計算機專業(yè)嵌入式課程教學(xué)改革探索

1、計算機專業(yè)嵌入式課程教學(xué)改革探索計算機專業(yè)嵌入式課程教學(xué)改革探索牛薌潔（北京農(nóng)學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，北京102206）摘要：近年來國內(nèi)高校計算機、電子、軟件等專業(yè)針對市場需求，開設(shè)了嵌入式方向相關(guān)課程，筆者結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，針對嵌入式課教學(xué)中存在的若干問題，提出自己獨特的見解，對農(nóng)林院校嵌入式課程實踐教學(xué)改革和創(chuàng)新進行了深入的探討，對具有其他辦學(xué)特色的地方院校有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：嵌入式教學(xué)；實踐；自主互助學(xué)習(xí)一、存在的問題隨著技術(shù)的快速發(fā)展和對嵌入式行業(yè)人才的持續(xù)需求，各個高等院校紛紛開設(shè)了嵌入式相關(guān)課程，然而在培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)方法等教學(xué)關(guān)鍵因素中均存在若干問題?，F(xiàn)將本人在計

2、算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方法教學(xué)過程中存在的問題提出自己的一些想法。1. 市場人才要求和高校畢業(yè)生素質(zhì)之間的差異。目前，智能化計算機領(lǐng)域就業(yè)市場對嵌入式從業(yè)人員的需求持續(xù)高漲，然而從高校畢業(yè)的嵌入式專業(yè)或方法的大學(xué)生中卻難以真正達到嵌入式從業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)，甚至多數(shù)畢業(yè)生并不具備從事嵌入式開發(fā)工作的能力，即便企業(yè)錄用的專業(yè)畢業(yè)生，也通常需要對其進行一段相當(dāng)長時間的再培訓(xùn)。市場人才要求和高等畢業(yè)生素質(zhì)之間的矛盾日益突出。2.重理論講述而輕實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練。據(jù)了解，我國大多數(shù)院校的嵌入式系統(tǒng)本科教育仍采用以理論為主，實驗為輔的教學(xué)模式。多數(shù)學(xué)校的理論課時與實驗課時的比例為31或21，能達到11的情況很少；一

3、般以實驗室提供的嵌入式系統(tǒng)實驗箱配套實驗為基礎(chǔ)，教師在實驗中往往選用的是基礎(chǔ)側(cè)重驗證性實驗，選用的復(fù)雜和高級實驗較少。我校是在計算機科學(xué)與技術(shù)開設(shè)嵌入式方向，其作為專業(yè)方向課開設(shè)在大學(xué)三年級，前修課程為程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機操作系統(tǒng)、計算機組成原理、數(shù)字邏輯等課程。眾所周知，嵌入式方向所涉及的實驗都是以系統(tǒng)層面為基礎(chǔ)，每個實驗均需要投入較多時間來完成，因此實驗學(xué)時需求較大，而從整體課程體系來看，確實存在理論部分內(nèi)容占用較多學(xué)時的問題，目前，我校在課程設(shè)置中理論學(xué)時較小，加大了實驗學(xué)時的比重，然而實驗學(xué)時如何有效使用以及如何對實踐環(huán)節(jié)進行外延，這是擺在我們面前一個嚴(yán)峻的問題。3.缺乏與企業(yè)和公司的

4、合作。除了必要的相關(guān)課程實驗項目，我們在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)有些實驗項目與公司企業(yè)的需求有一定差異，其一，實驗項目內(nèi)容和市場整個行業(yè)發(fā)展之間的不協(xié)調(diào)，使得嵌入式課程的實踐教學(xué)跟市場有所脫節(jié)；其二，嵌入式方向課程綜合性的特征使得實驗項目的實施必須得到必要的資金支持。否則在校學(xué)生接觸市場的機會減少，使得嵌入式課程的實踐教學(xué)缺乏必要的直觀性，制約學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。地方院?？梢园l(fā)揮其辦學(xué)特點，和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系，通過校企合作，由教師審核指導(dǎo)，學(xué)生動手，開展校企合作項目，這也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑之一。二、嵌入式課程體系教學(xué)設(shè)置1.嵌入式課程特點。我校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方向的學(xué)生側(cè)重從事嵌入

5、式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開發(fā)。我們在實際的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和一般的PC機開發(fā)具有明顯的差異。首先，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)往往需要根據(jù)用戶的需求進行定制，而不是通用操作，開發(fā)人員必須具備完善的知識體系；其次，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工程性，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)往往都是一個體積非常小的部件，CPU通常不采用Intelx86系列，開發(fā)工具也是專用的開發(fā)板。學(xué)生如果不通過實際動手開發(fā)一個系統(tǒng)模塊，就很難了解嵌入式開發(fā)的基本過程，因此，實際動手能力是嵌入式課程最顯著的特點。2.我校嵌入式課程體系設(shè)置。嵌入式課程的特點使得學(xué)生必須有較完整的知識結(jié)構(gòu)，因此，嵌入式課程體系的設(shè)置尤為重要，表1是我校嵌入式課程內(nèi)容及時間

6、設(shè)置情況。表1顯示，我校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方向?qū)I(yè)課程從第二學(xué)年第4學(xué)期開始，從系統(tǒng)開發(fā)基本概念以及開發(fā)平臺出發(fā)，依次對嵌入式操作系統(tǒng)Linux、嵌入式程序設(shè)計基礎(chǔ)以及Java程序設(shè)計基礎(chǔ)進行深入講解，最后對嵌入式接口技術(shù)以及高級編程展開講解，第四學(xué)年兩個學(xué)期分別對專業(yè)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)進行持續(xù)性的工程化實踐教學(xué)。三、教學(xué)改革措施與創(chuàng)新實踐1.注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)依托產(chǎn)品和市場，而設(shè)計的創(chuàng)新性決定了系統(tǒng)的價值，因此，如何通過課程加強學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)是我們面臨的難題。我們在教學(xué)過程中的措施如下：理論學(xué)時僅概要講解基本原理和方法，要求學(xué)生充分利用課外時間，查閱各種文獻資料進一步學(xué)

7、習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)個人興趣有選擇地對某些問題進行深入的分析研究，環(huán)境搭建以及技術(shù)要點則通過實驗學(xué)時完成；將學(xué)生兩人一組，要求每組必須選取至少一個實驗?zāi)K，小組內(nèi)進行任務(wù)分工，對實驗?zāi)K所涉及的知識點以及代碼編寫，甚至存在的問題等，在實驗學(xué)時容許的范圍內(nèi)進行全班范圍內(nèi)講解，任務(wù)在學(xué)期初就進行認領(lǐng)，提前布置給學(xué)生，使學(xué)生有充分時間準(zhǔn)備，將被動接受知識的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿魉伎?，鼓勵學(xué)生對實例所采用的技術(shù)和方案進行不同角度的評價，深入研究實際系統(tǒng)，任課教師也對分組學(xué)生的任務(wù)完成給予一定的評價和考核，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性；利用實驗學(xué)時6學(xué)時的綜合開放實驗，任課教師鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生積極提出自己的設(shè)計思想，并且

8、注重設(shè)計的原創(chuàng)性。2.以生命期為線，規(guī)劃教學(xué)體系。完整的知識結(jié)構(gòu)離不開完善的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)生命期的教學(xué)體系，因此嵌入式教學(xué)體系按照從下往上，從硬件到軟件，從平臺到應(yīng)用的“三步走”思路，將嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的生命周期和課程設(shè)置進行對應(yīng)：嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立，對應(yīng)課程嵌入式軟件開發(fā)導(dǎo)論、嵌入式接口技術(shù)，著重開發(fā)平臺的了解和認識，交叉編譯、仿真開發(fā)環(huán)境的搭建和使用方法的掌握，這不但是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，也是實際工程項目的開始?；谇度胧讲僮飨到y(tǒng)的軟件開發(fā)，對應(yīng)課程嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式程序設(shè)計基礎(chǔ)，包括應(yīng)用開發(fā)和核心編寫代碼，是實際工程項目中的應(yīng)用程序設(shè)計的基礎(chǔ)。嵌入式綜合應(yīng)用的開發(fā)，對應(yīng)課程嵌入式高

9、級編程、Java程序設(shè)計，包括農(nóng)業(yè)移動多媒體、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嵌入式圖形應(yīng)用、智能農(nóng)業(yè)等復(fù)雜的復(fù)合型應(yīng)用的開發(fā)，直接面向?qū)嶋H工程項目。這完整的嵌入式課程實驗體系，不僅使得教師可以在各個層面對學(xué)生的實踐能力進行培養(yǎng)，并且可以幫助學(xué)生更清晰地理解嵌入式系統(tǒng)的全貌，對嵌入式系統(tǒng)有更加深入的認識。3.強化實踐教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容以及硬件平臺是影響實踐教學(xué)的重要因素，也是強化實踐教學(xué)的兩個關(guān)鍵方面。我校教學(xué)平臺是購買市面上現(xiàn)成的通用型實驗開發(fā)箱，按照廠家提供的內(nèi)容來授課，實驗課程初期，學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)受限于教學(xué)內(nèi)容和實驗設(shè)備，大多只能做些驗證性實驗，直接影響學(xué)生面對實際系統(tǒng)時的實際操作創(chuàng)新能力與后續(xù)開發(fā)實際動手能力，隨

10、著課程體系的不斷完善，我校和廠家建立了一定的技術(shù)合作關(guān)系，在通用型的開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上，自行改進設(shè)計成為適合本校學(xué)生使用的開發(fā)板，在實踐教學(xué)中，通用型和改進型開發(fā)板結(jié)合使用，達到了良好的教學(xué)效果。和廠家進行技術(shù)合作關(guān)系，我們收獲頗多。對實驗指導(dǎo)書的實驗要求進行一定的調(diào)整；減少驗證性實驗數(shù)量，增加了創(chuàng)新性實驗部分；基于現(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺擴展一定的外部功能模塊。一系列的改進措施，不但貼近了我們的教學(xué)目標(biāo)，而且更好地與實際應(yīng)用接軌。4.運用學(xué)生自主互助學(xué)習(xí)形式。運用多種形式的自主互助學(xué)習(xí)形式對提高學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性有極大的促進。采取項目為載體，小組活動的形式。以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)，將每個實驗內(nèi)容

11、作為一個小項目，采取分組分工運行的方式，根據(jù)題目的具體分工進行分崗位操作，團隊成員每人完成一部分工作，教師提出項目設(shè)計要求，由項目組成員對問題進行分析討論，完成從嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺建立到驅(qū)動程序和應(yīng)用程序的項目開發(fā)。鼓勵學(xué)生參與教師的科研項目。教師結(jié)合自己的科研課題，將任務(wù)進行模塊化劃分，鼓勵對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有興趣，能堅持吃苦的學(xué)生以團隊為單位，自主選擇對應(yīng)的項目模塊進行深入學(xué)習(xí)，整個過程中，學(xué)生以團隊為單位，按照項目開發(fā)流程實施項目任務(wù)，留出學(xué)生自由學(xué)習(xí)的空間；教師在項目實施過程中給予一定的方向性指導(dǎo)和技術(shù)支持。鼓勵學(xué)生積極參與課外專業(yè)競賽或科研項目，如國家級、省級的嵌入式電子設(shè)計大賽，大學(xué)生創(chuàng)新性科技項目，學(xué)生科學(xué)研究項目等，通過競賽可以有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神，訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的實踐動手能力。實踐證明，我校參加過專業(yè)競賽或科研項目的學(xué)生在解決問題的方面具有更大的優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)課程具有應(yīng)用性極強的特點，其教學(xué)改革也將是復(fù)雜而艱巨的過程，因此，我們要在今后的教學(xué)過程中，不但力求建立完整、合理的課程設(shè)置體系結(jié)構(gòu)，而且還要注重強化實踐教學(xué)活動，這樣才能培養(yǎng)出理論基礎(chǔ)扎實、工程設(shè)計經(jīng)驗豐富的嵌入式專業(yè)人才。參考文獻：1陸冰，裴東。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式探討J.