面向社會(huì)需求的嵌入式教學(xué)改革與實(shí)踐

陳衛(wèi)麗+黃金雪

摘 要： 當(dāng)前社會(huì)已進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)機(jī)器智能的時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)對(duì)嵌入式人才需求不斷擴(kuò)大，而嵌入式專業(yè)的高校畢業(yè)生卻很少能直接勝任嵌入式崗位的要求。文章在充分調(diào)查企業(yè)嵌入式崗位人才能力需求的基礎(chǔ)上，在嵌入式課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程考核等方面進(jìn)行了教學(xué)改革探索。實(shí)踐證明，這些改革能有效提高學(xué)生的實(shí)際工作能力，滿足社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求。

關(guān)鍵詞： 嵌入式控制； 教學(xué)改革； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）06-84-03

The reform and practice of embedded system teaching for social needs

Chen Weili， Huang Jinxue

（School of information technology and Engineering of Guangzhou College of Commerce， Guangdong， Guangzhou 511363， China）

Abstract： At present， the society has entered the era that all things are interconnected with intelligent machines， embedded systems are widely used in various fields， the social demand for talents of embedded system continues to expand， but the professional college graduates are rarely directly qualified for the requirements of the position. Based on the full investigation of the demand for talents of embedded system in enterprises， this paper explores the teaching reform on the embedded system curriculum， experiment teaching， curriculum evaluation and so on. Practice has proved that these reforms can effectively improve the actual work ability of students and meet the needs of the society for talents of embedded system.

Key words： embedded control； teaching reform； experiment teaching； talent training

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在工控設(shè)備、智能儀表、汽車電子、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軍事裝備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面，嵌入式技術(shù)已成為通信領(lǐng)域和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的共同發(fā)展方向。社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求也不斷提高。

與嵌入式從業(yè)人員需求持續(xù)高漲相對(duì)，當(dāng)前我國(guó)高校在嵌入式課程的設(shè)置和人才培養(yǎng)上卻存在一些問(wèn)題。集中表現(xiàn)是，每年從高校畢業(yè)的嵌入式相關(guān)專業(yè)大學(xué)生，真正達(dá)到嵌入式從業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)的卻只占少數(shù)，多數(shù)畢業(yè)生并不具備直接從事嵌入式開發(fā)工作的能力，企業(yè)通常需要對(duì)這些畢業(yè)生進(jìn)行一段相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的再培訓(xùn)。在我校這種矛盾較為突出，學(xué)生普遍反映，不敢應(yīng)聘嵌入式崗位，達(dá)不到他們的應(yīng)聘要求。很多想從事嵌入式崗位的學(xué)生需要去社會(huì)上的嵌入式專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)培訓(xùn)后才能應(yīng)聘嵌入式職位。

為了緩解這些矛盾，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的嵌入式人才，本文以企業(yè)崗位需求為出發(fā)點(diǎn)，了解企業(yè)需求，制定了嵌入式系列課程，并實(shí)施嵌入式課程教學(xué)改革，培養(yǎng)企業(yè)需求的嵌入式人才。

1 根據(jù)企業(yè)崗位需求制定嵌入式系列課程

人才培養(yǎng)方案中嵌入式系列相關(guān)課程的設(shè)置要滿足企業(yè)崗位技能的需求。經(jīng)過(guò)對(duì)目前企業(yè)嵌入式崗位的調(diào)研，得到嵌入式相關(guān)崗位設(shè)置如表1。

通過(guò)對(duì)崗位需要的知識(shí)和技能進(jìn)行深入的分析，轉(zhuǎn)換成院校的課程如下。

模擬電路和數(shù)字電路；電子電路設(shè)計(jì)；單片機(jī)原理及應(yīng)用；嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)；C/C++程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)；接口電路及PCB設(shè)計(jì)；JAVA語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；GUI開發(fā)；軟硬件測(cè)試技術(shù)[1]。

因此，我院把C/C++程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)，模擬電路和數(shù)字電路，單片機(jī)原理及應(yīng)用等幾門課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，JAVA語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)作為專業(yè)必修課，并作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)課。

2 以實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)法對(duì)嵌入式課程教學(xué)進(jìn)行改革

目前嵌入式教學(xué)，特別是嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在各種各樣的問(wèn)題。很多學(xué)校不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)看成理論教學(xué)輔助課程，多以基礎(chǔ)的演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主[2]，忽視了學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)思維能力和綜合分析能力的培養(yǎng)，且不利于實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新和開展。課程設(shè)置與實(shí)驗(yàn)室資源配置不合理，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備長(zhǎng)期閑置、利用率低，造成不必要的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容流于形式，造成學(xué)生學(xué)完課程之后不知道怎么應(yīng)用，對(duì)嵌入式技術(shù)還停留在理論階段，這也暴露出我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題[3]。

針對(duì)嵌入式教學(xué)出現(xiàn)的問(wèn)題，我院在嵌入式教學(xué)中進(jìn)行了各種改革。首先對(duì)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)這兩門課的教學(xué)進(jìn)行了改革，加大實(shí)驗(yàn)力度和實(shí)驗(yàn)管理。我院購(gòu)買了廣州粵嵌科技股份有限公司的GEC210和GEC2440雙核實(shí)驗(yàn)箱用作學(xué)生嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，試驗(yàn)箱可以在Windows下用ADS做各種常規(guī)外設(shè)比如LED、中斷、定時(shí)器、蜂鳴器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、LCD和觸摸屏、溫濕度、光照、煙霧傳感器、4x4按鍵及8位數(shù)碼管等的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)；也可以在實(shí)驗(yàn)箱的開發(fā)板上安裝Linux操作系統(tǒng)，做這些常規(guī)外設(shè)及塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、攝像頭、GPS及RFID等的Linux下驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)；還可以做Bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)編譯及移植、GUI開發(fā)等實(shí)驗(yàn)。

為了鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，我院把全部嵌入式系列課程都排在實(shí)驗(yàn)室上課，教學(xué)方法改革為實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)法，讓學(xué)生親手做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，每堂課都能動(dòng)手操作。這樣就克服了傳統(tǒng)的理論課和實(shí)驗(yàn)課分開進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)很少的弊端。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)法就是把書上的內(nèi)容都編為一個(gè)個(gè)的實(shí)驗(yàn)，并把絕大部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維及應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。每堂課先講實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)電路圖、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)要求，然后讓學(xué)生去親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證書本上的理論，并編寫出符合教師要求的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)成績(jī)計(jì)入課程考核成績(jī)。比如嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)這門課程，具體教學(xué)過(guò)程中，我院改編成以下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一 ADS下LED燈閃爍實(shí)驗(yàn)（主要讓學(xué)生掌握I/O控制原理）；

實(shí)驗(yàn)二 外部按鍵中斷控制LED及煙霧傳感器實(shí)驗(yàn)（主要讓學(xué)生掌握中斷控制原理）；

實(shí)驗(yàn)三 串口收發(fā)實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)四 A/D轉(zhuǎn)換及光照傳感器控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)五 PWM控制蜂鳴器與中斷綜合實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)六 直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)七 定時(shí)器控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)八 觸摸屏控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)九 看門狗電路控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)十 實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)十一 I2C總線讀寫及4x4鍵盤和八位數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)十二 數(shù)字音頻信號(hào)IIS控制實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)十三 LCD界面顯示實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)十四 溫濕度傳感器控制實(shí)驗(yàn)。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)這門課程，Bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)和QT的編譯及移植[4]，Linux下LED、按鍵中斷、定時(shí)器、蜂鳴器、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、溫濕度、光照、煙霧傳感器，攝像頭、GPS和RFID等的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，GUI開發(fā)等內(nèi)容，都編進(jìn)了實(shí)驗(yàn)之中。經(jīng)過(guò)這幾年改革實(shí)踐，學(xué)生普遍反應(yīng)對(duì)課程內(nèi)容掌握得比較好。學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到較大提高，會(huì)去主動(dòng)看書弄懂原理。得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的學(xué)生覺(jué)得很有成就感，就有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，教學(xué)效果也會(huì)比較好。

3 對(duì)嵌入式課程的考核進(jìn)行改革

嵌入式課程的考核，傳統(tǒng)的考核方式往往達(dá)不到檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的效果。嵌入式課程不是要考學(xué)生記住了多少理論或概念，而是要考他們用書上學(xué)到的理論知識(shí)和方法設(shè)計(jì)完成項(xiàng)目的能力。所以對(duì)于嵌入式課程，我院都進(jìn)行了考試改革。做法是：把期末考試改為大作業(yè)的形式，也就是課程設(shè)計(jì)形式，讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象，綜合應(yīng)用所學(xué)的各種硬件驅(qū)動(dòng)知識(shí)和軟件設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)出一個(gè)可以運(yùn)行的嵌入式作品，對(duì)作品進(jìn)行答辯、評(píng)分，評(píng)分結(jié)果作為期末考試的成績(jī)。課程考核的期末成績(jī)分為三個(gè)部分，分別為：平時(shí)考勤成績(jī)、課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)、課程項(xiàng)目大作業(yè)成績(jī)（以論文和作品形式答辯并提交）[5]，比例為20%：30%：50%。

考核中，對(duì)學(xué)生提交的項(xiàng)目設(shè)計(jì)作品，一定要嚴(yán)格進(jìn)行答辯程序，鑒別真?zhèn)?，杜絕抄襲作品蒙混過(guò)關(guān)。對(duì)于學(xué)生的原創(chuàng)作品，即學(xué)生親自設(shè)計(jì)出來(lái)的東西，即使有點(diǎn)粗糙，也會(huì)給予高分鼓勵(lì)，這樣就能激發(fā)學(xué)生的干勁和創(chuàng)作的激情，學(xué)生都會(huì)努力去設(shè)計(jì)自己的作品。對(duì)于抄襲的作品一定要“打假”，毫不留情的給予零分/不得分處理，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)作積極性。

4 鼓勵(lì)學(xué)生參加各種嵌入式專業(yè)競(jìng)賽及申報(bào)大學(xué)生科技課題

在嵌入式課程教學(xué)的同時(shí)，應(yīng)大力引導(dǎo)學(xué)生開展課外創(chuàng)新活動(dòng)，將課堂上學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，開拓學(xué)生的興趣和愛(ài)好，鍛煉學(xué)生的思考和動(dòng)手能力?？梢詮浹a(bǔ)課堂教學(xué)因場(chǎng)所、時(shí)間、形式等造成的局限性，為學(xué)生提供更廣闊的創(chuàng)造空間[6]。為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，我院積極鼓勵(lì)學(xué)生參與各類嵌入式項(xiàng)目和嵌入式設(shè)計(jì)競(jìng)賽，指導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)廣東省各類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題。

我院每年組織學(xué)生參加“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”、“廣東省電子設(shè)計(jì)大賽”、“廣東省機(jī)器人大賽”、“全國(guó)大學(xué)生‘恩智浦杯智能汽車競(jìng)賽”等賽事，鍛煉學(xué)生的嵌入式知識(shí)綜合應(yīng)用實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。每年積極組織教師指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和廣東省大學(xué)生科技課題，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

面向社會(huì)需求的嵌入式教學(xué)改革與實(shí)踐，大力提倡以全課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)替代傳統(tǒng)的2節(jié)理論課2節(jié)實(shí)驗(yàn)課的分開教學(xué)，并實(shí)施以設(shè)計(jì)嵌入式作品為主的考核方式，鼓勵(lì)學(xué)生參加嵌入式競(jìng)賽和申報(bào)嵌入式課題，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。我院幾年的教學(xué)改革實(shí)踐證明，培養(yǎng)的學(xué)生具備了初步的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力，適應(yīng)了嵌入式崗位對(duì)人才的需求。嵌入式專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率有了顯著提高，一些參與過(guò)各類大賽及完成了省級(jí)課題的學(xué)生甚至成為企業(yè)的搶手人才。但是如何提高競(jìng)賽及申報(bào)課題的學(xué)生參與度及普及率，也是我院一直在努力解決的問(wèn)題。

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