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计算机专业嵌入式课程教学改革探索
计算机专业嵌入式课程教学改革探索
牛芗洁
（北京农学院计算机与信息工程学院，北京102206）
摘要：近年来国内高校计算机、电子、软件等专业针对市场需求，开设了嵌入式方向相关课程，笔者结合实际教学经验，针对嵌入式课教学中存在的若干问题，提出自己独特的见解，对农林院校嵌入式课程实践教学改革和创新进行了深入的探讨，对具有其他办学特色的地方院校有一定的借鉴意义。
关键词：嵌入式教学；实践；自主互助学习
一、存在的问题
随着技术的快速发展和对嵌入式行业人才的持续需求，各个高等院校纷纷开设了嵌入式相关课程，然而在培养目标、课程设置、教学方法等教学关键因素中均存在若干问题。现将本人在计算机科学与技术专业嵌入式方法教学过程中存在的问题提出自己的一些想法。
1. 市场人才要求和高校毕业生素质之间的差异。目前，智能化计算机领域就业市场对嵌入式从业人员的需求持续高涨，然而从高校毕业的嵌入式专业或方法的大学生中却难以真正达到嵌入式从业人员标准，甚至多数毕业生并不具备从事嵌入式开发工作的能力，即便企业录用的专业毕业生，也通常需要对其进行一段相当长时间的再培训。市场人才要求和高等毕业生素质之间的矛盾日益突出。
2.重理论讲述而轻实践环节训练。据了解，我国大多数院校的嵌入式系统本科教育仍采用以理论为主，实验为辅的教学模式。多数学校的理论课时与实验课时的比例为3∶1或2∶1，能达到1∶1的情况很少；一般以实验室提供的嵌入式系统实验箱配套实验为基础，教师在实验中往往选用的是基础侧重验证性实验，选用的复杂和高级实验较少。
我校是在计算机科学与技术开设嵌入式方向，其作为专业方向课开设在大学三年级，前修课程为《程序设计基础》、《计算机操作系统》、《计算机组成原理》、《数字逻辑》等课程。众所周知，嵌入式方向所涉及的实验都是以系统层面为基础，每个实验均需要投入较多时间来完成，因此实验学时需求较大，而从整体课程体系来看，确实存在理论部分内容占用较多学时的问题，目前，我校在课程设置中理论学时较小，加大了实验学时的比重，然而实验学时如何有效使用以及如何对实践环节进行外延，这是摆在我们面前一个严峻的问题。3.缺乏与企业和公司的合作。除了必要的相关课程实验项目，我们在教学过程中，发现有些实验项目与公司企业的需求有一定差异，其一，实验项目内容和市场整个行业发展之间的不协调，使得嵌入式课程的实践教学跟市场有所脱节；其二，嵌入式方向课程综合性的特征使得实验项目的实施必须得到必要的资金支持。否则在校学生接触市场的机会减少，使得嵌入式课程的实践教学缺乏必要的直观性，制约学生学习的积极性。
地方院校可以发挥其办学特点，和当地相关产业紧密联系，通过校企合作，由教师审核指导，学生动手，开展校企合作项目，这也是培养应用型人才的重要途径之一。
二、嵌入式课程体系教学设置
1.嵌入式课程特点。我校计算机科学与技术专业嵌入式方向的学生侧重从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。我们在实际的教学过程中发现嵌入式系统开发和一般的PC机开发具有明显的差异。首先，嵌入式系统的开发往往需要根据用户的需求进行定制，而不是通用操作，开发人员必须具备完善的知识体系；其次，嵌入式系统开发的工程性，嵌入式系统开发往往都是一个体积非常小的部件，CPU通常不采用Intelx86系列，开发工具也是专用的开发板。学生如果不通过实际动手开发一个系统模块，就很难了解嵌入式开发的基本过程，因此，实际动手能力是嵌入式课程最显著的特点。
2.我校嵌入式课程体系设置。嵌入式课程的特点使得学生必须有较完整的知识结构，因此，嵌入式课程体系的设置尤为重要，表1是我校嵌入式课程内容及时间设置情况。
表1显示，我校计算机科学与技术专业嵌入式方向专业课程从第二学年第4学期开始，从系统开发基本概念以及开发平台出发，依次对嵌入式操作系统Linux、嵌入式程序设计基础以及Java程序设计基础进行深入讲解，最后对嵌入式接口技术以及高级编程展开讲解，第四学年两个学期分别对专业实习和毕业实习进行持续性的工程化实践教学。
三、教学改革措施与创新实践
1.注重培养创新能力。嵌入式系统的开发依托产品和市场，而设计的创新性决定了系统的价值，因此，如何通过课程加强学生创新素质培养是我们面临的难题。我们在教学过程中的措施如下：理论学时仅概要讲解基本原理和方法，要求学生充分利用课外时间，查阅各种文献资料进一步学习，学生可以根据个人兴趣有选择地对某些问题进行深入的分析研究，环境搭建以及技术要点则通过实验学时完成；将学生两人一组，要求每组必须选取至少一个实验模块，小组内进行任务分工，对实验模块所涉及的知识点以及代码编写，甚至存在的问题等，在实验学时容许的范围内进行全班范围内讲解，任务在学期初就进行认领，提前布置给学生，使学生有充分时间准备，将被动接受知识的灌输转变为主动探索思考，鼓励学生对实例所采用的技术和方案进行不同角度的评价，深入研究实际系统，任课教师也对分组学生的任务完成给予一定的评价和考核，提高学生的学习能动性；利用实验学时6学时的综合开放实验，任课教师鼓励和引导学生积极提出自己的设计思想，并且注重设计的原创性。2.以生命期为线，规划教学体系。完整的知识结构离不开完善的嵌入式系统开发生命期的教学体系，因此嵌入式教学体系按照从下往上，从硬件到软件，从平台到应用的“三步走”思路，将嵌入式系统开发的生命周期和课程设置进行对应：①嵌入式开发环境的建立，对应课程《嵌入式软件开发导论》、《嵌入式接口技术》，着重开发平台的了解和认识，交叉编译、仿真开发环境的搭建和使用方法的掌握，这不但是嵌入式系统开发的基础，也是实际工程项目的开始。②基于嵌入式操作系统的软件开发，对应课程《嵌入式操作系统》、《嵌入式程序设计基础》，包括应用开发和核心编写代码，是实际工程项目中的应用程序设计的基础。③嵌入式综合应用的开发，对应课程《嵌入式高级编程》、《Java程序设计》，包括农业移动多媒体、农业生产嵌入式图形应用、智能农业等复杂的复合型应用的开发，直接面向实际工程项目。
这完整的嵌入式课程实验体系，不仅使得教师可以在各个层面对学生的实践能力进行培养，并且可以帮助学生更清晰地理解嵌入式系统的全貌，对嵌入式系统有更加深入的认识。
3.强化实践教学。教学内容以及硬件平台是影响实践教学的重要因素，也是强化实践教学的两个关键方面。我校教学平台是购买市面上现成的通用型实验开发箱，按照厂家提供的内容来授课，实验课程初期，学生的实践环节受限于教学内容和实验设备，大多只能做些验证性实验，直接影响学生面对实际系统时的实际操作创新能力与后续开发实际动手能力，随着课程体系的不断完善，我校和厂家建立了一定的技术合作关系，在通用型的开发平台的基础上，自行改进设计成为适合本校学生使用的开发板，在实践教学中，通用型和改进型开发板结合使用，达到了良好的教学效果。和厂家进行技术合作关系，我们收获颇多。对实验指导书的实验要求进行一定的调整；减少验证性实验数量，增加了创新性实验部分；基于现有的实验教学平台扩展一定的外部功能模块。一系列的改进措施，不但贴近了我们的教学目标，而且更好地与实际应用接轨。
4.运用学生自主互助学习形式。运用多种形式的自主互助学习形式对提高学生学习主观能动性有极大的促进。①采取项目为载体，小组活动的形式。以学生为主体、以教师为主导，将每个实验内容作为一个小项目，采取分组分工运行的方式，根据题目的具体分工进行分岗位操作，团队成员每人完成一部分工作，教师提出项目设计要求，由项目组成员对问题进行分析讨论，完成从嵌入式系统开发平台建立到驱动程序和应用程序的项目开发。②鼓励学生参与教师的科研项目。教师结合自己的科研课题，将任务进行模块化划分，鼓励对嵌入式系统开发有兴趣，能坚持吃苦的学生以团队为单位，自主选择对应的项目模块进行深入学习，整个过程中，学生以团队为单位，按照项目开发流程实施项目任务，留出学生自由学习的空间；教师在项目实施过程中给予一定的方向性指导和技术支持。③鼓励学生积极参与课外专业竞赛或科研项目，如国家级、省级的嵌入式电子设计大赛，大学生创新性科技项目，学生科学研究项目等，通过竞赛可以有效地激发学生的创新能力，培养学生勇于探索的精神，训练学生的综合能力，提高学生的实践动手能力。实践证明，我校参加过专业竞赛或科研项目的学生在解决问题的方面具有更大的优势。
嵌入式系统课程具有应用性极强的特点，其教学改革也将是复杂而艰巨的过程，因此，我们要在今后的教学过程中，不但力求建立完整、合理的课程设置体系结构，而且还要注重强化实践教学活动，这样才能培养出理论基础扎实、工程设计经验丰富的嵌入式专业人才。
参考文献：
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