时间：2023-03-13 11:23:46
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关键词：嵌入式系统 实践教学 教学体系
一、 研究的目的及意义
嵌入式系统已成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适用实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的计算机系统。从嵌入式系统的定义可以看出，嵌入式技术是一门专业性强、实践性强的综合性技术。因此搞好嵌入式系统实践教学的研究对于培养学生的动手能力、创新思维能力，提高学生的就业竞争力具有重要的意义。[1]
二、研究的思路和方法
本项目的研究主要采取调查研究、总结及结合自己特色构建合理的嵌入式系统实践教学体系，并自主设计嵌入式系统实践教学平台，构建相应的综合实验室并指导学生参与项目实践。并通过引导学生参与竞赛，并创造条件使学生参与企业合作。
三、 研究的主要内容
本项目主要内容包括，实践教学体系、教学平台和实践教学实验室以及最后通过本项目的改革成果积极引导有能力的学生参加国家大赛等四个主要部分。
1嵌入式系统实践教学体系的构建
在嵌入式系统实践教学的建设中，要综合考虑实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动等实践环节，统筹实验教学项目的设置。在内容上，做到由浅入深、由单一到综合、由验证到设计开发。在时间上，由课内延伸到课外，充分发挥课外科技活动这一第二课堂的作用，使学生能够进行嵌入式系统方面的项目开发。该环节从整体出发，将实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动相结合，即验证性实验，设计性与综合性实验、创新性训练项目三个层次。
2.嵌入式系统实践教学平台的设计
移动专业实验室是有50套博创的ARM11开发板，可以搭建出与计算机科学和电子通信专业不同，但能体现嵌入式系统软件开发的实践教学平台，摆脱学生不需要思考而只重视重复操作的示例，也可以彼此构建成实验拓扑网络平台，使其用于与软件工程一致的嵌入式系统平台。
四、嵌入式系统实践教学综合实验室的建设及项目实践
移动专业实验室的开发板集成的示例操作过多，因此需要构建一些可以激发学生创新和与基础紧密结合的软件示例。比如：音频、视频、绘图、游戏等示例，可以使学生通过看、听等视觉冲击来感受嵌入式系统软件开发带来的效果。增强学生对嵌入式系统软件开发的感性认识，同时引发学生思考，从而进一步达到理性思考的程度，刺激学生进行实践，达到“感性认识-理性认识-实践”的两次飞跃，形成实践教学在综合实验室的一种良性循环。
本项目归纳起来可以简称为“一个体系，一个平台，反复实践，一个竞赛”，其过程管理包括“教，学，练，管”等四个内容，形成一个完整的实践教学体系框架。通过合理的实践教学平台，促使学生提高实践的欲望和兴趣，从而在大赛中获得成果的检验。
五、 研究的成果
该研究能够更加贴近了我校建设“应用型”本科专业的目标和办学特色。具体的可以从以下几个方面进行归纳和概括：
（1）改变了实验题目设计的指导思想
一方面整个实践课程的实施内容要以“学生兴趣”为导向，另一方面，教师在设计题目的时候，“按模块、分步骤”的方式要求学生完成实验的全部内容，最终能够把不同的模块整合起来就是一个完整的项目。
（2）课程设计题目自主化、验收形式和考核标准多样化
题目自主化主要是指：教师在参与课程设计题目命题时，遵循以“引导学生为主，鼓励和提倡自我命题”的原则。让学生有一个充分发挥自我的空间，这样有利于培养学生的创新意识和实践能力。
由于学生数量较多，很多教师在验收课程设计时由于时间等问题的因素，不可能做到人人公平、公正的给出验收成绩。所以在课程设计验收中，针对这些问题已经做出了进一步的修正：
a） 验收形式的改革：公开组织若干本方向或相关专业的教师在同一时间，对自愿参加提前验收的同学作品进行共同进行公开、公正的验收。验收的具体流程：验收学生本着完全自愿的原则参加提前验收（只要完成的学生都可以参加），先进行自己作品的展示和讲解，然后由各位“评委老师”进行提问，最后各位教师根据学生的综合表现，给出相应的成绩，该成绩在有课程设计的指导教师予以汇总，最终决定学生本次课程设计的成绩。
b） 考核标准多样化：标准的多样化是兼顾成绩公平的有效手段，在课程设计评分考核中，把以往全由一位指导教师把握的学生“验收表现”，增加至多位教师同时给出成绩，增加了成绩的参考尺度;另外，学生的最终成绩不再仅仅由学生的作品展示效果所决定，而是由学生在验收时的综合表现（如：语言的表达、作品的讲解、设计思路等）决定，从而使得成绩更加合理。
（3）充分利用了实验室
充分利用开放实验室的课余时间，完善开放实验室的使用和管理制度。[2]增加开放实验室的数量，让学生也参与到实验室的建设和管理中来，鼓励学生“从宿舍走出来”和在实验室中完成实验作业。
（4）鼓励学生参与各类竞赛，并引导学生与企业合作，提高动手能力和创新能力，并取得了显著成效。[3]
六、 结束语
该项目的实施，极大地提高了学生对嵌入式系统的兴趣和学习热情，一部分学生能够独立自主的思考，并独具匠心地设计出具有一定水准的产品。本项目思路清晰，效果明显，并在其它具有相关近似课程的学校中有推广应用的价值。
参考文献：
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[3]彭志广，杨大鹏.实践教学体系创新与实践[J].实验技术与管理，2006年08期
中图分类号：G642
0 引 言
大规模在线开放课程（massive open online course， MOOC）是基于课程与教学以及网络和移动智能技术发展起来的新兴在线课程形式。MOOC是一种全新的、更公平的教育模式，它借助互联网，通过MOOC平台的课程讲座视频、嵌入式课程进行测试与评估以及师生在线互动，教与学随时随地都可以发生[1]。然而，MOOC在迅速发展的同时，由于其自身存在的一些不可避免的问题，使得MOOC饱受争议。没有规模限制、没有先修条件、MOOC注册率高而完成率低以及师生不能深入交流等问题日渐凸显，且难以得到有效解决[2]。因此，MOOC被不断改进，许多新的教学模式应用到MOOC中，弥补之前MOOC的不足，超越了原有的MOOC模式，MOOC已经进入后MOOC时代。
在后 MOOC时代涌现的一些新样式中，SPOC最为典型。SPOC（small private online courses，小规模限制性在线课程）表示小型的、私有的、在线课程，它是针对MOOC来说的，这一概念最早是由美国加州大学伯克利分校的阿曼多?福克斯教授提出的[3]。与 MOOC相比，SPOC吸收和传承 MOOC的先进思想，将 MOOC的潜能更好地发挥出来，变革传统的教学结构，实现对现行课堂的有效翻转，最终提高教学质量。SPOC把学习的人数进行了限制，通常限定在几十人到几百人之间，不同于MOOC同一课程拥有注册人数几十万甚至几百万，另外，SPOC在MOOC的基础上增加了教师和学生面对面的交流。相比之下， SPOC的学习活动更加灵活高效，能满足学习者个性化学习的需求[4]。
嵌入式课程是信息技术行业的核心课程，在国外信息类人才培养中尤其得到重视。目前，嵌入式软件市场的规模剧增，已形成一个充满商机的巨大产业，并且成为整个软件业的发展支柱[5]。在家电、手机、各种数码产品等都向智能化方向发展的今天，嵌入式技术越来越成为当前最热门、最具发展前景的IT应用领域，吸引越来越多的工程师投入到这一行业[6]。本文研究嵌入式课程教学模式，通过SPOC充分利用MOOC平台上的教学视频资源，并与翻转课堂有机结合应用到课堂教学中。SPOC与翻转课堂相结合的方式可以提高学生的学习主动性、增强学生的动手能力、培养学生的创新意识和创新能力，使学生能够独立地进行项目开发和编程。
1 传统教学模式存在的问题
嵌入式课程是计算机课程的重要组成部分，嵌入式课程包含Linux系统应用、嵌入式系统设计和嵌入式系统案例分析等实践性较强的多门课程，这些课程采用传统的教学模式存在以下问题：
（1）在传统的教学模式下，老师的授课时间有限，只能单方面把课程的内容传授给学生，没有与学生交流的机会。
（2）部分学生存在惰性，老师讲多少就听多少，并不实际动手练习，导致仅理解理论内容，却不会实际应用。
（3）大部分学生在实践活动中虎头蛇尾，一遇到困难就轻易放弃，没有解决难题的决心，从而也无法真正的掌握和理解所学知识。
（4）传统的教学模式只重视成绩和分数，泯灭了学生动手实践的欲望，导致学生缺乏创新能力。
SPOC和翻转课堂相结合的教学模式提供一个新的思路：如果学生能够在课前完成相关知识的学习，就会减少教师课堂讲授时间，从而留给学生更多的时间进行实践、参与交流讨论和获得教师的指导，解决学生只停留在对理论内容的理解、动手机会少、不会将所学内容应用到实际的项目开发中去的问题。
2 基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法
基于SPOC和翻转课堂的嵌入式课程教学方法可以分为四个阶段：前端分析、课程设计、课堂教学和评价，具体模式如图1所示。
2.1 前端分析
任何课程开始前都必须进行前端分析，这样设计出的教学资源才具有针对性、个性化，因此，前端分析对一门课程设计的成功与否起到非常关键的作用。本文中，前端分析涉及3个要素，分别为学习对象、教学内容和学习环境。
学习对象主要包括学生年级、学生已经学过的相关课程以及对学过课程的掌握情况。嵌入式课程分为硬件课程和软件课程，因此课程的设置应该分为3个阶段：第1阶段为嵌入式硬件开发，作为嵌入式软件开发的平台基础；第2阶段为嵌入式软件开发；第3阶段为嵌入式综合开发实践。单片机原理等基础理论课程是学好嵌入式硬件开发的基础，嵌入式软件课程包括嵌入式操作系统和Linux系统应用等课程，只有将以上课程学好才能进行嵌入式综合开发实践。
教学内容研究应该从理论和实际开发能力两方面入手。理论方面，对于C语言、数据库、数据结构、单片机原理、计算机网络等前导课程，教师要在保证理论授课学时的前提下，适当增加或强调嵌入式开发中必需的知识基础，以保证后续嵌入式开发课程的顺利进行。在实际开发能力方面，教师要强化和规范嵌入式硬件课程、嵌入式软件课程、嵌入式综合开发实践课程中的实践环节，为学生配备齐全的软、硬件开发环境，让学生通过动手实践掌握所学的内容。
学习环境主要包括传统的课堂教学环境和基于MOOC的在线学习环境，将课堂教学和在线学习结合起来，提高教学质量。
2.2 课程设计
课程设计主要包括教学视频、教学大纲、拓展资源、测试作业几个部分。根据教学需要，教师可以充分利用MOOC平台上优质丰富的教学资源，对其进行编辑和整合，设计成富有逻辑结构的视频资源上传到网络教学平台。教师还可以将电影录像、电子书、其他资料等作为拓展资源提供给学生。测试作业包含测试题和大作业，测试题至关重要，学生可以带着问题去观看教?W视频，也可以看完教学视频后做测试题，这样有助于学生对重点、难点的理解与掌握，进而提高学生的学习效率和学习质量；大作业用来综合性的测试学生的学习情况，需要由一组学生来共同完成，大家一起讨论，相互激发灵感，这种方式可以提高学生们的创新意识和团队意识。
2.3 课堂教学
课堂教学阶段在整个教学模式中的地位十分重要。在课程开始前，根据学生原有的知识基础、学习个性和风格等信息将学生进行异质分组，并选出每个学习小组的组长。
课堂教学的实施过程借鉴翻转课堂模式，翻转课堂是推动师生互动、激发学生学习兴趣的有力手段，真正体现“以学生为中心”的教育理念。本文将翻转课堂分为两种形式：一种侧重于分析本次课的重点和难点；另一种侧重于对实际项目进行分析和讲解。
第一种形式要求学生在课前通过MOOC平台上提供的教学视频，学习嵌入式课程的基础知识，然后，通过完成测试题验证对知识点的掌握情况。在课堂教学过程中，学生针对教师在课前提出的问题进行讨论，并采用轮流的方式对本次课的重点和难点进行讲解。在该门课程的课堂教学中，每名学生至少有一次机会讲解知识点。最后，教师对课程内容的重点、难点进行说明，并对知识内容进行系统化的总结和梳理。
第二?N形式通过大作业的方式，以小组为单位，共同完成一个项目。大作业是对学生学习本门课程的综合性考察，嵌入式软件开发的作业可以是多进程程序编写、管道通信、Linux环境下“生产者与消费者”的实现等。嵌入式实践开发的作业可以是智能家居、智能停车场等。在课堂教学过程中，小组组内成员之间、各小组成员之间针对大作业的内容相互讨论，并每组选出一个代表对自己组的作业完成情况进行汇报展示，学生之间共同鉴赏、互相评价。教师可以在每名学生展示作品或学习成果后进行逐一评价，也可在所有学生成果展示完毕后做最后的总结，教师最终对学生的学习成果进行总结和评价。
课后主要是学生对学习进行复习和巩固，检验自己掌握知识的情况，分享课中学习的感悟与收获。教师则针对大家课上提出的问题进行反思和总结，对课程知识进行系统化的梳理和总结，并根据学生课上的表现、反应以及学生在学习过程中的意见对课前、课中阶段进行及时调整。
2.4 评 价
评价环节既要体现评价主体的多元化又要注重评价样式的多样化，关注学生的效果，采用形成性评价和总结性评价两种评价相结合的方式。
形成性评价包括多个因素：登录网络教学平台的次数、下载教学视频的次数、课堂出勤情况、课堂讨论的积极程度以及小组成员间互评等多个方面。小组成员间互评主要从学生与对小组其他成员讨论问题的情况、参与小组活动情况以及对小组的贡献等方面出发，对自己和小组成员作出评价。这种评价方式有利于学生更好地参与到小组学习活动中，能够提高组内成员间合作学习的积极性，同时，教师对学生的评价也同等重要，教师应该根据以上因素对学生进行评价，给出学生的平时成绩。
总结性评价则主要包括学生的平时测验、作业完成质量和期末考试成绩。最后，教师根据形成性评价和总结性评价的一定比例给学生最终量化分数。
关键词：系统设计，实践教程，创新性，嵌入式系统
【中图分类号】G420
1.研究现状和选题意义
1.1 研究现状
高等职业教育是高等教育的重要组成部分，它是根据一定职业岗位实际业务活动范围的要求，培养技术应用性或职业性人才。如何培养高技能型人才来满足社会快速发展的需要？教学是关键！而实验教学作为高等职业教育的主要形式，它不同于理论课教学，它不但要使学生掌握理论知识的同时，怎么能快速地应用到社会社会生活之中来满足人们生活的需要，那这就要求我们要以实践教学为主，培养学生的动手能力，免得把学生培养成一个书呆子，不会学以致用。这就要求各高校要重视实验教学环节，那么我们在实验教学中，采取什么样的教学方法才能真正提高学生的技能，达到高职教育人才培养的目标？
1.2选题意义
“嵌入式系统”课程作为电子信息专业中的一个主修方向，在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点，刚开始讲述“嵌入式系统”课程时，由于并没有太多的经验，还是依照课堂理论、课下实验的传统教学方式。但是随着教学的深入，发现这种教学过程中存在很多问题，主要体现在：
（1）《嵌入式系统》的前导课程比较多，例如：《C语言》、《微机原理》、《单片机原理与设计》，如果学生们对这些课程学的不扎实，理论及实践基础太差的话，那嵌入式系统技术课程对他们来说更是头疼。
（2）课程内容涉及面广，知识内容多。以蒋建春编写的《嵌入式系统原理与设计》为例，此书介绍嵌入式系统的硬件和软件知识、嵌入式系统平台的构建、ARM嵌入式处理器的体系结构、嵌入式系统常用模块设计、嵌入式操作系统的基础知识、嵌入式实时操作系统OS-Ⅱ、嵌入式软件测试基础知识等。在有限的课时内，很多内容只能浅显地介绍，一个学期下来，一部分学生看上去了解了嵌入式系统的许多内容，但是一到具体的应用实际就会发现还欠缺很多知识和技能。
（3）传统的以教师为核心的课堂上，在讲解这门综合性实践性很强的课程时，很多学生都是被动接受知识。又因为这门课本身就比较枯燥乏味，内容复杂，需要掌握的知识又很繁琐，学习一段时间后，也就渐渐失去了兴趣。
（4）由于学时数有限，又加上需要很多理论知识的讲解，不可能安排很多的实验环节，在相对较短的实验课程内，学生需要熟悉开发的软硬件环境，如开发工具、实验环境、了解试验内容，读懂实验程序。在这期间，学生自主的实践动手能力得不到充分地锻炼，某种程度上也就仅仅是熟练了一种开发工具而已。
针对以上关于嵌入式系统教学存在的问题，逐步对实验课进行教学改革，把以项目应用的教学理念逐步引入到课堂当中。其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
2.转变后的实践教学课程的实施方法
2.1 实践课程的实施方法
（1）知识技能检测法。把学生进行分组实验，每组四个学生，老师命题，学生选题的方式，对学生的知识技能进行检测，最后老师通过知识提问和实验结果，给学生打分。能通过此实验的组数进行表扬，没有通过的组数让他们查找原因。对完成较好好者给予奖励，这样激发了学生学习的潜能，他们都想成为老师眼中的佼佼者。最后大家一起总结讨论，这样学生记忆深刻，在实践中学习。
（2）项目驱动法。在“嵌入式系统”的前期授课中布置课程设计，也可以课程设计的内容让学生结合自己的兴趣爱好自行拟订，学生在已有的专业知识基础上，选择一个自己感兴趣的题目作为本学期的课程设计来完成。这样学生会带着自己的问题在刚开始学习这门课就要深入了解课程的内容，同时课下查询相关的资料，这比课堂被动地接受知识更能培养学生的学习能力。学生自己设计、画原理图、程序流程图、开发调试、固化芯片、查阅整理资料等，一方面培养了学生的实际动手能力，另一方面培养了学生开发项目的能力，为以后工作打下良好的基础。
2.2实验过程需要完成性
实验成果的要求为一个类似标准产品的嵌入式系统，要求学生完成从设计到实现的所有步骤，根据实际功能需要，设计系统的硬件结构，选择单片机及元器件，用Proteus进行电路仿真，然后制作印制版电路，最后做出调试板，进行测试和调试，最后每位学生均需要写出实验总结和体会。这样，学生就掌握了工程实践系统的总体开发流程。
2.3 由任课老师进行一体化的教学指导
首先，任课教师要选用一本好的教材，最好选以项目驱动为主题思路编写的教材，例如：郭志勇主编的《单片机应用技术项目教程》就是一本优秀的教材，突出实践技能培养在课程中的主题地位，用实际项目来引领理论，使理论从属于技能实践。教师的主要教学工作需要围绕实验环节进行。任课教师需要提前在课程教学中进行周密的实验设计和讲解，以提高学生的实验效率。在实验教学中，任课教师亲自指导学生，前提条件教师对整本书的内容有全面的理解和认识，这样遇到问题可以有的放矢，从而取得更好的效果，同学们渔业有信心和目标学好这门课程，这样一方面培养了学生的动手能力，另一方面，也锻炼了学生的项目实践能力。
关键词： ARM嵌入式系统； 教学辅助系统； 教学实践； 自主学习能力
中图分类号：TP368；G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）03-40-04
Abstract： This paper introduces a teaching assistant system for ARM embedded system course based on ARM LPC2148 MCU. The system hardware design includes the minimum system， the serial communication and program download interface circuits， the matrix-keyboard and the independent keys used as the interrupt input， and the character LCD and dot-matrix LCD interface. The software design includes the standard project template of ARM embedded system， complete Proteus circuit schematic and the application package for the related hardware modules. Proved by the teaching practice， the teaching assistant system plays a good supporting role in the classroom teaching of embedded system courses， and in the experiment and practice training of embedded system courses， and in the students' extracurricular scientific researching. It also effectively helps students learning to master the technology of embedded system， and helps to the students' autonomous learning ability and engineering quality training.
Key words： ARM embedded system； teaching assistant system； teaching practice； autonomous learning ability
0 引言
S着嵌入式软件技术的发展，高校对嵌入式系统应用型人才的培养日益重视[1-5]。国内很多高校在电子类、仪器类、计算机类等专业都开设了嵌入式系统课程。其课程特点：①软硬件技术相结合，专业性、综合性强；②嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合，实用性强。③门槛高，要求学生具有相应的专业基础素质及自主学习能力。其教学大纲要求通过课程学习，学生能够掌握基本的嵌入式系统设计、开发和调试方法。但是在实际教学中往往发现“学生理论学习理解困难，实验过程与理论知识融合困难以及课程综合设计能力差”等问题，而且目前的实验装置普遍追求功能强大，实验内容广，配置高档等指标，使得装置的软硬件复杂，忽视了学生的实际情况，学生很难在课时内实现对装置的理解掌握以及达到课程的教学目的要求。
根据我校的实际情况，考虑学生学习的个体差异，本着简单易懂，实用方便原则，紧密结合课堂教学内容，细分教学例程，研发设计了ARM嵌入式系统课程教学辅助系统，学生和教师每人一套。该系统作为嵌入式系统课程基础阶段的辅助教学装置，既可以在理论课堂上帮助教师很好地展现授课内容，又可以在实验和课程设计等实践教学环节中作为便携的实用开发工具，帮助学生切实地掌握ARM嵌入式系统的开发技术，提高学生的工程实践动手能力。
1 教学辅助系统设计
1.1 硬件设计
如图1所示，该教学辅助系统以经典的ARM7 LPC2148/38 MCU为学习对象，分为核心板和扩展板两部分，配有串口通信/ISP下载控制接口，USB接口等常用接口，扩展有矩阵键盘，可以用作中断输入的独立按键，字符/点阵LCD显示接口等输入/输出人机界面接口。系统基本功能齐全，所有引脚及电源均有引出，体积小，携带方便，便于学生自主扩展应用。
1.1.1 ARM处理器
系统MCU采用ARM7系的一款经典产品ARM LPC2148/38 MCU作为系统的核心CPU。其引脚少，功能模块较为齐全，配有512KB的高速Flash存储器和32KB的RAM，具有丰富的外设资源。它还含有向量中断控制器，可配置中断优先级和向量地址，片内Boot装载程序可以实现ISP/IAP编程，具有空闲和掉电两种低功耗模式，并且可通过外部中断唤醒[6]。ARM LPC2138/48 MCU工作原理简单且具有强大的处理和控制功能，同时在proteus仿真软件和keill编程软件中均支持该MCU，因此特别适合用于ARM嵌入式系统课程基础阶段的教学与学习。
1.1.2 串口通信接口及ISP电路
串口通信使用的是LPC2148/38 MCU的串口0。LPC2148/38 MCU的串口0是其主要组成部分之一，不仅可以用于学习与PC机的串行通讯，配以相应的ISP电路后，PC机借助编程软件还可以将应用程序直接下载到MCU中，从而降低了教辅系统的使用要求，方便了实践教学的需要。
1.1.3 USB接口及电源
为了使用方便，教辅系统直接利用PC机USB接口为其供电，无需额外配接电源。同时LPC2148 MCU自备有USB2.0从控制器，配以相应的接口电路后，可以方便地进行关于USB的相关教学，有效地提高了系统功能资源的利用率。
1.1.4 输入/输出及引脚扩展
为了提高教辅系统的通用性、实用性和扩展性，同时兼顾教学案例的需要，在系统扩展板中设计了显示接口、键盘输入端口、A/D采集及调节电位器、LED及蜂鸣器输出以及相应的电源输入输出端口。在系统扩展板中将MCU的P1端口用于字符LCD（LM1602）与点阵LCD（QC12864）共用输出，配合矩阵键盘输入端口，以及AD采集及两个电位器分别设计有相应的教学案例，有效地降低了学生的使用难度，提高了学生对嵌入式系统技术的直观理解。在扩展板上还通过插针引出了对应的全部引脚和电源，极大地方便了学生对其他应用硬件电路的设计，这也对教辅系统实现进一步的应用开发使用提供了便捷。
1.2 软件设计
软件设计工作主要体现在开发环境搭建、驱动开发，应用开发及SDK程序的移植等方面。
1.2.1 开发环境搭建
该教辅系统的软件开发环境搭建主要是Proteus仿真软件，Keill开发软件，Flash Magic编程下载软件安装，以及项目工程的建立与配置，程序文件的新建与添加，工程的编译与链接，电路原理图的绘制，程序下载与仿真运行，程序纠错等。这是学习嵌入式系统不可绕开的基础环节，学生在实际学习过程中容易出错，导致学习的自信心受挫。根据这一特点，除了在课程学习资料中细分教学例程讲解、对关键步骤进行详细注解外，还在教学过程中要求学生跟着教师逐步操作学习，而且写出书面总结作业，确保学生在嵌入式系统学习中能顺利迈出这第一步。
1.2.2 例程开发
例程开发是帮助学生更好地进入嵌入式系统技术学习的有效方式，既是理论课堂授课的范例教学，也是实践教学的应用例程。因此，例程设计至关重要，它不仅是对课程教学内容的验证，也能使学生加深和巩固对嵌入式系统技术的认识，是合理组织教学内容、设计教学例案、帮助引导学生自主学习提高实践创新能力的主要方式。例程开发设计按照单元模块知识架构以及系统开发应用的连续性，遵循“从基础开始，由简而难，从小模块到大系统，应用与原理并存”的原则，设计了教学基础例程与教学综合例程。基于ARM嵌入式教辅系统设计的教学基础应用例程有10个，涉及了对系统的基本认识、验证以及基本使用等工程应用实践的各个方面，如表1所示。
教学综合例程主要是将ARM LPC2148硬件资源、教学案例及其他应用所涉及内容的驱动程序，应用程序集合在一起，供学生阅读和参考，方便学生在练习中模仿和借鉴，帮助学生逐步过渡到独立自主应用开发阶段。同时，通过综合教辅案例，为学生建立嵌入式系统开发的规范与好的应用习惯打下基础。基于ARM嵌入式教辅系统设计了近30余道综合训练题目，学生可在综合实验和课程设计环节自主选择训练，进度快的学生也可在此基础上进一步发挥，提高嵌入式产品开发和设计能力。
2 教学应用
ARM嵌入式系统相较于其他单片机应用技术等专业基础课程教学而言，ARM芯片资源丰富，实际应用广泛，具有综合性、实践性强的特点，学生不容易理解和掌握。因此在教学中要以应用为主，强调体系结构及实用的设计开发技术等工程实践概念，基于教辅系统配以相应的例程项目及实践，结合项目驱动式教学模式[7-8]，在课堂教学、实验教学以及课程设计实践环节中进行项目分解讲授，直观、实用，引导学生自主学习，由浅入深，由易到难，由基础到综合，切实让学生从硬件到软件，再从软件到硬件实现对嵌入式系统技术的完整认识。
2.1 课堂教学应用
在课堂教学中，以应用为主，借助教辅系统，帮助学生了解嵌入式系统的特点，理解嵌入式系统的基本构成（微处理器、存储器、外设驱动和I/O接口、电源管理、硬件调试等）；认识嵌入式操作系统，知道操作系统内核，能够对内核进行移植、修改和裁减；掌握某一种嵌入式操作系统，能够构建嵌入式软件的开发环境，编写一些基本的嵌入式设备的驱动程序等。同时，在传统教学模式的基础上，重新调整学时分配，部分引入翻转课堂教学模式，以例程教学和项目开发驱动教学内容的更新，课堂教学更多的辅以实际范例演示讲解和回答学生在课外实践环节中出现的问题，提高学生对嵌入式系统技术的认识和掌握程度。在Proteus仿真软件和教辅系统的支持下，加大实际编程训练内容，针对讲授内容独立设计立足于基本概念原理的例程，根据学生个体差异提出不同的任务要求，至少要求学生能跟着教师操作演示，在训练过程中再学习和升华讲授的知识。
2.2 课程实验应用
嵌入式系统是一个综合性、实践性强的软硬件设计开发平台，实验教学是重要环节，实验教学是嵌入式系统课堂教W的重要延伸。在实验教学中以教辅系统为载体设计实验内容，配合课堂教学，能更好地帮助学生建立对嵌入式系统的完整认识。实验教学除了设计有基础的ARM嵌入式教学内容，如应用开发入门实验、基础接口和显示实验，还有提高的ARM嵌入式教学内容，如音频、麦克风、SD卡、触摸屏等扩展接口实验，UART驱动与应用、LCD驱动及应用、USB接口、PWM驱动及应用等等，基本满足目前嵌入式系统初级阶段的教学需求。经过实际教学应用证明：借助该教辅系统进行实验教学，学生能有效地认识掌握嵌入式系统实验装置的开发环境及软硬件设计方法，理解对应的教学内容与教学目标，提高了学习主动性和实践动手能力。
2.3 课程设计应用
在课程设计教学环节，以教辅系统为支撑设计了近30组综合训练内容，如电子日历制作、音乐播放器、直流电机调速、正弦波示波器、条码扫描显示等，供学生自主选择。由于该系统不仅提供了LPC2148/38的所有硬件资源，还提供了有关输入/输出的SDK，大大节省了ARM基础软硬件平台搭建的时间，使学生将主要精力和时间放在应用开发上，课程设计的效果和质量明显得以提高，而且学生还可在此教辅系统基础上自行研发应用项目，参与各级课外科研竞赛活动，效果良好。学生借助于该教辅系统进行综合应用学习，可掌握和巩固嵌入式系统应用技术的基本原理，掌握了32位ARM单片机和嵌入式操作系统应用的基本技术，能够完成一些简单的项目研发，他们走出校园能尽快适应相应的工作岗位。
3 结束语
该教辅系统已经在我校测控专业两届学生的教学中投入使用。该教辅系统将课堂教学、课程实验、课程设计教学环节无缝连接在一起，并可直接应用于其他课外实践的开发应用中，使得嵌入式系统课程的教学体系具有更好的系统性、实用性和连续性，基本解决了嵌入式系统课程难教、难学、难懂的系列问题。同时该教辅系统也使得嵌入式系统课程的课堂教学更加具体形象化，互动性更好，实验教学内容更加丰富，学生设计制作参与性更强，明显改善了学生以往对理论知识学习的茫然和不明确性，以及对实验装置的畏难情绪，提高了对理论学习和实验的兴趣，培养和锻炼了自主学习能力和工程实践能力。
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关键词：嵌入式技术； 教学方法
0前言
嵌入式技术是当今计算机技术中发展最快最热门的技术，嵌入式技术在当今得到了极其广泛的应用，已深入到各个应用领域，几乎是无所不及，主导应用的潮流，以致一些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。另伴随着巨大的产业需求，我国嵌入式系统产业的人才需求量也一路高涨，嵌入式开发将成为未来几年最热门最受欢迎的职业之一。嵌入式课程也在各个高校中逐步展开，我校《嵌入式技术与应用》课程在2009年12月作为校级精品课程申报，于2010年3月被批准为校级在建的精品课程，精品课程的建设过程中遇到许多的困难与问题，精品课程的建设过程也是我们解决这些问题与困难的过程。我们主要从以下几个方面做了一些工作。
1有针对性的制定培养目标，确定对学生的职业能力要求
嵌入式技术的涉及领域有几个方面常见的智能仪表、工业控制领域，机顶盒、路由器等方面的应用，个人电子产品的应用（这些产品往往需要友好的GUI图形界面），高端智能设备（涉及到智能机器人，医疗仪器、军事领域，航空航天领域）。为此，我们基于本专业学生毕业后大多就业于珠三角和长三角及湖北地区的中小型企业的现实，我们将学生将来就业的定位于中小型企业，经过我们专业教师的调研，我们对这些企业技术部门设置的岗位及岗位要求有了较好的认识，我们对每一个嵌入式行业相关必需具备的职业能力进行分解，然后再分析选取相应的教学内容，对不同的应用岗位所对应的不同的能力与知识要求作出了归纳与总结（如图1），为教学目标与教学内容的确定提供了依据。
图1职业岗位与能力要求
2让课程具有非常强的时效性，本课程是近来才刚刚设立的一门新兴课程，应该让学生接触与掌握社会上最新和最前沿的应用技术
IT领域的新技术发展令人应接不暇，虽然大学生在校期间需要学习的都是一些基础知识，但他们毕业走向社会后，必然要面对这些新技术，如果我们的教学内容陈旧，就会加长学生毕业后的适应周期；如果我们能够提供给学生更多接触这些新知识、新技术的机会，就会使学生毕业后能够迅速地融入到社会实际中。同时也能使我们的教学内容与这些新技术基本保持同步。
例如，在以往单片机的学习中只涉及到静态存储器的扩展，而在嵌入式系统中就会使用到动态存储器DDR技术，DDR技术的动态刷新、行列扫描和地址线的接法上都是比较新又比较有有用的技术，会让一些没有经验的学生感到困惑，在教学过程中，我们利用S3C44B0X芯片来构建最小系统的过程中来教给学生动态存储器的使用（如图2）。
图2 SDRAM HY57V641620与S3C44B0X的硬件接口电路
3本课程是一门综合性的课程，要学会它，必须能够综合应用计算机专业中所学的几乎所有软硬件技术
本课程会应用到计算机专业中所学的几乎所有软硬件技术、模拟电子技术、数字电子技术、计算机组成原理、C语言程序设计、单片机技术、微机原理、面向对象的程序设计、计算机操作系统原理、LINUX操作系统的应用等多种知识，这些知识在嵌入式系统中都会有所应用，嵌入式系统就是这些知识的综合体，实际上，嵌入式系统为学生掌握计算机技术提供了一个非常好的平台，要想很好地掌握嵌入式技术也必须掌握好这些知识。要让学生掌握这么多的知识就必须在项目中去学习，对教学内容与方法进行设计。针对学习的不同阶段，设计不同的项目与其对应（如图3），让学生在实践中体会这些知识的作用，掌握这些内容，以避免教学内容的枯燥。
图3 不通阶段都有对应的实践
4课程的实践性很强，在传递知识的同时要更加注重培养学生的实践动手能力，让学生积累经验
在教学的各个阶段中都安排有不同实践任务，让学生的能力由初级到高级逐步提升，在教学的最后还安排了课程设计，进行综合的 实践（如图4）。分层次逐步提高，由易到难，逐步综合首先让学生掌握基本的知识与技能，难度大的知识先放一下，在实践教学中通过实例来讲解，使学生更容易理解，采用直观、生动的教学方法 将知识与能力目标融入到具体的项目中以培养高等技术应用型人才为根本任务，将加强应用能力训练作为课程各项改革建设的中心 引导学生将“学”与“做”相结合，以达到学以致用，建立以“递进式模块化”的课程内容 ，初级阶段有基本实验、中级阶段有实训课程、高级阶段有课程设计任务。 转贴于
图4 由简单到复杂的训练方法
5积极开展课程设计，进行综合性的训练
例如，自制基于S3C4510的嵌入式系统及JTAG下载烧写工具。设计内容：在老师指导下设计S3C4510系统的原理图、PCB板图以及JTAG线缆的原理图与PCB板图，亲自买元件、制版、焊接、调试。编译、固化uClinux;完成JTAG烧写程序的编写，可以用标准C，也可以用VC，也编写LINUX系统下使用的版本。
图5自制基于S3C4510的嵌入式系统及JTAG下载烧写工具
图6 自制JTAG下载烧写工具原理图
关键词：嵌入式系统；教学改革；能力提升
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0221-02
嵌入式系统是高等学校电子信息、计算机、自动化等本科高年级学生的一门专业技能课程，是以应用为核心、以计算机技术为基础、涉及微电子技术、电工电子技术、微机原理等多门学科的综合学科。从各个角度分析嵌入式系统课程中知识框架，与学生兴趣相结合，真正做到学以致用，提升学生能力，是目前所有工科类课程面临的一个重要问题。为此，笔者针对嵌入式系统教学过程，开展名为“嵌入式系统教学中学生能力提升探索”的教学改革尝试，并初步收到积极效果。该教学改革理念也可为微机原理、可编程逻辑器件、DSP技术原理等类似课程提供参考。
一、课程特点及主要存在问题
嵌入式系统是高年级课程，有很强的工程实践性和知识综合应用性，要求学生联系先修课程，结合新知识，灵活融汇分析并解决实际工程问题的能力。教学中，需要任课老师既重视理论知识的传授，又要培养学生的工程应用能力。笔者结合工作中对嵌入式系统教学的体会，对该课程特点及主要存在问题总结如下：
1.联系广，理解难。要较好地把握嵌入式系统内容，必须对先修课程有很好的学习基础，能较好地将从低年级以来的专业课联系起来，才能深入理解本门课程内容。比如要很好地理解嵌入式系统触摸屏的原理及编写相应程序，必须理解触摸屏内部结构。其内部结构框图中涉及多个MOS管组成的模拟电路，需要学生很好理解NMOS、PMOS不同的通断过程及对电路的影响。如果学生不熟悉MOS管的通断原理，而单纯靠记忆来使用触摸屏，则很难做到活学活用。
由于学生水平及能力各不相同，为了使大部分学生能较好地学懂所讲授内容，则需要老师在讲新知识之前花时间复习修课程的相关内容概念。然而这种做法势必导致第二个问题：占用本来有限的课时。
2.学时少，内容多。近年来，由于推广素质教育，各门课程理论教学时间不断缩减。以笔者所讲授的嵌入式系统课程为例，理论课时仅仅为22学时，该学时远远少于专业必修课，且随着嵌入式技术日新月异，该门课程除了课本内容外，还需要补充其他与现代技术接轨的新内容。因此，如何精选每节课授课内容，在有限的课堂时间内使学生掌握到尽量多的内容，且不感到枯燥无味，是嵌入式系统等工科类课程普遍存在的问题之一。
3.实验旧，扩展难。由于课时安排原因，本门课程仅配套3个实验，且实验与理论课程不对应，所使用的实验箱年代较久，不能与现代新技术接轨，且无法在原有基础上进行扩展，只能进行某些简单的功能性验证的实验。如何通过实验辅助理论教学，提升学生能力水平，也是课程教学中需要解决的问题之一。
二、教学过程学生能力提升探索
针对上述存在问题，必须在教学过程中克服客观困难，调动学生的学习兴趣及积极性，从而实现学生能力提升的效果。为此，围绕嵌入式系统教学中的两大难点，笔者开展了学生能力提升的探索改革。
1.学生理论知识与实践能力的提升探索。理论指导实践，实践验证理论，因此对于工科学生来说，不能一味注重实践，也不能只懂得纸上谈兵的理论，需要理论和实践能力相辅相成，才能得到能力提升。然而，笔者在教学过程中发现，由于学生个体差异，能力倾向不同，有些学生注重实践锻炼，然而理论知识并未提升，有些同学只注重理论知识，工程实践能力不足。且大部分学生理论与实践知识的反馈提升能力不够。
以笔者讲授嵌入式系统液晶屏内容为例，对于使用液晶触摸屏，设计的理论知识包括：液晶屏的分类――TFT屏和STN屏；显示颜色――单色和彩色；灰度等级――单色、4级、16级；彩色等级――STN屏为256色和4096色，TFT屏非调色板为64K色和16M色，TFT屏调色板为256色等等。如果学生不懂得上述理论知识，在实际操作中，则不能很好地编写合适程序调试出预期效果。然而，仅仅懂得上述理论内容也不够，还需要考虑其他实际工程问题，比如：TFT屏的电路连接方式与STN屏是否一致？STN屏的驱动电流需要多大才合适，且不至于导致液晶屏过亮或过热？采用何种驱动器性价比更高？等等。上述问题并不只是理论，而是跟实际工程实践相关。
鉴于此，针对如何提升学生的理论知识与实践能力的问题，首先，笔者在课堂上对于基础理论知识，如液晶屏的分类、灰度及彩色等级等内容均予以清楚阐述；另外，通过课程设计、创新实验项目、实验课程等环节，提升学生的动手能力；最后，针对实验中出现的问题及失败现象，鼓励学生从理论上找到原因后再反复实践验证，达到理论与实践相辅相成且共同提高的目的。
2.学生硬件与软件知识的提升探索。对于电子及自动化等专业学生来说，嵌入式系统课程不仅要掌握软件编程，而且要掌握硬件电路设计能力，软硬件知识结合，才能较好地完成工程项目。
然而，由于先修课程学生水平及倾向不同，面对同一个系统问题，有些同学在电路基础、模拟电子技术等课程上掌握较好且较有兴趣，会比较倾向使用硬件方法来解决问题，而有些同学对于C语言程序编程、数字电路等课程把握较好，会倾向于通过软件编程方法来处理问题。
对于简单系统，上述两种方法均是可取的。但是对于功能复杂的系统，不可能仅采用单一硬件或者软件解决问题，需要考虑各方面因素，软硬件结合起来应用。因此，要求学生不仅掌握硬件电路设计能力，对于软件编程能力的具备同样也是必须的。
在提升学生硬件和软件综合设计能力问题上，笔者首先在课堂上给出案例，启发学生提出各种不同软硬件设计方案；进一步，布置工程案例作为课后作业，要求学生设计或列举出多种设计方案，综合比较可行方案；最后，布置一个贯穿本门课程的课程设计，该设计需要涉及硬件电路及软件编程，通过该课程设计的完成，最终达到提升学生硬件电路设计与软件编程能力的目的。
三、教学成效
笔者将上述教学改革内容用于嵌入式系统教学过程中，收到了较好的效果。通过问卷调查和课后反馈访谈，学生普遍反映能将先修电子知识与嵌入式系统联系起来，且在此过程中，学生的学习兴趣和能力均得到了提升。通过课堂案例引入及分析，提升了学生对嵌入式系统的工程应用能力和设计能力。笔者相信，所开展的教学改革探索在一定程度上提升了学生对嵌入式产品进行软硬件综合设计的能力，增强了学生对嵌入式系统最新动态追踪的兴趣、对相关领域深入学习的信心。
四、结束语
在深入了解嵌入式系统课程特点、现状和不足的基础上，笔者结合自己的实际教学切身体会，对嵌入式系统开展了教学改革探索。着重从理论与实践、硬件与软件上对学生能力进行提升。实践表明，该类措施较大程度上激发了学生的学习兴趣及其主观能动性，提升了教学质量和学生能力。
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在高职计算机应用技术专业教学中，嵌入式技术是一个重要分支，广泛应用到工业控制、仪器仪表、电子产品、汽车、办公自动化和通信等领域，具有良好的市场前景。嵌入式操作系统是学习嵌入式程序设计的前导课程，是准备从事嵌入式开发人员必须学习的职业课程。目前，在嵌入式操作系统教学过程中，教学效果还不够理想，学生的职业能力不能很好的适应岗位要求。因此，嵌入式操作系统课程教学改革势在必行。
1 嵌入式操作系统课程教学过程中存在的问题
高职院校嵌入式操作系统是一门知识点多、概念性强、较为抽象的课程，课程知识涉及程序设计、计算机组成原理、嵌入式系统基础等，课程教学难度较大。传统的嵌入式操作系统教学，学生难以掌握知识、学习枯燥无味，普遍感到难学。尤其是职业院校的学生，很多还没有接触过计算机结构，难以理解嵌入式操作系统的内部结构。此外，在嵌入式操作系统教学中，重理论轻应用、理论教学与实践教学脱节的问题普遍存在。在课堂教学中学生处于被动接受方式，无法主动参与整个教学活动，没能达到以学生为中心，以培养学生操作技能为目的的职业技术教育宗旨。尽管安排有实训，但实训环节与课堂教学环节没能做到相互连贯、相互映证，习题与课堂内容没能紧密相扣，考试形式和内容多以理论为主，没能体现考查学生实际应用知识的实践能力。
总之，传统的嵌入式操作系统教材和教学过于重视知识体系的演绎和推理，加之课程本身所固有的抽象性、强实践性，使大多数学生对嵌入式操作系统课程产生了畏惧心理，以至于影响了他们学习的积极性，使之变成了难讲的课程，不仅对学生后续专业课的学习形成了一定困难，对开展教学质量工程也产生了消极影响。
2 基于职业需求的嵌入式操作系统课程教学改革措施
根据高职教育的特点，结合企业职业需求，突破原有课程结构和教学模式，更新教学内容，改革教学方法。
2.1 重组课程内容体系
①课程设计理念
依据国家行业职业标准和岗位能力需求，对嵌入式程序开发工作岗位进行调研，分析职业需求，制定嵌入式操作系统课程标准。以“立足基础、重在应用、强化能力，服务专业、适应社会”的思想，重组课程内容体系，体现基于工作过程系统化的课程设计理念。
②课程设计思路
通过企业专业人才需求分析、工作岗位分析、典型工作任务分析、学习领域生成、学习情境设计、教学设计、教学资源开发等环节，进行课程开发。课程以职业能力为本位、以工作过程为导向，建立基于嵌入式程序开发工作岗位所需的课程教学体系。
③课程教学内容设计
嵌入式操作系统课程以学习情境为载体组织教学内容，通过设计认识Linux、Linux基本应用、Linux编程应用、Linux网络管理、Linux系统管理5个学习情境来完成对知识的系统化学习。让学生在完成具体工作任务、工作过程中构建相关知识，融基础知识和基本技能于一体。在教学过程中，创建真实工作环境，以完成任务为中心，整合任务需要的专业知识和专业技能，与工作岗位紧密对接，培养学生的岗位技能和职业能力，切实体现工学结合的职业教育特色。
2.2 构建任务驱动教学模式
采用“任务驱动”教学模式进行教学，教师的教和学生的学都是围绕如何完成一个具体的任务进行的。在教学过程中，教师应该充分重视并精心设计教学情境和任务，用精心设计的任务，来激发学生的探索、思考的兴趣，让学生真正从内心产生强烈的“探索知识”的欲望，以积极探索问题、要求解决问题的心态来驱动学生的学习欲望并维持浓厚的兴趣，让学生通过完成一个个任务来实现总体的教学目标，从而形成一个系统的知识体系。
①设计并提出任务。在教学过程中，结合嵌入式操作系统课程特点，建立与当前学习主题相关的、尽可能真实的学习情景，引导学生带着真实的任务进入学习情境，使学生的学习形象化和具有直观性，任务的设计要注意知识点的系统性、连贯性、功能的递进性。充分利用多媒体信息设计出具有情境的学习任务，使学生在情境中进行探索实践，在课堂实施之前先对学生提出任务要求，然后让他们讨论、分析任务中用到的知识点、方法。
②引导学生完成任务。高职教育注重技能的培养，教师要在充分调动学生学习积极性的基础上，积极提高学生动手操作的能力。在课堂上要采用学生自主学习的方式，以学生为主体，教师为引导。在学生接受学习任务后，给学生足够思考空间及完成任务的时间，让学生进行探究学习、解决问题。作为引导者的教师，只需为学生提供一些相关的线索和方法，少提示内容，这样更有利于培养学生自主合作、探索创新的精神。
③展示、交流任务作品。教师或学生通过多种方式向全班学生展示各学生的任务作品，让学生对任务作品进行自评，这样可以让学生通过对学习任务的认真分析，建立属于自己的思维方式。然后由其他学生进行点评，发表自己的观点和见解，这样有利于学生在交流与点评中锻炼自己的能力。
④教师点评任务作品
教师首先充分肯定学生的成绩，并对本次任务作品进行点评，对某些问题提出个人意见，对没有被发现的优点和问题进行补充，从提高学生能力的角度进行正确引导、提出期望，鼓励他们继续发扬这种探索的精神。
2.3 改革教学方法、重视教师队伍建设
任何一种教学方法能否被成功地运用，是否促进学生的智能发展，这取决于教师的知识水平和教学才能。因此，要进行教学方法改革，首先必须提高教师的素质水平。嵌入式操作系统是一门实践性很强的课程，应该创造条件让教师定期到企业进行学习和培训，了解职业的需求，鼓励教师取得“技师”或“高级技师”职业资格证书，鼓励企业技术人员担任高职院校兼职教师。
在教学过程中，以教师为主导，学生为主体，实施“教、学、做、用”为一体的动态教学模式，真正转变以课堂、教材为中心的传统教学模式，突出学生的主体性，倡导学生主动参与、乐于探究，培养学生自主学习的能力、创新能力、分析问题和解决问题的职业能力，让学生主动去构建知识结构、能力结构和品格结构，使学生把所学的理论、技能及时转化为现实的职业操作能力，达到企业所需的技能要求。同时，应发挥“以赛促学，以赛促教”的作用，鼓励学生积极参加嵌入式系统设计竞赛、挑战杯等各类创新实践活动。在创业大赛中，对优秀团队学生实行导师制，使学生有机会在教师的指导下完成相应的项目和作品，重点培养学生综合分析、设计、自主研究及创新能力。
2.4 改革考核方案
嵌入式操作系统是一门综合性和实践性比较强的课程，用通常的机考、笔试进行考核存在一定的难度，因此考核方式应该多样化。在考核过程中，应加大过程考核力度，把考核贯穿学习的始终，主要包括学生在课堂的表现、任务完成情况、职业能力掌握程度、试卷考核情况等，以提高能力为目标，以完成实际的任务为重点，以考促学，实施“知识、技能、素质”三位一体的考核方案。
关键词：嵌入式系统； 应用型人才； 培养模式
中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）03-0163-02
近几年，嵌入式技术日渐普及，随着“三网融合”不断提速，3G网络全面铺开，对消费类电子产品市场产生了重大的冲击，进而为嵌入式系统产业带来更大的人才需求。嵌入式系统无疑成为当前最热门、最有发展前途的IT应用领域之一。在未来相当长的时间内，嵌入式软件人才将是企业争夺的目标。
相对强大的市场需求而言，目前，嵌入式人才市场的现状却是企业举着大把的钞票却招不来合适的人才。据权威部门统计，我国目前嵌入式人才缺口每年为60万人左右。造成这种情况的原因很多，最重要的原因之一就是，与嵌入式技术的快速发展相比，我国大部分高等教育机构在嵌入式系统领域的培养模式和教学水平相对滞后，每年输送到市场上的嵌入式系统人才不多。形成的现状就是：一方面，有些高校学生毕业就面临失业；另一方面，嵌入式企业缺乏有经验的人才。
目前，国内高等教育机构中开设嵌入式系统教学的学校其实并不少。从教学层次上，可大致分为普通本科院校的嵌入式方向、高职院校的嵌入式专业以及与嵌入式相关的社会培训机构。社会培训机构面向的是有一定的计算机软硬件专业知识、想在嵌入式开发领域进一步深造的专业技术人员，并不是一个系统完整的人才培养模式。本文主要讨论普通本科院校和高职院校的嵌入式教学模式。
普通本科院校的嵌入式教学模式
国内普通本科院校在原有计算机学科的基础上，开设与嵌入式有关的课程是水到渠成的。早在20世纪90年代末，某些重点高校就依托国家级的重点科研项目在研究生层次展开了嵌入式技术的开发与应用，其中最著名的就是Delta OS，它是电子科技大学和科银公司联合研制开发的全中文的嵌入式操作系统。随着嵌入式行业的飞速发展，一些重点高校在本科层次也开始引入嵌入式有关的课程，但嵌入式教学的重点还是放在研究生层次和科研实验室中。
国内高等院校的本科层次嵌入式方向教学模式可以总结为：在计算机类或者电子类原有教学模式的基础上，为有志于从事嵌入式开发以及未来在更高层次上学习和工作中继续嵌入式开发的学生进行广泛的兴趣培养。具有如下特点：（1）本科层次的嵌入式专业课程往往安排在大三，甚至大四，通常作为专业选修课出现。有些本科生在做毕业设计时才开始接触嵌入式开发。嵌入式系统课程在本科阶段多作为专业知识的拓展或研究生学习的铺垫，更多出现在研究生培养方案或者所辖的二级学院培养方案中。（2）本科学生入学素质高，学制长，理论基础扎实。由于学生拥有深厚的计算机或者电子技术的理论基础，往往在接触嵌入式开发后可以触类旁通，学习能力和速度都非常惊人。（3）本科院校的科研实力普遍较强，以科研带动教学，研发氛围非常好。一些重点高校的优秀本科生在大三就可以加入到导师的科研团队中，进行嵌入式产品的实际开发。（4）本科院校与企业合作科研的实力较强，一些重点院校与国际知名的公司有长期的合作关系。这无疑大大促进了本科层次嵌入式方向人才的培养。
高职院校的嵌入式教学模式
随着嵌入式行业的发展，近几年国内高职院校的嵌入式教学也以较快速度发展。其中，深圳职业技术学院计算机应用专业起步最早，发展较快。从2003年首次开设全国高职院校中的第一门嵌入式系统类课程，并创建全国高职院校中第一个嵌入式系统类实验室“深职院－电子科大嵌入式系统技术实验室”开始发展至今，该专业已有400名左右的嵌入式方向毕业生，其中大部分都就业于嵌入式相关行业，有些学生在企业工作两三年后，目前已成为嵌入式专业方向项目经理以上技术人员。总结这些年来的办学经验，深职院嵌入式方向教学模式可概括为：以“职业岗位需求”为核心，教授紧跟当前嵌入式行业发展的核心技术，把学生培养成“能工巧匠型大学生”。现从以下几方面具体说明。
面向工作岗位，体现核心能力的人才培养计划 自本专业创建至今，每年5月定期举行专业指导委员会会议，广泛邀请业内精英企业的总裁和一线技术负责人讨论、修订当年新生的大学三年教学计划。来自企业的声音使得每一届学生的培养计划都源自就业岗位，符合工作需要。
紧跟行业技术发展潮流的课程体系 如图1所示，按照学生未来的就业领域和岗位需求设置课程，包括：微控制器高级应用、RSIC嵌入式系统技术、WindowsCE嵌入式操作系统、Linux嵌入式操作系统、DSP技术、智能网联网技术、嵌入式SOPC技术、嵌入式技术应用综合实训等。
重视学生动手能力的培养 高职院校素来重视学生动手能力的培养，学生绝大部分的学习在各种实验（实训）室进行，并基本保证每人一套业内实用的实验设备。
与嵌入式知名企业紧密合作 定期举行最新行业技术交流讲座，组织学生到企业生产一线去实习参观，合作开发科研项目等。除了前面提到的“专业指导委员会”，还大力建设相关的校外实训基地，为学生校外实习、就业打下良好的基础。
毕业生具备国内外认可的嵌入式行业权威认证 引进“ARM中国技术工程师”、“WinCE嵌入式系统开发”等国内外认可的权威认证，既拓宽了课堂所学知识，又提高了学生的就业竞争力。
然而，高职院校本身的一些客观条件也影响和约束了嵌入式系统人才的素质，如学生入学基础较差，学制较短，学历证书对企业没有较大的影响力等等。
应用型本科嵌入式系统人才培养模式的探讨
通过对普通本科院校与高职院校在培养嵌入式系统人才的教学模式上进行仔细分析后，不难发现两种模式均有优势和不足。能不能取长避短，探索出一条适应市场需求的嵌入式系统人才培养模式呢？答案是肯定的。可以结合普通本科院校与高职院校嵌入式系统人才培养模式的优点，研究并探索一种学制与普通本科一样，培养目标与高职教育相似但更高的培养模式――应用型本科嵌入式系统人才培养模式。这种模式和普通本科一样培养四年制全日制在校大学生，在培养思想和课程体系上有以下特点。
（一）培养思想
直接为企业培养应用型人才，而不是普通本科院校所培养的应用型与研究型相结合的人才。根据企业工作岗位的需求制定人才培养方案，使得培养出来的学生掌握嵌入式行业的相关工作技能，能将学校所学直接应用到工作中，很快适应并进入工作角色。
（二）课程体系
课程体系的设置兼具实践性和理论性，以实践为主，兼顾理论，使学生在体系化结构的嵌入式系统知识的基础上，能基本胜任一线的工作角色，并具备一定的专业自学能力，在未来的职业发展中更有潜力和后劲。
课程设置目标 嵌入式系统的开发是结合硬件平台设计、系统软件规划、应用软件开发等一系列环节的软硬件综合工程。因此，要求应用型嵌入式系统人才必须掌握软硬件的基础知识，具备嵌入式系统开发的相关技术能力，必须是全方面的软硬件人才。这和普通本科院校电子专业或者计算机专业培养出来的具有一定嵌入式系统开发能力的人才有本质的区别。
计算机软件硬件兼顾的四年制课程体系 结合课程设置的目标，学生必须具备一定的软硬件专业基础知识才能进入32位嵌入式系统课程的学习。在硬件方面，必须先学习数字电路、模拟电路（高低频）和单片机原理与应用等课程；在软件方面，要学习C/C++程序设计、汇编语言、软件学和操作系统原理等课程。只有掌握了这些课程的内容，才能进入32位嵌入式系统课程的学习。而32位嵌入式系统本身的知识点很多，主要包括32位嵌入式芯片的结构与功能、32位嵌入式硬件体系结构、硬件平台的电磁兼容设计、嵌入式软件中的Bootloader引导程序、驱动程序的编制与调试技术、嵌入式实时操作系统平台的移植与应用软件的开发等，因此，必须全面、系统地规划应用型嵌入式系统人才培养的四年制课程体系。
专业课程中实践内容与理论内容的关系 虽说“实践出真知”，可在嵌入式系统开发这一行，没有扎实深厚的理论基础是不行的。因此，必须处理好两者的关系。以 “Windows CE嵌入式系统”课程为例。该课程根据嵌入式系统助理工程师工作岗位的特点，以一个具体的嵌入式公司的研发活动展开分析，并确立研发中的典型工作过程，仔细分析工作过程对嵌入式助理工程师的能力要求，完成课程的初步设计。在经过与企业兼职教师商讨后，对课程设计进行调整，并整理出实用及可操作的教学内容，以项目的方式进入教学。根据PDA研发过程，将课程分为14个项目、1个课程设计完成学习过程；教学内容注重实践与理论相结合，其实践和理论的课时比例为42∶22；全程在专门的实训室中进行教学，保证每个学生都能在基于IntelPXA270的嵌入式教学平台上完成学习任务。通过课程学习，学生能较好地掌握Windows CE嵌入式系统的应用与开发方法，系统掌握Windows CE嵌入式系统驱动程序的开发及应用的相关技术。
学完一门课程，掌握一个实际项目的开发技能 在课程体系中，多加入学习时间集中、实践动手环节为主的整周实训课（单元课），建立以产品为实体的多种工程技术开发实训项目以及相应的实训室等。如在最后一个学期开设的“专业技能实训”课程，该课程集中在2周实施，共56学时，在这2周的学习中，学生在基于IntelPXA270的嵌入式教学平台上围绕PDA应用项目完成内核及SDK定制、bootload、串口开发、gprs应用、gps应用等10个实用的实训项目。通过该课程的学习，学生能较好地掌握针对PDA及相关嵌入式系统的常见应用项目的开发方法。
像专业核心课一样，认真进行毕业实习工作 普通本科院校一般只在大四安排一个月左右的毕业实习。考虑到让学生多些时间体验工作岗位，体验社会角色，从而更好地适应用人企业的需要，在大四下半学期安排更多的时间进行毕业实习，甚至可以考虑将毕业实习和毕业设计结合起来，为学生联系或者学生自主联系嵌入式行业公司，在适合的工作岗位上实习一个学期，使学生把握住宝贵的就业机会和实习时间。
此外，与国内外的业内知名公司合作，引入有影响力和竞争力的专业认证，作为学生的课外延伸。
应用型本科嵌入式系统人才培养模式有别于普通本科教育和高职教育，是满足嵌入式人才培养需要，面向实际工作岗位，兼顾计算机软硬件开发理论和方法的一种新型模式，是嵌入式系统教育从高职层次向应用型本科层次逐步转变的一种探讨和尝试。随着这种模式的推行和发展，相信会有更多更好的嵌入式系统人才从校园走向广阔的就业市场。
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Abstract： With the rapid development of information technology， the training of the information professional should be adapted o the social development. This paper starts from the market posts needs， establishes the Cultivation-Model of working and learming combination， constructs curriculum groups system， uses the advanced CDIO concept， reforms the teaching method and practice， pays attention to the curriculum design， graduate design and all kinds of competition， to ensure the students' applied ability training through the laboratory opening， school-enterprise cooperation.
关键词： 培养模式；课程群体系；CDIO理念；实验室开放
Key words： training model；curriculum groups；CDIO concept；laboratory opening
中图分类号：G648.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0270-02
0 引言
电子信息产业作为现代工业、战略性新兴产业的基础性、支柱性和先导性产业，极大地促进着产业结构调整和地方发展方式的转变。随着陕西省近几年的产业发展，陆陆续续有国内、国际上知名的企业落户西安，如中兴通讯研发生产基地落户西安高新区长安通讯产业园，韩国三星电子以70亿美元投资金额的存储芯片项目落户西安高新区。如何能抓住这样的一个大好机遇，培养企业需求的应用型人才是信息类专业人才培养尤其值得思考的。我院在深入市场调研后，确立了“基础够用，加强实践，重视素质”的人才培养模式和科学合理的课程体系，使学生在知识、能力、素质等方面得到了提高。
1 建立课程群体系，以市场为导向，建立工学结合的培养模式
通过前期大量的调研、毕业生信息追踪及校友市场信息的反馈，专家论证，建立了以市场为导向的基于岗位能力的模块课程体系，同时构建课程群，整合课程内容，优化课时，建立了符合我院特色的工学结合的人才培养模式。
1.1 以市场为导向，建立基于岗位能力的模块课程体系 电子信息工程专业的课程体系如图1所示：分为以下三大模块。①基本职业素质模块：主要培养学生的专业基本知识和基本素养。包括公共素质模块课程和专业基本素质模块课程。通过该模块的学习可以促进学生的职业道德、科学文化素养和身心健康发展，同时学生可以获得本专业基本的基础理论。②工学结合、专业考证的教学模块：通过市场深入的调研和分析，由于嵌入式方面需求量很大，因此本专业定位于嵌入式系统应用，根据自身具有嵌入式基地的优势和企业合作设置相应课程，学生在大二、大三可以获得嵌入式系统工程师、嵌入式系统助理工程师等证书。同时根据市场岗位需要求以及多元化培养的目标，还设置了PCB工程师模块、电子工程师模块、技术支持工程师模块等教学模块，使学生在掌握相应的专业理论的同时通过企业培训在校期间就能获取市场需要的专业资格证书。③企业实习、职业规划模块：本模块设置了专业实习和职业规划就业指导等课程，重视实习单位的选择，通过1～2个月的生产实习，使学生与市场的零距离接轨。同时重视学生就业质量，设置职业生涯规划专题讲座、就业指导专题讲座等使学生能更好地从自身出发，找到适合自己的工作。
1.2 整合课程内容，建立专业基础课程群，专业课程群体系 以往课程内容的调整以课程为单位，没有考虑到群内各课程知识间相似性的特点，不同课程在授课内容上存在顾此失彼、内容衔接不合理或重复等现象。
课程群的特点：①课程群内部课程之间的相关性，由于课程群是由许多基本教学内容相互贯通、相互融合、可以规划综合并形成有机整体的相关课程组成的，各门具体课程，从内容上看相互之间的内容纵向有传承关系，横向有内在的联系，但又自成体系[1]。②二是综合性，课程群建设的目的就是要通过对课程群所包含课程的知识点进行分析、删除课程间重复的内容。再通过对内容的重新分解，形成新的理论和实验教学体系，实现整体大于各门课程之和的目的。因此根据专业课程设置对电子信息工程相应的课程构建专业基础课程群，专业课程群，每一个群中设立3-4门课，进行内容整合，优化。其中：1）专业基础课程群，即电子电路课程群：包括电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路。通过该课程群的学习使学生掌握电子系统领域的基本理论，培养学生进行科学研究的基本素质。2）专业课程群体系：包括嵌入式系统课程群——C语言基础、数据结构与算法、嵌入式操作系统、嵌入式系统开发。3）信息处理类课程群——信号与系统、数字信号处理、DSP技术与应用。4）信息传输课程群——计算机网络、通信原理、数字电视技术。5）通过专业课程群体系的学习学生掌握专业理论，为系统设计和创新性思维打下良好的基础。
2 改革教学方法，建立以学生为中心的教学模式
全新的课程体系需要有全新的教学方法，为了适应模块化的课程体系，改革教学方法和手段，建立了以学生为中心的教学模式。
2.1 贯彻以学生为中心的工程应用理念 从1986年开始，美国国家科学基金会（NSF）逐年加大对工程教育研究的资助，积极推进工程教育改革；1993年欧洲国家工程联合会启动了名为EUR-ACE的计划，指导欧洲的工程教育改革，以加强欧洲的竞争力。20世纪90年代末美国创立CDIO工程教育理念，麻省理工学院、瑞典皇家工学院等多所国际知名大学联合成立跨国研究合作组织，确立了现代工程教育模式[2]。
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。CDIO理念[3]是使学生在CDIO的全过程中不断地在工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力4个方面得到全面的训练和提高，鼓励学生以主动的方式进行工程学习。其基于“做中学”和“基于项目开发”的工程理念为应用型人才培养具有很好的借鉴意义。
2.2 改革教学方法 树立“以学生为中心”的工程应用新理念，采用分组讨论、章节内容试讲、系统设计团队分工、答辩等一系列措施，重视学生参与教学，提高学生学习的积极性和主动性，培养了学生团队协作、系统分析能力和表达能力。
课堂中采用“教、学”相结合的方式。教师采用内容丰富的多媒体教学，或引入网络辅助教学（BB系统），扩大了学生的知识面。将计算机仿真软件引入课堂，边讲边演示，同时给学生一定的时间进行讨论和问答，促进学生对理论的掌握和理解。将各类竞赛和教师课题的内容引入课堂，重视学生应用能力的培养。
3 改革实践教学，建立以学生应用能力培养为核心的实践教学体系
3.1 改善实验环境，扩建实验室 2004年我院投资，建立了电分实验室、模电实验室、数电实验室、高频实验室和通信原理实验室，满足了学生基本实验的需求。随后陆续进行设备的更新，但近一两年明显感觉设备老化，实验环境急需改善。目前我院已着手整合和新建实验室，购买全新液晶显示器的电脑、数字示波器、更新实验箱等，同时和一些企业共建实验室。新的实验环境和设备已基本可满足学生基本实验、综合实验、创新设计实验等三个层次的教学需求。
3.2 改革实践环节，重视课程设计、毕业设计和各类竞赛 信息类专业的课程实验有不同层次的实验教学模式，分为基本实验、综合实验、创新设计实验。基础实验主要是使学生加深对课程理论的理解，提高学生的实际操作能力。综合性和设计性实验强调学生理论知识的综合、设计、运用能力[4]。根据课程群体系设置，除了进行单一课程的基础实验外，加强了课程综合设计的学时，即设置了电子技术课程设计、单片机应用课程设计、通信原理课程设计、电子线路综合设计、数字信号处理课程设计等，这些课程设计需要几门课的知识综合运用，利用软件仿真和实验箱结合，使学生深入理论与实践的结合。
重视毕业设计的质量。毕业设计以往的题目以软件仿真的居多，难以实现市场的需要，那么真题真做便是我们下一步重点考虑的，目前纯软件的题目，例如网站设计类、管理系统设计等基本上满足实用性，但软硬设计的题目的实用性还有待我们进一步的研究。
加大第二课堂或科技活动，重视学生参与竞赛，如电子竞赛、嵌入式大赛、数学建模、英语竞赛等，培养了学生系统设计、团队合作、表达与沟通能力。
3.3 实验室开放 学生应用型能力实现的保证就是实验室，学生理论与实践的有机结合，除了课堂有限的时间外，合理利用大量的课外时间就很关键。那么实验室开放便为学生实践应用能力的锻炼提供了有效的平台。
通过实验室开放，学生可以随时到实验室进行第二课堂或科技活动的实验，也可以自拟题目或跟教师的课题进行实验，保证了学生应用型能力的培养。
4 加强校企合作，建立以学生就业为导向的产学结合模式
目前大多高校培养的人才与市场需求有一定的差距，如何缩小这样的差距，以满足学生与企业的零接轨。那么依托地区优势和行业的优势，完善相应地基础实验设备建设，建立相应的校企合作，提高学生的就业质量是很有必要的。借助明牌效应，选择有竞争力的行业和重点企业，与他们签订长期办学合同，作为学生专业实践的基地。目前我院已建立了H3C网络，鹏程国际，中软国际、百度、南耕科技、大唐移动有限公司等建立了长期的合作关系。一方面企业与学院合作，无偿提供先进的教学设备以及先进的技术资料并派相应的技术人员，使专业教学紧跟市场技术发展，有利于学生的高质量就业。另一方面，学校在与企业合作过程中，学生可以深入真正地生产环境，为他们日后很快适应角色转换奠定了基础。
5 总结
以市场为导向，采用先进的CDIO工程理念，建立相应课程群体系，改革教学方法、实践教学，通过实验室开放，毕业设计选题，加强校区合作等方面对信息类专业人才培养进行了研究和分析，建立了符合我院特点的应用型人才培养模式，使学生在知识、能力、素质等方面都得到了全面培养。
参考文献：
[1]郭必裕.对高校课程群建设中课程内容融合与分解的探讨[J].现代教育科学，2005，（2）：66-68.
[2]康全礼，陆小华.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008，（4）：15-18.
