時間：2023-03-13 11:23:46
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關鍵詞：嵌入式系統 實踐教學 教學體系
一、 研究的目的及意義
嵌入式系統已成為當前最熱門最有發展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，從而能夠適用實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的計算機系統。從嵌入式系統的定義可以看出，嵌入式技術是一門專業性強、實踐性強的綜合性技術。因此搞好嵌入式系統實踐教學的研究對于培養學生的動手能力、創新思維能力，提高學生的就業競爭力具有重要的意義。[1]
二、研究的思路和方法
本項目的研究主要采取調查研究、總結及結合自己特色構建合理的嵌入式系統實踐教學體系，并自主設計嵌入式系統實踐教學平臺，構建相應的綜合實驗室并指導學生參與項目實踐。并通過引導學生參與競賽，并創造條件使學生參與企業合作。
三、 研究的主要內容
本項目主要內容包括，實踐教學體系、教學平臺和實踐教學實驗室以及最后通過本項目的改革成果積極引導有能力的學生參加國家大賽等四個主要部分。
1嵌入式系統實踐教學體系的構建
在嵌入式系統實踐教學的建設中，要綜合考慮實驗、課程設計、畢業設計及課外科技實踐活動等實踐環節，統籌實驗教學項目的設置。在內容上，做到由淺入深、由單一到綜合、由驗證到設計開發。在時間上，由課內延伸到課外，充分發揮課外科技活動這一第二課堂的作用，使學生能夠進行嵌入式系統方面的項目開發。該環節從整體出發，將實驗、課程設計、畢業設計及課外科技實踐活動相結合，即驗證性實驗，設計性與綜合性實驗、創新性訓練項目三個層次。
2.嵌入式系統實踐教學平臺的設計
移動專業實驗室是有50套博創的ARM11開發板，可以搭建出與計算機科學和電子通信專業不同，但能體現嵌入式系統軟件開發的實踐教學平臺，擺脫學生不需要思考而只重視重復操作的示例，也可以彼此構建成實驗拓撲網絡平臺，使其用于與軟件工程一致的嵌入式系統平臺。
四、嵌入式系統實踐教學綜合實驗室的建設及項目實踐
移動專業實驗室的開發板集成的示例操作過多，因此需要構建一些可以激發學生創新和與基礎緊密結合的軟件示例。比如：音頻、視頻、繪圖、游戲等示例，可以使學生通過看、聽等視覺沖擊來感受嵌入式系統軟件開發帶來的效果。增強學生對嵌入式系統軟件開發的感性認識，同時引發學生思考，從而進一步達到理性思考的程度，刺激學生進行實踐，達到“感性認識-理性認識-實踐”的兩次飛躍，形成實踐教學在綜合實驗室的一種良性循環。
本項目歸納起來可以簡稱為“一個體系，一個平臺，反復實踐，一個競賽”，其過程管理包括“教，學，練，管”等四個內容，形成一個完整的實踐教學體系框架。通過合理的實踐教學平臺，促使學生提高實踐的欲望和興趣，從而在大賽中獲得成果的檢驗。
五、 研究的成果
該研究能夠更加貼近了我校建設“應用型”本科專業的目標和辦學特色。具體的可以從以下幾個方面進行歸納和概括：
（1）改變了實驗題目設計的指導思想
一方面整個實踐課程的實施內容要以“學生興趣”為導向，另一方面，教師在設計題目的時候，“按模塊、分步驟”的方式要求學生完成實驗的全部內容，最終能夠把不同的模塊整合起來就是一個完整的項目。
（2）課程設計題目自主化、驗收形式和考核標準多樣化
題目自主化主要是指：教師在參與課程設計題目命題時，遵循以“引導學生為主，鼓勵和提倡自我命題”的原則。讓學生有一個充分發揮自我的空間，這樣有利于培養學生的創新意識和實踐能力。
由于學生數量較多，很多教師在驗收課程設計時由于時間等問題的因素，不可能做到人人公平、公正的給出驗收成績。所以在課程設計驗收中，針對這些問題已經做出了進一步的修正：
a） 驗收形式的改革：公開組織若干本方向或相關專業的教師在同一時間，對自愿參加提前驗收的同學作品進行共同進行公開、公正的驗收。驗收的具體流程：驗收學生本著完全自愿的原則參加提前驗收（只要完成的學生都可以參加），先進行自己作品的展示和講解，然后由各位“評委老師”進行提問，最后各位教師根據學生的綜合表現，給出相應的成績，該成績在有課程設計的指導教師予以匯總，最終決定學生本次課程設計的成績。
b） 考核標準多樣化：標準的多樣化是兼顧成績公平的有效手段，在課程設計評分考核中，把以往全由一位指導教師把握的學生“驗收表現”，增加至多位教師同時給出成績，增加了成績的參考尺度;另外，學生的最終成績不再僅僅由學生的作品展示效果所決定，而是由學生在驗收時的綜合表現（如：語言的表達、作品的講解、設計思路等）決定，從而使得成績更加合理。
（3）充分利用了實驗室
充分利用開放實驗室的課余時間，完善開放實驗室的使用和管理制度。[2]增加開放實驗室的數量，讓學生也參與到實驗室的建設和管理中來，鼓勵學生“從宿舍走出來”和在實驗室中完成實驗作業。
（4）鼓勵學生參與各類競賽，并引導學生與企業合作，提高動手能力和創新能力，并取得了顯著成效。[3]
六、 結束語
該項目的實施，極大地提高了學生對嵌入式系統的興趣和學習熱情，一部分學生能夠獨立自主的思考，并獨具匠心地設計出具有一定水準的產品。本項目思路清晰，效果明顯，并在其它具有相關近似課程的學校中有推廣應用的價值。
參考文獻：
[1]付順，姚圣國.高校實踐教學工作思路的創新探索[J].實驗技術與管理，2006年08期
[2]王光福.從傳統的實驗教學走向開放式實驗教學[J].實驗科學與技術，2004年01期
[3]彭志廣，楊大鵬.實踐教學體系創新與實踐[J].實驗技術與管理，2006年08期
中圖分類號：G642
0 引 言
大規模在線開放課程（massive open online course， MOOC）是基于課程與教學以及網絡和移動智能技術發展起來的新興在線課程形式。MOOC是一種全新的、更公平的教育模式，它借助互聯網，通過MOOC平臺的課程講座視頻、嵌入式課程進行測試與評估以及師生在線互動，教與學隨時隨地都可以發生[1]。然而，MOOC在迅速發展的同時，由于其自身存在的一些不可避免的問題，使得MOOC飽受爭議。沒有規模限制、沒有先修條件、MOOC注冊率高而完成率低以及師生不能深入交流等問題日漸凸顯，且難以得到有效解決[2]。因此，MOOC被不斷改進，許多新的教學模式應用到MOOC中，彌補之前MOOC的不足，超越了原有的MOOC模式，MOOC已經進入后MOOC時代。
在后 MOOC時代涌現的一些新樣式中，SPOC最為典型。SPOC（small private online courses，小規模限制性在線課程）表示小型的、私有的、在線課程，它是針對MOOC來說的，這一概念最早是由美國加州大學伯克利分校的阿曼多?福克斯教授提出的[3]。與 MOOC相比，SPOC吸收和傳承 MOOC的先進思想，將 MOOC的潛能更好地發揮出來，變革傳統的教學結構，實現對現行課堂的有效翻轉，最終提高教學質量。SPOC把學習的人數進行了限制，通常限定在幾十人到幾百人之間，不同于MOOC同一課程擁有注冊人數幾十萬甚至幾百萬，另外，SPOC在MOOC的基礎上增加了教師和學生面對面的交流。相比之下， SPOC的學習活動更加靈活高效，能滿足學習者個性化學習的需求[4]。
嵌入式課程是信息技術行業的核心課程，在國外信息類人才培養中尤其得到重視。目前，嵌入式軟件市場的規模劇增，已形成一個充滿商機的巨大產業，并且成為整個軟件業的發展支柱[5]。在家電、手機、各種數碼產品等都向智能化方向發展的今天，嵌入式技術越來越成為當前最熱門、最具發展前景的IT應用領域，吸引越來越多的工程師投入到這一行業[6]。本文研究嵌入式課程教學模式，通過SPOC充分利用MOOC平臺上的教學視頻資源，并與翻轉課堂有機結合應用到課堂教學中。SPOC與翻轉課堂相結合的方式可以提高學生的學習主動性、增強學生的動手能力、培養學生的創新意識和創新能力，使學生能夠獨立地進行項目開發和編程。
1 傳統教學模式存在的問題
嵌入式課程是計算機課程的重要組成部分，嵌入式課程包含Linux系統應用、嵌入式系統設計和嵌入式系統案例分析等實踐性較強的多門課程，這些課程采用傳統的教學模式存在以下問題：
（1）在傳統的教學模式下，老師的授課時間有限，只能單方面把課程的內容傳授給學生，沒有與學生交流的機會。
（2）部分學生存在惰性，老師講多少就聽多少，并不實際動手練習，導致僅理解理論內容，卻不會實際應用。
（3）大部分學生在實踐活動中虎頭蛇尾，一遇到困難就輕易放棄，沒有解決難題的決心，從而也無法真正的掌握和理解所學知識。
（4）傳統的教學模式只重視成績和分數，泯滅了學生動手實踐的欲望，導致學生缺乏創新能力。
SPOC和翻轉課堂相結合的教學模式提供一個新的思路：如果學生能夠在課前完成相關知識的學習，就會減少教師課堂講授時間，從而留給學生更多的時間進行實踐、參與交流討論和獲得教師的指導，解決學生只停留在對理論內容的理解、動手機會少、不會將所學內容應用到實際的項目開發中去的問題。
2 基于SPOC和翻轉課堂的嵌入式課程教學方法
基于SPOC和翻轉課堂的嵌入式課程教學方法可以分為四個階段：前端分析、課程設計、課堂教學和評價，具體模式如圖1所示。
2.1 前端分析
任何課程開始前都必須進行前端分析，這樣設計出的教學資源才具有針對性、個性化，因此，前端分析對一門課程設計的成功與否起到非常關鍵的作用。本文中，前端分析涉及3個要素，分別為學習對象、教學內容和學習環境。
學習對象主要包括學生年級、學生已經學過的相關課程以及對學過課程的掌握情況。嵌入式課程分為硬件課程和軟件課程，因此課程的設置應該分為3個階段：第1階段為嵌入式硬件開發，作為嵌入式軟件開發的平臺基礎；第2階段為嵌入式軟件開發；第3階段為嵌入式綜合開發實踐。單片機原理等基礎理論課程是學好嵌入式硬件開發的基礎，嵌入式軟件課程包括嵌入式操作系統和Linux系統應用等課程，只有將以上課程學好才能進行嵌入式綜合開發實踐。
教學內容研究應該從理論和實際開發能力兩方面入手。理論方面，對于C語言、數據庫、數據結構、單片機原理、計算機網絡等前導課程，教師要在保證理論授課學時的前提下，適當增加或強調嵌入式開發中必需的知識基礎，以保證后續嵌入式開發課程的順利進行。在實際開發能力方面，教師要強化和規范嵌入式硬件課程、嵌入式軟件課程、嵌入式綜合開發實踐課程中的實踐環節，為學生配備齊全的軟、硬件開發環境，讓學生通過動手實踐掌握所學的內容。
學習環境主要包括傳統的課堂教學環境和基于MOOC的在線學習環境，將課堂教學和在線學習結合起來，提高教學質量。
2.2 課程設計
課程設計主要包括教學視頻、教學大綱、拓展資源、測試作業幾個部分。根據教學需要，教師可以充分利用MOOC平臺上優質豐富的教學資源，對其進行編輯和整合，設計成富有邏輯結構的視頻資源上傳到網絡教學平臺。教師還可以將電影錄像、電子書、其他資料等作為拓展資源提供給學生。測試作業包含測試題和大作業，測試題至關重要，學生可以帶著問題去觀看教?W視頻，也可以看完教學視頻后做測試題，這樣有助于學生對重點、難點的理解與掌握，進而提高學生的學習效率和學習質量；大作業用來綜合性的測試學生的學習情況，需要由一組學生來共同完成，大家一起討論，相互激發靈感，這種方式可以提高學生們的創新意識和團隊意識。
2.3 課堂教學
課堂教學階段在整個教學模式中的地位十分重要。在課程開始前，根據學生原有的知識基礎、學習個性和風格等信息將學生進行異質分組，并選出每個學習小組的組長。
課堂教學的實施過程借鑒翻轉課堂模式，翻轉課堂是推動師生互動、激發學生學習興趣的有力手段，真正體現“以學生為中心”的教育理念。本文將翻轉課堂分為兩種形式：一種側重于分析本次課的重點和難點；另一種側重于對實際項目進行分析和講解。
第一種形式要求學生在課前通過MOOC平臺上提供的教學視頻，學習嵌入式課程的基礎知識，然后，通過完成測試題驗證對知識點的掌握情況。在課堂教學過程中，學生針對教師在課前提出的問題進行討論，并采用輪流的方式對本次課的重點和難點進行講解。在該門課程的課堂教學中，每名學生至少有一次機會講解知識點。最后，教師對課程內容的重點、難點進行說明，并對知識內容進行系統化的總結和梳理。
第二?N形式通過大作業的方式，以小組為單位，共同完成一個項目。大作業是對學生學習本門課程的綜合性考察，嵌入式軟件開發的作業可以是多進程程序編寫、管道通信、Linux環境下“生產者與消費者”的實現等。嵌入式實踐開發的作業可以是智能家居、智能停車場等。在課堂教學過程中，小組組內成員之間、各小組成員之間針對大作業的內容相互討論，并每組選出一個代表對自己組的作業完成情況進行匯報展示，學生之間共同鑒賞、互相評價。教師可以在每名學生展示作品或學習成果后進行逐一評價，也可在所有學生成果展示完畢后做最后的總結，教師最終對學生的學習成果進行總結和評價。
課后主要是學生對學習進行復習和鞏固，檢驗自己掌握知識的情況，分享課中學習的感悟與收獲。教師則針對大家課上提出的問題進行反思和總結，對課程知識進行系統化的梳理和總結，并根據學生課上的表現、反應以及學生在學習過程中的意見對課前、課中階段進行及時調整。
2.4 評 價
評價環節既要體現評價主體的多元化又要注重評價樣式的多樣化，關注學生的效果，采用形成性評價和總結性評價兩種評價相結合的方式。
形成性評價包括多個因素：登錄網絡教學平臺的次數、下載教學視頻的次數、課堂出勤情況、課堂討論的積極程度以及小組成員間互評等多個方面。小組成員間互評主要從學生與對小組其他成員討論問題的情況、參與小組活動情況以及對小組的貢獻等方面出發，對自己和小組成員作出評價。這種評價方式有利于學生更好地參與到小組學習活動中，能夠提高組內成員間合作學習的積極性，同時，教師對學生的評價也同等重要，教師應該根據以上因素對學生進行評價，給出學生的平時成績。
總結性評價則主要包括學生的平時測驗、作業完成質量和期末考試成績。最后，教師根據形成性評價和總結性評價的一定比例給學生最終量化分數。
關鍵詞：系統設計，實踐教程，創新性，嵌入式系統
【中圖分類號】G420
1.研究現狀和選題意義
1.1 研究現狀
高等職業教育是高等教育的重要組成部分，它是根據一定職業崗位實際業務活動范圍的要求，培養技術應用性或職業性人才。如何培養高技能型人才來滿足社會快速發展的需要？教學是關鍵！而實驗教學作為高等職業教育的主要形式，它不同于理論課教學，它不但要使學生掌握理論知識的同時，怎么能快速地應用到社會社會生活之中來滿足人們生活的需要，那這就要求我們要以實踐教學為主，培養學生的動手能力，免得把學生培養成一個書呆子，不會學以致用。這就要求各高校要重視實驗教學環節，那么我們在實驗教學中，采取什么樣的教學方法才能真正提高學生的技能，達到高職教育人才培養的目標？
1.2選題意義
“嵌入式系統”課程作為電子信息專業中的一個主修方向，在教學中應該突出原理與應用的緊密結合且能體現出理論和實踐并重的特點，剛開始講述“嵌入式系統”課程時，由于并沒有太多的經驗，還是依照課堂理論、課下實驗的傳統教學方式。但是隨著教學的深入，發現這種教學過程中存在很多問題，主要體現在：
（1）《嵌入式系統》的前導課程比較多，例如：《C語言》、《微機原理》、《單片機原理與設計》，如果學生們對這些課程學的不扎實，理論及實踐基礎太差的話，那嵌入式系統技術課程對他們來說更是頭疼。
（2）課程內容涉及面廣，知識內容多。以蔣建春編寫的《嵌入式系統原理與設計》為例，此書介紹嵌入式系統的硬件和軟件知識、嵌入式系統平臺的構建、ARM嵌入式處理器的體系結構、嵌入式系統常用模塊設計、嵌入式操作系統的基礎知識、嵌入式實時操作系統OS-Ⅱ、嵌入式軟件測試基礎知識等。在有限的課時內，很多內容只能淺顯地介紹，一個學期下來，一部分學生看上去了解了嵌入式系統的許多內容，但是一到具體的應用實際就會發現還欠缺很多知識和技能。
（3）傳統的以教師為核心的課堂上，在講解這門綜合性實踐性很強的課程時，很多學生都是被動接受知識。又因為這門課本身就比較枯燥乏味，內容復雜，需要掌握的知識又很繁瑣，學習一段時間后，也就漸漸失去了興趣。
（4）由于學時數有限，又加上需要很多理論知識的講解，不可能安排很多的實驗環節，在相對較短的實驗課程內，學生需要熟悉開發的軟硬件環境，如開發工具、實驗環境、了解試驗內容，讀懂實驗程序。在這期間，學生自主的實踐動手能力得不到充分地鍛煉，某種程度上也就僅僅是熟練了一種開發工具而已。
針對以上關于嵌入式系統教學存在的問題，逐步對實驗課進行教學改革，把以項目應用的教學理念逐步引入到課堂當中。其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，培養學生利用所學知識解決實際問題的能力。
2.轉變后的實踐教學課程的實施方法
2.1 實踐課程的實施方法
（1）知識技能檢測法。把學生進行分組實驗，每組四個學生，老師命題，學生選題的方式，對學生的知識技能進行檢測，最后老師通過知識提問和實驗結果，給學生打分。能通過此實驗的組數進行表揚，沒有通過的組數讓他們查找原因。對完成較好好者給予獎勵，這樣激發了學生學習的潛能，他們都想成為老師眼中的佼佼者。最后大家一起總結討論，這樣學生記憶深刻，在實踐中學習。
（2）項目驅動法。在“嵌入式系統”的前期授課中布置課程設計，也可以課程設計的內容讓學生結合自己的興趣愛好自行擬訂，學生在已有的專業知識基礎上，選擇一個自己感興趣的題目作為本學期的課程設計來完成。這樣學生會帶著自己的問題在剛開始學習這門課就要深入了解課程的內容，同時課下查詢相關的資料，這比課堂被動地接受知識更能培養學生的學習能力。學生自己設計、畫原理圖、程序流程圖、開發調試、固化芯片、查閱整理資料等，一方面培養了學生的實際動手能力，另一方面培養了學生開發項目的能力，為以后工作打下良好的基礎。
2.2實驗過程需要完成性
實驗成果的要求為一個類似標準產品的嵌入式系統，要求學生完成從設計到實現的所有步驟，根據實際功能需要，設計系統的硬件結構，選擇單片機及元器件，用Proteus進行電路仿真，然后制作印制版電路，最后做出調試板，進行測試和調試，最后每位學生均需要寫出實驗總結和體會。這樣，學生就掌握了工程實踐系統的總體開發流程。
2.3 由任課老師進行一體化的教學指導
首先，任課教師要選用一本好的教材，最好選以項目驅動為主題思路編寫的教材，例如：郭志勇主編的《單片機應用技術項目教程》就是一本優秀的教材，突出實踐技能培養在課程中的主題地位，用實際項目來引領理論，使理論從屬于技能實踐。教師的主要教學工作需要圍繞實驗環節進行。任課教師需要提前在課程教學中進行周密的實驗設計和講解，以提高學生的實驗效率。在實驗教學中，任課教師親自指導學生，前提條件教師對整本書的內容有全面的理解和認識，這樣遇到問題可以有的放矢，從而取得更好的效果，同學們漁業有信心和目標學好這門課程，這樣一方面培養了學生的動手能力，另一方面，也鍛煉了學生的項目實踐能力。
關鍵詞： ARM嵌入式系統； 教學輔助系統； 教學實踐； 自主學習能力
中圖分類號：TP368；G642 文獻標志碼：A 文章編號：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著嵌入式軟件技術的發展，高校對嵌入式系統應用型人才的培養日益重視[1-5]。國內很多高校在電子類、儀器類、計算機類等專業都開設了嵌入式系統課程。其課程特點：①軟硬件技術相結合，專業性、綜合性強；②嵌入式系統是將計算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業的具體應用相結合，實用性強。③門檻高，要求學生具有相應的專業基礎素質及自主學習能力。其教學大綱要求通過課程學習，學生能夠掌握基本的嵌入式系統設計、開發和調試方法。但是在實際教學中往往發現“學生理論學習理解困難，實驗過程與理論知識融合困難以及課程綜合設計能力差”等問題，而且目前的實驗裝置普遍追求功能強大，實驗內容廣，配置高檔等指標，使得裝置的軟硬件復雜，忽視了學生的實際情況，學生很難在課時內實現對裝置的理解掌握以及達到課程的教學目的要求。
根據我校的實際情況，考慮學生學習的個體差異，本著簡單易懂，實用方便原則，緊密結合課堂教學內容，細分教學例程，研發設計了ARM嵌入式系統課程教學輔助系統，學生和教師每人一套。該系統作為嵌入式系統課程基礎階段的輔助教學裝置，既可以在理論課堂上幫助教師很好地展現授課內容，又可以在實驗和課程設計等實踐教學環節中作為便攜的實用開發工具，幫助學生切實地掌握ARM嵌入式系統的開發技術，提高學生的工程實踐動手能力。
1 教學輔助系統設計
1.1 硬件設計
如圖1所示，該教學輔助系統以經典的ARM7 LPC2148/38 MCU為學習對象，分為核心板和擴展板兩部分，配有串口通信/ISP下載控制接口，USB接口等常用接口，擴展有矩陣鍵盤，可以用作中斷輸入的獨立按鍵，字符/點陣LCD顯示接口等輸入/輸出人機界面接口。系統基本功能齊全，所有引腳及電源均有引出，體積小，攜帶方便，便于學生自主擴展應用。
1.1.1 ARM處理器
系統MCU采用ARM7系的一款經典產品ARM LPC2148/38 MCU作為系統的核心CPU。其引腳少，功能模塊較為齊全，配有512KB的高速Flash存儲器和32KB的RAM，具有豐富的外設資源。它還含有向量中斷控制器，可配置中斷優先級和向量地址，片內Boot裝載程序可以實現ISP/IAP編程，具有空閑和掉電兩種低功耗模式，并且可通過外部中斷喚醒[6]。ARM LPC2138/48 MCU工作原理簡單且具有強大的處理和控制功能，同時在proteus仿真軟件和keill編程軟件中均支持該MCU，因此特別適合用于ARM嵌入式系統課程基礎階段的教學與學習。
1.1.2 串口通信接口及ISP電路
串口通信使用的是LPC2148/38 MCU的串口0。LPC2148/38 MCU的串口0是其主要組成部分之一，不僅可以用于學習與PC機的串行通訊，配以相應的ISP電路后，PC機借助編程軟件還可以將應用程序直接下載到MCU中，從而降低了教輔系統的使用要求，方便了實踐教學的需要。
1.1.3 USB接口及電源
為了使用方便，教輔系統直接利用PC機USB接口為其供電，無需額外配接電源。同時LPC2148 MCU自備有USB2.0從控制器，配以相應的接口電路后，可以方便地進行關于USB的相關教學，有效地提高了系統功能資源的利用率。
1.1.4 輸入/輸出及引腳擴展
為了提高教輔系統的通用性、實用性和擴展性，同時兼顧教學案例的需要，在系統擴展板中設計了顯示接口、鍵盤輸入端口、A/D采集及調節電位器、LED及蜂鳴器輸出以及相應的電源輸入輸出端口。在系統擴展板中將MCU的P1端口用于字符LCD（LM1602）與點陣LCD（QC12864）共用輸出，配合矩陣鍵盤輸入端口，以及AD采集及兩個電位器分別設計有相應的教學案例，有效地降低了學生的使用難度，提高了學生對嵌入式系統技術的直觀理解。在擴展板上還通過插針引出了對應的全部引腳和電源，極大地方便了學生對其他應用硬件電路的設計，這也對教輔系統實現進一步的應用開發使用提供了便捷。
1.2 軟件設計
軟件設計工作主要體現在開發環境搭建、驅動開發，應用開發及SDK程序的移植等方面。
1.2.1 開發環境搭建
該教輔系統的軟件開發環境搭建主要是Proteus仿真軟件，Keill開發軟件，Flash Magic編程下載軟件安裝，以及項目工程的建立與配置，程序文件的新建與添加，工程的編譯與鏈接，電路原理圖的繪制，程序下載與仿真運行，程序糾錯等。這是學習嵌入式系統不可繞開的基礎環節，學生在實際學習過程中容易出錯，導致學習的自信心受挫。根據這一特點，除了在課程學習資料中細分教學例程講解、對關鍵步驟進行詳細注解外，還在教學過程中要求學生跟著教師逐步操作學習，而且寫出書面總結作業，確保學生在嵌入式系統學習中能順利邁出這第一步。
1.2.2 例程開發
例程開發是幫助學生更好地進入嵌入式系統技術學習的有效方式，既是理論課堂授課的范例教學，也是實踐教學的應用例程。因此，例程設計至關重要，它不僅是對課程教學內容的驗證，也能使學生加深和鞏固對嵌入式系統技術的認識，是合理組織教學內容、設計教學例案、幫助引導學生自主學習提高實踐創新能力的主要方式。例程開發設計按照單元模塊知識架構以及系統開發應用的連續性，遵循“從基礎開始，由簡而難，從小模塊到大系統，應用與原理并存”的原則，設計了教學基礎例程與教學綜合例程。基于ARM嵌入式教輔系統設計的教學基礎應用例程有10個，涉及了對系統的基本認識、驗證以及基本使用等工程應用實踐的各個方面，如表1所示。
教學綜合例程主要是將ARM LPC2148硬件資源、教學案例及其他應用所涉及內容的驅動程序，應用程序集合在一起，供學生閱讀和參考，方便學生在練習中模仿和借鑒，幫助學生逐步過渡到獨立自主應用開發階段。同時，通過綜合教輔案例，為學生建立嵌入式系統開發的規范與好的應用習慣打下基礎。基于ARM嵌入式教輔系統設計了近30余道綜合訓練題目，學生可在綜合實驗和課程設計環節自主選擇訓練，進度快的學生也可在此基礎上進一步發揮，提高嵌入式產品開發和設計能力。
2 教學應用
ARM嵌入式系統相較于其他單片機應用技術等專業基礎課程教學而言，ARM芯片資源豐富，實際應用廣泛，具有綜合性、實踐性強的特點，學生不容易理解和掌握。因此在教學中要以應用為主，強調體系結構及實用的設計開發技術等工程實踐概念，基于教輔系統配以相應的例程項目及實踐，結合項目驅動式教學模式[7-8]，在課堂教學、實驗教學以及課程設計實踐環節中進行項目分解講授，直觀、實用，引導學生自主學習，由淺入深，由易到難，由基礎到綜合，切實讓學生從硬件到軟件，再從軟件到硬件實現對嵌入式系統技術的完整認識。
2.1 課堂教學應用
在課堂教學中，以應用為主，借助教輔系統，幫助學生了解嵌入式系統的特點，理解嵌入式系統的基本構成（微處理器、存儲器、外設驅動和I/O接口、電源管理、硬件調試等）；認識嵌入式操作系統，知道操作系統內核，能夠對內核進行移植、修改和裁減；掌握某一種嵌入式操作系統，能夠構建嵌入式軟件的開發環境，編寫一些基本的嵌入式設備的驅動程序等。同時，在傳統教學模式的基礎上，重新調整學時分配，部分引入翻轉課堂教學模式，以例程教學和項目開發驅動教學內容的更新，課堂教學更多的輔以實際范例演示講解和回答學生在課外實踐環節中出現的問題，提高學生對嵌入式系統技術的認識和掌握程度。在Proteus仿真軟件和教輔系統的支持下，加大實際編程訓練內容，針對講授內容獨立設計立足于基本概念原理的例程，根據學生個體差異提出不同的任務要求，至少要求學生能跟著教師操作演示，在訓練過程中再學習和升華講授的知識。
2.2 課程實驗應用
嵌入式系統是一個綜合性、實踐性強的軟硬件設計開發平臺，實驗教學是重要環節，實驗教學是嵌入式系統課堂教W的重要延伸。在實驗教學中以教輔系統為載體設計實驗內容，配合課堂教學，能更好地幫助學生建立對嵌入式系統的完整認識。實驗教學除了設計有基礎的ARM嵌入式教學內容，如應用開發入門實驗、基礎接口和顯示實驗，還有提高的ARM嵌入式教學內容，如音頻、麥克風、SD卡、觸摸屏等擴展接口實驗，UART驅動與應用、LCD驅動及應用、USB接口、PWM驅動及應用等等，基本滿足目前嵌入式系統初級階段的教學需求。經過實際教學應用證明：借助該教輔系統進行實驗教學，學生能有效地認識掌握嵌入式系統實驗裝置的開發環境及軟硬件設計方法，理解對應的教學內容與教學目標，提高了學習主動性和實踐動手能力。
2.3 課程設計應用
在課程設計教學環節，以教輔系統為支撐設計了近30組綜合訓練內容，如電子日歷制作、音樂播放器、直流電機調速、正弦波示波器、條碼掃描顯示等，供學生自主選擇。由于該系統不僅提供了LPC2148/38的所有硬件資源，還提供了有關輸入/輸出的SDK，大大節省了ARM基礎軟硬件平臺搭建的時間，使學生將主要精力和時間放在應用開發上，課程設計的效果和質量明顯得以提高，而且學生還可在此教輔系統基礎上自行研發應用項目，參與各級課外科研競賽活動，效果良好。學生借助于該教輔系統進行綜合應用學習，可掌握和鞏固嵌入式系統應用技術的基本原理，掌握了32位ARM單片機和嵌入式操作系統應用的基本技術，能夠完成一些簡單的項目研發，他們走出校園能盡快適應相應的工作崗位。
3 結束語
該教輔系統已經在我校測控專業兩屆學生的教學中投入使用。該教輔系統將課堂教學、課程實驗、課程設計教學環節無縫連接在一起，并可直接應用于其他課外實踐的開發應用中，使得嵌入式系統課程的教學體系具有更好的系統性、實用性和連續性，基本解決了嵌入式系統課程難教、難學、難懂的系列問題。同時該教輔系統也使得嵌入式系統課程的課堂教學更加具體形象化，互動性更好，實驗教學內容更加豐富，學生設計制作參與性更強，明顯改善了學生以往對理論知識學習的茫然和不明確性，以及對實驗裝置的畏難情緒，提高了對理論學習和實驗的興趣，培養和鍛煉了自主學習能力和工程實踐能力。
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關鍵詞：嵌入式技術； 教學方法
0前言
嵌入式技術是當今計算機技術中發展最快最熱門的技術，嵌入式技術在當今得到了極其廣泛的應用，已深入到各個應用領域，幾乎是無所不及，主導應用的潮流，以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后PC時代的主宰。另伴隨著巨大的產業需求，我國嵌入式系統產業的人才需求量也一路高漲，嵌入式開發將成為未來幾年最熱門最受歡迎的職業之一。嵌入式課程也在各個高校中逐步展開，我校《嵌入式技術與應用》課程在2009年12月作為校級精品課程申報，于2010年3月被批準為校級在建的精品課程，精品課程的建設過程中遇到許多的困難與問題，精品課程的建設過程也是我們解決這些問題與困難的過程。我們主要從以下幾個方面做了一些工作。
1有針對性的制定培養目標，確定對學生的職業能力要求
嵌入式技術的涉及領域有幾個方面常見的智能儀表、工業控制領域，機頂盒、路由器等方面的應用，個人電子產品的應用（這些產品往往需要友好的GUI圖形界面），高端智能設備（涉及到智能機器人，醫療儀器、軍事領域，航空航天領域）。為此，我們基于本專業學生畢業后大多就業于珠三角和長三角及湖北地區的中小型企業的現實，我們將學生將來就業的定位于中小型企業，經過我們專業教師的調研，我們對這些企業技術部門設置的崗位及崗位要求有了較好的認識，我們對每一個嵌入式行業相關必需具備的職業能力進行分解，然后再分析選取相應的教學內容，對不同的應用崗位所對應的不同的能力與知識要求作出了歸納與總結（如圖1），為教學目標與教學內容的確定提供了依據。
圖1職業崗位與能力要求
2讓課程具有非常強的時效性，本課程是近來才剛剛設立的一門新興課程，應該讓學生接觸與掌握社會上最新和最前沿的應用技術
IT領域的新技術發展令人應接不暇，雖然大學生在校期間需要學習的都是一些基礎知識，但他們畢業走向社會后，必然要面對這些新技術，如果我們的教學內容陳舊，就會加長學生畢業后的適應周期；如果我們能夠提供給學生更多接觸這些新知識、新技術的機會，就會使學生畢業后能夠迅速地融入到社會實際中。同時也能使我們的教學內容與這些新技術基本保持同步。
例如，在以往單片機的學習中只涉及到靜態存儲器的擴展，而在嵌入式系統中就會使用到動態存儲器DDR技術，DDR技術的動態刷新、行列掃描和地址線的接法上都是比較新又比較有有用的技術，會讓一些沒有經驗的學生感到困惑，在教學過程中，我們利用S3C44B0X芯片來構建最小系統的過程中來教給學生動態存儲器的使用（如圖2）。
圖2 SDRAM HY57V641620與S3C44B0X的硬件接口電路
3本課程是一門綜合性的課程，要學會它，必須能夠綜合應用計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術
本課程會應用到計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術、模擬電子技術、數字電子技術、計算機組成原理、C語言程序設計、單片機技術、微機原理、面向對象的程序設計、計算機操作系統原理、LINUX操作系統的應用等多種知識，這些知識在嵌入式系統中都會有所應用，嵌入式系統就是這些知識的綜合體，實際上，嵌入式系統為學生掌握計算機技術提供了一個非常好的平臺，要想很好地掌握嵌入式技術也必須掌握好這些知識。要讓學生掌握這么多的知識就必須在項目中去學習，對教學內容與方法進行設計。針對學習的不同階段，設計不同的項目與其對應（如圖3），讓學生在實踐中體會這些知識的作用，掌握這些內容，以避免教學內容的枯燥。
圖3 不通階段都有對應的實踐
4課程的實踐性很強，在傳遞知識的同時要更加注重培養學生的實踐動手能力，讓學生積累經驗
在教學的各個階段中都安排有不同實踐任務，讓學生的能力由初級到高級逐步提升，在教學的最后還安排了課程設計，進行綜合的 實踐（如圖4）。分層次逐步提高，由易到難，逐步綜合首先讓學生掌握基本的知識與技能，難度大的知識先放一下，在實踐教學中通過實例來講解，使學生更容易理解，采用直觀、生動的教學方法 將知識與能力目標融入到具體的項目中以培養高等技術應用型人才為根本任務，將加強應用能力訓練作為課程各項改革建設的中心 引導學生將“學”與“做”相結合，以達到學以致用，建立以“遞進式模塊化”的課程內容 ，初級階段有基本實驗、中級階段有實訓課程、高級階段有課程設計任務。 轉貼于
圖4 由簡單到復雜的訓練方法
5積極開展課程設計，進行綜合性的訓練
例如，自制基于S3C4510的嵌入式系統及JTAG下載燒寫工具。設計內容：在老師指導下設計S3C4510系統的原理圖、PCB板圖以及JTAG線纜的原理圖與PCB板圖，親自買元件、制版、焊接、調試。編譯、固化uClinux;完成JTAG燒寫程序的編寫，可以用標準C，也可以用VC，也編寫LINUX系統下使用的版本。
圖5自制基于S3C4510的嵌入式系統及JTAG下載燒寫工具
圖6 自制JTAG下載燒寫工具原理圖
關鍵詞：嵌入式系統；教學改革；能力提升
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0221-02
嵌入式系統是高等學校電子信息、計算機、自動化等本科高年級學生的一門專業技能課程，是以應用為核心、以計算機技術為基礎、涉及微電子技術、電工電子技術、微機原理等多門學科的綜合學科。從各個角度分析嵌入式系統課程中知識框架，與學生興趣相結合，真正做到學以致用，提升學生能力，是目前所有工科類課程面臨的一個重要問題。為此，筆者針對嵌入式系統教學過程，開展名為“嵌入式系統教學中學生能力提升探索”的教學改革嘗試，并初步收到積極效果。該教學改革理念也可為微機原理、可編程邏輯器件、DSP技術原理等類似課程提供參考。
一、課程特點及主要存在問題
嵌入式系統是高年級課程，有很強的工程實踐性和知識綜合應用性，要求學生聯系先修課程，結合新知識，靈活融匯分析并解決實際工程問題的能力。教學中，需要任課老師既重視理論知識的傳授，又要培養學生的工程應用能力。筆者結合工作中對嵌入式系統教學的體會，對該課程特點及主要存在問題總結如下：
1.聯系廣，理解難。要較好地把握嵌入式系統內容，必須對先修課程有很好的學習基礎，能較好地將從低年級以來的專業課聯系起來，才能深入理解本門課程內容。比如要很好地理解嵌入式系統觸摸屏的原理及編寫相應程序，必須理解觸摸屏內部結構。其內部結構框圖中涉及多個MOS管組成的模擬電路，需要學生很好理解NMOS、PMOS不同的通斷過程及對電路的影響。如果學生不熟悉MOS管的通斷原理，而單純靠記憶來使用觸摸屏，則很難做到活學活用。
由于學生水平及能力各不相同，為了使大部分學生能較好地學懂所講授內容，則需要老師在講新知識之前花時間復習修課程的相關內容概念。然而這種做法勢必導致第二個問題：占用本來有限的課時。
2.學時少，內容多。近年來，由于推廣素質教育，各門課程理論教學時間不斷縮減。以筆者所講授的嵌入式系統課程為例，理論課時僅僅為22學時，該學時遠遠少于專業必修課，且隨著嵌入式技術日新月異，該門課程除了課本內容外，還需要補充其他與現代技術接軌的新內容。因此，如何精選每節課授課內容，在有限的課堂時間內使學生掌握到盡量多的內容，且不感到枯燥無味，是嵌入式系統等工科類課程普遍存在的問題之一。
3.實驗舊，擴展難。由于課時安排原因，本門課程僅配套3個實驗，且實驗與理論課程不對應，所使用的實驗箱年代較久，不能與現代新技術接軌，且無法在原有基礎上進行擴展，只能進行某些簡單的功能性驗證的實驗。如何通過實驗輔助理論教學，提升學生能力水平，也是課程教學中需要解決的問題之一。
二、教學過程學生能力提升探索
針對上述存在問題，必須在教學過程中克服客觀困難，調動學生的學習興趣及積極性，從而實現學生能力提升的效果。為此，圍繞嵌入式系統教學中的兩大難點，筆者開展了學生能力提升的探索改革。
1.學生理論知識與實踐能力的提升探索。理論指導實踐，實踐驗證理論，因此對于工科學生來說，不能一味注重實踐，也不能只懂得紙上談兵的理論，需要理論和實踐能力相輔相成，才能得到能力提升。然而，筆者在教學過程中發現，由于學生個體差異，能力傾向不同，有些學生注重實踐鍛煉，然而理論知識并未提升，有些同學只注重理論知識，工程實踐能力不足。且大部分學生理論與實踐知識的反饋提升能力不夠。
以筆者講授嵌入式系統液晶屏內容為例，對于使用液晶觸摸屏，設計的理論知識包括：液晶屏的分類――TFT屏和STN屏；顯示顏色――單色和彩色；灰度等級――單色、4級、16級；彩色等級――STN屏為256色和4096色，TFT屏非調色板為64K色和16M色，TFT屏調色板為256色等等。如果學生不懂得上述理論知識，在實際操作中，則不能很好地編寫合適程序調試出預期效果。然而，僅僅懂得上述理論內容也不夠，還需要考慮其他實際工程問題，比如：TFT屏的電路連接方式與STN屏是否一致？STN屏的驅動電流需要多大才合適，且不至于導致液晶屏過亮或過熱？采用何種驅動器性價比更高？等等。上述問題并不只是理論，而是跟實際工程實踐相關。
鑒于此，針對如何提升學生的理論知識與實踐能力的問題，首先，筆者在課堂上對于基礎理論知識，如液晶屏的分類、灰度及彩色等級等內容均予以清楚闡述；另外，通過課程設計、創新實驗項目、實驗課程等環節，提升學生的動手能力；最后，針對實驗中出現的問題及失敗現象，鼓勵學生從理論上找到原因后再反復實踐驗證，達到理論與實踐相輔相成且共同提高的目的。
2.學生硬件與軟件知識的提升探索。對于電子及自動化等專業學生來說，嵌入式系統課程不僅要掌握軟件編程，而且要掌握硬件電路設計能力，軟硬件知識結合，才能較好地完成工程項目。
然而，由于先修課程學生水平及傾向不同，面對同一個系統問題，有些同學在電路基礎、模擬電子技術等課程上掌握較好且較有興趣，會比較傾向使用硬件方法來解決問題，而有些同學對于C語言程序編程、數字電路等課程把握較好，會傾向于通過軟件編程方法來處理問題。
對于簡單系統，上述兩種方法均是可取的。但是對于功能復雜的系統，不可能僅采用單一硬件或者軟件解決問題，需要考慮各方面因素，軟硬件結合起來應用。因此，要求學生不僅掌握硬件電路設計能力，對于軟件編程能力的具備同樣也是必須的。
在提升學生硬件和軟件綜合設計能力問題上，筆者首先在課堂上給出案例，啟發學生提出各種不同軟硬件設計方案；進一步，布置工程案例作為課后作業，要求學生設計或列舉出多種設計方案，綜合比較可行方案；最后，布置一個貫穿本門課程的課程設計，該設計需要涉及硬件電路及軟件編程，通過該課程設計的完成，最終達到提升學生硬件電路設計與軟件編程能力的目的。
三、教學成效
筆者將上述教學改革內容用于嵌入式系統教學過程中，收到了較好的效果。通過問卷調查和課后反饋訪談，學生普遍反映能將先修電子知識與嵌入式系統聯系起來，且在此過程中，學生的學習興趣和能力均得到了提升。通過課堂案例引入及分析，提升了學生對嵌入式系統的工程應用能力和設計能力。筆者相信，所開展的教學改革探索在一定程度上提升了學生對嵌入式產品進行軟硬件綜合設計的能力，增強了學生對嵌入式系統最新動態追蹤的興趣、對相關領域深入學習的信心。
四、結束語
在深入了解嵌入式系統課程特點、現狀和不足的基礎上，筆者結合自己的實際教學切身體會，對嵌入式系統開展了教學改革探索。著重從理論與實踐、硬件與軟件上對學生能力進行提升。實踐表明，該類措施較大程度上激發了學生的學習興趣及其主觀能動性，提升了教學質量和學生能力。
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在高職計算機應用技術專業教學中，嵌入式技術是一個重要分支，廣泛應用到工業控制、儀器儀表、電子產品、汽車、辦公自動化和通信等領域，具有良好的市場前景。嵌入式操作系統是學習嵌入式程序設計的前導課程，是準備從事嵌入式開發人員必須學習的職業課程。目前，在嵌入式操作系統教學過程中，教學效果還不夠理想，學生的職業能力不能很好的適應崗位要求。因此，嵌入式操作系統課程教學改革勢在必行。
1 嵌入式操作系統課程教學過程中存在的問題
高職院校嵌入式操作系統是一門知識點多、概念性強、較為抽象的課程，課程知識涉及程序設計、計算機組成原理、嵌入式系統基礎等，課程教學難度較大。傳統的嵌入式操作系統教學，學生難以掌握知識、學習枯燥無味，普遍感到難學。尤其是職業院校的學生，很多還沒有接觸過計算機結構，難以理解嵌入式操作系統的內部結構。此外，在嵌入式操作系統教學中，重理論輕應用、理論教學與實踐教學脫節的問題普遍存在。在課堂教學中學生處于被動接受方式，無法主動參與整個教學活動，沒能達到以學生為中心，以培養學生操作技能為目的的職業技術教育宗旨。盡管安排有實訓，但實訓環節與課堂教學環節沒能做到相互連貫、相互映證，習題與課堂內容沒能緊密相扣，考試形式和內容多以理論為主，沒能體現考查學生實際應用知識的實踐能力。
總之，傳統的嵌入式操作系統教材和教學過于重視知識體系的演繹和推理，加之課程本身所固有的抽象性、強實踐性，使大多數學生對嵌入式操作系統課程產生了畏懼心理，以至于影響了他們學習的積極性，使之變成了難講的課程，不僅對學生后續專業課的學習形成了一定困難，對開展教學質量工程也產生了消極影響。
2 基于職業需求的嵌入式操作系統課程教學改革措施
根據高職教育的特點，結合企業職業需求，突破原有課程結構和教學模式，更新教學內容，改革教學方法。
2.1 重組課程內容體系
①課程設計理念
依據國家行業職業標準和崗位能力需求，對嵌入式程序開發工作崗位進行調研，分析職業需求，制定嵌入式操作系統課程標準。以“立足基礎、重在應用、強化能力，服務專業、適應社會”的思想，重組課程內容體系，體現基于工作過程系統化的課程設計理念。
②課程設計思路
通過企業專業人才需求分析、工作崗位分析、典型工作任務分析、學習領域生成、學習情境設計、教學設計、教學資源開發等環節，進行課程開發。課程以職業能力為本位、以工作過程為導向，建立基于嵌入式程序開發工作崗位所需的課程教學體系。
③課程教學內容設計
嵌入式操作系統課程以學習情境為載體組織教學內容，通過設計認識Linux、Linux基本應用、Linux編程應用、Linux網絡管理、Linux系統管理5個學習情境來完成對知識的系統化學習。讓學生在完成具體工作任務、工作過程中構建相關知識，融基礎知識和基本技能于一體。在教學過程中，創建真實工作環境，以完成任務為中心，整合任務需要的專業知識和專業技能，與工作崗位緊密對接，培養學生的崗位技能和職業能力，切實體現工學結合的職業教育特色。
2.2 構建任務驅動教學模式
采用“任務驅動”教學模式進行教學，教師的教和學生的學都是圍繞如何完成一個具體的任務進行的。在教學過程中，教師應該充分重視并精心設計教學情境和任務，用精心設計的任務，來激發學生的探索、思考的興趣，讓學生真正從內心產生強烈的“探索知識”的欲望，以積極探索問題、要求解決問題的心態來驅動學生的學習欲望并維持濃厚的興趣，讓學生通過完成一個個任務來實現總體的教學目標，從而形成一個系統的知識體系。
①設計并提出任務。在教學過程中，結合嵌入式操作系統課程特點，建立與當前學習主題相關的、盡可能真實的學習情景，引導學生帶著真實的任務進入學習情境，使學生的學習形象化和具有直觀性，任務的設計要注意知識點的系統性、連貫性、功能的遞進性。充分利用多媒體信息設計出具有情境的學習任務，使學生在情境中進行探索實踐，在課堂實施之前先對學生提出任務要求，然后讓他們討論、分析任務中用到的知識點、方法。
②引導學生完成任務。高職教育注重技能的培養，教師要在充分調動學生學習積極性的基礎上，積極提高學生動手操作的能力。在課堂上要采用學生自主學習的方式，以學生為主體，教師為引導。在學生接受學習任務后，給學生足夠思考空間及完成任務的時間，讓學生進行探究學習、解決問題。作為引導者的教師，只需為學生提供一些相關的線索和方法，少提示內容，這樣更有利于培養學生自主合作、探索創新的精神。
③展示、交流任務作品。教師或學生通過多種方式向全班學生展示各學生的任務作品，讓學生對任務作品進行自評，這樣可以讓學生通過對學習任務的認真分析，建立屬于自己的思維方式。然后由其他學生進行點評，發表自己的觀點和見解，這樣有利于學生在交流與點評中鍛煉自己的能力。
④教師點評任務作品
教師首先充分肯定學生的成績，并對本次任務作品進行點評，對某些問題提出個人意見，對沒有被發現的優點和問題進行補充，從提高學生能力的角度進行正確引導、提出期望，鼓勵他們繼續發揚這種探索的精神。
2.3 改革教學方法、重視教師隊伍建設
任何一種教學方法能否被成功地運用，是否促進學生的智能發展，這取決于教師的知識水平和教學才能。因此，要進行教學方法改革，首先必須提高教師的素質水平。嵌入式操作系統是一門實踐性很強的課程，應該創造條件讓教師定期到企業進行學習和培訓，了解職業的需求，鼓勵教師取得“技師”或“高級技師”職業資格證書，鼓勵企業技術人員擔任高職院校兼職教師。
在教學過程中，以教師為主導，學生為主體，實施“教、學、做、用”為一體的動態教學模式，真正轉變以課堂、教材為中心的傳統教學模式，突出學生的主體性，倡導學生主動參與、樂于探究，培養學生自主學習的能力、創新能力、分析問題和解決問題的職業能力，讓學生主動去構建知識結構、能力結構和品格結構，使學生把所學的理論、技能及時轉化為現實的職業操作能力，達到企業所需的技能要求。同時，應發揮“以賽促學，以賽促教”的作用，鼓勵學生積極參加嵌入式系統設計競賽、挑戰杯等各類創新實踐活動。在創業大賽中，對優秀團隊學生實行導師制，使學生有機會在教師的指導下完成相應的項目和作品，重點培養學生綜合分析、設計、自主研究及創新能力。
2.4 改革考核方案
嵌入式操作系統是一門綜合性和實踐性比較強的課程，用通常的機考、筆試進行考核存在一定的難度，因此考核方式應該多樣化。在考核過程中，應加大過程考核力度，把考核貫穿學習的始終，主要包括學生在課堂的表現、任務完成情況、職業能力掌握程度、試卷考核情況等，以提高能力為目標，以完成實際的任務為重點，以考促學，實施“知識、技能、素質”三位一體的考核方案。
關鍵詞：嵌入式系統； 應用型人才； 培養模式
中圖分類號：G710 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2012）03-0163-02
近幾年，嵌入式技術日漸普及，隨著“三網融合”不斷提速，3G網絡全面鋪開，對消費類電子產品市場產生了重大的沖擊，進而為嵌入式系統產業帶來更大的人才需求。嵌入式系統無疑成為當前最熱門、最有發展前途的IT應用領域之一。在未來相當長的時間內，嵌入式軟件人才將是企業爭奪的目標。
相對強大的市場需求而言，目前，嵌入式人才市場的現狀卻是企業舉著大把的鈔票卻招不來合適的人才。據權威部門統計，我國目前嵌入式人才缺口每年為60萬人左右。造成這種情況的原因很多，最重要的原因之一就是，與嵌入式技術的快速發展相比，我國大部分高等教育機構在嵌入式系統領域的培養模式和教學水平相對滯后，每年輸送到市場上的嵌入式系統人才不多。形成的現狀就是：一方面，有些高校學生畢業就面臨失業；另一方面，嵌入式企業缺乏有經驗的人才。
目前，國內高等教育機構中開設嵌入式系統教學的學校其實并不少。從教學層次上，可大致分為普通本科院校的嵌入式方向、高職院校的嵌入式專業以及與嵌入式相關的社會培訓機構。社會培訓機構面向的是有一定的計算機軟硬件專業知識、想在嵌入式開發領域進一步深造的專業技術人員，并不是一個系統完整的人才培養模式。本文主要討論普通本科院校和高職院校的嵌入式教學模式。
普通本科院校的嵌入式教學模式
國內普通本科院校在原有計算機學科的基礎上，開設與嵌入式有關的課程是水到渠成的。早在20世紀90年代末，某些重點高校就依托國家級的重點科研項目在研究生層次展開了嵌入式技術的開發與應用，其中最著名的就是Delta OS，它是電子科技大學和科銀公司聯合研制開發的全中文的嵌入式操作系統。隨著嵌入式行業的飛速發展，一些重點高校在本科層次也開始引入嵌入式有關的課程，但嵌入式教學的重點還是放在研究生層次和科研實驗室中。
國內高等院校的本科層次嵌入式方向教學模式可以總結為：在計算機類或者電子類原有教學模式的基礎上，為有志于從事嵌入式開發以及未來在更高層次上學習和工作中繼續嵌入式開發的學生進行廣泛的興趣培養。具有如下特點：（1）本科層次的嵌入式專業課程往往安排在大三，甚至大四，通常作為專業選修課出現。有些本科生在做畢業設計時才開始接觸嵌入式開發。嵌入式系統課程在本科階段多作為專業知識的拓展或研究生學習的鋪墊，更多出現在研究生培養方案或者所轄的二級學院培養方案中。（2）本科學生入學素質高，學制長，理論基礎扎實。由于學生擁有深厚的計算機或者電子技術的理論基礎，往往在接觸嵌入式開發后可以觸類旁通，學習能力和速度都非常驚人。（3）本科院校的科研實力普遍較強，以科研帶動教學，研發氛圍非常好。一些重點高校的優秀本科生在大三就可以加入到導師的科研團隊中，進行嵌入式產品的實際開發。（4）本科院校與企業合作科研的實力較強，一些重點院校與國際知名的公司有長期的合作關系。這無疑大大促進了本科層次嵌入式方向人才的培養。
高職院校的嵌入式教學模式
隨著嵌入式行業的發展，近幾年國內高職院校的嵌入式教學也以較快速度發展。其中，深圳職業技術學院計算機應用專業起步最早，發展較快。從2003年首次開設全國高職院校中的第一門嵌入式系統類課程，并創建全國高職院校中第一個嵌入式系統類實驗室“深職院－電子科大嵌入式系統技術實驗室”開始發展至今，該專業已有400名左右的嵌入式方向畢業生，其中大部分都就業于嵌入式相關行業，有些學生在企業工作兩三年后，目前已成為嵌入式專業方向項目經理以上技術人員。總結這些年來的辦學經驗，深職院嵌入式方向教學模式可概括為：以“職業崗位需求”為核心，教授緊跟當前嵌入式行業發展的核心技術，把學生培養成“能工巧匠型大學生”。現從以下幾方面具體說明。
面向工作崗位，體現核心能力的人才培養計劃 自本專業創建至今，每年5月定期舉行專業指導委員會會議，廣泛邀請業內精英企業的總裁和一線技術負責人討論、修訂當年新生的大學三年教學計劃。來自企業的聲音使得每一屆學生的培養計劃都源自就業崗位，符合工作需要。
緊跟行業技術發展潮流的課程體系 如圖1所示，按照學生未來的就業領域和崗位需求設置課程，包括：微控制器高級應用、RSIC嵌入式系統技術、WindowsCE嵌入式操作系統、Linux嵌入式操作系統、DSP技術、智能網聯網技術、嵌入式SOPC技術、嵌入式技術應用綜合實訓等。
重視學生動手能力的培養 高職院校素來重視學生動手能力的培養，學生絕大部分的學習在各種實驗（實訓）室進行，并基本保證每人一套業內實用的實驗設備。
與嵌入式知名企業緊密合作 定期舉行最新行業技術交流講座，組織學生到企業生產一線去實習參觀，合作開發科研項目等。除了前面提到的“專業指導委員會”，還大力建設相關的校外實訓基地，為學生校外實習、就業打下良好的基礎。
畢業生具備國內外認可的嵌入式行業權威認證 引進“ARM中國技術工程師”、“WinCE嵌入式系統開發”等國內外認可的權威認證，既拓寬了課堂所學知識，又提高了學生的就業競爭力。
然而，高職院校本身的一些客觀條件也影響和約束了嵌入式系統人才的素質，如學生入學基礎較差，學制較短，學歷證書對企業沒有較大的影響力等等。
應用型本科嵌入式系統人才培養模式的探討
通過對普通本科院校與高職院校在培養嵌入式系統人才的教學模式上進行仔細分析后，不難發現兩種模式均有優勢和不足。能不能取長避短，探索出一條適應市場需求的嵌入式系統人才培養模式呢？答案是肯定的。可以結合普通本科院校與高職院校嵌入式系統人才培養模式的優點，研究并探索一種學制與普通本科一樣，培養目標與高職教育相似但更高的培養模式――應用型本科嵌入式系統人才培養模式。這種模式和普通本科一樣培養四年制全日制在校大學生，在培養思想和課程體系上有以下特點。
（一）培養思想
直接為企業培養應用型人才，而不是普通本科院校所培養的應用型與研究型相結合的人才。根據企業工作崗位的需求制定人才培養方案，使得培養出來的學生掌握嵌入式行業的相關工作技能，能將學校所學直接應用到工作中，很快適應并進入工作角色。
（二）課程體系
課程體系的設置兼具實踐性和理論性，以實踐為主，兼顧理論，使學生在體系化結構的嵌入式系統知識的基礎上，能基本勝任一線的工作角色，并具備一定的專業自學能力，在未來的職業發展中更有潛力和后勁。
課程設置目標 嵌入式系統的開發是結合硬件平臺設計、系統軟件規劃、應用軟件開發等一系列環節的軟硬件綜合工程。因此，要求應用型嵌入式系統人才必須掌握軟硬件的基礎知識，具備嵌入式系統開發的相關技術能力，必須是全方面的軟硬件人才。這和普通本科院校電子專業或者計算機專業培養出來的具有一定嵌入式系統開發能力的人才有本質的區別。
計算機軟件硬件兼顧的四年制課程體系 結合課程設置的目標，學生必須具備一定的軟硬件專業基礎知識才能進入32位嵌入式系統課程的學習。在硬件方面，必須先學習數字電路、模擬電路（高低頻）和單片機原理與應用等課程；在軟件方面，要學習C/C++程序設計、匯編語言、軟件學和操作系統原理等課程。只有掌握了這些課程的內容，才能進入32位嵌入式系統課程的學習。而32位嵌入式系統本身的知識點很多，主要包括32位嵌入式芯片的結構與功能、32位嵌入式硬件體系結構、硬件平臺的電磁兼容設計、嵌入式軟件中的Bootloader引導程序、驅動程序的編制與調試技術、嵌入式實時操作系統平臺的移植與應用軟件的開發等，因此，必須全面、系統地規劃應用型嵌入式系統人才培養的四年制課程體系。
專業課程中實踐內容與理論內容的關系 雖說“實踐出真知”，可在嵌入式系統開發這一行，沒有扎實深厚的理論基礎是不行的。因此，必須處理好兩者的關系。以 “Windows CE嵌入式系統”課程為例。該課程根據嵌入式系統助理工程師工作崗位的特點，以一個具體的嵌入式公司的研發活動展開分析，并確立研發中的典型工作過程，仔細分析工作過程對嵌入式助理工程師的能力要求，完成課程的初步設計。在經過與企業兼職教師商討后，對課程設計進行調整，并整理出實用及可操作的教學內容，以項目的方式進入教學。根據PDA研發過程，將課程分為14個項目、1個課程設計完成學習過程；教學內容注重實踐與理論相結合，其實踐和理論的課時比例為42∶22；全程在專門的實訓室中進行教學，保證每個學生都能在基于IntelPXA270的嵌入式教學平臺上完成學習任務。通過課程學習，學生能較好地掌握Windows CE嵌入式系統的應用與開發方法，系統掌握Windows CE嵌入式系統驅動程序的開發及應用的相關技術。
學完一門課程，掌握一個實際項目的開發技能 在課程體系中，多加入學習時間集中、實踐動手環節為主的整周實訓課（單元課），建立以產品為實體的多種工程技術開發實訓項目以及相應的實訓室等。如在最后一個學期開設的“專業技能實訓”課程，該課程集中在2周實施，共56學時，在這2周的學習中，學生在基于IntelPXA270的嵌入式教學平臺上圍繞PDA應用項目完成內核及SDK定制、bootload、串口開發、gprs應用、gps應用等10個實用的實訓項目。通過該課程的學習，學生能較好地掌握針對PDA及相關嵌入式系統的常見應用項目的開發方法。
像專業核心課一樣，認真進行畢業實習工作 普通本科院校一般只在大四安排一個月左右的畢業實習。考慮到讓學生多些時間體驗工作崗位，體驗社會角色，從而更好地適應用人企業的需要，在大四下半學期安排更多的時間進行畢業實習，甚至可以考慮將畢業實習和畢業設計結合起來，為學生聯系或者學生自主聯系嵌入式行業公司，在適合的工作崗位上實習一個學期，使學生把握住寶貴的就業機會和實習時間。
此外，與國內外的業內知名公司合作，引入有影響力和競爭力的專業認證，作為學生的課外延伸。
應用型本科嵌入式系統人才培養模式有別于普通本科教育和高職教育，是滿足嵌入式人才培養需要，面向實際工作崗位，兼顧計算機軟硬件開發理論和方法的一種新型模式，是嵌入式系統教育從高職層次向應用型本科層次逐步轉變的一種探討和嘗試。隨著這種模式的推行和發展，相信會有更多更好的嵌入式系統人才從校園走向廣闊的就業市場。
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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.
關鍵詞： 培養模式；課程群體系；CDIO理念；實驗室開放
Key words： training model；curriculum groups；CDIO concept；laboratory opening
中圖分類號：G648.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）33-0270-02
0 引言
電子信息產業作為現代工業、戰略性新興產業的基礎性、支柱性和先導性產業，極大地促進著產業結構調整和地方發展方式的轉變。隨著陜西省近幾年的產業發展，陸陸續續有國內、國際上知名的企業落戶西安，如中興通訊研發生產基地落戶西安高新區長安通訊產業園，韓國三星電子以70億美元投資金額的存儲芯片項目落戶西安高新區。如何能抓住這樣的一個大好機遇，培養企業需求的應用型人才是信息類專業人才培養尤其值得思考的。我院在深入市場調研后，確立了“基礎夠用，加強實踐，重視素質”的人才培養模式和科學合理的課程體系，使學生在知識、能力、素質等方面得到了提高。
1 建立課程群體系，以市場為導向，建立工學結合的培養模式
通過前期大量的調研、畢業生信息追蹤及校友市場信息的反饋，專家論證，建立了以市場為導向的基于崗位能力的模塊課程體系，同時構建課程群，整合課程內容，優化課時，建立了符合我院特色的工學結合的人才培養模式。
1.1 以市場為導向，建立基于崗位能力的模塊課程體系 電子信息工程專業的課程體系如圖1所示：分為以下三大模塊。①基本職業素質模塊：主要培養學生的專業基本知識和基本素養。包括公共素質模塊課程和專業基本素質模塊課程。通過該模塊的學習可以促進學生的職業道德、科學文化素養和身心健康發展，同時學生可以獲得本專業基本的基礎理論。②工學結合、專業考證的教學模塊：通過市場深入的調研和分析，由于嵌入式方面需求量很大，因此本專業定位于嵌入式系統應用，根據自身具有嵌入式基地的優勢和企業合作設置相應課程，學生在大二、大三可以獲得嵌入式系統工程師、嵌入式系統助理工程師等證書。同時根據市場崗位需要求以及多元化培養的目標，還設置了PCB工程師模塊、電子工程師模塊、技術支持工程師模塊等教學模塊，使學生在掌握相應的專業理論的同時通過企業培訓在校期間就能獲取市場需要的專業資格證書。③企業實習、職業規劃模塊：本模塊設置了專業實習和職業規劃就業指導等課程，重視實習單位的選擇，通過1～2個月的生產實習，使學生與市場的零距離接軌。同時重視學生就業質量，設置職業生涯規劃專題講座、就業指導專題講座等使學生能更好地從自身出發，找到適合自己的工作。
1.2 整合課程內容，建立專業基礎課程群，專業課程群體系 以往課程內容的調整以課程為單位，沒有考慮到群內各課程知識間相似性的特點，不同課程在授課內容上存在顧此失彼、內容銜接不合理或重復等現象。
課程群的特點：①課程群內部課程之間的相關性，由于課程群是由許多基本教學內容相互貫通、相互融合、可以規劃綜合并形成有機整體的相關課程組成的，各門具體課程，從內容上看相互之間的內容縱向有傳承關系，橫向有內在的聯系，但又自成體系[1]。②二是綜合性，課程群建設的目的就是要通過對課程群所包含課程的知識點進行分析、刪除課程間重復的內容。再通過對內容的重新分解，形成新的理論和實驗教學體系，實現整體大于各門課程之和的目的。因此根據專業課程設置對電子信息工程相應的課程構建專業基礎課程群，專業課程群，每一個群中設立3-4門課，進行內容整合，優化。其中：1）專業基礎課程群，即電子電路課程群：包括電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子線路。通過該課程群的學習使學生掌握電子系統領域的基本理論，培養學生進行科學研究的基本素質。2）專業課程群體系：包括嵌入式系統課程群——C語言基礎、數據結構與算法、嵌入式操作系統、嵌入式系統開發。3）信息處理類課程群——信號與系統、數字信號處理、DSP技術與應用。4）信息傳輸課程群——計算機網絡、通信原理、數字電視技術。5）通過專業課程群體系的學習學生掌握專業理論，為系統設計和創新性思維打下良好的基礎。
2 改革教學方法，建立以學生為中心的教學模式
全新的課程體系需要有全新的教學方法，為了適應模塊化的課程體系，改革教學方法和手段，建立了以學生為中心的教學模式。
2.1 貫徹以學生為中心的工程應用理念 從1986年開始，美國國家科學基金會（NSF）逐年加大對工程教育研究的資助，積極推進工程教育改革；1993年歐洲國家工程聯合會啟動了名為EUR-ACE的計劃，指導歐洲的工程教育改革，以加強歐洲的競爭力。20世紀90年代末美國創立CDIO工程教育理念，麻省理工學院、瑞典皇家工學院等多所國際知名大學聯合成立跨國研究合作組織，確立了現代工程教育模式[2]。
CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。CDIO理念[3]是使學生在CDIO的全過程中不斷地在工程基礎知識、個人能力、團隊能力和工程系統能力4個方面得到全面的訓練和提高，鼓勵學生以主動的方式進行工程學習。其基于“做中學”和“基于項目開發”的工程理念為應用型人才培養具有很好的借鑒意義。
2.2 改革教學方法 樹立“以學生為中心”的工程應用新理念，采用分組討論、章節內容試講、系統設計團隊分工、答辯等一系列措施，重視學生參與教學，提高學生學習的積極性和主動性，培養了學生團隊協作、系統分析能力和表達能力。
課堂中采用“教、學”相結合的方式。教師采用內容豐富的多媒體教學，或引入網絡輔助教學（BB系統），擴大了學生的知識面。將計算機仿真軟件引入課堂，邊講邊演示，同時給學生一定的時間進行討論和問答，促進學生對理論的掌握和理解。將各類競賽和教師課題的內容引入課堂，重視學生應用能力的培養。
3 改革實踐教學，建立以學生應用能力培養為核心的實踐教學體系
3.1 改善實驗環境，擴建實驗室 2004年我院投資，建立了電分實驗室、模電實驗室、數電實驗室、高頻實驗室和通信原理實驗室，滿足了學生基本實驗的需求。隨后陸續進行設備的更新，但近一兩年明顯感覺設備老化，實驗環境急需改善。目前我院已著手整合和新建實驗室，購買全新液晶顯示器的電腦、數字示波器、更新實驗箱等，同時和一些企業共建實驗室。新的實驗環境和設備已基本可滿足學生基本實驗、綜合實驗、創新設計實驗等三個層次的教學需求。
3.2 改革實踐環節，重視課程設計、畢業設計和各類競賽 信息類專業的課程實驗有不同層次的實驗教學模式，分為基本實驗、綜合實驗、創新設計實驗。基礎實驗主要是使學生加深對課程理論的理解，提高學生的實際操作能力。綜合性和設計性實驗強調學生理論知識的綜合、設計、運用能力[4]。根據課程群體系設置，除了進行單一課程的基礎實驗外，加強了課程綜合設計的學時，即設置了電子技術課程設計、單片機應用課程設計、通信原理課程設計、電子線路綜合設計、數字信號處理課程設計等，這些課程設計需要幾門課的知識綜合運用，利用軟件仿真和實驗箱結合，使學生深入理論與實踐的結合。
重視畢業設計的質量。畢業設計以往的題目以軟件仿真的居多，難以實現市場的需要，那么真題真做便是我們下一步重點考慮的，目前純軟件的題目，例如網站設計類、管理系統設計等基本上滿足實用性，但軟硬設計的題目的實用性還有待我們進一步的研究。
加大第二課堂或科技活動，重視學生參與競賽，如電子競賽、嵌入式大賽、數學建模、英語競賽等，培養了學生系統設計、團隊合作、表達與溝通能力。
3.3 實驗室開放 學生應用型能力實現的保證就是實驗室，學生理論與實踐的有機結合，除了課堂有限的時間外，合理利用大量的課外時間就很關鍵。那么實驗室開放便為學生實踐應用能力的鍛煉提供了有效的平臺。
通過實驗室開放，學生可以隨時到實驗室進行第二課堂或科技活動的實驗，也可以自擬題目或跟教師的課題進行實驗，保證了學生應用型能力的培養。
4 加強校企合作，建立以學生就業為導向的產學結合模式
目前大多高校培養的人才與市場需求有一定的差距，如何縮小這樣的差距，以滿足學生與企業的零接軌。那么依托地區優勢和行業的優勢，完善相應地基礎實驗設備建設，建立相應的校企合作，提高學生的就業質量是很有必要的。借助明牌效應，選擇有競爭力的行業和重點企業，與他們簽訂長期辦學合同，作為學生專業實踐的基地。目前我院已建立了H3C網絡，鵬程國際，中軟國際、百度、南耕科技、大唐移動有限公司等建立了長期的合作關系。一方面企業與學院合作，無償提供先進的教學設備以及先進的技術資料并派相應的技術人員，使專業教學緊跟市場技術發展，有利于學生的高質量就業。另一方面，學校在與企業合作過程中，學生可以深入真正地生產環境，為他們日后很快適應角色轉換奠定了基礎。
5 總結
以市場為導向，采用先進的CDIO工程理念，建立相應課程群體系，改革教學方法、實踐教學，通過實驗室開放，畢業設計選題，加強校區合作等方面對信息類專業人才培養進行了研究和分析，建立了符合我院特點的應用型人才培養模式，使學生在知識、能力、素質等方面都得到了全面培養。
參考文獻：
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