序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇嵌入式課程總結范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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1.引言

目前，國內開設有關嵌入式系統課程的獨立學院極少，培養出的基于Linux平臺上的嵌入式軟件開發人員更是鳳毛麟角。所以，注重應用能力培養的獨立院校，特別是有計算機、電子技術等相關專業的工科獨立院校，應該盡早引入嵌入式系統的教育，結合自己專業特點，大力開展嵌入式系統的教學工作。

2.嵌入式系統簡介

嵌入式系統一般指非PC系統，而是指小型、專用的計算機系統。它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起，應用程序控制著系統的運作和行為；操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。

3.國內嵌入式系統教學的現狀

國內教育界將嵌入式系統的教學大致分為三類：軟件學院專業嵌入式教學；計算機專業嵌入式教學；電子、自動化等相關專業嵌入式教學，對于嵌入式系統的教學研討從嵌入式課程體系的設置、嵌入式理論教學的開展、嵌入式實驗教學的開展、嵌入式綜合設計與學生工程實訓等幾方面展開。

4.嵌入式系統教學模式的探討

綜觀國內外，長期以來都沒有專門針對嵌入式系統專業的學科設置，從事該領域的研發人員都來自不同專業背景，例如自控、電子工程、通信工程、計算機應用等專業。由于知識結構不能完全滿足嵌入式系統工程的要求，需要經過較長的再培訓才能勝任嵌入式系統工程師的工作。嵌入式系統教育給傳統計算機、電子信息工程教育帶來了巨大的沖擊和挑戰，也帶來了歷史的發展機遇。嵌入式系統工程（ESE）是一個全新的專業，需要企業和社會的認知過程，課程體系需要經歷設計、發展、完善的過程。

通過與國內其他高校的專家的探討與學習，結合西部高校普遍存在的資金非常缺乏，實驗條件的局限，以及電子信息工程專業學生的特點，我們積累和總結出關于嵌入式系統教育教學模式的一些想法，列舉如下：

4.1 建立一套適合學校特點的課程體系

嵌入式課程是近幾年來建立的一門新課程，有它自身的特點、規律。嵌入式的課牽扯面很廣，包括研究生的課程、本科生的課程、技能課程的培訓等。由于該課程與實際結合得非常緊密，容易教成短期培訓，而作為一門課程要有自己的規律，不要把這個課程做成嵌入式系統教學的技能培訓，要結合獨立學院的自身培養目標特點制定出相應的教學計劃以及實施方案。例如在我校，針對電子信息工程專業，目前師資力量等都不能滿足直接建立一個嵌入式系統的專業，設想把嵌入式系統設定為電子信息工程專業本科主修方向，在低年級時開設相關的專業選修課，讓有意于此方向的學生打好基礎，在本科高年級進一步學習。作為電子信息工程專業，在教學中一定不能光注重應用，也要將清楚計算機本身的規律在什么地方，為什么發展嵌入式，有什么原理進行探討，從而建立一套適合我們特點的課程體系。

4.2 課程應該分層次

嵌入式系統教學的層面應不同，有研究生、本科生高年級、重點大學、普通大學、獨立學院等的分別，在授課時有所區別。在本學院推行這門課，考慮到針對的是電子信息工程專業，和其他學院的側重點是不同的，但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，在教材的選定上應該包括有關嵌入式處理器、操作系統（linux或ubantu）、開發平臺和應用，重點學習原理及相關應用。

4.3 主動去獲得更多的支持

由于學校在技術、經驗、資金等方面有很多的困難，所以應該主動尋求以獲得更多的幫助，例如主動跟國內外相關公司索取資料、設備，要求一些技術支持等，積極組織教師參加全國范圍的各種嵌入式系統教學研討會、及到各知名企業進修，讓教師深入了解技術發展。

4.4 可利用仿真軟件、書籍內容輔助實驗教學

如果讓理論知識能讓學生達到所見即所得是本課程教學的重點和難點，由于資金的缺乏，現成的實驗板很昂貴，應采用仿真和實驗相結合的方法，一部分學生在SkyEye、microwindows仿真環境下做實驗，一部分學生在實驗板上面做實驗，在實驗之后再一起互相討論。

4.5 利用互聯網進行教學交流

由于教師對嵌入式系統課程不熟悉，在教學中要自己一邊學習一邊講課，應該充分利用極其豐富的網絡資源，例如教學課件及背景資料都可以從網站上下載，教師和學生均可通過論壇交流。

4.6 全國高校大學生電子競賽及行業相關競賽

通過組織學生參加全國高校大學生電子競賽來深入了解和學習嵌入式系統。雖現在的電子競賽還沒有直接用到嵌入式系統，但是我們必須現在開始在思想上有所改變，主要是使學生多搞創新想法，而不僅僅是產品創新。

5.結語

嵌入式系統工程是一個全新的專業，目前的關鍵是怎樣與現有專業學科融合，以及怎樣進行現有課程體系的改革和調整。我國在嵌入式系統教育方面起步較早的是北京大學軟件與微電子學院的嵌入式系統系，他們已經形成了較為完善的課程體系、專業水平較高的師資隊伍和與國際技術接軌的嵌入式系統工程實踐環境，目前，嵌入式系統系在我院本科生達到480人。獨立學院由于很多因素的制約在教育上也比較落后，但已經積極行動起來，投身到嵌入式系統教育中去，為我國嵌入式系統的發展輸送更多的優秀人才。

參考文獻

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[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A

一、引言

在上個世紀七十年代前后，出現了嵌入式系統的概念，當時，還沒有出現操作系統（OS），僅有監控系統及匯編語言，隨著計算機技術的發展及應用需求，將OS引入了嵌入式系統，嵌入式的編程以C語言為主，并有了強大的嵌入式開發平臺。我國嵌入式軟件應用規模為世界第三，在中國軟件前10家企業中，嵌入式軟件產品生產企業占了6家。數字化、智能化、網絡化的趨勢將使傳統設備逐漸轉變為嵌入式設備，因此嵌入式軟件對改造和提升傳統產業有重大作用。 中國工程院院士倪光南強調，我國IT行業應大力發展嵌入式軟件，提升我國IT產業的核心競爭力。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，其軟硬件可配置，對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格約束的一種專用系統。所使用的計算機為嵌入式計算機。嵌入式系統一般可由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統及應用程序四部分組成，嵌入式系統一般嵌入到應用系統中[1]。

廣義而言，可將計算機技術作為一種技術，嵌入到應用系統中，計算機技術又經常是一種核心技術。對一般用戶而言，嵌入式系統是透明的。

對于處于高速發展時期的嵌入式技術及物聯網技術時代，嵌入式系列課程的教學也在各大院校中開展起來。要設置適應社會需求的嵌入式技術人才，在設置嵌入式系列課程時，需要解決以下問題：

1.課程體系設置

嵌入式課程目前開展最多的還是在研究生階段，但隨著嵌入式市場需求的增加，一些高校在本科階段開始設置嵌入式方向體系課程。那么怎樣設置適合本科在校生學習的課程是現在亟需解決的問題。

2.實驗教學環節設置

嵌入式技術對學生動手能力要求很高，而且嵌入式系統是軟硬件結合的產物，對學生能力要求很高，既要會硬件設計又要會軟件設計。

二、嵌入式系統基本結構

1.嵌入式處理器

（1）嵌入式微處理器：對應通用計算機CPU。

（2）嵌入式微控制器：對應用單片計算機。

（3）嵌入式DSP：應用于數字信號處理，數字濾波，FFT譜分析，圖象處理等領域。

2.微內核結構

微內核結構是指僅提供基本的功能，任務調度，通信及同步，內存管理，對外管理等。嵌入式系統一般配有操作系統。OS分為內核層與應用層兩個層次。內核僅提供基本功能，建立及管理進程，I/O、文件系統由應用層完成。其它屬于應用組件，如網絡功能，文件系統，GUI等，工作在用戶，系統可裁剪，即用戶可選擇需要的組件。

3.任務調度

在嵌入式系統中，任務即線程，大多數嵌入式OS支持多任務。

多任務運行是指靠CPU在多個任務之間切換、調度，每個任務有優先級。不同任務的優先級不同，調度方式可分為三種方式：

（1）不可搶占式調度：一旦某個任務獲得CPU，就獨占CPU，除非某種原因（任務完成、等待資源），它才放棄CPU。

（2）可搶占式調度：基于任務優先級，當前運行的任務，隨時可讓位于優先級更高的處于就緒態的任務。

（3）時間片輪轉調度：當兩個以上的任務，優先級相同，一個進程在用完自已的時間片，就將cpu讓位于同優先級的另一個進程。

嵌入式系統大多數OS采用優先級不同時用搶占式和優先級相同時間片輪轉調度法。

4.硬實時系統與軟實時系統

一般嵌入式系統對時間要求較高，即要求在較短的時間內，對提交的任務作出響應，稱之為實時系統（μS級）。

硬實時系統對響應時間有嚴格要求，軟實時系統可在較寬時間范圍內完成。

5.內存管理

用MMU，使用虛擬存儲器概念，大多數嵌入式系統MMU，從而采用實地址管理模式，這樣，存儲保護技術也相應降低。然而，隨著嵌入式技術的發展及需求的牽引，近來不少嵌入式系統中也在加強存儲管理，引入虛擬存儲器概念，引入MMU，同時也在加強存儲保護。

6.內核加載方式

OS內核既可在FLASH中運行，也可在片內RAM中運行，一般而言，在片內RAM中運行，可獲得更快的速度，但RAM是易失性的，故無論內核還是應用程序，都應放在FLASH中，以免揮發。故在實際加載時，就存在兩種方式，一是在FLASH中直接運行；另一是運行在@FLASH中的加載程序，將內核裝入片內RAM，然后再運行裝入RAM的內核。

7.嵌入式系統開發的有關技術

嵌入式系統的開發技術，比一般在Windows下開發要復雜一些，它與硬件平臺有關。

開發平臺分為宿主機與目標機。

（1）宿主機（一般用通用PC機）：主要功能是編譯、鏈接、定址，還進行調試期間的運行控制。

目標機（硬件平臺-目標板）：運行嵌入式軟件。

第一過程：用交叉編譯器。所謂交叉，是在一個計算機平臺，為另一個計算機平臺產生代碼的編譯器。

第二過程：鏈接，將所有目標程序鏈接為一個目標文件。

第三過程：定址，將目標文件分配到物理存儲器的相應地址。

這一過程與目標機硬件結構有關，即與各存儲器的起始地址有關。

（2）宿主機的調試功能

宿主機的第二個功能為支持調試目標機上的應用程序。應用交叉調試器，采用宿主機與目標機聯合調試。首先下載，將宿主機中的內核及應用程序下載至目標板；然后，分別對目標板源碼級、匯編級進行調試。

目標監控器是對目標機上的應用程序進行控制的，它事先被固化在FLASH中，宿主機與目標監控器相聯接，完成調試控制過程，其步驟為：下載程序至目標板，控制其運行，并隨時檢測返回狀態[2]。

三、嵌入式系統課程設計

嵌入式技術在中國的發展已經有十幾年的歷史，根據嵌入式系統基本結構，其涵蓋的課程非常廣泛，有《嵌入式操作系統》、《嵌入式系統及其應用》、《嵌入式組件設計》，《嵌入式Linux設計》等，目前這些課程基本是各大院校電子類相關專業的必修或選修課程。通過這些課程的學習，使學生能夠獨立完成嵌入式系統的硬件系統設計和軟件設計。

《嵌入式操作系統》主要介紹實時內核原理、多個常用OS（UCOS、UCLinux、WIN CE、VXWorks、Nucleus）的比較、實時時效的分析與提高、實時OS的設計方案。

《嵌入式軟件設計》主要結合匯編、C（C++）、JAVA等語言的嵌入式實現精華，體現實時OS的移植，低、高級語言的集成應用。

《嵌入式系統及其應用》講解嵌入式系統的定義、發展、分類、組成、特點、開發調試方法、嵌入式處理器等概念性的介紹，幫助建立系統的概念和特征，完成應用層編程。

《嵌入式Linux設計》涉及嵌入式Linux驅動程序的設計，包括I/O口、CAN總線、觸摸屏、IIC、PS/2、異步串口、音頻、顯示、USB、以太網及Flash的使用及驅動程序的編寫。在ARM Linux的中斷處理、BootLoader和內核上電啟動過程。

為了更好的體現嵌入式門課的實用性，在課程之后配有一個為期兩周的課程設計《嵌入式系統及應用課程設計》。在前面實踐能力基礎上，面向某一領域的應用，以嵌入式系統基礎設計實現相應功能系統。提高了學生的實際動手能力與綜合能力。學生要將嵌入式操作系統移植到智能手機中，并在此基礎上進行二次開發，完善智能手機的功能。包括電話簿、記事本、日程、計算器、日歷和時間顯示、游戲軟件（包括俄羅斯方塊、五子棋、拼圖、高爾夫球、沙壺球等）、音頻功能（包括播放MP3等歌曲）、手機攝像頭以及手機通訊功能（包括GPS通訊、GPRS通訊、紅外通訊、藍牙無線通訊等）。我校電子信息科學與技術專業嵌入式方向自2002年創建至今，已有六屆畢業生。由于創建之初嵌入式還是個新興的技術，所以無論從課程內容設置、教學順序設置以及教學環節的配合都很不成熟，師資和實驗設備嚴重短缺。但在不斷探索和調整中我們總結出一套嵌入式課程體系建設的方案，科學合理設置教學內容、從實際出發調整教學順序、各教學環節相互配合。

由于嵌入式相關課程涉及的范圍甚廣，尤其隨著現在物聯網及許多新技術的興起，針對嵌入式課程體系的建設，包括教學內容的體系化建設和教學環節的體系化建設，是教學過程中需要解決的問題，需要提出相應的解決方案[3]。

由于嵌入式系統面向應用的主要特點，在課程設置別強調培養學生動手實踐的能力。以教師科研環境和專業實驗室為基地，開展課外學習方式培養學生的綜合實踐能力；知識講解與主流嵌入式系統實例結合，搞好課程教材體系的配套建設；配有課程設計，加強學時在工程設計方面的能力；多位教師授課，充分發揮每位教師優勢，使新技術能貫穿在教學中；與學生實際相結合，對學生畢業找工作和再學習有很大幫助；設計了多種等級實驗，學生通過循序漸進設計能提高綜合設計實驗能力。

基于嵌入式系列課程的教學改革與探索能解決好課程間的聯系、銜接問題。從理論教學、實驗教學到課程設計、畢業設計統籌安排，形成一個整體，使學生的學習層次化、階梯化。建立嵌入式實驗平臺，提高學生參加相關競賽的積極性，培養學生對嵌入式相關課程的學習興趣，促進學生自學能力和解決問題能力的提高，突出學生的能力建設、知識探究和人格養成。

四、嵌入式系統研究方向

嵌入式系統有著廣泛的市場前景。市場需求方面：中國具有世界最大嵌入式技術市場。手持儀器設備、信息家電、城市建設、工業控制、軍事應用等，嵌入式技術無處不在。企業人才需求方面：軟硬件設計人才，應用開發人才，綜合性人才，培訓增加，工資待遇逐漸上升。技術發展趨勢要求方面：8位單片機到16位單片機主要用于不需要操作系統的只需要處理簡單任務的控制系統，但現在的手機、智能家居等系統已經不能滿足于簡單的控制了，多個任務并發出現時，需要具有實時操作系統的32位嵌入式微控制器的解決。圖1概況了現在嵌入式系統的主要研究方向。

圖1 嵌入式系統研究方向

五、總結

未來幾年，市場對嵌入式人才尤其是嵌入式Linux人才的需求旺盛。而目前熟練的嵌入式Linux應用人才只有幾千名。這意味著各大跨國公司及國內消費類電子巨頭企業都面臨著人才嚴重短缺的挑戰。所以設置好嵌入式系列課程，培養出優秀的具有嵌入式技術人才是迫在眉睫的事情，希望我們的努力能對我國嵌入式市場帶來新的生機與活力。

基金項目：本文系“北京市教委科技發展計劃面上項目”（項目編號：KM201110772018）的研究成果。

[參考文獻]

[1]李金芳.嵌入式教學的案例分析與分享[C].圖書館聯盟建設與發展，2012-10-01

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【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）03-0235-01

一、我校嵌入式系統專業的立足點以及嵌入式行業發展現狀

近年來，我國嵌入式系統應用產品日益豐富，市場呈現快速增長趨勢，尤其在家電、汽車、通信、網絡、監控、工業自動化等領域應用更加廣泛。全國范圍內對嵌入式人才需求量非常大，因此全國很多高校、職業技術學院和培訓機構紛紛開展了嵌入式系統的教學和培訓，我校立足東莞松山湖高科技產業園，而東莞松山湖科技產業園正在以信息家電、汽車電子、裝備控制為切入點努力來打造國家級開發和應用嵌入式系統的產業基地，因此我校在建校之初就在電子工程系開設嵌入式系統類課程。

二、我校目前嵌入式教學的現狀

我校開展嵌入式系統教學已經有兩年了，所遇到的問題有很多，主要有：

1.電子專業主修課程較多，嵌入式系統課程學時不夠。

學習嵌入式系統必修首先具有單片機的相關基礎知識，在硬件方面必須先學習模數電，和單片機原理與應用等課程，在軟件方面要學習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，才能進入嵌入式系統課程的學習，高職、高專院校的學制一般只有3年，而真正學習的時間只有2年半左右，學生學習這些課程的時間將非常緊張。嵌入式系統這門課又強調動手能力，需要很多實驗以及實訓來補充才能學得好，這樣一來就更加導致嵌入式系統的學時更加不夠。

2.嵌入式系統課程難度大。

嵌入式系統本身的知識點很多，比51單片機所需要的知識點更多，而且也更抽象，學習難度上比較大，主要包括嵌入式硬件平臺的設計和嵌入式軟件平臺的設計，而軟件平臺就包括Boot loader引導程序、驅動程序的編寫、操作系統的移植以及應用軟件的開發等，學習起來難度很大，這些知識如果在沒有操作系統知識的基礎的情況下，難度更大。

3.高職學生學習能力相對較弱。

我校的學生都是高考第三批次錄取的。相對本科而言，高職院校學生的學習能力與基礎要相對薄弱，接受能力也相對較差，學習嵌入式系統課程，學生遇到的困難會更大。高職院校的學生普遍都有一種自卑心理，再加上電子專業的知識邏輯性較強，如果沒學好前一門課程，對后一門課程的影響較大，學生往往越往后越沒信心，而嵌入式系統課程又是一門非常綜合的課程，學生越來越沒信心學好嵌入式系課程。

4.缺少合適的教材。

目前很多教材都是以前本科院校教材的縮減，沒有體現高職教育的課程特點，嵌入式技術又發展得很迅速，教材跟不上變化，具體來說就是沒有符合我們具體實際情況的教材。

三、教學方法改革

根據我校目前的情況，結合自身從事嵌入式教學的經驗，我認為可以在開設嵌入式課程時采取以下措施：

1.以競賽促進教學。

我校每年都會派出代表隊參加廣東省大學生電子設計競賽，以及全國電子設計競賽，這些競賽的題目都很新穎，很多都用到嵌入式系統的相關知識，學生參與其中也學到很多項目化的經驗。我們每年都會在參賽的題目當中拿出一道放到我們嵌入式系統的實訓當中，以競賽的方式來促進教學，讓學生親自動手去去實踐，提高能力。

2.采用項目化教學法。

在傳統的嵌入式課程教學過程中，教學內容遵照教學大綱，力求給學生樹立一個整體和全面的嵌入式系統的知識體系。這種教學方法能夠保證學生在學習嵌入式系統課程過程中所掌握的知識是一個前后連貫、相互聯系的有機整體。但是這種方法學生產生不了興趣，一旦中間某個環節脫節了，后面內容要繼續下去就困難了。基于此我認為采用項目化的教學方法適合學生，首先，項目化教學能夠充分調動學生的學習積極性，讓他們自己去學，自己去查資料，不是老師逼他們去學，改變傳統的教授式方法；第二，把每年電子設計競賽的幾個題目拿來給他們做為一個項目，讓他們能夠學以致用。

3.用andriod系統作為例子來講解嵌入式操作系統。

目前流行的智能觸屏手機都是基于谷歌的andriod操作系統，而andriod系統的內核又是linux，學生都對andriod系統很感興趣，可以把這個作為切入點，首先教會大家怎么刷機（重裝手機系統），讓學生首先能夠接觸到嵌入式系統，這個過程學生就會對嵌入式系統有個框架性的認識，然后再層層剖析，慢慢深入下去講linux系統，這樣一來就避免了直接講授復雜的嵌入式系統，這樣就會激發學生的學習興趣，同時跟實際也聯系緊密。

4.利用現有教學平臺出版適合學生的講義。

每所學校的條件都各不相同，學生的情況也不盡相同，從各大出版社選的教材都是比較寬泛的教材，每年選的教材跟我們的實際情況還是有些差距，比如，實驗室所用配套試驗箱跟教材所選用的例子以及實驗關系不大，做實驗時必須要重新編排重新寫程序，這樣就造成了教材跟實驗實訓脫節的情況，費時又費力，所以要根據學校的實際情況以及學生的接受能力來編寫適合自己的教材或者講義，這其中項目化教材是最好的。

四、總結

目前我校的嵌入式系統的實踐教學才剛剛起步， 在實際教學工作中還存在著許多不足， 一些實踐教學方法的教學效果還需要時間來驗證， 同時還將有許多新的教學手段需要我們進一步的探討和研究。因此， 在高校嵌入式系統實踐教學方面迫切需要建立起能夠追隨時代步伐的嵌入式系統實踐教學體系， 才能夠培養出真正適應社會的嵌入式系統人才。

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中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0186-02

一、引言

隨著高校培養應用型、復合型人才需求的提出[1]，高校在課程設置、教學模式等方面進行了改革。《嵌入式系統安全》課程實踐性較強，而傳統教學方法只注重講述理論模型，缺乏創新，加之學生水平參差不齊，導致課程授課目標無法很好完成。為此，探索新的教學培養模式勢在必行。

二、目標

嵌入式系統安全課程內容涵蓋了安全體系結構/協議、認證技術、病毒與惡意代碼、網絡入侵、入侵檢測與防火墻、嵌入式系統安全等內容。課程順應嵌入式系統與移動互聯網的發展，快速建立對嵌入式移動互聯網安全的全貌概覽。學生通過學習，能夠了解嵌入式系統與網絡安全的基本知識和掌握具體應對辦法，獨立學習與初步設計嵌入式系統安全方案，為今后應用嵌入式系統或從事移動互聯網安全管理打下良好基礎。為了鼓勵學生獨立思考、培養創新思維，在授課過程中，筆者根據案例教學法的特點，照顧到課程綜合性和實踐性強的特點，逐步采取“案例導向教學+實際的案例分析+實踐操作”的方式實施教學，提高學生學習興趣，取得了良好的教學效果。

三、方法設計

案例教學（CaseTeachingMethod）是由美國哈佛法學院前院長C.C.Langdell于1870年首創[2]，后經哈佛企管研究所所長W.B.Doham推廣，被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。案例教學法對提高人才培養質量具有深遠意義[3]。應用到本課程中，在每個技術專題的講解過程中，采用“知識點鋪墊+案例導向教學+實際的案例分析+小組討論+實踐操作+小組實訓總結”的教學模式展開試點教學。

四、實施方案

在實際授課過程中，結合案例教學法和課程實際特點，筆者采用如圖1所示的教學模式展開教學。如在講解網絡攻擊技術專題時，首先鋪墊知識點。網絡攻擊分為三個階段：預攻擊、攻擊、后攻擊階段。預攻擊階段要收集目標網絡、目標主機的信息。如，獲取網絡拓撲結構、主機操作系統類別、開放端口和服務情況等。有了基礎知識的鋪墊，必須輔以實際案例。因此，課堂中為學生演示信息收集過程。通過網絡命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或網絡登錄截取banner信息等，推斷目標網絡和目標主機的基本信息。這些都是學生日常使用網絡和計算機中常接觸的命令和操作過程，但沒有理論知識的鋪墊，很少有人能夠聯想到這類操作可幫助黑客獲取到如此重要的敏感信息。完成了上述內容，學生的學習積極性已被調動起來，接下來進行具體的案例分析。課堂中演示用實際工具，如端口掃描、漏洞掃描軟件，獲得目標主機的系統漏洞和開放端口/服務情況。通過案例解析，讓學生從理論了解到實際操作，有了直觀、具體的認識。在小組討論階段，老師可提出問題：“上述掃描工具的實施原理是什么？能否借助于之前學習過的網絡知識、編程知識，自己設計實現一個類似的軟件工具？”鑒于課堂授課時間有限，接下來的“小組討論”和“實踐操作”階段留在課后完成。但教師需為學生進行小組劃分，并給出具體任務。在“小組討論”和“實踐操作”階段，教師不再是課程知識的傳授者，轉而充當指導者的角色，幫助學生完成任務。之后，要求學生在課堂上進行“小組實訓總結”，通常是以“作品展示+演說答辯”的形式進行。

五、評價準則

課程授課模式發生了變化，相應地，課程教學效果的評價準則也要做出適當調整。筆者在教學過程中，通過實踐，總結出了一套新的綜合評價指標。如圖2所示。由于課程特點，授課內容是以專題展開的，教學過程圍繞項目進行，所以評價標準也以項目為單位。評價表的評分標準分為過程評價和結果評價兩部分。每個部分都充分考慮“案例分析、團隊合作、新知識點理解、辯論/答辯”等階段的學生表現，在評分過程中，教師評分和同學評分的比例也有所調整。該評價準則，涵蓋了教學過程的各個階段，充分尊重教師和學生的評價結果，能夠合理、準確地反映出學生的學習情況和學習效果。

篇（5）

20世紀末，隨著計算機技術、集成電路技術和智能控制技術的發展，單片級嵌入式系統迅速發展，企業對嵌入式開發人員的需求量極大，因此嵌入式系統課程在高校設置勢在必行。同時，由于近年來物聯網產業的發展，嵌入式系統更是備受關注。而嵌入式系統良好的發展潛力和發展機遇也預示著對相關技術人才的巨大需求。但由于嵌入式系統涉及的相關知識多、硬件和軟件結合緊密等特點，嵌入式系統的開發難度很大，培養這樣的人才對高校也是個挑戰。

嵌入式系統以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。本文針對學校的教學現狀，總結目前通信工程專業的嵌入式系統課程教學的變化特點，依據課程培養方案，從課程的預備課程體系、教學內容規劃和設置等方面入手，討論課程的整體系統建設的內容。

一、我院嵌入式課程教學的特點

2007年電子、通信工程專業在全院率先開設了嵌入式系統課程，并將其定為電子信息類專業的一門重要的專業技術課程，同年引進了適合教學使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式實驗開發平臺（基于ARM7架構的Samsung 3C44B0x和ARM9架構Samsung3C2410x嵌入式芯片，實時、開放源碼的多操作系統μC/OS-II、μCLinux和Linux）。經過幾年的教學實踐，課程的培養計劃也隨著課程的教學要求和學校“技術立校，應用為本”的辦學指導方針做了一定的調整，以培養21世紀電子信息類高水平技術人才為目的，將嵌入式開發與應用課程建設成為我院具有特色的專業課程。在教學實踐中發現存在一定的問題。

（1）課程的體系規劃不斷變化

自嵌入式系統課程開課以來，課程的培養計劃也在不斷的變化中，以適應專業的培養目標和學校人才培養的需求。幾經調整之后，課程的設置基本穩定。因為典型的軟硬件結合的特點，課程的設置主要從理論和實踐兩方面考慮，理論內容安排48課時3學分的內容，實踐內容安排了32課時1學分的實驗，這些是必修的嵌入式教學內容。此外，還可以在學生科創項目和畢業設計中加入相應的選修實踐內容。課程具體內容規劃如圖1所示。

圖1 課程體系規劃

教學課時調整的同時，教學內容和教學方法也在不斷的變化和改進，以適應教學目標的實現。

（2）課程實踐內容設置不合理

開發與應用課程典型的特點就是實踐性強，如何讓學生在掌握理論的基礎上形成實踐能力，是該類課程的教學難點，并且要做到和專業培養結合。主要考慮的就是實驗教學內容如何設置，才能和理論有機結合，達到培養目標。

二、課程系統的建設內容

1.建立合理的預備課程體系

嵌入式系統課程內容涉及廣泛，系統性和綜合性強，嵌入式系統本身就是一個包含軟件和硬件的完整微型計算機系統。因此，嵌入式系統的原理和應用技術不是一兩門課程就能講授的，首先需要建立一個合理的嵌入式系統課程預備知識體系的教學來支撐嵌入式系統教學。

結合嵌入式系統的教學要求，需要有兩部分的預備知識儲備。一是硬件部分需要模擬電路、數字電路、計算機系統結構和微機原理課程的支持；二是軟件部分需要C語言、匯編語言、數據結構和操作系統的課程支持。這些課程不是為了嵌入式系統而重復開設的，而是結合嵌入式系統重新調整和優化，以便于嵌入式系統的課程學習。

2.根據專業培養目標設置課程教學內容

嵌入式系統課程目前已經是各大工科高校必不可少的課程。課程教學的培養目標有兩方面：一是學生通過課程的學習能夠了解嵌入式系統的基本原理，熟悉嵌入式系統開發的整體概貌，掌握某種嵌入式系統開發環境的搭建方法，熟悉嵌入式系統開發的完整流程。這一部分是嵌入式教學的基本要求目標。二是在專業知識背景下能夠完成一個相對完整的小型應用系統的開發，為畢業后求職或創業提供一定的基礎。

針對專業培養目標與課程的性質，教學內容的設置主要分為兩部分：理論和實踐，這兩部分應該相輔相成，實踐內容幫助理論內容的理解，并且理論可在實踐中得到驗證和發展。如何設置兩者的內容就成了教學過程中的關鍵問題。

（1）理論教學環節

嵌入式系統內容多而泛，需要理論教學內容與實踐環境一致，才能使教學達到目標要求。依據實驗環境的配備以及與嵌入式主流技術一致的原則，確定理論教學環節一是掌握ARM嵌入式處理器的體系結構，匯編指令集以及在ARM體系下的嵌入式編程，使學生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式處理器的硬件開發平臺，硬件接口開發；二是Linux嵌入式操作系統，嵌入式軟件設計，以及Linux嵌入式系統開發舉例；三、系統設計過程中電磁兼容特性的影響和改善的措施。

（2）實踐教學環節

實踐教學的內容設置不僅要做到對理論教學的支持，還需要能夠調動學生的主動意識，更好的幫助教學目標的實現，同時兼顧學生的特點和專業方向，達到“由淺入深，由簡單到復雜”的多層次實踐教學內容。

首先是實驗課程教學，內容依照對比驗證、設計擴展和綜合應用三個層次來設置，這是實踐課程的必修環節。對比驗證實踐內容主要根據實驗室的標準配置，掌握嵌入式系統的基本結構、編程方法和開發環境的使用等內容。設計擴展實踐內容和項目指實驗環境有擴展的空間，給學生發揮的空間。鍛煉學生獨立思考，獨立解決問題的能力。綜合應用實踐內容隨著理論知識的積累和基礎實踐的鍛煉，實踐內容應該以綜合性、系統級的為主，目的是鍛煉學生綜合運用知識的能力。

其次是可以通過科創、競賽或畢業設計等實踐環節，此為選修環節，針對基礎好的同學可以在通信專業方向上設置實踐內容，在這個階段，應該在工程和企業層面來要求學生，要引入設計說明書、設計流程圖、開發進度表、軟件工程控制文檔和測試報告等概念。

嵌入式系統課程體系的建立要從專業的培養目標出發，結合學校資源，建立符合相關專業培養方向的課程體系，以及適當的應用環境，體現課程的綜合性，經過幾屆學生的教學活動，該課程體系可以基本達到培養目標的要求。但由于師資和實驗設備等的局限，我們的課程體系還存在很多的不足，今后需要在師資培養和實驗環境上加大重視，將課程體系不斷完善，培養出有開發能力的嵌入式人才。

基金項目：嵌入式開發與應用課程建設（2012KCJS-11）；上海電機學院校級重點課程建設項目。

篇（6）

作者簡介：張曉東（1980-），男，山東青島人，河南工業大學電氣工程學院，講師；孫麗君（1968-），女，河南鄭州人，河南工業大學電氣工程學院，教授。（河南 鄭州 450001）

基金項目：本文系河南省高等教育教學改革研究項目（項目編號：2012SJGLX151）、河南省教育科學“十二五”規劃實驗課題“基于開放實驗室的嵌入式系統教學改革與實踐”（課題編號：[2011]-JKGHAC-0150）、河南工業大學高等教育研究項目（項目編號：2012一般項目-15）、河南省“自動化”特色專業項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）08-0035-02

進入21世紀以來，隨著信息技術特別是嵌入式技術的快速發展，嵌入式系統已經廣泛滲入到工業測控儀表、軍事技術、汽車電子、醫療儀器、無線通信、智能家居以及消費電子產品等眾多重要行業，成為“后PC時代”最有前景的研究熱點之一。[1]作為一種新興的技術領域，嵌入式技術融合了傳統的計算機軟、硬件技術以及通信、半導體和微電子技術，屬于多種學科交叉的綜合性學科。由于嵌入式產品市場的蓬勃發展以及嵌入式技術的廣泛應用，嵌入式系統軟、硬件開發工程師等技術人員在就業市場上較為緊缺，社會對嵌入式相關技術人才有迫切需求。[2，3]因此，嵌入式系統正逐漸成為國內相關高校的重點開設課程，高校嵌入式相關人才的培養方案還是一個較為新穎的重要的研究課題。

嵌入式系統設計技術已經成為電子信息類工程技術人員必備的專業知識和技能。不同領域嵌入式產品的應用特點不盡相同，高校不同學科、專業的嵌入式教學內容也應該各有側重。河南工業大學電氣工程學院自2007年開始面向自動化、電氣工程及其自動化等多個專業的本科生開設了“嵌入式系統設計”等專業選修課程。運行六年以來，作為省級和地廳級多個教改課題的支持項目，學院在嵌入式系統系列課程的教學研究方面進行了教學實踐與深入探索，獲得了一些有益經驗。

一、課程體系的目標與定位

“嵌入式系統設計”課程是河南工業大學電氣工程學院面向自動化等專業開設的結合ARM體系結構、ARM應用系統設計、實時操作系統、驅動程序設計、SOPC技術、嵌入式數據庫等嵌入式軟、硬件技術的重要任選課程。[4]該課程旨在使學生掌握嵌入式系統軟、硬件的基本原理，實踐嵌入式系統項目開發的基本流程。重點培養能夠解決嵌入式系統領域具體應用問題且具備的分析、設計、調試、運行等實踐動手能力的應用型工程技術人才，為深入開展嵌入式系統相關的后續科研開發奠定良好基礎。

對于選修“嵌入式系統設計”課程的學生，要求其具備電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術、計算機組成原理、微機原理及接口技術、C語言程序設計、軟件技術基礎等課程的先修基礎。在課程體系的組織上，重點熟悉嵌入式系統的硬件結構和基于ARM9處理器的硬件開發平臺；掌握嵌入式操作系統的內部原理及嵌入式Linux系統的裁剪、編譯與移植技術；學習嵌入式開發環境的建立和嵌入式Linux應用程序開發與調試過程；嘗試常用設備驅動程序的開發和嵌入式圖形用戶界面的編程；最終使學生具備獨立設計一個較為完整的嵌入式系統的初步能力。[5]

根據美國電氣和電子工程師協會IEEE的定義，嵌入式系統即為用于控制、監視或輔助設備、機器或者工廠運行的裝置。[6]嵌入式系統的主要特點是軟、硬件結合，面向應用；嵌入性、專用性和計算機系統是嵌入式系統的三個基本要素。[7]因此，“嵌入式系統設計”是一門綜合性、實踐性以及應用性都較強的專業任選課，必須通過課程實驗、項目開發、科技競賽等環節進一步加深對課堂理論內容的理解，才能將理論知識與實踐應用有機地融合起來。

二、建立網絡教學平臺

“嵌入式系統設計”是一門融合了多學科內容的綜合性課程，所授課程涉及的知識面廣泛，課堂信息量較大。[8]但作為一門專業選修課程，受制于培養計劃的限制，課內理論講授及實驗學時數都較少，在有限的學時內教師要盡可能地使學生掌握嵌入式系統更多的內容。此外，近年來選課學生人數還在持續增多，大班額導致教學效果變差的問題也越來越突出。傳統的板書或投影儀授課方式已經遠遠不能滿足該課程理論密切聯系實踐的講授需要。

筆者所在的教學團隊經研討試講后，決定充分利用河南工業大學電氣工程學院嵌入式系統實驗室的硬件資源建立網絡教學平臺，進行教學模式改革探索。利用實驗室電腦以及“電子教室”多媒體教學網絡平臺，教師使用一臺教師機進行集中講授，學生在實驗室近在咫尺的幾十臺網絡終端旁即可實現理論授課及實驗講解的全程可視化。利用“電子教室”的遠程傳輸功能，教師可以在實驗課前將相關的課件、指導書等各種電子資源快速分發給學生機；通過“電子教室”的廣播演示功能即可將實驗步驟及實驗過程中發現的一般性問題清晰準確地講解給學生；講解或實驗過程中學生甚至可以通過“電子舉手”等對話功能將所遇到的問題反映給教師，隨時向教師提問。將傳統講堂搬進實驗室，利用先進的網絡平臺進行教學雖然增加了教師的課前準備時間和課堂工作量，但是大大提高了有限課堂時間內的授課效率。授課方式變得活潑生動，學生對授課及實驗細節的掌握程度也要遠遠好于傳統板書或投影儀授課方式。

三、開放式實驗教學改革

嵌入式系統以應用為中心，嵌入式工程技術人才的培養也離不開實踐環節的鍛煉。“嵌入式系統設計”課程是一門強調理論知識聯系實際應用的課程，學生必須在實驗中通過項目實踐鍛煉才能真正了解嵌入式系統設計的相關知識，掌握嵌入式驅動程序和應用軟件開發的主要過程。[9]高校傳統的實驗教學方式一般采用填鴨式教學。在教師講解實驗大綱后，學生根據其中的實驗目標和實驗步驟進行驗證式實驗。學生缺乏主觀能動性，難以滿足嵌入式系統課程開設綜合性設計性實驗的需要，無法真正激發學生的創新意識、培養其實踐動手能力。

為了解決上述問題，實現河南工業大學電氣工程學院應用型工程技術人才的培養目標，必須要進行嵌入式系統課程的實驗教學改革。為此，實驗室籌措經費大力改進實驗環境，購置了多套典型的周立功EasyARM2131開發套件、博創UP-NETARM2410-S嵌入式實驗平臺以及UP-ICE200仿真器、擴展板、網絡攝像頭、嵌入式操作系統、仿真軟件等配套軟硬件，為嵌入式系統相關課程的開放實驗教學改革提供了良好的條件。另一方面，在實驗組織形式上采用了開放式實驗教學模式。開放實驗室為學生提供了優良的硬件設施和實驗場所。實驗課前教師根據近期所講授的理論知識制訂部分小型項目課題，學生可從中選題或自帶課題。在實驗過程中將解決實際應用問題的思想作為實驗教學切入點，以項目驅動的方式促使學生分模塊、分任務針對實際應用問題進行分析；引導學生根據所學的嵌入式軟硬件開發方法實現項目提出的軟硬件開發目標或解決開發過程中的實際應用問題。指導教師注意在實驗過程中給予學生必要的指導并在實驗結束后及時進行總結點評。經過對實驗效果的對比驗證，開放式實驗教學模式強調以學生作為實驗中心，充分發揮、調動了學生的主觀能動性和創造性，是傳統實驗教學改革的一次有益嘗試。

四、教材和師資隊伍建設

1.課程教材建設

教材是課程資源的載體和媒介，在教學活動中發揮著至關重要的核心作用。[10]國內高校嵌入式系統相關課程的開設時間較短，開課較早的清華大學、上海交通大學、華中科技大學等高校嵌入式系統的授課歷史也只有十年左右。此外，嵌入式系統一般都是“軟硬結合”，授課內容與實驗室中嵌入式實驗平臺所用的微處理器類型密切相關，因此市場上很難找到合適的嵌入式系統課程通用教材。經過歷年的嵌入式系統教學實踐探索，筆者迫切感覺到該課程教材建設的重要性。

為此，自嵌入式系統開課之初，筆者就結合所選的嵌入式硬件實驗平臺編寫了《嵌入式系統實驗指導書》等校內講義。在歷經多次試用、補充、修改完善并總結多年教學經驗的基礎上，筆者所在的嵌入式系統教學團隊積極籌劃高水平教材的建設，組織優秀師資力量編寫了《嵌入式系統設計》，并已被列入“普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）‘十二五’規劃教材”和“河南工業大學校級規劃教材”的編寫計劃。該教材堅持“基本理論適度、注重工程應用”的基本原則，在介紹嵌入式系統軟、硬件設計基本方法的基礎上著重實踐嵌入式系統項目的開發流程。該配套教材重視知識更新和實用性，具有較強的學科前沿性和針對性；同時文后增加了工程設計實例，注重理論與實踐相結合，使學生在學習過程中做到理論知識與實踐技能的融會貫通，可有效提高學生對理論知識的掌握程度和實踐動手能力。

2.師資隊伍建設

開放式實驗教學模式改革對師資隊伍的建設提出了全新的挑戰。與傳統實驗教學模式相比，教師課前要布置并不斷更新貼近實際應用的開放式項目課題；實驗過程中需要對現場涌現出來的各種問題及時給予解答、指導；由于嵌入式技術的快速更新，教師在課余也要不斷了解嵌入式系統的最新技術信息。“嵌入式系統設計”等系列課程的教學需要有一支基礎知識扎實、實踐經驗豐富的教師隊伍。因此，學院抽調精干師資力量組建了嵌入式系統教學團隊。一方面督促教師不斷提高自己的業務素質，鼓勵教師多次參加北京博創科技、北京旋極信息等業內知名公司組織的培訓、講座；另一方面也提倡教師積極參與嵌入式相關的企業橫向課題的研發工作，提升教師自身的研發能力。這些措施使得嵌入式系統教學團隊的業務素質和授課水平有了較大的提高。

五、結語

河南工業大學電氣工程學院“嵌入式系統設計”選修課程自2007年開設以來，選課人數不斷增加并獲得了學生的好評。隨著嵌入式技術的快速發展和社會對嵌入式研發人才要求的不斷提高，電氣工程學院嵌入式系統教學團隊十分重視嵌入式系統課程的教學研究和教學改革，相繼榮獲河南省教育科學研究優秀成果一等獎、河南省素質教育理論與實踐教育教學一等

（下轉第38頁）

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獎并培養學生獲得多個國家級大學生科技競賽的獎勵。在以往多年教學實踐的基礎上，教學團隊積極改革教學方法，采用多種教學手段，使學生掌握好嵌入式系統理論基礎的同時真正做到了理論聯系實踐和學以致用，為后續相關課程的學習和嵌入式系統課題的研發打下了良好的基礎。

參考文獻：

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[8]吳磊.嵌入式教學與實驗的研究[J].實驗室研究與探索，

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關鍵詞:嵌入式軟件;實驗教學;ARM_Linux

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1嵌入式軟件專業發展和教學現狀

進入90年代以來,以計算機軟硬件技術和通信技術為核心的綜合性信息技術取得了迅猛發展,從而奠定了嵌入式系統技術發展的基礎。同時,以大量消費電子產品為主的個性化信息終端需求促進了嵌入式系統的廣泛應用,使之成為信息化進程應用技術中的一個熱點。

嵌入式系統的定義為“以應用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格綜合性要求的專用計算機系統”,因此,一款嵌入式系統成品可以理解為一款專用計算機系統,而嵌入式系統的設計開發完全以應用為中心:一切軟硬件都是圍繞著實現某種功能進行定制的。因此嵌入式系統的開發過程具有很強的目的性。

目前嵌入式系統的硬件開發以32位嵌入式微處理器為核心,而軟件系統則往往基于一款實時操作系統進行開發,借由操作系統,該綜合平臺的處理能力是以往的嵌入式單片機所根本無法比擬的。正因為嵌入式操作系統的存在,使得嵌入式開發可以獲取更短的開發周期,更低的開發資金以及更高的開發效率,而且隨著嵌入式技術發展前景的日益廣闊,越來越多的嵌入式操作系統不斷出現,并且基于這些操作系統的應用軟件系統也層出不窮。

嵌入式設備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件的開發,越是功能復雜、系統智能的設備,軟件系統越起到關鍵作用,這是目前的趨勢。嵌入式系統之中軟件成分的逐漸擴大化已經成為嵌入式系統發展的新方向。因此在高

校嵌入式系統課程之中,引入嵌入式操作系統以及軟件部分的內容,其意義舉足輕重。

鑒于嵌入式軟件系統的裁剪性和移植性方面的要求,我們選擇ARM_Linux系統作為嵌入式軟件系統教學的操作系統。該系統在嵌入式領域很有發展前景,不僅要求資源和功耗極低,而且其設備驅動程序要比商業OS的設備驅動程序更多且更加適于改造。ARM_Linux具有強大的裁剪性,并且由于其開源的特性,可移植的應用軟件種類繁多,因此非常適合學習和研究。

2嵌入式系統專業課程特點

與其他計算機專業課程相比,嵌入式系統專業課程具有鮮明的技術特點。首先,嵌入式系統課程要求學生具有較高的專業基礎。如圖1所示,嵌入式軟件系統的先修課程包括:操作系統、組成原理、數據結構、Linux相關課程組等等。同時,和嵌入式系統課程相關的還有DSP、面向對象、計算機網絡、數據庫以及電子電路等相關課程組。

圖1嵌入式系統課程設置

作者簡介:李永,中國石油大學(華東)計算與通信工程學院專業實驗室實驗師,從事嵌入式系統方向教學和研究工作。

嵌入式軟件開發不僅要求對嵌入式操作系統有很好的了解,而且能夠基于操作系統進行驅動模塊和應用軟件的編寫。因此嵌入式系統具有很強的滲透性,能夠與各種行業技術結合從而滲透到各個領域。

除此之外,嵌入式系統教學對師資的要求也比較高。嚴格意義上講,嵌入式系統不是一門學科,但是它卻從屬于多門學科,這就要求教師不僅能夠在課堂上講述嵌入式系統的理論和外延,而且能夠在實驗室對學生進行具體代碼的演示和實踐。為了適應現在社會的發展需求,嵌入式指導教師還需要不斷將新鮮的技術補充到嵌入式系統實驗教學體系之中。

基于以上特點,“實踐”和“創新”是嵌入式軟件系統教學模式的兩個主要特點。實踐是整個嵌入式系統課程體系中的重要基礎,而創新的思想則貫穿了整個嵌入式教學的始終。

3嵌入式軟件系統教學模式

鑒于嵌入式軟件開發的特點,我們的教學模式分為如下三個階段:基礎、應用及提高。如圖2所示。

圖2課程知識結構

基礎實驗旨在培養學生的各種基本能力,因此對于教學模式的基礎部分,可以分化為Linux學習模塊和構建嵌入式系統模塊。由于嵌入式系統實驗課程目的在于培養學生的實踐能力、科學素質和創新精神,因此傳統的實驗教學方法需要進行一定的改良。對于嵌入式系統實驗教學的基礎部分,傳統的驗證性實驗能夠牢牢打造好學生的基礎;不過對于嵌入式系統的應用部分和提高部分,傳統的實驗教學則存在著一定的弊端:

(1) 傳統實驗教學不利于學生對知識概念的整體把握。因為在傳統的實驗教學方式中,學生往往注意每個單獨的實驗步驟而忽略了對實驗的整體理解。

(2) 傳統實驗教學不利于學生主觀能動性的發揮。傳統實驗教學往往大多是驗證性實驗,這樣的實驗很容易降低學生的積極性,喪失學生的實驗興趣,從而降低實驗效果。

(3) 傳統實驗教學不利于學生技能的培養。實驗教學目的之一是培養學生實驗技能,可是先入為主的傳統實驗教學方式降低了學生的創造性。學生常常關注自己期望的實驗結果是否與書本上的已知結果一致,而忽略了分析解釋所得數據的原因。

綜上所述,我們決定對嵌入式軟件系統教學模式的高級階段采用“案例式”教學方式。由于嵌入式系統實驗教學體系相對比較龐大,因此要求既能保證學生掌握嵌入式軟件編程的基礎,又能夠在系統開發上發揮自己的主觀能動性。而如何設計相關“案例”則成了非常關鍵的問題。按照嵌入式軟件開發以及ARM_Linux操作系統的相關特點,我們把整個嵌入式軟件系統的應用部分細化為五個方面的內容,如圖3所示。

圖3嵌入式軟件系統應用部分

其中內核實驗目的在于使學生充分了解嵌入式系統的精簡性和裁剪操作。在完成該部分的實驗之后,學生將了解如何構建擁有自己個性的嵌入式平臺。內核實驗能夠起到舉一反三的作用,使得學生能夠將對內核編程和計算機系統結構的理解歸納為一個比較成熟的模型。

驅動程序實驗從最簡單的虛擬設備,到最后的觸摸屏驅動實驗和攝像頭驅動實驗,總共有十個實驗之多。該部分能夠使學生在學習嵌入式系統關于驅動程序結構的基礎上,更多地了解驅動程序的應用價值。對于實驗平臺上豐富的功能,要驅動相關的寄存器就需要實現各個功能的驅動程序。因此,當學生掌握了驅動程序的模式和規則之后,只要進行相關的修改和擴充,就能夠適應不同種類的驅動環境。

圖形界面采用具有良好發展前景的Qt,以及在該基礎上擴展出來的手機界面Qtopia。學生能夠在此基礎上使用Linux自帶的工具進行C++編程來完成實驗內容,并且可以使用GUI對過去的所有應用程序進行包裝。

軟件移植,是現在軟件編程世界很流行的一個導向。對于Linux豐富的開源軟件來說,將其從X86系統上移植到ARM平臺上是很有挑戰性的工作。我們所移植的軟件包含播放器、網絡服務器、數據庫軟件、網絡電話、各種引擎等。在進行眾多的移植操作之后,學生將能夠從中歸納出移植的方法和手段,得到移植過程中的必要體驗和經驗。

嵌入式通信內容包括串口通信,網絡socket通信,CAN總線通信,藍牙通信等實驗。學生完成這些實驗之后,則能夠把之前的各種單機實驗聯系起來。學生完成這五個應用部分的學習之后,則已經具備了完成嵌入式項目的基礎能力。

在教學模式的提高階段,使用一個獨立的“案例”系統作為學生最后的大作業。這樣不僅能夠提高學生的綜合素養和創新思維,而且可以作為一種考核方式進行總結。因此案例首先需要有一定的挑戰性,能夠激發學生的興趣和能動性,而且需要符合專業培養和考核要求。整個過程按照嵌入式軟件開發流程進行運作,學生以團隊模式進行開發。最后提交的成果將采用科技論文的形式,包括中英文的摘要和關鍵詞、小組成員分工名單、設計功能與設計特色、模塊介紹與使用手冊、體系結構、刻錄光盤和測試結果性能分析等,同時還要進行系統答辯。這樣可以從產品開發的角度培養學生一定的項目實踐經驗。

案例還要有很強的應用價值。例如我們所設計的案例有“自動取款機”、“手持游戲機”、“可視對講機”、“電梯監控系統”、“智能家居系統”、“移動點菜系統”等,這些都是完全以生產產品的角度進行實習教學的。以“基于藍牙的移動點菜系統”為例,設計內容包括系統結構設計、任務策劃、功能實現、各個模塊編碼以及系統測試等幾個步驟。在系統結構設計中,我們要求完全基于功能進行定制(圖4);之后按照提供的相應系統功能進行任務分配和功能解析(圖5);在完成各個模塊編碼之后,將會對整個系統進行整合并測試(圖6、圖7)。

圖4移動點菜系統的體系結構圖

圖5移動點菜系統的功能解析圖

圖6移動點菜系統的工作流程

圖7移動點菜系統的最終效果圖

“教學相長”,學生完成的多個案例對老師的能力培養能夠起到良好的促進作用。由于嵌入式軟件開發的專業性和通行性,因此其經驗的積累和案例的沉積非常重要。按照這種教學模式進行相關專業方向的建設,不僅可以提高教師的實踐能力和項目經驗,同時對嵌入式系統教學科研團隊的建設也能夠起到積極作用。

4嵌入式系統教學成果和總結

在實踐過程中有極高的自由度,就能夠極大地激發學生學習的主動性。興趣是最好的老師,學生能夠將自己各種創新的想法進行總結、歸化并且實現出來,無疑是很有成就感的。依靠興趣產生的內在驅動力,能夠把從外界給予的壓力而內化到學生自身學習產生的興趣上,往往會引發學生非常高漲的學習情緒,并能夠形成良好的氛圍和傳統。

按照如上教學模式所培養出來的學生,一般都具有很強的系統架構能力和程序分析設計能力。例如在2007年山東省所舉辦的“齊魯軟件大賽”中,我們學院參賽的三個嵌入式組全部獲獎,其中兩個組分獲相關方向的第一名;2008年全國高校“博創杯嵌入式大賽”中,我們學院參賽的三支隊伍全部獲獎,其中兩支分獲相關方向的一等

獎;2008年的“齊魯軟件大賽”中,我院參賽的兩個嵌入式組也分獲相關方向的一等獎和二等獎。

另外,我們將這種實驗教學模式應用在“東軟班”和“阿爾卑斯班”的嵌入式教學中,也具有非常顯著的效果。相對于其他院校所培養的學生來說,從這種實驗教學模式下走出來的學生具有更強的實踐能力和更加豐富的編程能力和經驗。因此他們一畢業就能夠直接步入技術領域,極強的動手能力和“項目構造”的設計思想使他們能夠很快得到企業的認可和好評。

我們與在這種模式下培養出來的畢業生聯系,從他們給我們的反饋信息中得知,我們之前所培養的學生,現在幾乎都成了各個所在單位的技術中堅力量,并且一般都具有非常廣闊的發展前景。

綜上所述,新型人才培養模式能夠突出嵌入式系統軟件開發的特點,發揮嵌入式系統本身存在的優勢,適應當前社會對創新人才的需求,因此值得推廣。

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[5] 劉淼. 嵌入式系統接口設計與Linux驅動程序開發[M]. 北京:北京航空航天出版社,2006.

篇（8）

【中圖分類號】G642.423 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2014）20-0022-01

引言

嵌入式系統方向知識更新快、知識的市場周期縮短、技術門檻要求高，因此嵌入式系統設計方向總是需要大量的新生工程應用型人才。為了使學生能從學校平滑過渡到企業，滿足市場對人才的渴求，高校不得不改變嵌入式系統方向人才培養的觀念，以培養具有專業技術知識與技能、學習能力、實踐創新能力、團隊合作與溝通能力的創新人才為目標[1]。《單片機原理及應用》、《嵌入式可編程片上系統（SOPC）》、《嵌入式系統設計》、《EDA技術及應用》等作為嵌入式系統方向的核心課程都被引入到本科教學中，這些課程包涵了電子設計的核心技術，也是學生從事電子設計必備的技能，因此建立與實際應用緊密相關的嵌入式系統實驗教學體系是至關重要的。

一、傳統實驗教學模式

傳統的嵌入式系統教學體系一直是以“課堂為主實驗為輔”，教學和考核過程中老師和學生都不夠重視實驗教學[2]。由于實驗學時及實驗場地、實驗儀器的條件限制，為了能在規定的時間內完成教學任務，實驗內容基本以驗證實驗為主，實驗指導書上規定了實驗任務及詳細的實驗操作步驟，所有的學生在規定的時間內，按照相同的實驗方法、步驟以及由教師提供的源程序來完成實驗。學生是操作工，將程序輸人計算機，通過編譯后下載到實驗箱驗證實驗結果。這個實驗過程中，學生不可能碰到實際的工程設計問題，也沒有動力去了解實驗箱的硬件電路原理。

二、基于創新應用能力培養的CDIO工程教育理念

CDIO工程教育理念是一種主張“做中學”的教育模式，適合于應用型人才培養目標，它是集Conceive（構思）一Design（設計）--Implement（實現）一0perate（運作）等實踐過程于一體。這種教育模式以實踐項目為主要載體，利用大學現有的各種學習資源以及豐富的條件，結合專業核心課程教學。CDIO是一種基于項目的學習過程，在整個CDIO過程中不斷提升學生的學習能力、團隊合作能力、專業技術知識、和工程系統能力。因此，結合項目化的理論教學研究基礎，在嵌入式系統課程群的實驗教學中融入CDIO工程教學理念，對加強創新應用人才培養具有重要意義[3]。

三、實施CDIO模式實驗教學的資源和條件

CDIO理念不僅繼承和發展了歐美20多年以來的工程教育大改革的理念，并且從培養計劃、教學方法、師資、學生考核以及學習環境、實施過程和結果檢驗等方面提出了12條標準，要求具有可操作性。

1.開展任務驅動的項目化理論教學模式

實施CDIO模式實驗教學的前提是開展任務驅動的項目化理論教學模式，這種教學模式的教學大綱以實踐項目為載體，按照項目所需要的知識進行重組教學內容，課程理論知識體系雖然被打亂，但要保證理論知識能涵蓋到每個教學項目中。由于嵌入式系統課程群中《單片機原理及應用》、《EDA技術及應用》、《嵌入式系統設計》這幾門課程涉及電子技術的共性和特點，項目的選取要根據工程實踐以及社會的實際需求體現不同技術和不同方法的特性。

2.利用仿真軟件，建立虛擬實驗系統

要實現應用型人才的培養目標，嵌入式系統課程群必須經過大量的實踐，才能在實踐中感悟理論的精髓，逐步提高學生的編程能力。各種仿真軟件中有豐富的元器件仿真模型，不用焊接真實的硬件電路，既能彌補實驗室元器件的不足，還能提高實驗效率，在硬件系統制作之前，可以通過仿真電路初步驗證硬件電路的可行性和軟件程序的正確性，避免盲目制作，費時費力。

3.自制模塊化的實驗開發系統

課程群中使用的實驗平臺已經由可編程邏輯器件、單片機、嵌入式最小系統開發板和模塊代替了實驗箱[4]。龐大的實驗箱上雖然器件齊全，看似使用方便，但不利于學生了解各部分的電路設計原理，并且隨著主芯片的落后整個實驗箱上的所有元器件將被淘汰，造成資源浪費。采用了模塊化系統之后，課程群中各課程的實驗系統除了最小系統板采用的處理器不同之外，其他的電路模塊可以通用，極大地提高了實驗資源的利用率。

四、分層次設立“三段式”項目的實驗教學體系

1.基礎實驗項目

基礎實驗項目是課程教學大綱規定的實踐教學任務，并使用最小系統板與簡單外設結合進行實踐訓練，目的是讓學生掌握基礎理論。在實施過程中，充分發揮學生的能動性，不管任務大小，實驗項目只提出任務要求或者實驗目的，讓學生自己選擇元器件甚至設立實驗項目，要求學生根據任務要求設計原理圖，采用自己的編程思想，繪制程序流程圖，根據現象分析總結是否達到實驗目的。

2.團隊合作實驗項目

基礎實驗培養學生基本的工程能力，通過自學獲取知識的能力，通過解決問題運用知識的能力。通過團隊合作能挖掘共享知識的能力，通過創新發現知識的能力，通過交流溝通傳播知識的能力。團隊項目實施的組織方式一般以4～6名學生為一個項目小組；項目在課堂外執行，以小組為單位進行活動；項目在組內的任務分配、交流研討，系統性總結等均可以作為團隊合作管理評價內容；組間活動主要采用項目演示、建議評價等方式促進交流學習。

3.創新性訓練的開放實驗項目

開設一些面向實際應用的創新性項目，作為學生科研項目于讓本專業優秀的學生在校內實踐教學基地完成。實際應用項目的訓練與研發能夠培養與訓練學生技術開發能力。為了提高同學的積極性，可以采取學分、獎金等激勵機制。

五、總結

自從學校在2011年開始大力推廣實施基于應用型人才培養的教學模式改革以來，嵌入式系統課程群都經過了基于項目化教學模式改革和學習團隊建設，形成了基于工程教育模式下的新型授課體系，學生在全國大學生電子競賽和全國大學生飛思卡爾智能車競賽中都取得國家級獎項，突破學校競賽歷史記錄，改革效果良好。

參考文獻

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[2]崔永利，沈泓，李妍，李蘭英.SOPC嵌入式系統實驗教學探索與創新人才培養[J]實驗室科學.2011（6）：16-20

篇（9）

1.1創新訓練項目主要是組織開展各類科學研究（包括學生申請科研課題、參與教師課題研究等）、技術發明、創新型實驗、開放實驗等活動。學生個人或團隊在導師指導下，自主完成創新性實驗項目設計、方法選擇、設備和材料的準備、實驗的實施、數據處理與分析、總結報告及論文的撰寫，參加各類電子競賽。

1.2創業訓練項目主要是組織開展創業教育和創業實踐活動。學生團隊在導師指導下，團隊中學生在項目實施過程中扮演不同的角色，通過編制商業計劃書、開展可行性研究、模擬企業運行、進行一定程度的驗證試驗，撰寫創業報告等工作。

1.3創業實踐項目是學生團隊在學校導師和企業導師共同指導下，以前期創新訓練項目或創新性實驗的成果為基礎，提出一項具有市場前景的創新性產品或者服務，以此為出發點開展創業實踐活動。本文主要討論第1階段“創新訓練項目”的實施過程，根據我們專業現狀及就業前景，開設了“嵌入式系統項目實訓”的課程，本課程橫跨5個學期，遵循由淺入深，從易到難，循序漸進的原則，逐步培養學生的專業知識和能力。

2嵌入式開發市場現狀

根據華清遠見“2013-2014度中國嵌入式開發從業人員調查”的報告，本文主要從以下5個方面說明：

2.1學歷要求，嵌入式開發從業人員的學歷仍然以本科（65%）和碩士（22%）居多，占所有參與調查人員的87%，較去年增長4個百分點。從中可以看出：在整個嵌入式行業的從業人員中，本科生和研究生憑借其扎實的理論功底和良好的綜合素質，依然是嵌入式開發從業者的主要群體，并且在未來一段時間內也將持續穩居此項調查的前兩位。

2.2嵌入式開發方向，從事軟件開發、單片機開發、硬件設計等工作，比例分別占38%，33%和16%，占總人數的87%。通過這一數據，我們可以看出，目前主要從事嵌入式開發的人群大部分是有一定的軟件或硬件基礎的從業者，但是也有一定比例的從業人員是從事IT類非技術崗位與非IT行業的。這說明，嵌入式并不像很多學生想象的那么難，只要是下定決心想要學習嵌入式就一定能夠學會。2.3軟件開發語言的選擇，C語言仍是在嵌入式產品研發的軟件開發語言的使用過程中最普遍使用的語言，其市場份額繼續保持領先（82%），這一統計結果再一次表明，無論是在傳統的工業控制領域、通信領域，還是迅猛發展的消費電子，安防控制、信息家電等領域，C語言均是嵌入式開發語言的首選。

2.4軟件開發調試工具的選擇，keil和IAR分別以48%、19%的比例成為嵌入式開發者的主要調試工具，總計占所有參與調研人數的67%。合適的調試工具的選擇使用，可以大大加快產品的開發進度。這也使得在調試工具層面的技術支持和發展成為研發過程中需要考慮的因素之一。

2.5未來嵌入式操作系統首選，嵌入式Linux仍然是未來幾年內，嵌入式工程師認可的最具發展潛力的首選嵌入式操作系統，所占比例為60%，而Android智能手機操作系統，也受到了越來越多嵌入式工程師的關注，并對其在移動手機操作系統中廣闊的發展空間及發展潛力充滿了期待。由此可見，作為開源系列的兩款優秀的嵌入式操作系統（嵌入式Linux及Android），其開源的特性，無疑使其在市場競爭中，具備了最強大的競爭優勢及用戶基礎，用戶就是王道。

3“嵌入式系統項目實訓”的實施計劃

根據嵌入式開發市場需求的現狀，結合我們專業的特點和具體情況，制定了分階段的實施計劃，依據循序漸進的原則，每個階段實現不同的目標。

3.1基本原則

（1）責任意識，引導學生關注國家、民族、人類社會的重大問題，增強學生的責任感和整體意識，提高學生對社會重大問題的把握能力。（2）興趣驅動，參與項目的學生要對科學研究、技術發明和創業實踐有濃厚興趣，以興趣驅動，在導師指導下完成項目。（3）自主實踐，以學生為中心，學生自主學習、自主設計、自主管理，開發學生潛能，引導學生主動實踐，主動尋找問題和解決問題。（4）重在過程，注重項目的實施過程，在項目實施過程中培養和增強學生發現問題、分析和解決問題的能力。（5）校企合作，鼓勵校企合作項目，逐步推行“雙導師”制，實現學生早實踐、早科研、早社會，共同培養創新人才。

3.2階段性計劃

根據嵌入式系統項目實訓大綱，制定了項目實訓計劃，如表1所示。

3.3實訓要求

選修本課程的學生必須善于獨立思考、實踐動手能力較強、對科學研究、創新創業等有濃厚的興趣，具有一定的創新意識和創業實踐能力，具備從事創新創業的基本素質，有強烈的求知欲和嚴謹的工作作風，有良好的職業道德和團結協作精神。（1）本實訓課程橫跨5個學期，學生選修后，必須完成所有實訓內容才能得到學分，中途退出則沒有學分。（2）學生自由組成實訓小組，由指導教師確定每組的人數，建議每組為3-5人，并選舉1人任組長。指導教師可根據各個實訓小組的實際情況進行必要的調整。（3）在每個學期實訓結束后，學生都要撰寫實訓總結報告，并上交。（4）從書中或從互聯網中查閱相關資料，自學具體實訓中涉及到的新知識。

3.4保障措施

（1）學院已將“嵌入式系統項目實訓”做為一門課程納入教學大綱，并已提供一間實驗室作為“嵌入式系統項目實訓”實驗室，為更好開展嵌入式教育提供了條件保障。（2）經費保障，學院目前已投入1萬元的啟動資金，為了保證本課程的持續開展，還需要后續的資金支持。（3）鼓勵教師特別是碩士以上教師為指導教師，擔任“嵌入式系統項目實訓”導師，積極聘請企業導師指導學生創業訓練和實踐，為學生早實踐、早科研、早社會，實現校企培養，促進產學研結合奠定基礎。

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中圖分類號：G623.58

嵌入式從早期的單片機，到后來的DSP，再到現今的32位的基于ARM架構的處理器及以Soc片上系統的應用，嵌入式的應用已經滲透到各個領域。嵌入式教育目前在國內已經形成了足夠的重視，但我們在很多方面所做的工作還不夠，還存在一些問題如：師資力量不夠，教材過于籠統，教學方式陳舊，培養嵌入式專業技能方面不能滿足社會需求等。

本文將結合哈爾濱華德學院計算機專業的實際情況，以“應用型”人才培養為目標，結合本校學生的特點，探討如何培養出適應社會需要的嵌入式人才。

1.專業定位

哈爾濱華德學院于2007年在計算機科學與技術專業設置嵌入式系統方向，本專業的定位是培養能夠在消費電子、信息科學、計算機技術、工業控制、汽車電子等領域從事嵌入式系統產品的軟/硬件設計、開發、測試等領域具有綜合解決實際問題能力的實用型高等工程技術人才。

2.課程體系

2004年IEEE和ACM對計算機專業本科教育的課程系進行的設置認為嵌入式系統的課程應包括以下內容：嵌式的發展歷程和概述、嵌入式微處理器、嵌入式軟件設、實時操作系統、低功耗計算、系統可靠性設計、設計方法學、嵌入式系統設計工具、嵌入式多處理器系統設計、網絡化嵌入式系統、接口和混合信號系統等。

通過市場調查，針對學生的實際接受知識的情況和社會的需求，本專業方向課程體系的理論教學分必修課程和選修課程，理論與實踐的比例在6：4。課程體系主要分四個階段：嵌入式原理基礎、嵌入式編程基礎、嵌入式開發技術和嵌入式綜合應用。整個課程體系如圖1所示

圖1哈爾濱華德學院計算機專業嵌入式方向課程體系

課程體系中加強注重“精”，重點強化基礎知識的掌握，課程內容較大程度地體現了嵌入式領域的熱點，是企業界普遍關心的核心技術，具有較強的實用性。教學中微處理器介紹MCS-51、ARM、FPGA、DSP，嵌入式操作系統介紹Linux、WinCE，開發語言介紹C++、Java。四年的教學要求學生做到四個“1”，即“精通1種主流微處理器系統+1套開發工具+1種嵌入式操作系統+1門開發語言”。

3.實踐教學體系

嵌入式系統是一門應用性，實踐性很強的的課程。結合哈爾濱華德學院的實際教學特點，積極開展啟發式、討論式、案例式等教學方法，激發學生學習的興趣，考慮到學生的層次不同，在設置實驗內容時，由淺入深，進行循序漸進的學習。在設置實踐環節時，我們分為課程實驗、課程設計、畢業設計三個環節，另外發揮發揮學生社團組織的作用，組織開展課外創新訓練與社會實踐活動。

3.1課程實驗

課程實驗又分為驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗，一般驗證性實驗是4學時，綜合性實驗是8學時、設計性實驗是4學時。如嵌入式系統原理及應用課程共16學時實驗，4學時的GPIO輸入輸出、中斷實驗；8學時的電機控制、顯示實驗，4學時的電子相框設計。通過這幾個環節，學生能夠基本掌握ARM9處理器的應用。

3.2課程設計

課程設計一般都是1周-2周的教學周期，由老師給出題目，學生三人組成一組并選題，完成設計內容。此環節即鍛煉了學生的綜合應用能力，又鍛煉了學生的團隊合作能力。

3.3畢業設計

畢業設計是最后一個實踐環節，周期為13周，學生通過前期的教學環節，對于自己的特長已經有了定位，因此，自由選擇導師并定出研究題目，畢業設計分為論文開題、中期檢查、末期檢查、論文換審、論文答辯五個環節，本專業方向的畢業設計要求學生動手制作出實物，然后寫出論文。這個環節提高學生的綜合實踐和語言表述的能力，在增強學生理論基礎的同時，提高了實踐能力。

3.4課外實踐

采取“導師制”的方式，組織科研活動小組，指導學生參加各種科技實踐活動，學生在大學生電子競賽、飛思卡爾競賽、ACM大學生競賽等競賽中獲得獎項累計有40余項。

4結論

基于以上的教學實踐，哈爾濱華德學院開展了一系列嵌入式系統課程的教學，通過教學，學生能夠建立嵌入式系統的思想，掌握嵌入式系統的開發方法，收到了良好的教學效果。

參考文獻

[1]楊霞.嵌入式系統及應用課程教學研究與實踐[J].學科建設與教學改革，2008（5）：71-74.

[2]童英華.應用型本科院校嵌入式教學探討[J].微型電腦應用，2012（5）：1-10.