面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

【摘 要】在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的帶動下，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)急需改革。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)最新技術(shù)的發(fā)展，對理論課程進(jìn)行合理的精簡、增加實(shí)驗(yàn)課程的可操作性。在實(shí)驗(yàn)課程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高合作能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革不僅對基礎(chǔ)、興趣做到了提升，對學(xué)習(xí)效率及成效也發(fā)揮了重要作用。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

前言：所謂的物聯(lián)網(wǎng)就是將所有信息通過信息傳感器等設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理的一種概念。通過物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，各學(xué)校中的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)有了更廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)各界也對此提出了更高的要求。

一、物聯(lián)網(wǎng)概念及與嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的關(guān)系

（一）物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電信網(wǎng)之上的信息承載體。我國在上世紀(jì)末開始了物聯(lián)網(wǎng)的研究與開發(fā)，屬于世界前列的研究國家。物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)，為傳統(tǒng)思維開辟了一條新道路，傳統(tǒng)的思維是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開，而在物聯(lián)網(wǎng)中，會將物理基礎(chǔ)設(shè)施與計(jì)算機(jī)設(shè)備技術(shù)整合連接。物聯(lián)網(wǎng)也是一種網(wǎng)絡(luò)概念，是與互聯(lián)網(wǎng)相互依存的一種網(wǎng)絡(luò)事物，沒有互聯(lián)網(wǎng)的依托，物聯(lián)網(wǎng)無從談起。

（二）物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的關(guān)系

學(xué)校開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)課程，是為滿足社會對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的需要。計(jì)算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)是一門重要的專業(yè)課程，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)融入了物聯(lián)網(wǎng)中，并且成為了物聯(lián)網(wǎng)用中可實(shí)現(xiàn)感知和控制所不可缺少的平臺。

二、物聯(lián)網(wǎng)對嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)的影響

現(xiàn)在高校中的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)并不是一個基礎(chǔ)教學(xué)，而是需要建立在數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)接口等其他課程基礎(chǔ)之上的一門學(xué)科。目前我國大部分院校中嵌入式系統(tǒng)教學(xué)大體分為兩大類：硬件類與軟件類。隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，軟硬件程序也相對復(fù)雜化。由于高校中設(shè)計(jì)的課程是根據(jù)學(xué)生的專業(yè)方向來考慮，因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)中的嵌入式系統(tǒng)課程受到了課時(shí)的限制，然而嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識更新迅速，與各種高科技都有相同性，需要緊跟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不斷的更新教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的技術(shù)。但由于受到了課時(shí)的限制，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)并沒有及時(shí)根據(jù)應(yīng)用發(fā)展來改變教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)思路。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合的一個綜合系統(tǒng)，特點(diǎn)是其體積小、集成功能強(qiáng)、外接口多，在工業(yè)、通信、電子、便攜設(shè)備等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。高校中的嵌入式系統(tǒng)課程主要是培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的初級能力，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到了嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生從“單機(jī)”轉(zhuǎn)變成“互聯(lián)”，從“個體智能”轉(zhuǎn)變到“群體智能”。因此，嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生或設(shè)計(jì)人員，基礎(chǔ)知識非常重要，但同樣重要的是，必須通過基礎(chǔ)知識不斷的學(xué)習(xí)新技術(shù)、新挑戰(zhàn)、新要求，這便需要物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，對于高校來說，面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)是種發(fā)展趨勢，需要對嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和方式及時(shí)做出適當(dāng)調(diào)整，提高課堂效率，提升學(xué)生技術(shù)水平，使課程應(yīng)用性更強(qiáng)。

三、嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

隨著嵌入式計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，硬件成本逐漸降低，軟件成本逐漸提高，而軟件的應(yīng)用作用與地位也非常重要。

（一）理論性教學(xué)意義

高校中的嵌入式系統(tǒng)理論教學(xué)的目標(biāo)是對嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用、方法，加入到嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)開發(fā)技術(shù)。一般課程布置在15課時(shí)左右。嵌入式教學(xué)的主要課程內(nèi)容有：嵌入式系統(tǒng)理論概述、ARM內(nèi)核嵌入微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

（二）面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.層次化實(shí)驗(yàn)

嵌入式教學(xué)明確了教學(xué)方向，通過理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升動手實(shí)踐能力。一般的嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺都包括以太網(wǎng)接口、GPS算逑定位系統(tǒng)接口、CAN總線接口等。通過這幾個接口和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景，可以設(shè)計(jì)出三種不同層次的設(shè)計(jì)。這三種實(shí)驗(yàn)層次由淺入深，分別應(yīng)對不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其組織形式也不同。如表1所示。

2.項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)

項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)能夠提高學(xué)生的動手操作能力，通過課堂分組教學(xué)，將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)置成不同題目，分別交給各個小組進(jìn)行模擬實(shí)踐開發(fā)。比如“GPS數(shù)據(jù)采集與處理”的實(shí)踐，需要通過將nC/OS操作系統(tǒng)移植，將多重任務(wù)從GPS接口中讀取數(shù)據(jù)，并制成UDP數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。這期間，學(xué)生分別負(fù)責(zé)各部分，不僅在實(shí)踐中學(xué)習(xí)技術(shù)，還能夠提升學(xué)生的合作性。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件如圖2所示。

學(xué)生通過物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)踐模擬活動，開闊了學(xué)習(xí)的視野、擴(kuò)展了學(xué)習(xí)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，能夠更好的運(yùn)用，并且提升了學(xué)生的興趣愛好及團(tuán)隊(duì)合作精神。在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)或結(jié)課設(shè)計(jì)中也布置相關(guān)實(shí)踐內(nèi)容，讓學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)、自主探索，為日后的就業(yè)打好基礎(chǔ)。

結(jié)論：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與嵌入式教學(xué)的相結(jié)合，將嵌入式教學(xué)的內(nèi)容更加完善、實(shí)驗(yàn)更加具體，擴(kuò)展了學(xué)生的知識面，教師在理論授課中加入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識，讓學(xué)生充分了解物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)知識，并通過實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行層次化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課程需要循序漸進(jìn)，由淺入深，先擴(kuò)充基礎(chǔ)，在激發(fā)興趣，最后實(shí)現(xiàn)高層次的實(shí)踐技術(shù)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)與就業(yè)作出相應(yīng)貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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