嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上, 通常这些设备的硬件资源 (如处理器、存储器等) 非常有限, 并且对成本很敏感, 有时对实时响应要求很高。特别是随着消费家电的智能化, 嵌入式更具有巨大的市场潜力, 就业机会很多。
因此, 很多高校纷纷开展嵌入式系统的教学和培训工作。然而, 各教学单位的办学理念、办学条件、教师实力和学生水平良莠不齐, 所以嵌入式系统教学模式也应该因地制宜、因材施教。本文结合我校的实际情况和嵌入式系统的特点, 探讨应用型嵌入式系统课程的教学方法。
1 教学现状与矛盾
嵌入式系统是一个技术密集的交叉性、应用型学科。由于涉及知识面广、综合性强、实践性强, 并且学科发展快, 因而学习难度大, 难以形成一个简单明确的知识体系。嵌入式课程讲授难度很大, 它要求教师不仅具备一般的计算机系统的软硬件知识, 而且需要真正从事过嵌入式系统的开发实践, 才能很好的讲授该课程。
我校现采用学分制教育模式。学分制的优点自然很多, 比如更加灵活、机动和高效等等, 但是学分制也造成了大课时量课程的锐减。在这种情况下, 嵌入式系统课程通常只有31学时;然而, 嵌入式系统涉及的知识面非常广泛, 需要讲解和实践的内容较多。这样, 就形成了庞大的课程内容和偏少的课时量之间的矛盾。
2 定位教学目标和方向
嵌入式系统开发的范围和内容涉及很广, 社会上对嵌入式软件开发人才有更多的要求, 不仅要掌握经典的计算机基础理论知识如程序设计语言、程序设计思想和方法, 还要具备嵌入式系统领域特定的知识, 包括嵌入式硬件基础、软件基础、操作系统、开发工具等。要培养具备下列知识体系结构及能力的人才: (1) 软件方面:了解嵌入式系统的体系结构, 具备嵌入式操作系统基础知识, 了解嵌入式实时内核的基本原理, 掌握嵌入式操作系统内核及文件、网络、GUI。 (2) 硬件方面:具备嵌入式微处理器ARM的基本知识和编程能力, 具备嵌入式存储系统、I/O接口的基本知识和编程能力工具及技能, 熟练使用对嵌入式系统的开发、调试、测试等开发工具。 (3) 经验和能力:能在项目开发中积累一定的经验, 具有创新思维和独立分析解决问题能力。
3 课程设置与教学
3.1 理论课程设置
目前我校计算机专业学生的概念中计算机几乎就是网络、商务电子和管理信息系统, 只有很少的学生在毕业设计中接触嵌入式系统设计, 硬件知识极度缺乏。根据嵌入式系统发展迅速、知识复杂、跨学科的特点, 在分析了用人单位对嵌入式人才需求的基础上, 结合本校具体情况, 我校设置了培养实际工程应用的嵌入式系统课程体系, 注重嵌入式计算机核心知识体与相关学科的融合。主要为: (1) 嵌入式硬件课程这类课程应主要包括嵌入式微处理器结构与应用、硬件描述语言等。目前我校开设的数字逻辑与逻辑设计, 微机原理, 已经部分包含了上述课程, 其内容包括微处理器原理, 内核裁减及验证等。 (2) 嵌入式操作系统类课程:目前R T O S主要包括:W i n C E uc OS/II, Vxworks, Linux等。我校主要基于uc OS/II进行开展教学。
3.2 实验课程设置
嵌入式系统是一门实践性很强的课程, 在嵌入式系统教学中, 实验是最重要的环节之一, 学生掌握嵌入式系统设计技术的关键。我校的嵌入式系统实践教学是作为一个独立的环节单独开设的。课时数为20课时。如何在这短短的实验学时内, 让学生能够全面理解嵌入式系统, 并对嵌入式系统的开发过程有一个系统的认识, 是这门课程成败的关键。在进行实验教学时, 我们采取循序渐进的方式, 让学生重点落脚于理解分析上, 着眼于使学生系统化地理解嵌入式系统的设计过程、掌握开发工具和验证方法, 我们将实验分为基础知识和开发工具、系统设计实验两部分。其中, 基础知识和开发工具实验可以概括为:熟悉系统设计方法、熟悉一种嵌入式处理器、了解一种嵌入式操作系统、掌握一种开发工具、熟悉一种调试方法、掌握软硬件交互技术。系统设计实验主要要求学生能够利用嵌入式实验平台实现符合特定应用需要的嵌入式系统。为了达到教学目标, 我们采用目前应用最广泛的ARM7处理器, 主要让学生学会如何使用嵌入式系统的开发工具和编程语言, 以及嵌入式系统底层的设计开发方法。实验项目主要有:熟悉ARM集成开发环境与调试方法、混合编程实验, 包括ARM中的C语言调用以及在C程序中调用汇编程序、μC/OS-II移植、步进电机控制实验、LCD控制实验等。
通过这些实验, 学生对嵌入式系统的开发过程有了一个初步印象, 并且能够对实际的嵌入式系统进行分析, 提出开发思路和方案, 有了一定的系统分析能力。
4 层次化教学设想
根据培养实用性人才为主的教学目标, 可以将分层次培养的方法应用于教学中。具有以下在嵌入式开发方面的能力层次结构:
(1) 具有基本的能力, 即:明确嵌入式应用领域, 对嵌入式应用有较深入的了解和认识;了解嵌入式硬件平台, 能够阅读嵌入式底层开发程序;较熟悉嵌入式开发操作系统, 了解嵌入式操作系统体系结构;熟练掌握一门嵌入式开发语言和工具, 能够使用嵌入式开发硬件平台, 在嵌入式操作系统上进行嵌入式软件开发;熟悉嵌入式软件开发流程, 能够编写简单嵌入式程序, 毕业后, 能够作为一名嵌入式开发人员和嵌入式软件测试人员入职公司。
(2) 能力提高层次, 熟悉掌握嵌入式开发环境和嵌入式语言, 能够编写简单底层驱动程序;掌握嵌入式开发流程, 对嵌入式开发各个环节有深入的研究, 毕业后, 能够作为核心成员直接参与嵌入式软件开发。
(3) 专业层次, 掌握嵌入式开发环境和开发流程, 能够直接参与大型嵌入式项目开发以及独立开发小型嵌入式项目;毕业后, 能够作为公司嵌入式核心成员, 独当一面, 进行项目开发。
5 结语
在嵌入式系统教学的实践中, 应遵循教学方式灵活多变, 遵循学生认知的客观规律, 由简单到复杂, 循序渐进, 极大地提高和引导学生主动学习的积极性。不仅仅是对嵌入式系统课程知识的掌握, 而是培养学生的整体素质, 强调人的主观能动性, 强调合作与创新意识。只有这样, 才能培养出社会所需的高素质嵌入式技术人才。
摘要：结合教学中的实际情况, 分析了嵌入式系统教学的特点和现状, 针对嵌入式人才培养方面的矛盾, 从课程教学体系和实验教学体系等方面探讨了应用型嵌入式系统教学模式, 提出了层次法教学的设想。
关键词：嵌入式系统,课程设置,层次法教学
参考文献
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