基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式的嵌入式系統(tǒng)課程改革

林榮霞 盧清秀 吳挺

摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)嵌入式人才有了更高的要求，為了培養(yǎng)適合社會(huì)需求的嵌入式綜合人才，筆者對(duì)本校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行深入研究，提出基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式的改革方案，與粵嵌合作教學(xué)，結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，從課程體系、理論教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了一系列教學(xué)研究及改革。實(shí)踐證明該教學(xué)改革能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人;改革方案

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）32-0139-02

1概述

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌人式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)無(wú)疑是當(dāng)前最熱門，最具前途的技術(shù)。

隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”重大改革項(xiàng)目的推出以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)嵌入式人才有了更高的要求?，F(xiàn)在的行業(yè)內(nèi)需要的是具有扎實(shí)的嵌入式專業(yè)理論基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力的嵌入式綜合人才。為了培養(yǎng)適合社會(huì)需求的嵌人式綜合人才，筆者對(duì)本校的嵌人式系統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行了深人的研究，并發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的幾大問(wèn)題：

1）沒(méi)有形成嵌入式系統(tǒng)課程體系。嵌入式系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生第六學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)選修課，課程共48課時(shí)。課程設(shè)置不合理，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，課程設(shè)置與前期先修課程聯(lián)系不密切，學(xué)生軟硬件基礎(chǔ)沒(méi)打好，學(xué)習(xí)進(jìn)度跟不上，后期沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐體系對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固和提升，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想。

2）教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)。課程理論內(nèi)容包括嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式處理器結(jié)構(gòu)（ARM架構(gòu)為主）、異常處理、存儲(chǔ)處理、系統(tǒng)控制過(guò)程、流水線作業(yè)及各種I/O接口、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用方法、嵌入式操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以及在嵌入式0S支持下的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方法;實(shí)驗(yàn)平臺(tái)則采用ARM9的芯片，開(kāi)發(fā)環(huán)境為ADS1.2，由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，實(shí)驗(yàn)方式為實(shí)驗(yàn)演示，包括裸機(jī)下的LED燈、蜂鳴器、PWM實(shí)驗(yàn)、串口實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容偏理論，與社會(huì)實(shí)際需求脫節(jié)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。

3）人才培養(yǎng)方式。學(xué)院對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的方式，采用傳統(tǒng)的教師課堂教授為主，分理論課及實(shí)驗(yàn)課。理論課程以基礎(chǔ)硬件知識(shí)為主線，學(xué)生容易感到枯燥，而且在校內(nèi)的課堂上很難感受到企業(yè)的氛圍。實(shí)驗(yàn)課程主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行演示或操作，學(xué)生實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新能力。

2課程改革

通過(guò)對(duì)本校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)生的學(xué)習(xí)水平分析，本校深入探索嵌入式系統(tǒng)課程改革，提出產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式，并與粵嵌合作教學(xué)，從課程體系、理論教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行一系列教學(xué)研究及改革。

2.1產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人是指大學(xué)、企業(yè)單位和科研機(jī)構(gòu)充分利用教學(xué)情景、生產(chǎn)環(huán)境和科研資源等不同優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新主體之間的深度合作，通過(guò)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同研發(fā)共享成果，形成集生產(chǎn)開(kāi)發(fā)、人才培養(yǎng)、科學(xué)研究于一體的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)新工科教育目標(biāo)的重要途徑嘲。產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式是把傳統(tǒng)的校內(nèi)教師課堂講授理論知識(shí)的間接性教育與在公司實(shí)際實(shí)踐過(guò)程中的直接教育相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的解決實(shí)際問(wèn)題能力以及工程項(xiàng)目實(shí)踐能力，從根本上縮小甚至解決學(xué)校與社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)與需求脫節(jié)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、適應(yīng)工作、樂(lè)于鉆研創(chuàng)新等方面的能力，這是解決學(xué)生與社會(huì)需求脫節(jié)的最好方法。

2.2產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人模式實(shí)施方法

學(xué)院以廣州粵嵌通信科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱粵嵌）為依托，采用聘請(qǐng)企業(yè)工程師到學(xué)校授課、安排專業(yè)教師到企業(yè)培訓(xùn)、安排學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)等三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的目標(biāo)。在理論課的后期及實(shí)驗(yàn)課部分，聘請(qǐng)粵嵌的優(yōu)秀人才給學(xué)生上課，讓學(xué)生接受來(lái)自企業(yè)的新的技術(shù)和不同的學(xué)習(xí)方法，實(shí)驗(yàn)采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一開(kāi)發(fā)性實(shí)驗(yàn)的從易到難的學(xué)習(xí)過(guò)程，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力。在學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐課教學(xué)部分，讓學(xué)生跟粵嵌的工程師一起實(shí)踐研究，讓學(xué)生切身體會(huì)公司的文化氛圍，增長(zhǎng)崗位技能，加深對(duì)嵌入式技術(shù)的行業(yè)認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)踐、開(kāi)發(fā)的整個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，為學(xué)生在后期的學(xué)習(xí)中明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和方向。

在寒暑假，學(xué)院組織專業(yè)教師到企業(yè)參加培訓(xùn)，教師與企業(yè)人員聯(lián)合進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，在學(xué)習(xí)中了解企業(yè)對(duì)人才的真實(shí)需求，為以后的課程教學(xué)提供更好的思路?；浨杜c學(xué)院共同建立“眾創(chuàng)空間”實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供更好的實(shí)踐及自主創(chuàng)業(yè)的平臺(tái)。

2.3課程體系改革

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的嵌入式專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)踐部分較薄弱，適時(shí)地修改嵌入式系統(tǒng)的課程體系。新的課程體系包括軟件基礎(chǔ)課、硬件基礎(chǔ)課程、嵌入式系統(tǒng)和專業(yè)選修實(shí)踐課程。軟件基礎(chǔ)課注重對(duì)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生掌握軟件設(shè)計(jì)思想，掌握程序的基本設(shè)計(jì)方法，為后面的專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。硬件基礎(chǔ)課程讓學(xué)生掌握硬件基礎(chǔ)、接口技術(shù)及硬件編程技術(shù)，而選修專業(yè)實(shí)踐課程則能較好地提高學(xué)生的實(shí)踐及開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的能力。在培養(yǎng)計(jì)劃中，軟件基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)c語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)、Linux操作系統(tǒng)等課程;硬件基礎(chǔ)課開(kāi)設(shè)數(shù)字邏輯電路、微機(jī)原理與接口、計(jì)算機(jī)組成與應(yīng)用、硬件編程語(yǔ)言（輔修）等課程。軟件基礎(chǔ)及硬件基礎(chǔ)課程分別在大學(xué)一年級(jí)及二年級(jí)開(kāi)設(shè)，作為嵌入式系統(tǒng)課程的先修課程，在嵌入式課程的前期要對(duì)這些先修課程與嵌入式技術(shù)相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行必要回顧及講述。選修專業(yè)實(shí)踐課程是嵌入式系統(tǒng)的后續(xù)課程，包括外出培訓(xùn)、比賽、科研項(xiàng)目以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等，目的是進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐及開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的能力。

為了解決學(xué)生實(shí)踐能力薄弱的問(wèn)題，在新的教學(xué)方案中增加嵌入式課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，理論課時(shí)為48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程為24學(xué)時(shí)。

2.4理論教學(xué)改革

為了切合社會(huì)需求，在教學(xué)中采用基于Cortex-A53內(nèi)核的GEC-6818開(kāi)發(fā)板作為教學(xué)平臺(tái)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的課程需要以及開(kāi)發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)，對(duì)嵌入課程理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修改，以下為理論教學(xué)的主要內(nèi)容：

第1部分嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論。包括嵌入式系統(tǒng)的概念、嵌入式處理器以及與嵌入式技術(shù)相關(guān)的軟件、硬件知識(shí)回顧。

第2部分ARM處理器體系結(jié)構(gòu)。包括Cortex-A8的處理器架構(gòu)及異常處理、開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介。

第3部分ARM指令集。包括指令系統(tǒng)，其中穿插開(kāi)發(fā)工具的使用、基本指令及混合編程的應(yīng)用練習(xí)。

第4部分微處理器與接口。包括Cortex-A8處理器的UART、GPIO、異步通信等接口設(shè)計(jì)，穿插演示LED燈，UART、MD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。

第5部分嵌人式Linux。包括嵌入式Linux的特點(diǎn)及文件系統(tǒng)、Linux的使用及嵌入式Linux系統(tǒng)移植及調(diào)試。

第6部分實(shí)例應(yīng)用。包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、Qt圖形界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)、SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)、嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)案例。

2.5實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人機(jī)制下的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改變了以往只注重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的方法，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)為“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與開(kāi)發(fā)研究性實(shí)驗(yàn)”相并重的教學(xué)方式。為了學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)效果，設(shè)置了從易到難、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的漸進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在?shí)驗(yàn)教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的接受能力安排合理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生務(wù)必掌握，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)也可作為其他實(shí)驗(yàn)的參考。如Linux下的綜合實(shí)驗(yàn)中的LED流水燈實(shí)驗(yàn)就可以結(jié)合裸機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的LED流水燈實(shí)驗(yàn)以及Linux的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，有層次地深入學(xué)習(xí)嵌人式系統(tǒng)知識(shí)。

具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求如下：

1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。包括開(kāi)發(fā)環(huán)境的熟悉，基本指令系統(tǒng)，匯編練習(xí)。

2）裸機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。包括LED流水燈實(shí)驗(yàn)、蜂鳴器實(shí)驗(yàn)、LED按鍵實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生獨(dú)立完成，并完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3）Linux操作系統(tǒng)下的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。包括Linux操作系統(tǒng)的搭建、簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)練習(xí)以及Linux GUI的安裝應(yīng)用。

4）Linux下的綜合實(shí)驗(yàn)。包括Linux下的GPIO、UART、LCD等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生以3-5人為小組，根據(jù)老師的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并修改程序，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5）嵌入式綜合實(shí)驗(yàn)。主要包括模擬電子琴設(shè)計(jì)、無(wú)線音頻傳輸設(shè)計(jì)、智能家居監(jiān)控系統(tǒng)等，要求學(xué)生根據(jù)企業(yè)老師給出的項(xiàng)目題目及基本要求，以小組形式進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，在企業(yè)老師的輔導(dǎo)下對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)發(fā)、調(diào)試、移植，最后根據(jù)所做的項(xiàng)目完成項(xiàng)目文檔及答辯，并以此作為實(shí)驗(yàn)考核的重要標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)束語(yǔ)

為了培養(yǎng)適合社會(huì)需求的嵌入式綜合人才，基于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的合作教學(xué)模式，校企聯(lián)合對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行了深入的改革。改革一年多來(lái)，學(xué)生在嵌入式學(xué)術(shù)競(jìng)賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目上取得了較好的成績(jī)，部分同學(xué)依托“眾創(chuàng)空間”實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)業(yè)。實(shí)踐證明該項(xiàng)改革能激發(fā)學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生們分析和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。