嵌入式方向?qū)嵺`教學體系構(gòu)建研究——以長沙理工大學為例

黃敏，鄭斌

（長沙理工大學 計算機與通信工程學院，湖南 長沙410014）

隨著后PC時代的來臨，以手機、電視機頂盒、媒體播放器等為代表的嵌入式設(shè)備已進入普通百姓的生活，正改變著人們的生活方式和休閑方式，相應地社會需要大量的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才。但國內(nèi)高校的計算機教育普遍以軟件為主，電子專業(yè)的課程設(shè)置普遍以硬件和單片機為主，真正系統(tǒng)地涉及軟硬件結(jié)合的嵌入式產(chǎn)品研發(fā)的課程不多，即使開設(shè)，大多是選修方式，課時少，只簡單介紹一些相關(guān)概念，相應的實踐教學體系真正建立起來的不多。長沙理工大學從2006級的培養(yǎng)計劃開始設(shè)置嵌入式方向，經(jīng)過近10年的探索，從實踐教學目標、內(nèi)容、管理和評價體系等方面，不斷完善，逐步建立起了嵌入式方向的實踐教學體系，且嵌入式方向畢業(yè)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量都相對較高，證明該體系得到了社會的認可。

1 嵌入式方向?qū)嵺`教學目標體系

嵌入式方向是長沙理工大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)計劃中設(shè)置的一個專業(yè)方向，主要是針對研發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需要的知識、能力、素質(zhì)來構(gòu)建相應的理論和實踐教學體系。嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，功能、可靠性、成本、體積、功耗都嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)［1］。根據(jù)概念和社會需求，確立了嵌入式方向的實踐教學目標。

1.1 扎實的軟件系統(tǒng)研發(fā)能力

因為嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心的，不同的應用主要通過不同的軟件來體現(xiàn)，所以首先要培養(yǎng)學生扎實的軟件系統(tǒng)開發(fā)能力。這方面的能力是通過每學期編程課程不斷線獲得的，學生從進大學第一學期開始學C語言程序設(shè)計，之后是面向?qū)ο笈c可視化編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、編譯原理、算法設(shè)計與分析、軟件工程以及課程設(shè)計、實習、實訓等，從簡單到復雜，循序漸進地培養(yǎng)學生的軟件系統(tǒng)研發(fā)能力。

1.2 較強的計算機技術(shù)基礎(chǔ)

主要體現(xiàn)在根據(jù)應用需求來選擇處理器和操作系統(tǒng)的架構(gòu)兩方面，因為嵌入式系統(tǒng)對可靠性、成本、體積、功耗都嚴格要求，只需滿足用戶的需求即可，多余的功能應該被裁剪掉，因此必須培養(yǎng)學生在眾多的處理器中選擇合適的處理器和裁剪操作系統(tǒng)模塊的能力［2］。這方面的能力通過從第3學期開始的軟硬件結(jié)合課程的不斷線來獲得，這些課程包括匯編語言、計算機電路、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計、單片機原理及應用、計算機組成原理、操作系統(tǒng)原理、Linux操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)（上）、嵌入式系統(tǒng)（下）、射頻識別以及課程設(shè)計、實訓等實踐環(huán)節(jié)，由淺入深地打牢學生的計算機技術(shù)基礎(chǔ)。

1.3 較強的軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)研發(fā)能力

主要體現(xiàn)在相對嚴苛的軟硬件環(huán)境下研發(fā)滿足用戶需求的產(chǎn)品，通過理論課程結(jié)束后的3周實踐環(huán)節(jié)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計綜合實訓和畢業(yè)實習、畢業(yè)設(shè)計獲得。在這過程中，學生必須綜合應用所學的各種知識、技術(shù)來完成實際系統(tǒng)的研發(fā)。

2 嵌入式方向?qū)嵺`教學內(nèi)容體系

實踐教學的內(nèi)容是實踐教學目標任務的具體化，通過課程實驗、綜合實訓、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的合理配置，按基本技能、專業(yè)技能、綜合技術(shù)的層次，循序漸進地提高，構(gòu)建成以研發(fā)嵌入式系統(tǒng)能力的培養(yǎng)為主體，將實踐教學的目標和任務具體落實到各個實踐教學環(huán)節(jié)中，讓學生在實踐教學中掌握必備、完整、系統(tǒng)的能力。

課程實驗是與理論教學內(nèi)容配套的實驗，我校嵌入式方向的教學體系由最初的選修方向逐漸演變?yōu)楸匦薹较?，進而成為計算機科學與技術(shù)專業(yè)的特色。2006級和2013級培養(yǎng)計劃中嵌入式方向課程體系對比見表1所示。

表1 2006級和2013級培養(yǎng)計劃中嵌入式方向課程體系的對比

嵌入式方向的實驗教學內(nèi)容與實驗設(shè)備密切相關(guān)，我校實驗設(shè)備的處理器由最初的三星ARM7TDMI逐漸升級為ARM Cotex A8，最新構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)實驗（上）、（下）的實驗內(nèi)容見表2所示。

經(jīng)過由淺入深、由簡單到復雜的課程實驗之后，已掌握設(shè)計嵌入式系統(tǒng)所需的各項基本技能。接著進行3周的綜合實訓，通過構(gòu)建一個實際的系統(tǒng)，如點歌系統(tǒng)、點菜系統(tǒng)、公交查詢系統(tǒng)等，在確定的處理器平臺和操作系統(tǒng)環(huán)境下鞏固所學技術(shù)。最后在畢業(yè)設(shè)計階段強調(diào)綜合實踐，注重產(chǎn)品教學、創(chuàng)新制作和新技術(shù)應用等，如操作系統(tǒng)的裁剪、移植，驢友、導航等應用系統(tǒng)的研發(fā)，達到綜合運用各種技術(shù)、方法的目的。

表2 課程實驗內(nèi)容

3 嵌入式方向?qū)嵺`教學管理體系

在學校、學院實踐教學管理和評價體系的基礎(chǔ)上，嵌入式方向針對課程實驗主要是抓課前預習和實驗完成后回答問題、實驗現(xiàn)象分析3個方面。每個學生進實驗室之前必須要完成實驗內(nèi)容的預習，否則不能做實驗；實驗完成后要回答問題，正確后方能離開實驗室；所有實驗報告都必須分析實驗現(xiàn)象。其中衡量課前預習的方法是查驗筆記，每個學生須向?qū)嶒灷蠋熣故绢A習筆記后才開始做實驗。當然要做到這些，每次實驗2課時是遠遠不夠的，實驗室實行全天開放，并且配備研究生做助教，來協(xié)助老師完成檢查預習和回答問題流程。

4 嵌入式方向?qū)嵺`教學評價體系

從2010級的培養(yǎng)計劃開始，實驗是單獨設(shè)課的，對學生的評價和考核相對容易一些。16課時、8個實驗都很好地完成才能獲得該門課程的滿分，平均每個實驗占12.5分，其中預習占2.5分，實驗過程占3分，實驗報告占5分，回答問題占2分。這樣明確規(guī)定之后，學生對每個環(huán)節(jié)都很重視，總體的實驗效果有較大提高。

對3周的綜合實訓環(huán)節(jié)，主要是增加中期檢查和結(jié)束后答辯兩個流程。在進行到1.5周時進行中期檢查，即每個學生要介紹已完成的工作情況，對拖欠進度的學生有較好的督促作用。在最后結(jié)束時，每個學生要展示自己的作品，運行已完成的程序，回答老師的提問，并對整個環(huán)節(jié)進行總結(jié)。實訓環(huán)節(jié)的考核按優(yōu)秀、良好、中、及格、不及格五個等級來記錄每個學生的成績，其中中期檢查占20%，答辯占30%，程序占30%，實訓報告占20%。這樣很好地避免了學生只注重報告、不重視過程和程序的做法，綜合訓練了學生口頭表達、書面表達以及編寫程序的能力。

5 總結(jié)

自2006級開始，在長沙理工大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)設(shè)置嵌入式方向，在實施過程中，逐步從實踐教學目標、內(nèi)容、管理和評價等方面構(gòu)建其實踐教學體系，經(jīng)過近10年的實踐，取得了一些成績，尤其是學科競賽成績斐然，當然也存在一些不足，如實驗前的預習，部分學生抄別人的預習筆記，很難做到讓每個學生都真正預習；實驗后的現(xiàn)象分析也有部分同學相互抄襲，還需要不斷完善。總體來說，成績占主導地位，希望能給同類院校一些借鑒作用。

［1］張綺文，謝建雄，謝勁心.ARM嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［2］黃敏，鄭斌，姜蕊輝.“三強型”嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才培養(yǎng)研究［J］.計算機教育，2013（3）：10－13.