,這門課的思想將貫穿其中,這兩門課程教師應當要求學生加強上機實驗的操作,鼓勵相互交流,體會編程的思想。
嵌入式處理器體系結構:在嵌入式領域中廣泛應用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微處理器。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,學習以ARM為架構的嵌入式技術具有非常廣闊的前景。對于嵌入式操作系統:目前比較適合用于本院教學主要有VxWorks、Windows CE、Linux(uClinux)和μC/OS-Ⅱ等。基于Linux內核穩定可靠、源碼免費開放等優勢成了教學和學習嵌入式操作系統的首選。嵌入式的軟件開發從智能手機開發(SYMBIAN)、J2ME程序設計、數字媒體終端等實踐編程。嵌入式軟件開發語言主要有匯編語言、C/C++語言、Java語言等。
2.3嵌入式系統方向實驗課程體系
嵌入式系統是實踐性很強的課程體系,學好嵌入式系統課程不僅有助于學生了解系統設計的基本方法,而且能提高學生對于相關學科的理解和實際應用能力。在嵌入式系統教學中,實驗是最重要的環節之一,是學生掌握嵌入式系統設計技術的關鍵。為滿足不同專業學生的學習要求,我校現有嵌入式系統實驗設備40套(XScale PXA270處理器)及相關配套實驗儀器及測試儀器,實驗教學內容涉及微處理器系統設計、嵌入式實時操作系統開發、嵌入式中間件平臺開發、嵌入式系統應用開發等內容。為達到教學目標,將實驗教學體系分為基礎類實驗、系統設計類實驗和創新類實驗。基礎類實驗:采用理論授課與動手實驗相結合的方式,讓學生了解開發環境和開發流程,掌握實驗開發工具的使用方法,熟悉軟件編程環境,根據實驗指導書的內容進行實驗的調試,讀懂實驗源程序和程序的運行過程,使學生能夠進行修改、組合和補充式的應用編程。包括ARM集成開發環境ADS1.2的使用與仿真調試方法、ARM中的匯編程序與C語言調用的混合編成等15個實驗。系統設計類實驗:主要采取精講精練的方式進行,使學生能夠掌握嵌入式系統設計的基本方法。教師指定幾個設計課題,并提供任務書,任務書內容包括實驗題目、實驗所涉及的主要內容、要實現的功能說明及實驗中應注意的問題。學生自行設計實驗方案,編寫實驗程序,選擇硬件接口并調試,獨立進行課題設計,并寫出設計實驗報告,教師在設計過程中僅起指導作用。包括嵌入式Linux內核分析、裁減、移植和燒寫在內的10個實驗。創新類實驗:為了培養學生的科研能力、創新思維能力和工程實踐能力,研究課題和內容由他們自己提出,或是來自教師的科研課題,或是與企業相結合的科研項目,學生自己討論確定研究方法和研究手段,利用現有的實驗設備和條件進行課題研究,教師在一定階段給予必要的指導。
3嵌入式系統教學實踐
(1) 注重理論知識和實踐訓練相結合教學,著力培養學生創新能力。
結合實例講解理論,使理論來源于實踐,又進一步指導實踐。在課堂教學中,要求教師注重體現工科特色,突出本課程在嵌入式軟件開發中的基礎性作用。由于嵌入式系統是一個實踐性很強的課程體系,學生的動手能力的培養是嵌入式系統教學中的一個非常重要的環節。在教學方式上,注重采用理論與案例相結合的課堂教學、系統的多級課程實踐、工程實習以及前沿技術講座等多種形式的教學與實訓,使學生在掌握扎實的嵌入式軟件基礎理論、開發技術和工具的基礎上,進行嵌入式軟件的設計和開發。實現對嵌入式系統的感性認識和理性認識相統一。在實踐教學手段上,除了繼續加強畢業設計(論文)、畢業實習、課程設計和理論課內實踐教學外,還提出了“實驗選修課”的新模式,要求各專業大學生必須修滿一定的實驗選修課學分。實驗選修課面向全校各專業開放,課程強調以實踐為主,進行綜合性、設計性的訓練。而該課程的教授中占據著核心地位的是創新能力的培養:采取學校與企業合作,企業中有工程經驗豐富的一線工程人員和高水平的技術團隊,構建這樣一個高水平的學生工程實踐環境,為學生提供實際項目開發機會,完善自身職業素質和工程能力;通過大學生嵌入式設計競賽可以針對具體問題使學生在實踐中提高發現問題,解決問題的能力。
(2) 配套立體化教材,共享嵌入式系統教學資源。
如果僅僅是購買了一個開發套件而沒有相應的配套技術資料,可想而知學習的效果肯定是很差的,因為只有配套的資料才能體現出設計者的原創思想,更為重要的是在學習過程中遇到了困難,配套的技術資料可以幫助老師和學生加深理解、解決問題。各硬件廠商提供的產品芯片說明和開發參考以及嵌入式操作系統的源代碼和相應軟件環境使用說明是最好的教材。但資料多為英文,學生使用起來比較吃力,所以此時教材的選擇非常重要,課程開始給學生推薦經典的教材,在此基礎上引導學生盡快過渡到英文資料的閱讀和使用上。多媒體教學比傳統教學的模式具有更大的優勢,多媒體教學把枯燥的計算機內容轉化為生動的圖像、交互和視聽媒體,把教學內容直觀化,有利于學生更好地接受知識。同時,加強教師的培訓,提高教師應用網上資源進行教學、整合網上資源的技能。
(3) 總結教學方法,提高實際教學效益。
運用“學教并重”進行課程教學設計、采取了互動式教學、采用啟發式、范例式課堂教學、現代與傳統教學手段相結合,直觀、生動的等多種教學方法,激發學生主動學習熱情,讓他們成為教學中的主體,并培養其收集相關領域信息、拓寬知識面的能力。將教學的重點放在培養學生發現、分析問題、解決問題能力上。從而達到能理解嵌入式軟件設計文檔;獨立負責嵌入式軟件組件編碼和調試;執行軟件組件的單元測試;符合嵌入式軟件開發企業的入職要求等教學效益。
4結語
嵌入式系統在國內真正得到發展還是近幾年的事情,還沒有形成統一的教學體系和規范,加之社會對高素質嵌入式系統人才的需求日益增加,各個高校迫切要求建立嵌入式系統課程體系、實驗體系、教材體系和教師培養體系,本文所探究的針對軟件本科專業的嵌入式系統理論課程體系和實驗課程體系,積累嵌入式系統的教學實踐,融合了社會企業的需求和軟件專業的特點,符合實際應用。當然,獨立軟件學院的嵌入式方向的教學還任重道遠,需要從事嵌入式系統教學的教師在實踐中不斷地進行研究、不斷地積累經驗,不斷地創新,才能培養出社會所需要的高素質嵌入式技術人才。
參考文獻:
[1] 凌明,劉昊,時龍興. 關于嵌入式系統課程教學過程中幾個問題的思考[J]. 電氣電子教學學報,2007(10):94-96.
[2] 毛德操,胡希明. 嵌入式系統―采用公開源代碼和StrongARM/XScale處理器[M]. 杭州:浙江大學出版社,2003.
[3] 李耀波,杜麗敬,徐洋. 高校嵌入式系統課程群規劃的探討[J]. 信息科技,2007,10(19):9,25.
[4] 管秋梅.“嵌入式系統”課程教學的研究[J]. 電氣電子教學學報,2007(12):108-109,112.
[5] 黃曉玲,段鳳云,趙建科. 嵌入式系統實驗教學體系的探索與實踐[J]. 實驗技術與管理,2006(04):85-87.
The Teaching Research and Practice of Embedded System for the Software Speciality
HE Jian-feng, JIANG Lin, LIU Lin
(College of Software , East China University of Technology, Nanchang 330013, China)
圖書館領域中的嵌入式服務是近年來才逐漸被人們所關注的熱點，并且被圖書館界所認同和接受，諸多圖書館對嵌入式服務進行了探索和研究，并且有了很多成功嘗試的案例，嵌入式服務并且傳統圖書館的理論認識和學科范式，適應當前用戶的行為變化和信息需求，滿足日益開放的網絡化、數字化學書交流氛圍，為圖書館理論做出了行動突破。
一、重新定義圖書館性質
傳統圖書館的主要特征是空間服務及場所服務，每當提及圖書館，均會自然而然的聯想到大樓，每當提及圖書館館員，也會自然而然的聯想到在大樓中工作人員，但是嵌入式服務打破了傳統物理空間的性質，不再將圖書館理解為館員服務的主要場所和主要陣地，而是強調將服務延伸到所有用戶能夠存在的地方，例如會議室、辦公室以及實驗室等，滿足的是行為的改變和用戶的需求，并且凸顯圖書館以人為中心，反襯出圖書館在網絡化的背景下做出的戰略調整合適應性選擇[1]。總之，圖書館的一切應緊緊圍繞用戶，并且結合用戶的實際需求構建與之適應的服務策略。為此，嵌入式服務重新定義了圖書館和圖書館服務的概念。
圖書館若想防止邊緣化，就必須要保持高度相關的服務對象，西方國家認為：為保持這種相關性，圖書館應在用戶需要時提供必要的服務和資源。盡管圖書館通過電子郵件、電話以及個人接觸與用戶聯系，但是事實上并未真正嵌入用戶的研究和學習過程，從一定程度上來說，圖書館館員依舊局限于用戶和資源的中介，作用也僅僅是傳遞，信息資源并未利用館員技能和專長轉變成知識。優質的服務便是能夠為所有用戶提供所需的服務。當然，嵌入式服務無論是圖書館自身亦或是服務用戶，均起到雙贏的選擇。目前，圖書館已經摒棄傳統圖書館的性質，并且館員也不再只為圖書館中的人所服務，為了實現這一點，應當通過圖書館嵌入式展開，并且重新慎重圖書館和館員的真正涵義[2]。
二、重新認知信息需求
從一定程度上來說，圖書館的作用和價值往往通過滿足用戶需求所體現，因此能否把握和了解需求是前提所在。傳統圖書館服務過程中館員并沒有和用戶存在深度接觸，而是被動的滿足用戶需求，因此并不能夠挖掘和發現用戶的潛在需求，所以，應當完善圖書館館員和用戶的關系，提高二者互動的深度和頻次，方可更好的對用戶的需求予以掌握、挖掘和了解。
國外已經將嵌入式服務作為圖書館界的新趨向和共識，圖書館館員借助嵌入式理論將自己作為研究團隊的組成成分或者研究課題合作者的身份，深入和服務用戶的合作，圖書館館員將不僅僅圍繞圖書和期刊論文對用戶提供服務，而是通過全譜段的合作，激發用戶潛在需求，改變用戶對圖書館服務以及圖書館館員的傳統人事。圖書館館員最重要的事情并不在于為客戶解決了多少問題，而是能夠將圖書館專長轉換為用戶能力。
用戶的需求會因環境和時間的不同而發生變化，所以，應該結合用戶的跟蹤需求來進行不同的服務。國外調查研究表明，絕大部分嵌入式圖書館館員的工作應包括如下：（1）為用戶群的工作提供助益或協同;（2）和固定用戶進行會面討論;（3）于圖書館以外的場所提供信息管理工具培訓及相關信息資源;（4）和用戶高級會員面談，商討信息服務與需求;（5）參與用戶擅長領域的學術研討、課堂教學以及會議;（6）了解用戶的信息需求及工作需求;（7）協同用戶的電子交通空間，包括博客、電子郵件以及其他網絡化空間。
三、重新定位館員和用戶的關系
圖書館館員和用戶的傳統關系是在用戶進入圖書館后建立的，而且往往是臨時性，且圖書館館員的服務也是偶發性。嵌入式理念能夠為二者之間提供全新、互動及主動的關系，拉近二者之間的距離。嵌入式理念不僅能夠表現為聯絡關系，還能夠將圖書館的服務和資源告知與用戶，充分了解用戶需求，并且帶回到圖書館中，其次，圖書館館員的角色還能夠得到擴展，在新時期賦予新的功能。即支撐和了解整個學術研究過程，利用嵌入模式提高學者的工作效率以及學生的信息能力，構建用戶和圖書館館員的協同關系。
盡管用戶和圖書館館員的協同關系很久之前便出現過，但是直至后來的教學參考書服務，館員依舊難以擺脫用戶單獨存在，所以過去的合作僅僅局限于膚淺的層次上，更多的是館藏層次。缺乏對用戶教學科研的深度支持以及全程跟蹤，對于學科知識服務來說，只有嵌入用戶科研及教學中方可實現伙伴關系的建立，進而體現出圖書館館員的真正作用和價值。用戶與圖書館館員的合作是多方面的，并不僅僅是資源建設。圖書館應從最初的咨詢參考轉變為知識咨詢，實現二者之間的有效合作，促進二者之間的緊密聯系。圖書館只有重視用戶的實際需求，才能夠利用嵌入式理解保持用戶的教學科研需求相同。
嵌入式服務的精髓在于展現圖書館館員的信息專長，并且將這個專長加以利用，從而影響教學、科研等其他工作。利用嵌入式服務將圖書館館員的身份轉變為用戶的伙伴，建立緊密聯系。只有這樣，圖書館才能夠擴寬生存空間及發展空間。國內外圖書館的諸多實踐[3]均證明嵌入式服務可以優化館員和用戶的關系，建立新的圖書館品牌和形象，贏得了社會各界對圖書館和館員的肯定和認可。
四、顛覆“中介論”基礎
關鍵詞：校企合作；嵌入式；人才培養模式
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）10-0035-02
一、引言
高等教育的發展以及社會需求的變化促使高等院校對大學生的培養理念發生變革，高校不僅要培養學生具有扎實的理論基礎、操作技能以及創新性思維，對適應社會需求的實踐技能的培養亦是當前高校的重要任務之一。市場競爭背景下的企業更需要最短時間內便能在崗位上“獨擋一面”的員工，而不是再經過企業培訓后才能上崗的“半成品”，所以高校畢業生必須具備解決工作中實際問題的能力。這就要求高校在人才培養模式構建、師資隊伍及實訓基地建設等方面能夠保證大學生擁有一定的動手實踐機會，并按照市場的需求培養學生。高校與企業聯合培養模式為學生的實踐技能提升提供了一種較好的途徑，本文以計算機科學與技術專業為例，探討“嵌入式”校企合作人才培養模式。
二、“嵌入式”校企合作人才培養模式的內涵
1.內涵。“嵌入式”校企合作人才培養模式是一種學校與企業合作育人、合作就業以及合作發展的培養方式。它將企業軟硬件資源，包括培訓師資、實訓系統、實驗設備、職業標準、企業文化等相關因素嵌入到高校人才培養過程中，以學生就業為切入點，提升學生運用基本理論解決實際問題的能力，提升職業素養和技能水平，使學生既具有較強的理論知識，又具有較強的應用能力，成為真正滿足社會需要的人才。
2.校企合作培養的必要性。計算機科學與技術專業是一種操作性、實用性很強的專業，其中軟件編程、圖形圖像處理、影視動畫制作、網站設計和制作、多媒體技術等與社會實際需求結合較為密切的方向均要求畢業生具有較好的實踐操作能力。
當前計算機科學與技術專業的人才培養與就業存在一定的矛盾，一方面在國家信息進程不斷推進的大背景下，社會對計算機科學與技術專業人才需求量處于不斷增長的狀態；另一方面企業找不到適合的畢業生，畢業生找不到稱心的工作。高校現行的人才培養模式無法實現專業設置與產業需求、教學過程與生產過程、畢業證書與職業資格證書的自然對接。
“嵌入式”校企合作人才培養模式能夠豐富和完善高校人才培養模式，將企業資源引入課堂，強化實踐能力的培養，高校與企業共同培養滿足市場需求的職業人。
三、“嵌入式”校企合作人才培養模式的應用
1.合作企業的遴選。在校企合作的“嵌入式”人才培養模式中學校和企業分別擔負了非常重要的角色，學校與企業資源的優劣直接決定著校企合作的效果。計算機科學與技術專業是一門應用性很強的專業，學生實踐操作能力的好壞直接決定著人才培養質量的高低，所以在合作企業的選擇上，應選擇實力雄厚的企業單位，該企業應該具備條件：（1）師資力量雄厚，企業講師應具有系統的多項目研發能力。（2）有一定規模的實習實訓基地。（3）具備實習實訓軟硬件資源，較好的實訓平臺、技能測評系統及考試系統
2.“嵌入式”人才培養模式的探索。“嵌入式”校企合作人才培養模式的應用可分階段分層次逐步進行：（1）實訓的內容針對操作性要求較高的課程，如程序設計類課程、網絡類課程、網站建設類課程等。（2）實訓的對象分為學生和教師。
在課程結束后引入為期2周或更長時間的實訓課，通過引入案例教學、項目教學、分組討論、分組完成設計、工作過程導向等開放式、互動式的新型教學方式，將企業職業標準引入課堂，讓學生體驗“真實”的企業環境，使所學知識系統化，提升綜合運用系統知識分析、解決問題的能力及團隊協作能力。企業講師在知識的系統性、全面性等方面具有優勢，并且較早地接觸新技術、新知識并進行應用。教師經過企業的“實訓”后可拓寬視野，緊跟知識更新的步伐，提升專業素養和技能水平，并通過對學生相關知識的傳授，力求使學生能夠做到“青出于藍而勝于藍”。
四、“嵌入式”校企合作人才培養模式探索
為深化校企合作層次，制定更為合理的人才培養方案，構建合理的課程、教材體系，建設“雙師型”教師隊伍，加快專業建設的步伐，“嵌入式”校企合作人才培養模式可在以下方面進行探索：
1.共同制定課程體系和教學內容。通過校企合作的實踐，深化教學體制改革，加快數字化專業課程體系建設，建立一整套與培養應用型人才目標相一致的特色鮮明、動態調整、結構合理的教學內容和課程體系，使教學內容緊貼社會需求，突出針對性和實用性，建立由以知識傳授為主的理論教學體系和以技術、技能培訓為主的實踐教學體系構成的教學體系。
2.共建校內校外實習、實訓基地。學生實踐能力、分析及解決問題能力的提升有賴于體系完備、運行良好的實習、實訓基地，而校企共建的實習、實訓基地能夠提供相應的計算機仿真教學，實驗室、數字化實訓、遠程實時教育等信息化教學技術和工具，從而使理論知識和實踐經驗有機結合，所學知識與就業崗位高度匹配，進而培養出具有較強競爭意識和應用能力的高素質人才。
3.建設“雙師型”教師隊伍。快速發展的計算機專業要求教師應具有較高的專業理論知識，也要具備實踐教學的素質，也即現在呼聲頗高的建設雙師型教師隊伍。企業講師不論在知識的廣度和深度上都較高校教師“技高一籌”，所以要使學生能夠“青出于藍而勝于藍”，首先必須將教師“武裝起來”，而“武裝”的一種途徑便是借助于校企合作，通過這種合作，使得教師能夠具備軟件項目實戰、新技術與教學有機融合、運用新型教學手段和方法的能力和素質，更加企業化、專業化、職業化，更能緊跟技術前沿和就業需求。
構建由企業講師和我校教師為主體的教學團隊，優化教學資源，發揮企業講師的智力資源優勢，推進產學研相結合，鍛煉和培養我校教師的創新精神和實踐能力，提升高等教育質量。
通過校企合作，企業與高校可以實現資源共享，共同申請課題和專利，共同開展科研創新活動，使教師能夠獲得最新的專業技術發展動態，找準方向，培養教師的科學探索精神和創新精神，提升科研能力，使得教師能夠獨立發表高水平的論文，獨立申請及完成科研項目。
4.提升教學服務水平。通過校企合作構建實訓平臺，為學校提供課程學習過程中使用的計算機仿真教學、數字化實訓平臺等信息化教學技術和工具，拓寬教師和學生的視野，提升勇于創新、敢于創新的能力和水平，引導學生邁向更高的臺階，并且為學生參加各種技能競賽貯備知識，爭取在競賽的廣度和深度上有所突破。
5.提供就業服務。通過“嵌入式”人才培養模式的應用，密切了高校與企業之間的聯系，拉近了學生與社會的距離，為學生就業指明了方向。一方面，通過企業甄選的學生被安排到企業工作或者推薦到合作企業工作，另一方面通過企業實訓，獲得被社會認可的培訓證書、職業資格證書和應用技能，在擇業時將得心應手、游刃有余。另外，通過校企合作項目，在一定程度上培養了學生的實踐能力，提升了分析問題和解決問題的能力、職業素質和工作技能，增強了團隊合作意識，在“大眾創業”的目標引導下，不斷加強創業意識、創業過程能力和實踐能力的培養，逐步形成創業熱潮，以創業帶動就業，促進創業就業。
6.成立企業冠名班。企業冠名班的人才培養模式是一種招生與招工結合，實習與就業結合的校企無縫對接的合作模式。在這種合作模式下，教學計劃按照“X年+Y年”模式執行，在前X年中，專業基礎課和專業必修課由高校教師承擔教授任務，而在后Y年，專業核心課和課程實訓課由企業講師承擔教授任務。
通過先進的項目平臺及教學手段，提升學生的以企業用人要求為標準的職業能力，實現從僅注重理論知識到理論與實踐結合、從死板的課本知識到實踐能力提升、從學生到職業人的自然轉換。
7.共建專業。對現有專業，面向在校生及新生進行培養，通過優化課程體系，提升人才培養質量。對新建專業，校企雙方共同制定培養目標和規格、教學進度。聯合招生和培養，通過企業真實的工作環境，提升人才培養與社會需求的契合度。
五、小結
高校教育應該立足于大學生素質的全面提高，以學生的成功就業為導向，服務于經濟社會發展，而“嵌入式”校企合作人才培養模式的構建，是達到此目標的有效途徑。該模式打破了傳統的教學模式，構建了一種新的人才培養體系，實現了學校培養與社會需求的無縫對接。
參考文獻：
[1]陽立高，韓峰，劉建江.基于校企合作的高校高層次、創新型、應用型人才培養模式研究[J].教育教學論壇，2013，12（52）：273-274.
[2]徐艷清.基于校企合作的人才培養模式改革研究[J].現代企業教育，2013，（9）：109.
[3]柳嬋娟，鄒海林.基于校企合作的應用型軟件工程人才培養模式研究[J].計算機教育，2011，12（24）：9-10.
[4]朱昌平.校企合作提高IT大學生就業能力的探索[J].實驗室研究與探索，2010，29（6）：102-105.
[5]冷士良.對“聯模式”校企合作、工學結合人才培養模式的思考[J].教育與職業，2010，（23）.
[6]王力綱.構建校企合作的人才培養模式研究[J].教育理論與實踐，2010，（10）：4-5.
關鍵詞：Linux內核 嵌入式操作系統 教學方法
文章編號：1672-5913(2011)18-0029-04 中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
基金項目：北航研究生院精品課程項目(201010)；軟件開發環境國家重點實驗室開放課題(SKLSDE-2009KF-2-0X)。
隨著嵌入式系統中處理器性能和內存容量的快速提高，Linux在智能手機、網絡通信以及多媒體娛樂設備等領域得到了廣泛應用。國內外高校也對嵌入式相關課程進行了探索[1-2]。
針對軟件學院高層次工程化創新型人才的培養目標，結合國家Linux技術培訓與推廣中心的建設，我們在嵌入式操作系統的教學內容中融入Linux的新概念、新技術，以就業需求為導向，系統而全面地進行了課程的教改研究和建設。
當然，作為實用操作系統，將Linux系統應用到實際教學中，也有很多問題需要討論和探索，如龐大的代碼量，繁雜的基礎概念和應用工具等。針對這些困難，文獻[3-4]進行分析并給出了一些嘗試方案。
基于我們在相關課程中的知識和經驗積累，結合國內外針對Linux教學已經取得的成果，我們設計了一套具有自己特色的課程體系和實施方案。學生通過該課程的學習，不僅可采用實例方式對嵌入式操作系統和計算機組成原理等核心專業基礎課程進行深入系統地拔高，而且可強化C語言編程能力和UNIX平臺的系統開發能力，學會以“系統”的觀點來看待嵌入式系統的組成，理清軟件和硬件之間的相互依賴關系，為將來從事嵌入式軟件的研發奠定堅實的理論和實踐基礎。
1 課程群的發展歷程
北航軟件學院自2004年起為一年級研究生和高年級本科生開設“Linux內核分析與實踐”課程(該課程2009年得到教育部-英特爾精品課程項目支持)，最初強調對操作系統本身原理(即內核機制、進程管理、內存管理、文件系統和設備管理等部分)的理解。在經過一輪授課實踐后，相當部分學生反映對課程內容學習有相當困難。認真分析后，我們結合軟件學院承擔的北航“國家Linux技術培訓與推廣中心”的建設任務，引入了Novell公司的SUSE Linux的使用和系統管理課程，并另外增加了Linux環境下應用程序設計內容，用于解決學生Linux基礎知識不足的問題。我們發現根本原因是由于這些學生不具備Linux的相關基本概念和使用經驗，在直接學習操作系統相關知識時，出現了知識斷檔。課改的實施旨在改善課程的教學效果。
嵌入式操作系統是該專業一年級研究生第二學期的專業限選課程，該課程和上述兩門Linux相關的課程相互結合，強調嵌入式系統中的操作系統的實時性、可定制等特點，緊密結合實際就業需求，在課程中設置內核移植、硬件驅動和中斷并發內核機制等跟硬件平臺相關且實踐性較強的內容，并通過μCOSII原理的對比，來加強學生對嵌入式操作系統中相關概念的掌握和理解。
綜合以上課程群的內容，驅動程序與內核的學習是相互促進的，即先學習一些簡單的驅動程序的知識，有利于對內核相關原理的學習。反過來，對內核知識的深入學習，也是進行高級驅動程序開發的前提。這樣做的好處是，不僅強調驅動程序學習的重要性，而且重視相關的內核原理對驅動程序設計的相關性，將課程定位于培養高端的嵌入式系統實用人才，
結合以上教改內容，可以總結出自頂向下和自底向上相結合的課程學習路線圖，在自頂向下部分，通過對Linux基本使用和應用編程的學習，學生可由Linux外部使用特性對內核相關機制形成一些感性認識。在自底向上部分，通過首先學習一種硬件平臺，包括一些基本接口及其驅動，學生可對硬件提供的對內核的支撐機制有個初步了解。
在具備上下兩方面的基礎后，再逐步從應用需求和資源管理兩種角度引入操作系統內核的功能需求，通過內核相關實現將上層的應用接口和下層的硬件原理銜接起來。這種知識的組織結構既符合內核設計的原則，也有利于學生將平臺開發和計算機組成知識融合起來。
2 課程內容與實施
鑒于嵌入式操作系統相關知識點繁雜、涉及面廣、相互之間關聯性強從而造成學習時難于入門的特點，基于對實際開源操作系統具體實現方式的分析和對比，我們確定了“理論和實踐相結合，強調課程‘邊界’知識點，關注并及時融入新技術”的課程內容設置原則。
2.1 課堂講授內容
課程首先介紹嵌入式操作系統的基本功能和發展歷程，總結嵌入式操作系統特點。然后，講述實時系統的相關概念，包括臨界區、可重入、同步和任務切換等內容。
課程內容基于i386處理器，但在涉及硬件細節時一般會適當對比ARM平臺，并考慮64位結構對內核的影響。課堂講授的關鍵知識點還包括Linux的模塊編程、進程管理、內核機制(如中斷和下半部、時鐘和定時器、多處理器和內核同步等基礎機制)、內存管理、文件系統、設備管理和驅動開發等部分。各知識點相應的部分，通常都會與μCOSII的實現方式進行適當對比。由于內容和細節繁多，且相互之間關聯性強，所以在課堂上只選擇講授各大部分中關鍵和基礎性的知識點，而對于具體細節等需要深入學習的部分則通過實驗進行涵蓋。在具體內容組織時采用“理論與實踐”的組織方式，即首先針對各相關內容設計實驗(分為源代碼分析和動手編碼兩類)，然后再根據實驗內容確定課堂上的講授內容。
嵌入式操作系統處于硬件與應用程序之間，這決定了學習操作系統時存在一些“邊界”知識。比如，編譯鏈接時的地址重定位、硬件的支撐機制、內核的啟動過程等。盡管這些知識不屬于核心知識點，但它們是完整理解核心知識點的基礎，因此需要在課程講授時明確指出。
對于軟硬件領域出現的新技術，如虛擬化、多核等與操作系統內核密切相關的一些新技術，在課程中也會適當解釋。
2.2 實驗內容
為適應不同基礎和能力的學生，我們設計了分層次的實驗內容，形式上分為源代碼閱讀分析和上機實驗兩大類。
2.2.1 源代碼閱讀分析
源代碼閱讀分析實驗的主要目標是使學生深入理解Linux或μCOSII操作系統的核心工作機制，并熟悉內核代碼的組織方式和編程風格。這類實驗的主要內容涉及內核的啟動、內存映射、進程的創建、打開文件、信號量的實現等。
要求學生選擇2項以上的題目進行分析，并完成分析報告。報告的內容包括所選內容的技術背景和應用價值、所使用的算法和數據結構、具體實現時函數的調用關系，并對各函數的基本功能進行說明。報告最后還要求從操作系統原理的角度對所選擇技術的優缺點及可能存在的改進方法進行分析。
2.2.2 上機實驗
上機實驗的主要目的是培養學生C語言和系統平臺的編程能力，并對課堂和源代碼閱讀所學習的原理進行驗證式或創造式的動手技能訓練。這類實驗的主要內容包括內核的編譯與安裝、模塊編程與管理、為內核增加一種新的同步對象[5]、共享內存和內存映射文件、字符設備驅動程序以及復雜設備驅動程序等，內容的設置在涵蓋主要原理的同時，兼顧實際就業時的技能需求。
2.3 教學實施
作為以動手能力培養為目標的課程，強調以學生為主體，但同時也重視教師的引導作用。本課程綜合運用以下多種教學方法和手段，以達到高層次工程化創新型人才的培養目標。
1) 課堂專題討論。針對操作系統各部分知識相關性強，不易理清的特點，在課堂上給出一些引導性的問題，讓學生分組進行討論。老師根據各組的討論情況進行相應的引導，從而使學生在討論的過程中將各相關的知識點進行整理、組合，達到靈活應用的目的
2) 實驗指導教師引導小組討論。實驗指導老師定期組織其指導的學生小組進行討論，依據實驗報告和項目文檔對其中存在的難題進行解答并展開討論，對一些有爭議的話題進行引導，鼓勵學生進行發散型思考，以提高其創新能力。
3) 綜合考評方式。采用源代碼分析論文(25%)、實驗報告(25%)和期末筆試(50%)相結合的考核方式。源代碼分析論文強調學生從分析獲得的個人體會，實驗強調學生的動手能力和代碼規范性，而筆試則全部采用簡答題形式，注重對概念與具體實現方式的理解與對接。
4) 現代教學手段的運用。針對課程中的一些重要內容，制作相關的圖形、動畫或視頻，以增強教學效果。利用網絡環境展開教師與學生、學生與學生之間的及時溝通和交流，促進學生的學習主動性和自主性。
3 課程特色
1) 針對課程特點，合理組織教學內容。針對該課程相關知識點繁雜，涉及面廣，相互之間關聯性強從而造成學習時難于入門的特點，本課程采用兩種實際的軟件硬件平臺的具體實現技術相對比的方式進行教學，以場景的形式對進程創建和切換、虛存映射等操作系統核心知識進行組織，有利于學生對相關知識的理解。另外，為了使學生理解操作系統和應用程序運行的來龍去脈，增加了(動態)連接、系統的引導和啟動、可執行文件的格式和組成等“邊界”內容。
2) 明確課程目標，注意理清同時涉及軟硬件的概念之間的關系。作為軟硬件密切結合的嵌入式系統，嵌入式操作系統的深入學習離不開對硬件平臺的深入理解。但很多技術，比如中斷處理、地址綁定等概念，操作系統中的設計都需要依賴于處理器提供的支持才能實現。因此，在講述這類知識點時，強調哪些是硬件的技術，哪些是軟件的技術。這種做法非常有利于學生理解硬件中有哪些技術是為了操作系統的存在而設計的，操作系統中有哪些技術的實現是為了在多種硬件平臺上“通用”而設計的，從而達到培養創新型高級“系統”設計人才的目的。
3) 強調實用技能，采用源代碼分析和編程實驗相結合的實踐形式。為了達到高效運行的設計目的，操作系統的源代碼通常設計得非常“精美”，因此可作為編程能力培養的經典范例來使用。而上機編程實驗，則需學生綜合運用所學的相關原理和編程技術，設計并實現一種系統功能，因此強調實際動手技能的培養。這種代碼分析與上機實驗相結合，真正做到了理論與實踐相結合的培養模式。
4 結語
以上教改的實施顯著提高了學生的學習興趣和學習主動性，通過學生反饋的課程評估結果及其就業表現驗證了課程建設的有效性。
我們深知，課程的建設和改進沒有止境，教學內容和教學方法需要根據教學效果的反饋不斷地進行循環優化。希望能通過進一步借鑒國內外同行的寶貴經驗，把我們的教學水平提高到一個新的層面。
參考文獻：
[1] Ian McLoughlin, Anton Aendenroomer. Linux as a Teaching Aid for Embedded Systems[C]. Proceedings of the 13th International Conference on Parallel and Distributed Systems. Washington,DC,USA:IEEE Computer Society Press,2007,vol.2:1-8.
[2] Sung-Yuan Ko. On The Teaching of Embedded Linux System[C]. The First Asia-Pacific Workshop on Embedded System Education and Research (APESER),Washington,DC,USA:IEEE Computer Society Press,2007,vol.2:1-2.
[3] Oren Laadan,Jason Nieh,Nicolas Viennot. Teaching Operating Systems Using Virtual Appliances and Distributed Version Control[C]. Proceedings of the 41st ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE 2010), Milwaukee,WI,USA,March 10-13,2010.
[4] Rob Hess,Paul Paulson. Linux Kernel Projects for an Undergraduate Operating Systems Course[C]. In Proc. 41st ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE),Milwaukee,WI,USA. March 10-13,2010.
[5] 羅宇,陳燕暉,文艷軍,等. Linux操作系統實驗教程[M]. 北京:電子工業出版社,2009.
Application of Linux Kernel in Embedded Operating System Course Teaching
YUAN Cangzhou, LÜ Weifeng, KANG Yimei, SONG You, SHEN Xueping, WANG Huafeng, ZHAO Heng
(Software College, Beihang University, Beijing 100191, China )
一、借鑒國際經驗，創新特色專業
北京工業大學（以下簡稱“我校”）作為北京市屬高等院校中唯一的一所國家“211工程”重點大學，肩負著為首都經濟建設和社會發展培養高層次應用型人才的重任。學院依據國家和北京市的需要，以產業、企業需求為方向，其中心工作就是為北京市新興產業以及信息化建設培養高端軟件人才。我院借鑒美國威斯康星州立大學提出的著力發揮大學為所在地區服務的職能作用、積極促進地方經濟和社會發展的著名“威斯康星思想”，在2003年提出“面向產業、服務北京，拓展軟件工程專業方向”的理念。
2006年我院突破傳統軟件工程專業的局限性，推出數字電子媒體技術、嵌入式軟件與系統、電子政務、技術轉移等四個新專業方向。嵌入式軟件與系統是軟件和硬件設計的完美結合，是綜合性很強的專業，有著很強的實踐性和應用性。數字媒體技術是計算機技術飛速發展所產生的交叉學科，也是北京市文化創意產業發展的緊俏專業。學院在優先發展國家和北京市緊缺專門人才中，選擇軟件工程領域的嵌入式軟件與系統和數字媒體技術2個專業點進行重點建設，并在2007年入選為教育部首批高等學校特色專業建設點，軟件工程專業也被評為北京市特色專業建設點。
由于在專業方向上的成功拓展，我院適應了北京市文化創意和嵌入式系統等新興產業快速發展對緊缺人才的需求，滿足了信息化建設和技術轉移對高層次人才的需要，取得了較好的社會效應。
二、攜手名校名企，創新培養體系
在國際前沿水平上全方位地培養學生的綜合能力，一直是我院的培養目標。與國際知名大學和國際龍頭企業合作辦學，做大做強自身的人才培養平臺。
1.引進優化先進課程體系，實現教學內容與國際接軌
我院自2004年10月開設BOHKNET國際課程，該課程由我校、香港城市大學、美國與荷蘭等幾所大學聯合開設，由這幾所大學的教授們進行聯合授課。該課程采用視頻會議系統以及其他基于國際互聯網的交流工具，由學校的學生們組成項目小組進行課程學習和研究。學院分別于2006年和2008年與美國圣何塞州立大學合作開辦了暑期短期課程班。該項目不僅引進國外課程，還引進國外的教師授課以及國外學生修課，讓學生在國內親身體驗國外大學的教學方式和學生的學習方法，同時提高英語水平和國際交流能力。
在多媒體技術方向，學院與國際著名的早稻田大學簽訂了合作意向，引進高層次教授作為兼職教授，共同探討和研制該方向的培養目標及方案，實現了與國際知名高校培養體系的對接與融合。在電子政務及技術轉移方向，與荷蘭特文特等著名大學聯合探討學生實訓計劃和方案，使學生及時了解國外在該方向的先進技術及研究方向。
軟件行業在培養方式上除了要求學生掌握計算機科學與技術和軟件工程知識外，特別注重學生外語能力的培養。學院聘請專職外籍教師，用英語講授多門基礎和專業課，同時還有部分專業課實行雙語教學。外語水平的培養將有助于學生更好地掌握當今國際上最新的知識和最先進的軟件技術，為學生今后的進一步學習和就業打下扎實的基礎。
2.加大與名企的合作力度，打造國際化培養平臺
為了更好地培養高層次實用型軟件人才，加快發展軟件產業，我院與IBM、微軟、Cisco、Adobe、Autodesk等國內外著名軟件公司建立了良好的合作關系。學院與IBM的合作始于2001年，幾年來在學生科技活動、大師論壇及技術講座、IBM認證培訓、暑期社會實踐等方面進行深入的合作。我院在2007和2008連續兩年獲得“教育部一IBM最佳創新協作團隊獎”。
在嵌入式軟件與系統方向，與美國頂級公司Xilinx合作，利用該公司在嵌入式系統開發設計中的國際領先地位、先進技術，創辦了國內第一個校企聯合的嵌入式系統人才培養模式創新實驗區，建立了基于國際通用嵌入式系統FPGA培養體系。“北工大軟件工程（嵌入式系統方向）應用人才聯合培養模式創新實驗區”被教育部評為2008年度國家級人才培養模式創新實驗區，北京僅有清華大學、北京交通大學和我校獲此殊榮。
三、建構實踐教學平臺，強化應用能力培養
培養工程實用型人才必須加強實踐平臺建設，我院從3個層次加大投入，使之適應產業和人才培養需要。
1.教學實驗室包括軟件工程專業實驗室、數字媒體技術專業實驗室。軟件工程專業實驗室由軟件工程實驗室、軟件測試實驗室、軟件質量實驗室、嵌入式軟件與系統實驗室和計算機網絡實驗室組成。數字媒體技術專業實驗室有美術基礎訓練室、數字媒體技術實驗室、平面設計實驗室、三維動畫實驗室、后期編輯實驗室、運動捕捉實驗室和集群渲染實驗室。教學實驗室為培養學生的專業技能起到了關鍵性的作用。
2.建立企業聯合實驗室包括IBM實驗室、微軟實驗室、實驗室、Sun實驗室、BEA實驗室和Oracle實驗室，聘請有豐富研發和管理經驗的企業高管來校進行講學和培訓，并建立產學研合作辦學和技能培訓認證中心。
3.為了提高學生的科技實踐能力，學院組建了學生會、研究生會、科技協會，成立了各類科技興趣小組，如Photoshop、、flash、IBMclub等。在2004和2005年由微軟公司舉辦的“微軟創新杯”競賽中，由軟件工程碩士作為代表隊成員組成的我校代表隊憑借作品《龍之傳說》和《Fego社區》
分別榮獲3D渲染技術和軟件設計專題競賽的全球總冠軍和季軍。2007屆工程碩士鄧蕭獲得比爾蓋茨親自頒發的微軟“創新英雄”獎狀。科協IBM俱樂部“DreamFactory”團隊從全國近萬名學生中脫穎而出，在2008中國第二屆杰出數據庫工程師評選中榮獲“高校學生應用創新優秀獎”。此外學院還在數字媒體技術人才培養上成績突出，2007、2008連續兩年獲得中國動漫游戲人才培養先進單位的殊榮。良好的教學環境有力地促進了科技創新人才的成長。
四、增進交流，建立國際化教育環境
為實現培養高層次、實用型、復合型、國際化人才的目標，我院與國外大學開展了全方位、多層次的交流，擬創建國際化的教育環境，從而實現優勢互補。
1.我院與美國圣何塞州立大學、愛爾蘭都柏林城市大學、法國國立工藝大學等院校簽訂了碩士層次合作的協議，聯合開展軟件工程方向的碩士學位教育，學生按照要求修完雙方的課程，成績合格畢業后，將獲得雙碩士學位。其中一項目的特色在于法方負責安排學生在法國學習期間到法國的相關企業實習，并隨后推薦學生回國后在中國的法資企業就業。
2.積極承辦國際學術會議。2005年9月我院承辦的第八屆國際青年計算機科學家會議有來自國內外近200名青年計算機科研工作者參加；2007年7月由國際電信電子工程師協會主辦，我院承辦的“移動通信軟件及系統應用國際會議”匯聚了來自中、美、德、韓等國的專家學者，是移動通信領域內的一次國際盛會；2008年5月學院和美國圣何塞州立大學在昆明聯合承辦第四屆移動商務與服務國際會議；2009年6月學院再次與美國圣何塞州立大學合作，在青島聯合承辦第五屆移動商務與服務國際會議。這些會議的承辦充分拉近了學生與國際社會的距離。
關鍵詞：嵌入式NIIT教育；MCLA；培養模式
1軟件人才培養現狀
隨著我國軟件產業的不斷發展，軟件開發方式已經由傳統的作坊式逐步升級為工業化、流水線式的生產模式。在這種工業化生產模式下，行業和企業對具備一定軟件開發經驗的軟件工程師、軟件項目經理等軟件人才的需求日益增加。而目前的軟件人才培養現狀并不能滿足這種社會需求。許多高校在軟件人才培養方面與行業現實需求脫離，傳統的教育模式中存在一些問題，如教學注重理論知識掌握、教材內容陳舊、教學方法落后、實踐訓練不足等，導致學生的工程實踐能力不足，不能滿足企業的實際開發需要。因此，軟件人才培養模式有待進一步改革。
印度的NIIT教育模式是目前公認的IT軟件人才培養的成功典范。NIIT教育培養模式注重培養學員的動手操作能力、工程實踐能力和設計研發能力。本文在探索NIIT教育理念和教育模式基礎上，結合本校計算機科學與技術軟件人才培養計劃和培養方案，通過構建嵌入式課程體系、有效組織教學內容、改革傳統教學方法等途徑進行軟件人才培養模式改革的探索，對高校培養創新型應用人才具有一定借鑒意義。
2探索NIIT教育模式，構建嵌入式課程體系
NIIT是印度國家信息學院(National Institute of Information Technology, NIIT)的簡稱，1981年開始在印度開展IT教育培訓。NIIT在發展過程中總結出一套獨特、先進、高效的教學模式。在實際教學過程中，通過讓學生學習使用主流軟件開發方法和技術，注重培養學生的工程設計能力、軟件研發能力和實踐創新能力。NIIT軟件人才培養模式采用以軟件訂單項目為基礎的專業實踐能力和操作開發能力培養方式，學生學習時就能參加軟件訂單和軟件項目的設計和研發，畢業后能很快適應企業開發要求，并成為合格的專業技術人才[1]。
在嵌入式NIIT教育模式的指導下，探索構建適合軟件行業要求的課程體系，是培養計劃的重要組成部分。針對目前業界對IT人才的需求，NIIT課程體系主要分為Java方向和.NET兩個方向，以培養學生具有數據庫開發能力、J2EE開發能力、.NET開發能力、COM+組件開發能力和移動開發能力的軟件工程師為目標。學生通過階段性循序漸進的學習和實踐，掌握軟件開發的主流軟件和技術。
因此，我們通過借鑒NIIT教育模式在軟件人才培養方面的優勢，在制定計算機科學與技術專業軟件工程方向的培養計劃時，應將以傳統學科建設為導向、以追求知識完備為目標的教學轉變為以企業需求為導向、以培養學生綜合素質和能力為目標的教學。在新培養目標的指導下，我們對原有課程體系進行改革，在原有課程體系中嵌入NIIT部分課程，經過整合，將課程體系劃分為公共基礎類、專業基礎類和專業類三大類，課程體系如圖1所示。
圖1嵌入NIIT課程體系
軟件工程方向的專業類課程包括專業必修課程、專業限選課程、專業任選課程和認證課程。專業必修課程包括UML統一建模語言、軟件項目管理、軟件質量保證與測試、軟件設計與體系結構和軟件需求分析等，作為軟件開發和技術知識掌握的基礎；在專業限選課程中，嵌入了NIIT的兩條軟件開發技術方向，即.NET方向和Java方向。NIIT的課程體系基本是循著這兩條技術路線搭建的，其特點是由淺入深、由點到面、技術路線明晰。.NET技術路線課程開設C#程序設計、Web應用開發、.NET應用開發等課程；Java技術路線課程開設Java程序設計、J2ME移動應用開發、Java EE應用開發等課程。同時增加了輔助這兩條技術線路的專業任選課程，如軟件設計模式、軟件開發案例分析等。同時，根據軟件行業的相關認證，我們開設一些認證課，使學生在獲得素質學分的同時得到行業認可。
嵌入NIIT教育后的課程體系，既符合計算機科學與技術專業規范，又符合行業對軟件人才能力培養的實際要求。根據該課程體系構建的人才培養方案，能確保學生掌握主流開發技術.NET和Java之一，畢業后能夠很好地適應軟件市場對人才的需求。
3合理組織教學內容，改革傳統教學方法
教學內容的組織改變了傳統注重書本和理論知識的方式。以往學生掌握主要技術知識后，并不能將其很好地應用到解決實際問題的過程中，課堂講解中的理論和實踐分離，學生處在被動狀態，沒有時間思考，沒有機會參與。而嵌入式NIIT教育模式更著重知識的運用和學生實踐能力的培養，針對不同課程設計合理的應用案例，這些實例基本上來自于軟件生產的實際問題，教師可以根據教學實際自己編寫實踐教材，修訂實踐教學大綱，安排合理的實踐環境。因此，通過合理組織教學內容，采用適應軟件人才培養的教學方法，可以讓學生從工程的角度學習專業知識，并有效培養學生的實踐操作能力和軟件研發能力。
在教學方法上，NIIT教育模式獨創了軟件教育的MCLA (Model Centered Learning Architecture)，即基于榜樣的學習方法。MCLA教學方法是遵循“專家引導―引導實踐―引導探索―獨立實踐”這一完整的工程實踐訓練過程[2]。在傳統教學中，學生學習某個知識點之前，首先掌握一些基本理論和概念，然后通過一些簡單的驗證性實驗或簡單實例，達到掌握理論知識的目的，這并沒有注重培養學生動手解決問題的綜合實踐能力。而MCLA教學法以工程項目為載體，經過“學習―實踐―提高”，逐步引導學生在學習和完成項目的實戰訓練中形成知識獲取能力、解決問題能力、團隊合作能力、創新開發能力。
采用MCLA教學方法，教師要設計合理的工程案例，這也需要教師有一定的工程背景或經驗。然后，教師以本次課程所傳授的基礎知識為主線，向學生介紹實際問題的相關內容，讓學生了解所要解決的問題是什么。接著，進入專家引導，經過教師示范性地使用標準方案解決問題，學生可以進行模仿，并從中掌握必備的知識。最后，開展引導實踐環節，學生已經具備一定的知識基礎，可以完成一個類似的實際應用問題，通過不斷的練習和團隊實踐，可以鞏固所學知識和技術。教師引導學生設計實現相似案例，將及時應用所學理論并很好地鞏固，同時引導學生掌握軟件開發技能。這樣，學生在實踐過程中能夠逐步獨立完成一個新的工程應用項目。
4加強實踐教學環節，培養學生綜合素質
突出實踐技能是NIIT教育模式的側重點。在嵌入式NIIT教育模式中，特別重視以軟件訂單項目為基礎的專業實踐能力和實際操作開發能力的培養[3]。實踐可以使學生將理論與解決問題的實踐相結合，從大量的實踐訓練中不斷提升軟件開發和動手操作能力。根據軟件人才培養目標的要求，學校需要加強實踐教學環節的設置、構建科學優化的實踐教學體系，全面培養學生的綜合素質和實踐創新能力。
在教學計劃中，我們減少單純的實驗性、驗證性的實踐課程，增加符合NIIT教育模式的設計性、綜合性、工程性、創新性課程。經過對實踐教學內容的優化整合，設置了與嵌入式課程體系相輔相成的實踐教學環節，包括基礎實驗環節、工程基礎訓練環節和綜合實踐環節。基礎實驗環節注重學生對基礎知識的掌握，注重基本技能的訓練。與相關理論教學環節對應，主要開設一些專業課的實驗課，為學生掌握扎實
的專業基礎知識并鍛煉動手實踐能力提供基礎平臺。工程基礎訓練環節主要開設專業課程的課程設計、工程實訓及一些校企合作課程，開展帶有工程性質的工程基礎訓練。綜合實踐環節主要開設學年綜合設計(或學年設計)、畢業設計(論文)、學生科技創新項目和科學研究訓練等。在設計性和創新性實踐中，由學生自己實現軟件研發的全過程，充分發揮能動性和主體性，提高勇于探索的創新思維和創新能力。通過實踐環節的訓練，學生的實踐創新能力得到逐步鍛煉和提升，并且逐步與企業工程環境接軌，可以順利地從基礎實驗平臺上升到工程實踐平臺，達到企業對軟件工程師的要求。
5結語
通過將適應企業需要的NIIT教育模式嵌入到計算機軟件人才教育中，打破傳統的以理論知識的漸進積累輔之以實驗佐證為主要特征的教育模式，按照企業實際需求培養應用型和創新型軟件工程人才，是軟件教育改革的一種有效嘗試。探索嵌入式NIIT教育模式，對于培養具有較強動手操作能力、工程實踐能力的軟件人才，具有一定借鑒意義，對于教育部提出的開展“卓越工程師”培養計劃，是一種有效的嘗試。
參考文獻：
[1] 李洛,汪清明. 導入印度NIIT模式,提高高職軟件人才培養水平[J]. 比較教育研究,2004(2):34-38.
[2] 劉志成,陳承歡,彭勇. 嵌入式NIIT教育模式中教學方法的研究[J]. 職業教育研究,2007(2):154-155.
[3] 李洛,古凌嵐,羅佳,等. 印度NIIT軟件人才培養模式的探索與實踐[J]. 廣東輕工職業技術學院學報,2003(9):49-52.
Discussion on Software Talents Training Mode Based on NIIT Education
SU Rina, FAN Jianbo, YU Hua, LIU Liangxu
(College of Electronic and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315016, China)
Abstract: According to current status of software engineering talents training mode and practice experience of software engineering education reform, upon the analysis of the existing teaching model, the paper proposes the introduction of embedding the NIIT education training course into current teaching curriculum. By building NIIT teaching system, reasonable organization of contents, reform the traditional teaching methods, strengthening practice, the ability of engineering practice and software development capabilities are improved.
“數控一代”創新應用示范
數控系統和伺服驅動系統是數控機床的的大腦和手腳，是數控機床的核心部件，數控技術是裝備制造業實現自動化、柔性化、集成化、網絡化和智能化的關鍵技術。加快發展數控技術對裝備制造業振興具有前瞻性、先導性和基礎性的戰略意義。國家“十一五”、“十二五”規劃均將發展高檔數控系統和全數字交流伺服驅動系統列為重要項目。
2011年初，我國18位院士共同提出“數控一代”的創新概念，建議實施《“數控一代”機械產品創新工程》。《“數控一代”機械產品創新工程》既是數控技術應用工程，更是機械產品創新工程；既有機械工業發展強大需求的推動，又有成熟數控技術的支撐。其戰略目標是：在機械行業全面推廣應用數控技術，在5～8年內實現各行各業各類各種機械產品的全面創新，使中國的機械產品整體升級為“數控一代”，為我國機械工業從“大”到“強”的跨越式發展做出貢獻。中央高度重視該項建議，并正式啟動《“數控一代”機械產品創新應用示范工程》。
與此同時，工信部“軟件與信息技術服務業十二五規劃”明確提出嵌入式軟件要“面向工業裝備、通信網絡、汽車電子、消費電子、醫療電子、數控機床、電力電子、交通運輸、環保監測等重點領域，積極開展符合開放標準的嵌入式軟件開發平臺、嵌入式操作系統和應用軟件的開發，加快研發面向下一代互聯網、物聯網應用的嵌入式系統軟件，推動軟件研發模式創新發展，進一步提高產業化水平和產品出口能力”。
高速發展的計算機技術、嵌入式技術、網絡技術和豐富的計算機軟件資源，給我國數控技術的發展提供了很好的機遇；工業以太網的快速發展和關鍵技術的突破、使得工業自動化領城控制系統的通信網絡逐步統一到工業以太網，并正在加快推廣應用，發展為一大技術潮流。這些都為我國構建高端數控系統軟件平臺提供了良好的條件。
現代數控技術發展趨勢
智能化、開放式、網絡化已成為當代數控系統發展的主要趨勢。現代計算機數控技術發展呈現二大趨勢：一是將數控技術引入通用PC的自動化解決方案來提高其系統性能，增強市場競爭力；二是在數控技術中引入嵌入式計算機，使數控系統在專用性、穩定性和經濟性上具備較好的市場前景。
當前，以FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI為代表的國際主流數控系統制造商，在高檔數控系統產品方面具有幾大共同特點。
首先是多軸、多通道、高速和高精度切削、復合加工。如FANUC的30i-A數控系統可控制40個軸10個通道、具有5軸聯動加工，納米插補和AⅠ、AⅡ輪廓控制等功能，可實現各種復雜形狀模具的高速高品質、復合加工。MITSUBISHI的700系列數控系統可控制16個軸4個通道,具有8軸聯動，納米插補和SSS(Super Smooth Surface )和OMR(Optimum Machine Response)高速高精度控制技術。
其次是開放式、智能化和網絡化。許多數控系統采用了通用的計算機操作系統，充分利用計算機軟件資源，把CNC與計算機技術緊密的結合起來，使CNC友好的圖形人機界面；各種智能化自動編程、加工過程自適應控制技術、加工參數的智能優化與選擇、智能故障自診斷與自修復等智能化功能；具有標準的USB接口、PCMCIA接口和網絡接口。如Siemens公司的810D和840D數控系統選用Windows操作系統，MITSUBISHI公司的700系列數控系統選用了Windows XPe嵌入式操作系統。這些系統都具有較好的開放性，能提供相應的軟件包給用戶開發各種個性化的應用功能。
另外，系統普遍采用嵌入式結構+實時現場總線。國外CNC制造商在其產品中廣泛采用現場總線技術。如Siemens公司采用ProfiNet，Indramat、Fagor等公司采用SERCOS總線。FANUC 0i-C和30i中高檔數控系統采用了先進的嵌入式結構。整個CNC系統包括液晶顯示器、鍵盤和CNC主機集成在一個控制箱內,通過FSSB高速總線和伺服驅動器連接，接線簡單方便。系統顯得緊湊、簡潔、美觀，可靠性高。
此外，針對數控技術新標準STEP-NC展開研究。采用G，M代碼來描述如何加工已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業領域產品信息的標準化。
目前，歐美、日本、韓國等國家投入了大量資金研究STEP-NC，研究數據表明：STEP-NC應用將使加工工藝規劃時間減少35%，生產數據的準備時間減少75%，加工時間減少50%（五軸和高速加工）。STEP-NC為真正實現基于網絡的E-Manufacturing、CNC的自治智能制造提供了可能。目前STEP-NC的研究已取得了很大的進展。
先進計算機數控技術是是現代制造裝備技術中各種新興或尖端技術得以存在和發展的“使能技術”，是發展我國裝備制造業必不可少的核心技術，其技術水平高低、規模化生產能力的大小，對于國民經濟的發展、國力增強有著極其重要意義。
目前，我國在中高檔數控系統領域還嚴重依賴進口，汽車生產線設備中很少見到國產系統。由于沒有國產系統參與競爭，進口產品價格昂貴。因此，國家把高檔數控系統和伺服驅動系統作為關鍵功能部件，與數控機床并列放在同等重要的地位發展。
國內的數控技術經過這些年的發展，基本掌握了現代數控技術和伺服驅動技術，初步形成了如華中數控、廣州數控、上海開通數控等數控產業化基地。建立了一支數控研究開發、管理人才的基本隊伍，在數控機床市場中占有一席之地。
國家 “十一五”數控重大專項的實施使基于現場總線技術的中高檔數控系統和伺服驅動系統的研發有了重大突破，華中數控的HNC-8型數控系統已開始進入示范應用，這對我國高端數控軟件研發有很大的促進作用。
發展自主產權的高端數控軟件平臺
數控技術發展的關鍵是數控軟件的開發，有一個好的數控系統軟件平臺，又是數控技術能持續發展的基礎。上海開通數控有限公司總結了多年來對國外先進的開放式數控系統研究開發的經驗，研究了開放式數控系統的標準規范，完全自主創新建立了基于Windows和Linux雙操作系統的開放式數控系統軟件平臺，在這個平臺上開發了基于總線技術的中高檔數控系統。其具有很好的開放性和靈活性，能較快適應用戶設備的各種個性化需求。系統的下位機運動控制器（KT500/KT510）可以配置各種上位機-嵌入式數控系統顯示單元（KT630）、臺式電腦/筆記本電腦、工業計算機。上下位機通過標準以太網接口進行通信，該系列產品已應用于車、銑、磨、加工中心和滾齒機等裝備。為實施“數控一代”機械產品創新工程、開通數控將在現有基礎上完善并提升數控系統軟件平臺，繼續開發基于實時以太網現場總線、多軸多通道的數控軟件系統及其應用。
十余年來，開通數控與上海交大、上海理工大學、上海大學、上海機床廠有限公司等單位建立了產學研用聯盟，在數控系統和伺服驅動系統的開發中緊密合作，取得了豐碩的成果。公司將充分發揮上海市軟件工程中心（數控和伺服驅動）的作用，對數控產品進行示范應用和推廣，擴大用戶服務培訓的范圍。
數控技術發展的關鍵是數控軟件的開發，由于我國的數控軟件開發的基礎薄弱，積累少，因此數控系統的開發周期長，穩定性可靠性較差。在計算機技術高速發展的今天，如何能快速可靠的開發出高質量、可持續發展的數控軟件，縮短我們與國外數控技術水平的差距，具有重要意義。根據多年來積累的開放式數控系統研究開發及應用的經驗，學習研究了國外開放式數控系統及相關標準規范，并根據公司自身發展數控技術的需求，研究開發了一種適用于開放式數控系統軟件平臺ONCASP(Open Numerical Controller Application Software Platform)。
ONCASP的開放性主要體現在四個層次：
第一層為內核層：由于運動控制與邏輯控制任務工作在實時內核中。ONCASP采用編譯執行的PMC與PLC編程語言，允許用戶定制實時控制任務，編寫復雜的軌跡插補算法。編譯執行的方式確保了系統級任務的運行效率。
第二層為插件層：由于ONCASP采用了模塊化的設計。用戶可以使用高級語言編寫插件模塊運行在系統程序的后臺或前臺。通過高級語言，可以將操作系統硬件以及第三方軟件的資源與控制系統無縫整合在一起，使系統功能得到充分地延伸。
第三層為組態層：ONCASP提供了腳本語言編程接口以及基于XML的操作界面描述語言。通過這個接口，用戶無需掌握專業的編程知識，就可以定制界面并可以實現基于菜單按鈕的人機交互。這一層次主要面向控制系統的現場工程師和高級用戶。他們往往掌握豐富的工藝經驗，但是并不懂得軟件編程技術。ONCASP的腳本和組態工具有效地降低了系統的二次開發的門檻。
第四層為網絡層：基于以太網的Socket接口，ONCASP平臺可以向網絡上的遠程計算機實時廣播控制系統的狀態，并可接受經過加密的控制指令。而通過無線Wi-Fi網絡，對ONCASP平臺的監控更可以擴展到智能移動終端。管理人員可以在工廠的每一個角落均可以實時了解到生產設備的工作狀態。
以上幾個開放層次，使ONCASP平臺滿足了不同層次的用戶需求，并能適應靈活多變的應用場合。
在工業控制中廣泛使用的具有圖形用戶界面的操作系統主要是Windows和Linux兩種。ONCASP能夠在這兩種不同的操作系統中運行；并且在不同的操作系統中，基于ONCASP所開發的應用軟件能夠表現出相似的視感和操作方法。
數控系統集成CAD/CAM技術
數控系統的編程技術經過多年的不斷發展，已經由傳統的手工編程，逐漸轉化為更加靈活易用的自動化輔助編程。盡管這一技術與專業的CAD/CAM軟件之間仍然存在一定的差距，但是這并不能阻止它與數控系統的深度結合。
目前國外的知名數控系統，如西門子、海德漢、FANUC等，都根據各自數控系統的操作風格，發展起了專有的自動化輔助編程技術。與基于PC的專業的CAD/CAM軟件相比，數控系統因為屏幕尺寸和輸入設備的限制，在復雜零件建模方面仍然無法替代專業軟件。
但是，數控系統上實現CAD/CAM具備兩個獨特的優勢：一方面在于數控系統上能夠隨時編程、隨時加工，有效提高工作效率；另一方面在于CAD/CAM能夠獲得數控系統的刀具、加工參數等信息，使所設計的零件在加工時都具備更好的工藝性，充分提高加工效率和質量。然而，方便靈活的CAD/CAM功能對數控系統的性能提出了更高的要求。正是由于以上原因，是否集成了CAD/CAM功能成為高檔數控系統的重要辨別標準。
開通數控從1998年開始，就已經對集成CAD/CAM技術進行了跟蹤研究。經過了十余年的發展。目前已經擁有了一套具有完全自主知識產權的CAD/CAM軟件技術――KTCAM，并將其與ONCASP平臺進行了深度整合。
KTCAM采用OpenGL三維渲染引擎，并采用高速三維建模算法。能夠實現簡單快捷的逆向重構。KTCAM能夠支持多種主流CAD/CAM的文件格式，并能夠基于基本的三維實體，通過拉伸、剪切、合并等實體算法生成復雜的三維零件形狀。另外，根據當今藝術品、模具、廣告和展會產業的快速發展，KTCAM還提供了浮雕、刻字等簡單實用的曲面建模和刀具路徑優化算法。而所有這些三維形狀編輯和加工參數的設置操作都充分考慮到了數控系統的操作風格，力求操作簡單。
隨著CAD/CAM的應用日趨廣泛，數控系統漸已成為高端軟件技術發展的新高地。
軟件平臺應用
隨著ONASCP進入實際應用階段。開通數控在此“平臺”上開發了數控車、銑、加工中心、磨削、齒輪加工、切割等數控軟件，提供多種顯示語言，如英文、捷克文、德文和法文等，并根據市場的需求在繼續不斷地完善、提升、發展這個平臺。與之配套的數控機床批量出口歐美、日本等發達國家，開發應用實例包括：基于PC、具有三維加工圖形顯示的車床數控軟件；基于PC、銑床數控軟件；用于數控機床培訓的、具有與日本FANUC 0i數控系統相同性能與功能及界面、操作的銑床、加工中心數控軟件；基于WinCE操作系統的嵌入式磨床數控軟件等。
關鍵詞:計算機專業;開放模式;優化策略
隨著科技發展不斷加快,高校教育已經進入了一個嶄新的歷史發展階段[1]。高等教育面臨深層次、全方位的改革[2]。實驗教學是高校培養創新人才的重要教學環節,是高校進行教學實踐和開展科學研究的重要基地,是對學生實施素質教育、人才培養和科技創新的重要課堂。開放實驗室是深化實驗教學改革的重要途徑[3]。
1高校計算機專業實驗室現狀分析
目前,高校計算機專業實驗教學普遍采用將主干課程中的實驗內容單列實驗課的教學模式。這種實驗教學模式擺脫了實驗教學從屬于理論教學的附屬品地位,但是在此模式下的實驗教學往往局限于該課程的理論知識,實驗內容設計難以突破理論課程的框架,不利于開展多學科交叉的科研探索型實驗。采用這種傳統的實驗教學模式,主要存在以下問題:(1)學生學習是“照方抓藥”;(2)“大鍋飯”式教學方式;(3)計算機專業實驗大綱的制定有著普遍的局限性。
2實驗室開放模式優化策略
如何利用現有的實驗資源,把對學生的實踐動手能力和創新思維能力培養落到實處,成為廣大高校實驗教育改革工作所面臨的重要問題。針對實驗教學和實驗室管理存在的不足,很多高校提出了開放實驗室的管理方式[4]。
目前多數高校普遍采用的開放實驗室模式,主要是針對實驗室封閉性管理的弊端,開放出某間實驗室,它的使用不受時間和課程內容的限制,對學生全面開放。計算機專業的開放實驗室一般都是配置幾十臺性能較好的計算機,在周一至周五的全天時間,由學生根據自己的需要隨意上機。由于計算機專業實驗室一般都裝有互聯網以方便學生上網查資料,在這種模式下的開放實驗室,往往會演變成“網吧”。學生們總是盡情地遨游在網絡中,把本應有的自由學習環境破壞掉。這樣的開放模式,失去了開放實驗室的意義。
為了更好地利用實驗室開放環境,提高實驗室的使用效率,充分調動學生的積極性和創新思維,探討出計算機專業實驗室的開放模式優化策略就顯得尤為重要。
2.1優化策略原則
計算機專業分為硬件和軟件兩類課程。軟件課程的實驗一般側重于編程語言的使用和應用軟件的開發;硬件課程的實驗則側重于設計實用的小型電腦控制系統及嵌入式系統的開發。針對軟、硬件實驗課程的不同特點,專業實驗室的開放模式設置如下優化策略。
(1) 全新的開放式實驗內容。按照計算機專業課程的特點,采用縱向課程聯接的方式進行開放式實驗內容設置。以先修課程知識點作為鋪墊,本門課程知識點為主要任務,后續課程知識點為擴展思維的原則設置開放式實驗內容。以硬件類課程為例:“數字電路”、“計算機組成原理”、“微機接口與通訊”、“嵌入式系統”分別是一系列的縱向課程。在實驗內容的設計上,將硬件模塊知識點貫穿在整個知識體系中,對學生們的連續性思維和學習有很大幫助。
(2) 合理的開放式管理。計算機專業實驗室的開放式管理采用定時開放和全面開放相結合的方式。軟件實驗和硬件實驗都分別按照基礎實驗、提高實驗、綜合實驗三個階段設置實驗機房的使用性質。對基礎實驗機房和提高實驗機房采用定時開放的管理,綜合實驗機房采用全面開放的管理方式。這樣一方面保證被動學習者必修課程的順利完成,另一方面使主動學習者的創造力和想象力得到盡情發揮。
(3) 全方位的開放服務對象。計算機專業實驗室的開放不僅面向計算機專業的學生和教師,更可面向全校各級師生。在綜合實驗機房,可安排多學科交叉的研究探索型實驗項目,面向跨學科跨專業的科研團隊的師生們進行全方位的開放。本學院計算機專業的硬件課程與本校工程學院的農業機械工程專業課程相互聯系,因此我們設計了許多探索型實驗項目,如“農業機械手臂的設計”、“傳感器在農業方面的應用”等,使不同專業的學生能夠共同研究、共同學習。
(4) 開放式實驗指導。實驗指導老師不局限于實驗課堂上的答疑解惑,更側重于對學生發散性思維的引導。以學生為中心,而不是以完成實驗任務為目的的指導過程才能更好地提高實驗效果,啟發學生的創造性思維。
(5) 科學的實驗考核。實驗考核方式針對不同課程采用不同的方式,軟件設計類課程采用撰寫設計文檔和答辯的方式;硬件課程采用考核實際動手能力,提交實驗成果的方式進行分類考核。
2.2開放實驗室的建設與實施
計算機專業開放實驗室的建設,根據實驗室的優化策略原則實施,主要分為軟件類實驗和硬件類實驗建設。
(1) 軟件類實驗建設。軟件編程課程主要有“高級語言程序設計(C語言)”、“數據結構”、“Java”、“面向對象程序設計”等,這些課程屬于編程語言。在設計這類課程的實驗內容時,采用“溫故而知新”的方式。例如“數據結構”實驗內容的安排,一共20個實驗項目,前面的3個項目復習“高級語言程序設計(C語言)”,中間的內容主要是本門課程的知識點,最后的3～5個項目是難度較大的綜合訓練。實驗形式是由老師將各類知識點設計到20個訓練題中,由專門的服務器和網絡系統對學生的做題情況和答題情況進行監控,老師可以隨時查看學生的實驗進度,學生也能在任意一個實驗室進行自由的開放式學習,不局限于有限的實驗課時間。對于“數據庫應用”、“軟件工程”、“軟件項目設計”等課程,在實驗內容的設計上,將一個較大的應用軟件設計項目拆成小的子項目。側重于縱向課程間知識點的前后聯系,當一個個子項目完成后,最終的大項目也就完成了。這樣學生有了完整的知識體系,對今后的軟件開發也起到了很好的經驗作用。
(2) 硬件類實驗建設。計算機專業硬件課程主要有“數字邏輯”、“計算機組成原理”、“微機接口原理”、“嵌入式系統開發”等。基本每門硬件實驗課都有自己的實驗箱,但是硬件課程的先修課和后續課之間有著非常緊密的聯系,也非常強調實際動手能力。因此在硬件類課程的實驗建設中,采用落實基礎實驗,鼓勵提高實驗和綜合實驗的原則。每門課程的實驗內容都在基礎實驗室完成,同時設立全天候開放的硬件開放實驗室。這個實驗室是由大量的硬件開發設備組成,將基本的硬件知識進行了有效的融合和發展。鼓勵學生們設計自己的創意產品,進一步激發他們的創造力。
3開放實驗室優化策略的成效
本院計算機系按照開放實驗室的優化策略,對計算機專業實驗室進行了全面的規劃和全新的管理,在校學生獲益良多,取得了較好的成效。
在軟件實驗室建設方面,我們除了“傳統”的軟件實驗室外,還設有全開放式軟件實驗室。在以往的實驗教學中,由于老師對同學的訓練要求都只是停留在課程知識點上,同學們往往在“傳統”軟件實驗室完成課程的基礎內容后,就完成“任務”了。這樣的學習方式,掌握的永遠只是獨立的知識點。現在在開放式的實驗教學下,同學們不僅能將本課程的知識點貫穿起來,而且能將同體系不同課程聯系起來,主動思考,形成自己的知識體系。在全開放式軟件實驗室,他們隨時都有興趣去思考一些問題,并想辦法解決。進入高年級后,他們會主動找老師參與一些軟件開發的項目,進一步提高自己的能力。一些高年級同學積極參加老師的科研項目,在老師的指導下開發了“軟件課程實驗選題系統”。投入使用后,師弟師妹們受益匪淺,也進一步激發了他們的學習熱情。這種課程交叉和互聯的實驗教學模式幫助學生融合了知識,明確了發展方向,取得了很好的效果。
硬件課程開放式實驗方面的建設主要是針對“傳統”實驗開發了網上虛擬實驗環境以及成立了嵌入式開發的開放式實驗室。“傳統”硬件實驗只有在有實驗箱的實驗室才能完成,我們開發了網上虛擬實驗環境,讓學生在課余或其他任何時間登陸系統就可以利用虛擬實驗環境完成實驗任務。針對一些對硬件學習興趣濃厚的同學,我們組織老師進行專門的硬件知識培訓,提高他們對硬件系統開發的認識。這些同學積極參加我們的嵌入式開放實驗室,學習更多更深入的知識,在硬件系統開發方面取得了較好的成績。目前我們的本科生已經通過嵌入式開放實驗室,自己研究設計出了“ARM系統嵌入式開發實驗箱”,并已經投入給低年級同學使用。這套系統從系統設計、焊接電路到操作系統都是由同學自己完成,使用后受到廣大師生的肯定和好評。
4結語
高校開放式實驗教學模式已經逐漸成為了實驗教學的主流發展趨勢,我們探索出的這種開放模式的優化策略已經在改進傳統教學方式、提高學生實踐動手能力、激發學生創造性思維方面取得了較好的成績。只要我們進一步加以總結和改進,不斷完善,就一定能將開放式實驗教學推向一個新的發展高峰。
參考文獻:
[1] 陳偉文. 開放實驗室 培養學生創新能力[J]. 實驗室研究與探索,2007,26(5):130-132.
[2] 王瑛. 開放實驗室高效運行方法的研究[J]. 實驗室研究與探索,2007,26(7):128-131.
[3] 李俊杰. 開放實驗室的建設與研究[J]. 襄樊職業技術學院學報,2007,6(1):47-49.
[4] 葉寶興,畢建杰,張銳. 積極探索新模式 多形式開放實驗室[J]. 實驗室科學,2007,2(4):6-9.
Research on Laboratory Opening Mode Optimization in University Computer Science
CHANG Wei, XU Dong-feng
(College of Informatics, South China Agriculture University, Guangzhou 510642, China)
