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摘要：随着嵌入式技术的迅猛发展，学生分析、解决嵌入式实际应用问题的能力亟待提高。本文根据嵌入式系统知识体系的特点、以及一般高等院校电子专业学生的特点，对嵌入式系统课程体系进行相关先修课程的整合与优化。我们注重课程知识的前后衔接、层次划分，及知识结构的完整。根据自己的基础、能力及兴趣，学生可选择不同的教学内容及配套实验内容。为学生提供足够的个性发展空间，以满足不同领域对嵌入式人才的需要。
关键词：嵌入式系统；课程体系；实践教学
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 13-0000-02
The System Research of the Embedded System Course for the Electronic Major
Lin Guimin,Liu Tianjian,Chen Xiyao
(Minjiang University,Fujian350108,China)
Abstract:With the rapid development of embedded technology,it’s necessary to improve students’abilities of analyzing and solving practical problems in embedded system application.According to the characteristics of the knowledge system for the embedded systems,and the situation for electronic major students from ordinary colleges and universities,we integrate and optimize the curriculum of pre-courses of embedded systems.We focus on the convergence of knowledge between a course and its previous ones,on the stratification and classification,and also on the integrity of knowledge structure.According to their groundwork,ability and interests,students can choose different teaching contents and related experiments.There is adequate space for individual development of students,so as to meet the different needs of embedded talents from different areas.
Keywords:Embedded system;Course system;Practical teaching
在2004年IEEE計算机协会和ACM共同制定的计算机类课程体系中，嵌入式系统被列为核心课程之一[1]。嵌入式系统是一门涉及电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子学等众多领域的综合性课程。从技术角度来看，嵌入式系统可以看作是软件产业、信息处理产业的综合。从学科角度来看，嵌入式系统是计算机科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等相关学科的交叉学科，是当前最有发展潜力和应用最为广泛的稀缺专业方向。随着国家大力发展物联网，推进三网融合，以及对环境污染监测与控制的日趋关注，信息家电的普及推广，嵌入式系统专业学生的就业前景非常广阔。与巨大的市场潜力和产业需求相比，我国嵌入式系统工程人才培养相对落后，进而影响到该产业的快速发展。在这种背景下，许多高校的电子信息类专业针对市场需求，开设了嵌入式系统相关课程[2]。但由于专业背景不同，需求各异，课程内容相差较大。
本文针对电子类专业开设嵌入式系统课程，以及相关先修课程与基础知识的准备、教学内容的选择、实验教学等问题进行研究，以期达到既能体现课程特点和精华，同时又兼顾培养学生实践能力和创新意识。
一、电子专业嵌入式系统课程体系建设
虽然电子专业嵌入式系统的培养目标侧重于硬件基础平台的设计，但嵌入式系统是一个涉及多技术领域的知识范畴。在以学生就业为导向的背景下，嵌入式人才培养不但要掌握电子技术方面的基础知识，而且对计算机体系结构也要有比较深入的理解。这就要求电子专业在嵌入式专业课程教学前，除了开设电子类基础知识课程外，还必须开设相关的计算机专业基础知识课程，以形成符合嵌入式系统发展方向、系统、完善的课程体系，使得学生在开始系统学习嵌入式知识以前，具备学习的基础。通过嵌入式专业课程，让学生们认识到模拟电路、数字电路、微机接口技术、操作系统、数据库、程序设计、计算机网络、信号与系统等课程不再是独立的课程，而是一个有机的“整体”。根据嵌入式系统知识体系杂、多、乱的特点，以及一般高等院校学生的特点（同时借鉴了参考文献[3]-[6]），我们对嵌入式系统知识点进行裁剪与优化组合，构建软、硬件有机结合的完整知识体系，如图1所示。
该课程体系注重课程的前后衔接与层次划分，可满足不同用户的需要和学生的个性发展需要。学生可根据自己的基础、能力及兴趣选择不同的教学内容及配套实验，实现教学的层次性和多样性，满足各类人员的需要。以图1为例，可以有三个选择方案。方案一侧重于嵌入式系统的硬件设计，所选课程为嵌入式系统原理及相应的综合课程设计；方案二侧重于嵌入式系统的软件设计，所选课程为嵌入式系统软件设计及相应的综合课程设计；如果软硬兼修，则可选择第三个方案，所选课程为嵌入式系统原理、嵌入式系统软件设计及相应的综合课程设计。另外在该课程体系中，除了与嵌入式系统知识点有直接关联的课程外，我们还安排两门专业选修课：Web技术和互动多媒体。安排这两门课程的目的是，考虑到一般高等院校的电子专业学生中，有一定的比率是女生，她们的硬件设计/高级应用程序程序的动手设计能力相对比较薄弱，而这两门选修课都是入门比较容易，而且学生也比较容易上手的课程。通过这两门选修课的学习，既能为后续的课程设计提供相关的基础知识，又能为以后的就业提供一点新的就业方向。
二、教学模式改革
嵌入式系统的教学有这样一些特点[7]：1.涉及的领域非常广泛，基础性强；2.软件和硬件设计完美结合，综合性强；3.理论与实践紧密结合，实践性强；4.嵌入式技术日新月异，潮流性强。针对嵌入式系统课程特点，在实际的教学中，我们要注重学生自学能力的培养，要鼓励学生敢于提出新思想、新方案、新办法，逐渐培养学生的创新意识和创新能力。
“做-中-学”（”learn-by-doing”）理念是由美国卡内基•梅隆大学率先提出的一种教学模式。这种教学模式旨在强化工科学生全面的实践能力和工程素养。“Learning by doing”就是要学生在“做”的过程中，通过自己的体会，对获取的知识进行归纳与总结，达到“学”的目的。同济大学软件学院是国内最早将“Learning by doing”这种先进的教学理念引入嵌入式课程教学。他们以实际嵌入式项目的开发过程和方法为主线，采用“项目驱动、案例导向”模式进行启发式教学，将“边做边学、以做促学”的教学思想贯穿于整个教学过程中[8]。在“Learning by doing”的教学模式中，学生不仅能加深对嵌入式相关概念和原理的理解，而且最终有可能完成一个比较完整的，甚至有创造性的嵌入式作品。在嵌入式系统的课程中，引入“Learning by doing”教学理念，使嵌入式系统真正成为一门学生看得见摸得着的实实在在的生动课程，而不再是对理论的死记硬背。
三、实践教学改革
嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中非常重要的环节。传统的嵌入式系统实践教学大多只停留在利用实验箱进行一些基础的、验证性的实验，无法给学生提供自由发挥的空间，不能较好的提高学生的动手创新能力。为了加强学生动手能力及提高学生对嵌入式开发的兴趣，我们从实践环节中对嵌入式系统的教学进行相应的改革。实验内容的安排由浅入深、由易到难，使学生逐步建立学习的成就感，并利用市场上一些成熟的嵌入式产品给学生做实验，从而培养学生对嵌入式学习的兴趣，同时也希望能促进大学教育的创新性人才培养。
根据学生的学习能力以及培养目标，我们将实践教学分为3个层次，便于不同类型的学生选择。1.基础性实验：这是相关课程中最基本的实验，要求所有学生都必须掌握。如无仿真器程序开发、GPIO、中断、DMA、UART；基于Linux的实验环境搭建、基本驱动程序设计、简单应用程序设计等。2.综合性实验：在基础性实验的基础上，综合整个课程体系的知识，充分利用实验系统上的硬件资源，构造一个具有实际意义的嵌入式系统，综合性实验有多个题目供学生选做。如无操作系统下的音频录放、俄罗斯方块，或基于操作系统的类似程序设计等。3.创新设计性实验：创新设计性实验主要提供给学习能力较强并对嵌入式系统感兴趣的学生。利用市场上成熟的嵌入式产品，由学生对成熟产品进行功能的扩展、或者是系统（应用程序）的升级等工作。通过这类实验的练习，除了提高学生的研究能力和实践能力，还让他们能更进一步理解不同课程之间知识的有机联系并深入体会嵌入式系统面向应用的含义。
四、结论
嵌入式技术日新月异，巨大的市场潜力和产业需求使得嵌入式技术方面的发展和研究越来越受到重视，许多高校都在不断探索“嵌入式系统”课程的教学与实践方法。我们从“嵌入式系统”课程的体系构建、教学模式的改革，以及实验教学的设置提出一些建议和意见。“嵌入式系统”课程教学还有其他许多值得深入探讨和研究的内容，本文的建议仅是一家之言，希望对同行能有一定的参考价值，也欢迎同行批评指正。
参考文献：
[1]The Joint Task Force on Computer Engineering Curricula.Computer Engineering 2004[R].IEEE Computer Society Association for Computing Machinery,2004.http://www.acm.org/education/education/curric_vols/CE-Final-Report.pdf
[2]尚利宏.北京航空航天大学“嵌入式系统设计”精品课程建设.计算机教育[J],2006,8:7-9
[3]王彦,李宏力,赵家华,徐亮.以目标板任务为导向,整合嵌入式软硬件教学.计算机教育[J],2009,17:31-32
[4]王蘇峰,宁洪,陆洪毅,侯方勇,王进.嵌入式系统课程体系及其创新实践的探索.计算机教育[J],2010,7:45-48
[5]徐迎晖,冯然.嵌入式系统课程设置与教学的思考.装备制造技术[J],2009,8:180-181
[6]李军,袁满,刘彦军.嵌入式系统教学体系及方式探讨.计算机教育[J],2010,6:97-99
[7]徐慧,金敏.“三点一线”教学方法在“嵌入式系统”课程中的应用[J].计算机教育,2009,10:39-41
[8]何宗键.同济大学软件学院“嵌入式软件开发导论”课程介绍.计算机教育[J],2006,8:4-6
作者简介：
林贵敏（1981-），男，讲师，从事“操作系统”和“嵌入式系统”教学工作，主要研究方向：嵌入式应用，数字图像处理，光子晶体。
关键词：嵌入式系统；课程体系；实践教学
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 13-0000-02
The System Research of the Embedded System Course for the Electronic Major
Lin Guimin,Liu Tianjian,Chen Xiyao
(Minjiang University,Fujian350108,China)
Abstract:With the rapid development of embedded technology,it’s necessary to improve students’abilities of analyzing and solving practical problems in embedded system application.According to the characteristics of the knowledge system for the embedded systems,and the situation for electronic major students from ordinary colleges and universities,we integrate and optimize the curriculum of pre-courses of embedded systems.We focus on the convergence of knowledge between a course and its previous ones,on the stratification and classification,and also on the integrity of knowledge structure.According to their groundwork,ability and interests,students can choose different teaching contents and related experiments.There is adequate space for individual development of students,so as to meet the different needs of embedded talents from different areas.
Keywords:Embedded system;Course system;Practical teaching
在2004年IEEE計算机协会和ACM共同制定的计算机类课程体系中，嵌入式系统被列为核心课程之一[1]。嵌入式系统是一门涉及电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子学等众多领域的综合性课程。从技术角度来看，嵌入式系统可以看作是软件产业、信息处理产业的综合。从学科角度来看，嵌入式系统是计算机科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等相关学科的交叉学科，是当前最有发展潜力和应用最为广泛的稀缺专业方向。随着国家大力发展物联网，推进三网融合，以及对环境污染监测与控制的日趋关注，信息家电的普及推广，嵌入式系统专业学生的就业前景非常广阔。与巨大的市场潜力和产业需求相比，我国嵌入式系统工程人才培养相对落后，进而影响到该产业的快速发展。在这种背景下，许多高校的电子信息类专业针对市场需求，开设了嵌入式系统相关课程[2]。但由于专业背景不同，需求各异，课程内容相差较大。
本文针对电子类专业开设嵌入式系统课程，以及相关先修课程与基础知识的准备、教学内容的选择、实验教学等问题进行研究，以期达到既能体现课程特点和精华，同时又兼顾培养学生实践能力和创新意识。
一、电子专业嵌入式系统课程体系建设
虽然电子专业嵌入式系统的培养目标侧重于硬件基础平台的设计，但嵌入式系统是一个涉及多技术领域的知识范畴。在以学生就业为导向的背景下，嵌入式人才培养不但要掌握电子技术方面的基础知识，而且对计算机体系结构也要有比较深入的理解。这就要求电子专业在嵌入式专业课程教学前，除了开设电子类基础知识课程外，还必须开设相关的计算机专业基础知识课程，以形成符合嵌入式系统发展方向、系统、完善的课程体系，使得学生在开始系统学习嵌入式知识以前，具备学习的基础。通过嵌入式专业课程，让学生们认识到模拟电路、数字电路、微机接口技术、操作系统、数据库、程序设计、计算机网络、信号与系统等课程不再是独立的课程，而是一个有机的“整体”。根据嵌入式系统知识体系杂、多、乱的特点，以及一般高等院校学生的特点（同时借鉴了参考文献[3]-[6]），我们对嵌入式系统知识点进行裁剪与优化组合，构建软、硬件有机结合的完整知识体系，如图1所示。
该课程体系注重课程的前后衔接与层次划分，可满足不同用户的需要和学生的个性发展需要。学生可根据自己的基础、能力及兴趣选择不同的教学内容及配套实验，实现教学的层次性和多样性，满足各类人员的需要。以图1为例，可以有三个选择方案。方案一侧重于嵌入式系统的硬件设计，所选课程为嵌入式系统原理及相应的综合课程设计；方案二侧重于嵌入式系统的软件设计，所选课程为嵌入式系统软件设计及相应的综合课程设计；如果软硬兼修，则可选择第三个方案，所选课程为嵌入式系统原理、嵌入式系统软件设计及相应的综合课程设计。另外在该课程体系中，除了与嵌入式系统知识点有直接关联的课程外，我们还安排两门专业选修课：Web技术和互动多媒体。安排这两门课程的目的是，考虑到一般高等院校的电子专业学生中，有一定的比率是女生，她们的硬件设计/高级应用程序程序的动手设计能力相对比较薄弱，而这两门选修课都是入门比较容易，而且学生也比较容易上手的课程。通过这两门选修课的学习，既能为后续的课程设计提供相关的基础知识，又能为以后的就业提供一点新的就业方向。
二、教学模式改革
嵌入式系统的教学有这样一些特点[7]：1.涉及的领域非常广泛，基础性强；2.软件和硬件设计完美结合，综合性强；3.理论与实践紧密结合，实践性强；4.嵌入式技术日新月异，潮流性强。针对嵌入式系统课程特点，在实际的教学中，我们要注重学生自学能力的培养，要鼓励学生敢于提出新思想、新方案、新办法，逐渐培养学生的创新意识和创新能力。
“做-中-学”（”learn-by-doing”）理念是由美国卡内基•梅隆大学率先提出的一种教学模式。这种教学模式旨在强化工科学生全面的实践能力和工程素养。“Learning by doing”就是要学生在“做”的过程中，通过自己的体会，对获取的知识进行归纳与总结，达到“学”的目的。同济大学软件学院是国内最早将“Learning by doing”这种先进的教学理念引入嵌入式课程教学。他们以实际嵌入式项目的开发过程和方法为主线，采用“项目驱动、案例导向”模式进行启发式教学，将“边做边学、以做促学”的教学思想贯穿于整个教学过程中[8]。在“Learning by doing”的教学模式中，学生不仅能加深对嵌入式相关概念和原理的理解，而且最终有可能完成一个比较完整的，甚至有创造性的嵌入式作品。在嵌入式系统的课程中，引入“Learning by doing”教学理念，使嵌入式系统真正成为一门学生看得见摸得着的实实在在的生动课程，而不再是对理论的死记硬背。
三、实践教学改革
嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中非常重要的环节。传统的嵌入式系统实践教学大多只停留在利用实验箱进行一些基础的、验证性的实验，无法给学生提供自由发挥的空间，不能较好的提高学生的动手创新能力。为了加强学生动手能力及提高学生对嵌入式开发的兴趣，我们从实践环节中对嵌入式系统的教学进行相应的改革。实验内容的安排由浅入深、由易到难，使学生逐步建立学习的成就感，并利用市场上一些成熟的嵌入式产品给学生做实验，从而培养学生对嵌入式学习的兴趣，同时也希望能促进大学教育的创新性人才培养。
根据学生的学习能力以及培养目标，我们将实践教学分为3个层次，便于不同类型的学生选择。1.基础性实验：这是相关课程中最基本的实验，要求所有学生都必须掌握。如无仿真器程序开发、GPIO、中断、DMA、UART；基于Linux的实验环境搭建、基本驱动程序设计、简单应用程序设计等。2.综合性实验：在基础性实验的基础上，综合整个课程体系的知识，充分利用实验系统上的硬件资源，构造一个具有实际意义的嵌入式系统，综合性实验有多个题目供学生选做。如无操作系统下的音频录放、俄罗斯方块，或基于操作系统的类似程序设计等。3.创新设计性实验：创新设计性实验主要提供给学习能力较强并对嵌入式系统感兴趣的学生。利用市场上成熟的嵌入式产品，由学生对成熟产品进行功能的扩展、或者是系统（应用程序）的升级等工作。通过这类实验的练习，除了提高学生的研究能力和实践能力，还让他们能更进一步理解不同课程之间知识的有机联系并深入体会嵌入式系统面向应用的含义。
四、结论
嵌入式技术日新月异，巨大的市场潜力和产业需求使得嵌入式技术方面的发展和研究越来越受到重视，许多高校都在不断探索“嵌入式系统”课程的教学与实践方法。我们从“嵌入式系统”课程的体系构建、教学模式的改革，以及实验教学的设置提出一些建议和意见。“嵌入式系统”课程教学还有其他许多值得深入探讨和研究的内容，本文的建议仅是一家之言，希望对同行能有一定的参考价值，也欢迎同行批评指正。
参考文献：
[1]The Joint Task Force on Computer Engineering Curricula.Computer Engineering 2004[R].IEEE Computer Society Association for Computing Machinery,2004.http://www.acm.org/education/education/curric_vols/CE-Final-Report.pdf
[2]尚利宏.北京航空航天大学“嵌入式系统设计”精品课程建设.计算机教育[J],2006,8:7-9
[3]王彦,李宏力,赵家华,徐亮.以目标板任务为导向,整合嵌入式软硬件教学.计算机教育[J],2009,17:31-32
[4]王蘇峰,宁洪,陆洪毅,侯方勇,王进.嵌入式系统课程体系及其创新实践的探索.计算机教育[J],2010,7:45-48
[5]徐迎晖,冯然.嵌入式系统课程设置与教学的思考.装备制造技术[J],2009,8:180-181
[6]李军,袁满,刘彦军.嵌入式系统教学体系及方式探讨.计算机教育[J],2010,6:97-99
[7]徐慧,金敏.“三点一线”教学方法在“嵌入式系统”课程中的应用[J].计算机教育,2009,10:39-41
[8]何宗键.同济大学软件学院“嵌入式软件开发导论”课程介绍.计算机教育[J],2006,8:4-6
作者简介：
林贵敏（1981-），男，讲师，从事“操作系统”和“嵌入式系统”教学工作，主要研究方向：嵌入式应用，数字图像处理，光子晶体。