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[摘要]文章研究了在高职高专中开设嵌入式系统课程的必要性及可行性，提出了高职高专开设嵌入式系统课程的教学课程改革及实验实训建设的方法，明确了嵌入式系统课程进一步改革的指导思想。
[关键词]高职院校嵌入式系统课程改革
[作者简介]邓力(1971—)，男，广西梧州人，桂林理工大学南宁分校计信系，副教授、高级工程师，硕士，研究方向为嵌入式系统开发。(广西 南宁 530001)
[基金项目]本文系2008年新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第四批立项项目“基于四种能力培育的高职高专嵌入式系统课程的开发与实践”(项目编号：2008B119)、2008年度广西高校自治区级精品课程项目“Java程序设计”(项目编号：桂教高教[2008]1 33号)和2 009年南宁市科学研究与技术开发计划市校合作专项“中国一东盟多国互译系统研制开发”(项目编号：00901020A)的研究成果之一。
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004—3985(2011)29—0140—02
一、专业人才需求及职业岗位分析
国家经济的发展形成了对电子信息工程人才的巨大需求。而电子信息产业需要的人才是多层次的，不仅需要本科、硕士等高学历人才，也需要大量技能型、应用型人才。随着国内经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对家电产品的功能提出了更高的要求，家电智能化已成为国内家电发展的一个趋势，在家电产品开发中使用嵌入式技术也越来越广泛。同时随着3G网络的建设及手机智能化程度的提高，现在的手机不但功能越来越强，而通常在智能手机上都安装了相应的操作系统，可以在操作系统平台上开发手机软件，并且还能通过3G网络完成更多更强的功能，因此市场对嵌入式手机的软件开发人员需求十分强烈。嵌入式手机编程开发平台是集合通信技术、嵌入式技术、电子技术、软件工程、操作系统等理论的软硬件开发平台，嵌入式手机属嵌入式系统的一个分支。目前国内人才市场急需嵌入式系统、嵌入式手机软件的专业技术人才，而且缺口有逐年加大的趋势。
二、国内嵌入式系统及手机软件课程教学的现状
目前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统课程的重要性，但国内开设嵌入式课程的院校不多，开设嵌入式及手机软件课程的高职院校更少，高职学校对嵌入式系统的课程还处在探索阶段。
笔者认为现阶段我国嵌入式教学存在以下的问题：一是定位不明确。从分析收集到的资料看，当前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统的重要性，但很多高职院校的嵌入式课程只是研究生、本科课程的缩减，没有体现出高职教育的课程特点，而嵌入手机软件类课程很多高校都还未开设。二是教学更新不快。嵌入式系统技术更新快，而目前不少高校嵌入式课程讲授的内容却没有跟上，出现教学内容陈旧、教学深度不够的现象。三是课程体系设置不合理。没有根据不同专业知识点设置教学内容。四是缺少系列教材。嵌入式技术往往和行业背景结合紧密，由于嵌入式系统技术更新较快，很难找到针对高职教育特点的系列教材。五是目前很多高校都设有计算机软件、网络专业，但大多是基于PC平台和传统网络，没有开设针对嵌入式平台的软件课程和基于3G网络的软件及网络专业课程。
三、嵌入式系统课程教学改革
(一)课程设计理念和思路
通过调研，我们认清社会对开设课程的需求，理清嵌入式系统和手机软件的知识点，确定教学内容，明确教学改革方向。密切跟踪国内外职业标准，以工作任务为载体，结合地方经济，以实际工作岗位的技能要求重构课程内容。理论内容以“必需”和“够用”为准则，合理删除原有教学内容中的落后技术，使教学内容、教学目标与实际工作岗位的要求相对接。根据职业能力要求，按照工作过程的实际需要设计、组织和实施课程，尽早让学生进入工作实践，实现从学习者到工作者角色的转换。
(二)课程教学的改革
秉承“实用、够用”的原则，下力气组织适合岗位技能需求的、符合高职学生认知特点的理论教学内容，突出应用主线。
1.在课程内容上，嵌入式课程针对不同专业的学生，调整授课内容。针对计算机专业的学生，由于该类学生已学过计算机编程语言、操作系统原理及面向对象程序开发等课程，对软件开发及操作系统有了较深入的了解，而且社会对高职学生在嵌入式系统的应用程序的开发有较大需求，因此嵌入式课程内容的重点应放在嵌入式软件的开发上。一般高职计算机专业的学生都学过c语言和c++，嵌入式软件开发可以采用c或者c++；而对已学过Java软件开发的学生，可以采用J2ME的开发。
针对电子信息类专业的学生，学过电子电路的很大一部分知识，而计算机程序软件和操作系统所学的内容较少，因此，嵌入式课程中首先讲解ARM7中的LPC2000系列芯片，利用电子信息专业的学生学过单片机课程的条件，对LPC2000系列芯片先不移植操作系统，将LPC2000系列首先当成高级单片机来使用，将学生原来课程中的单片机项目移植到LPC2000系列芯片中来，使学生对嵌入式知识的学习有更好的连贯性。同时嵌入式系统不再讲解嵌入式Linux，而是讲解uCOS／II、WindowsCE嵌入式操作系统的软件开发。μCOS操作系统是开源的，可以将μCOS／II的内核源码作为教学案例，讲解嵌入式操作系统内核的实现机制和原理。同时将前面所做的把LPC2000系列当高级单片机使用无操作系统的项目通过μCOS操作系统的任务来实习，使学生明白操作系统的特点并使后面的学习有继承性。Windows CE课程体现为学生掌握在Windows CE操作系统应用程序开发的能力。Windows CE操作系统应用程序的开发语言选择Visual Studio.NET的C#，能够激发学生进一步学习的热情。
2.在教学中采用“教、学、做”一体的教学模式。基于高职生的学习特点，以典型案例引导、分析工作任务为主线，重构课程教学内容，学生边学习、边实践、边提问。
3.通过“企业引入、教师TT、专家进校”等多种形式，完善“双师结构”教学团队建设。建立一套符合工学结合、顶岗实习教学规律的配套制度，创建新型管理体制平台。
4.通过科研项目及电子竞赛提高教师与学生的嵌入式开发能力。课程组以科研项目的开展、产业化工作的推进为支撑，不断跟踪嵌入式系统尤其是基础软件领域的最新发展和应用情况，用科研、产业的成果丰富和完善嵌入式系统理论与实践教学。利用教学、科研、产业化相结合促进的新型模式，将科研优势转化为教学优势，在课程内容和实践教学体系的设置上不断调整，力求带给学生最新的知识与技能。课程内容的时效性与先进性非常强，能激发学生广泛与深入的学习兴趣，取得很好的教学效果。参与科研项目、科技竞赛活动对提高学生的创新能力、科学思维能力和实践能力非常重要。
5.产学研结合，校企联合办学。积极推动科研成果的转化， 通过科研项目的产业化工作密切联系学校与企业。桂林理工大学南宁分校(以下简称“学校”)教师参与的2009年南宁市科学研究与技术开发计划市校合作专项——“中国一东盟多国互译系统研制开发”就是与南宁高新区企业“申能达智能技术有限公司”合作共同开发生产的。
四、实验、实训的建设与改革
实验实训课程的设置可以考虑建立嵌入式实验室。在购置实验设备时，除考虑满足嵌入式的实验需要外，在ARM实验箱的基础上还可以增加CPRS、FPGA等扩展模块，为以后新增的移动通信技术、EDA技术等课程开设无线通信、手机软硬件开发、芯片电路设计等实验课程，提高购买实验设备的费效比。
为了让学生通过实验体会嵌入式系统硬件平台多样性的特点，嵌入式系统课程计划要配置以下几种类型的嵌入式目标硬件平台：嵌入式仿真(Pc平台)。Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统(单片机应用系统、ARM应用系统)的仿真实验，这也是其他任何仿真软件无力所及的。Proteus仿真主要用于LPC2000系列芯片的实验与实训，可以分为不带操作系统和带UCOS操作系统两大部分，并且两部分的实验与实训要有一定的关联性。
基于ARM9的嵌入式硬件平台。ARM9的硬件平台可以采用博创2410S实验箱。通过ARM9实验箱完成WinCE的系统定制、内核下载等操作系统的相关实验。ARM9的实验平台具有较高的性价比。ARM9既可完成ADS、IAR等无操作系统以及UCOS等深度嵌入式操作系统的实验，还能进行完整操作系统的安装、移植(如WinCE、Linux操作系统)，实验平台可以进行系统的定制、内核下载等操作系统的相关实验，还可以开发运行基于系统平台上的软件。
五、嵌入式系统课程继续改革的思考
嵌入式系统课程建设取得了一定成效，但还有待进一步完善。
(一)嵌入式系统课程教学内容的扩展
可以考虑在嵌入式系统课程中增加嵌入式手机内容。对于手机基本上可以分成两种，即传统手机和智能手机。智能手机除具有传统手机的基本功能外，还具有开放的操作系统、硬件和软件的可扩充性和支持第三方的二次开发等。智能手机以其强大的功能和便捷的操作越来越得到人们的青睐，逐渐成为市场的一种潮流。手机操作系统当前主要包括以下几种系统：诺基亚的Symbian、微软的Windows Mobile、苹果手机的iOS、google手机的安卓系统(Android)和Linux Mobile等。
在选择程序讲解的手机操作系统时，通过对社会需求和嵌入式系统课程内容的关联性考虑，手机系统讲解采用微软的Windows Mobile和google手机的安卓系统。微软的WindowsMobile手机操作系统与嵌入式的Windows CE操作系统是基于相同的操作系统内核，应用软件的开发可以采用相同的应用开发程序C#。而google手机的安卓系统在目前发展处于快速增长的阶段，其系统内核是基于Linux系统的，而应用软件的开发又是采用Java软件，与嵌入式系统的J2ME一样都可以采用Ja—va进行软件的开发。
手机软件课程可以分为手机系统的维护与手机软件的开发两部分。前者又包含以下几个部分：一是手机操作系统的升级与更新，二是手机网络的连接设置，三是手机与PC电脑的同步连接及手机数据备份等，四是手机常用软件的下载及安装。
(二)手机系统的实验平台建设
由于智能手机更新很快，并且建设嵌入式实验平台与手机实验平台投入高，根据手机操作系统的特点，可以利用虚拟机、虚拟设备的软件平台完成手机操作系统的教学，如通过安装运行Windows Mobile模拟器，完成WM手机通过ActiveSync与PC同步；通过Windows Mobile模拟器绑定网络适配器完成WM手机的网络设置及相关上网软件的安装、运行等实验。
[关键词]高职院校嵌入式系统课程改革
[作者简介]邓力(1971—)，男，广西梧州人，桂林理工大学南宁分校计信系，副教授、高级工程师，硕士，研究方向为嵌入式系统开发。(广西 南宁 530001)
[基金项目]本文系2008年新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第四批立项项目“基于四种能力培育的高职高专嵌入式系统课程的开发与实践”(项目编号：2008B119)、2008年度广西高校自治区级精品课程项目“Java程序设计”(项目编号：桂教高教[2008]1 33号)和2 009年南宁市科学研究与技术开发计划市校合作专项“中国一东盟多国互译系统研制开发”(项目编号：00901020A)的研究成果之一。
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004—3985(2011)29—0140—02
一、专业人才需求及职业岗位分析
国家经济的发展形成了对电子信息工程人才的巨大需求。而电子信息产业需要的人才是多层次的，不仅需要本科、硕士等高学历人才，也需要大量技能型、应用型人才。随着国内经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对家电产品的功能提出了更高的要求，家电智能化已成为国内家电发展的一个趋势，在家电产品开发中使用嵌入式技术也越来越广泛。同时随着3G网络的建设及手机智能化程度的提高，现在的手机不但功能越来越强，而通常在智能手机上都安装了相应的操作系统，可以在操作系统平台上开发手机软件，并且还能通过3G网络完成更多更强的功能，因此市场对嵌入式手机的软件开发人员需求十分强烈。嵌入式手机编程开发平台是集合通信技术、嵌入式技术、电子技术、软件工程、操作系统等理论的软硬件开发平台，嵌入式手机属嵌入式系统的一个分支。目前国内人才市场急需嵌入式系统、嵌入式手机软件的专业技术人才，而且缺口有逐年加大的趋势。
二、国内嵌入式系统及手机软件课程教学的现状
目前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统课程的重要性，但国内开设嵌入式课程的院校不多，开设嵌入式及手机软件课程的高职院校更少，高职学校对嵌入式系统的课程还处在探索阶段。
笔者认为现阶段我国嵌入式教学存在以下的问题：一是定位不明确。从分析收集到的资料看，当前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统的重要性，但很多高职院校的嵌入式课程只是研究生、本科课程的缩减，没有体现出高职教育的课程特点，而嵌入手机软件类课程很多高校都还未开设。二是教学更新不快。嵌入式系统技术更新快，而目前不少高校嵌入式课程讲授的内容却没有跟上，出现教学内容陈旧、教学深度不够的现象。三是课程体系设置不合理。没有根据不同专业知识点设置教学内容。四是缺少系列教材。嵌入式技术往往和行业背景结合紧密，由于嵌入式系统技术更新较快，很难找到针对高职教育特点的系列教材。五是目前很多高校都设有计算机软件、网络专业，但大多是基于PC平台和传统网络，没有开设针对嵌入式平台的软件课程和基于3G网络的软件及网络专业课程。
三、嵌入式系统课程教学改革
(一)课程设计理念和思路
通过调研，我们认清社会对开设课程的需求，理清嵌入式系统和手机软件的知识点，确定教学内容，明确教学改革方向。密切跟踪国内外职业标准，以工作任务为载体，结合地方经济，以实际工作岗位的技能要求重构课程内容。理论内容以“必需”和“够用”为准则，合理删除原有教学内容中的落后技术，使教学内容、教学目标与实际工作岗位的要求相对接。根据职业能力要求，按照工作过程的实际需要设计、组织和实施课程，尽早让学生进入工作实践，实现从学习者到工作者角色的转换。
(二)课程教学的改革
秉承“实用、够用”的原则，下力气组织适合岗位技能需求的、符合高职学生认知特点的理论教学内容，突出应用主线。
1.在课程内容上，嵌入式课程针对不同专业的学生，调整授课内容。针对计算机专业的学生，由于该类学生已学过计算机编程语言、操作系统原理及面向对象程序开发等课程，对软件开发及操作系统有了较深入的了解，而且社会对高职学生在嵌入式系统的应用程序的开发有较大需求，因此嵌入式课程内容的重点应放在嵌入式软件的开发上。一般高职计算机专业的学生都学过c语言和c++，嵌入式软件开发可以采用c或者c++；而对已学过Java软件开发的学生，可以采用J2ME的开发。
针对电子信息类专业的学生，学过电子电路的很大一部分知识，而计算机程序软件和操作系统所学的内容较少，因此，嵌入式课程中首先讲解ARM7中的LPC2000系列芯片，利用电子信息专业的学生学过单片机课程的条件，对LPC2000系列芯片先不移植操作系统，将LPC2000系列首先当成高级单片机来使用，将学生原来课程中的单片机项目移植到LPC2000系列芯片中来，使学生对嵌入式知识的学习有更好的连贯性。同时嵌入式系统不再讲解嵌入式Linux，而是讲解uCOS／II、WindowsCE嵌入式操作系统的软件开发。μCOS操作系统是开源的，可以将μCOS／II的内核源码作为教学案例，讲解嵌入式操作系统内核的实现机制和原理。同时将前面所做的把LPC2000系列当高级单片机使用无操作系统的项目通过μCOS操作系统的任务来实习，使学生明白操作系统的特点并使后面的学习有继承性。Windows CE课程体现为学生掌握在Windows CE操作系统应用程序开发的能力。Windows CE操作系统应用程序的开发语言选择Visual Studio.NET的C#，能够激发学生进一步学习的热情。
2.在教学中采用“教、学、做”一体的教学模式。基于高职生的学习特点，以典型案例引导、分析工作任务为主线，重构课程教学内容，学生边学习、边实践、边提问。
3.通过“企业引入、教师TT、专家进校”等多种形式，完善“双师结构”教学团队建设。建立一套符合工学结合、顶岗实习教学规律的配套制度，创建新型管理体制平台。
4.通过科研项目及电子竞赛提高教师与学生的嵌入式开发能力。课程组以科研项目的开展、产业化工作的推进为支撑，不断跟踪嵌入式系统尤其是基础软件领域的最新发展和应用情况，用科研、产业的成果丰富和完善嵌入式系统理论与实践教学。利用教学、科研、产业化相结合促进的新型模式，将科研优势转化为教学优势，在课程内容和实践教学体系的设置上不断调整，力求带给学生最新的知识与技能。课程内容的时效性与先进性非常强，能激发学生广泛与深入的学习兴趣，取得很好的教学效果。参与科研项目、科技竞赛活动对提高学生的创新能力、科学思维能力和实践能力非常重要。
5.产学研结合，校企联合办学。积极推动科研成果的转化， 通过科研项目的产业化工作密切联系学校与企业。桂林理工大学南宁分校(以下简称“学校”)教师参与的2009年南宁市科学研究与技术开发计划市校合作专项——“中国一东盟多国互译系统研制开发”就是与南宁高新区企业“申能达智能技术有限公司”合作共同开发生产的。
四、实验、实训的建设与改革
实验实训课程的设置可以考虑建立嵌入式实验室。在购置实验设备时，除考虑满足嵌入式的实验需要外，在ARM实验箱的基础上还可以增加CPRS、FPGA等扩展模块，为以后新增的移动通信技术、EDA技术等课程开设无线通信、手机软硬件开发、芯片电路设计等实验课程，提高购买实验设备的费效比。
为了让学生通过实验体会嵌入式系统硬件平台多样性的特点，嵌入式系统课程计划要配置以下几种类型的嵌入式目标硬件平台：嵌入式仿真(Pc平台)。Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统(单片机应用系统、ARM应用系统)的仿真实验，这也是其他任何仿真软件无力所及的。Proteus仿真主要用于LPC2000系列芯片的实验与实训，可以分为不带操作系统和带UCOS操作系统两大部分，并且两部分的实验与实训要有一定的关联性。
基于ARM9的嵌入式硬件平台。ARM9的硬件平台可以采用博创2410S实验箱。通过ARM9实验箱完成WinCE的系统定制、内核下载等操作系统的相关实验。ARM9的实验平台具有较高的性价比。ARM9既可完成ADS、IAR等无操作系统以及UCOS等深度嵌入式操作系统的实验，还能进行完整操作系统的安装、移植(如WinCE、Linux操作系统)，实验平台可以进行系统的定制、内核下载等操作系统的相关实验，还可以开发运行基于系统平台上的软件。
五、嵌入式系统课程继续改革的思考
嵌入式系统课程建设取得了一定成效，但还有待进一步完善。
(一)嵌入式系统课程教学内容的扩展
可以考虑在嵌入式系统课程中增加嵌入式手机内容。对于手机基本上可以分成两种，即传统手机和智能手机。智能手机除具有传统手机的基本功能外，还具有开放的操作系统、硬件和软件的可扩充性和支持第三方的二次开发等。智能手机以其强大的功能和便捷的操作越来越得到人们的青睐，逐渐成为市场的一种潮流。手机操作系统当前主要包括以下几种系统：诺基亚的Symbian、微软的Windows Mobile、苹果手机的iOS、google手机的安卓系统(Android)和Linux Mobile等。
在选择程序讲解的手机操作系统时，通过对社会需求和嵌入式系统课程内容的关联性考虑，手机系统讲解采用微软的Windows Mobile和google手机的安卓系统。微软的WindowsMobile手机操作系统与嵌入式的Windows CE操作系统是基于相同的操作系统内核，应用软件的开发可以采用相同的应用开发程序C#。而google手机的安卓系统在目前发展处于快速增长的阶段，其系统内核是基于Linux系统的，而应用软件的开发又是采用Java软件，与嵌入式系统的J2ME一样都可以采用Ja—va进行软件的开发。
手机软件课程可以分为手机系统的维护与手机软件的开发两部分。前者又包含以下几个部分：一是手机操作系统的升级与更新，二是手机网络的连接设置，三是手机与PC电脑的同步连接及手机数据备份等，四是手机常用软件的下载及安装。
(二)手机系统的实验平台建设
由于智能手机更新很快，并且建设嵌入式实验平台与手机实验平台投入高，根据手机操作系统的特点，可以利用虚拟机、虚拟设备的软件平台完成手机操作系统的教学，如通过安装运行Windows Mobile模拟器，完成WM手机通过ActiveSync与PC同步；通过Windows Mobile模拟器绑定网络适配器完成WM手机的网络设置及相关上网软件的安装、运行等实验。