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摘要：嵌入式系统是当前最热门，最具有发展前途的技术应用领域之一。目前嵌入式系统广泛应用在数控设备、汽车电子、家电控制系统、医疗器械、航天航空设备和手提数码产品等广泛的领域之中。由企业的需求出发，构建由浅入深、循序渐进的嵌入式专业教育体系，并且结合嵌入式实践设计和科技创新竞赛等活动，加强学生对嵌入式专业知识的理解。最重要的是培养学生对嵌入式系统的学习思路，增强学生思考问题、解决问题的自学能力，以便更好地适应当前企业对嵌入式专业人才的要求。
关键词：嵌入式教学；企业需求；教学内容；教学改革
作者简介：谭斐（1983-），女，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，实验师；王伟然（1983-），男，江苏镇江人，江苏科技大学电子信息学院，讲师。（江苏 镇江 212000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0125-02
国际电气和电子工程师协会（IEEE）对嵌入式系统定义为：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。[1]实质上嵌入式系统就是一种以应用为目的，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等都有严格要求的专用计算机系统。[2，3]近年来，随着嵌入式系统的迅猛发展，嵌入式系统被广泛应用到各个现代高新产业中。随着嵌入式系统在产业应用中比例的快速增长，企业需要大量同时能够掌握硬件和软件设计的嵌入式新型复合人才。由于高校课程设置的滞后，尽管每年大约有50万左右的电气工程类高校毕业生，企业对嵌入式人才需求的缺口仍然达到每年80万左右。这个现象说明目前高校对于电气类课程的教学还是基于传统模式，没有跟上企业的需求，这种情况极大违反了课程设置的要求，同时也给在高校中开展嵌入式教学体系的设置和改革带来了机遇和挑战。如何设置电气专业嵌入式课程的教学和实验，通过教学内容和教学方法的改革，培养符合企业标准的嵌入式实践型复合人才是当前最需要研究解决的目标。
一、嵌入式课程教学及其实验的特点
嵌入式系统是一个硬件平台和软件编程的结合体，当前国际各大电气公司都推出了自己相关的嵌入式系统，比如TI公司的DSP系列、飞思卡尔的DSC系列、三星公司的ARM系列、Xilinx公司的FPGA系统等。目前嵌入式系统种类较为复杂，软件编译平台也有所不同，但是学习嵌入式系统的总体思路是不变的，只要熟练掌握了一种嵌入式平台的设计，举一反三地自学其他嵌入式系统也是相对较为简单的。[4，5]
嵌入式系统的教学涉及到一系列基础课程的学习，比如模电数电、计算机系统、单片机控制、C语言、操作系统甚至还有汇编语言等等。结合江苏大学（以下简称“我校”）电气类专业课程建设以及电气工程及其自动化专业的建设目标，和当前企业对于嵌入式专业人才的需求，将对嵌入式系统实验教学体系进行改革。教学改革以增强学生的实际动手能力，提高学生的科技创新能力，贴近企业需求，以培养符合复合型嵌入式实用型人才为目的。从整体上考虑嵌入式教学和其他学科的契合点，研究符合本校、符合学生学习规律的嵌入式实验教学方法，以使学生尽快熟悉嵌入式平台的设计及其操作，同时培养学生思考问题、解决问题的能力，为将来学习其他嵌入式系统打下良好的基础。
二、嵌入式教学体系设置的思路
以扎实理论基础，提高实践动手能力，增强学生思考能力，培养符合企业需求的嵌入式复合型人才为教学指导思想；以思考与动手相结合，授课与实验相结合，课内教学与课外自修相结合，理论与实践相结合，知识与创新相结合，能力与素质相结合，目标与需求相结合为教学理念。将基础教学、嵌入式系统硬件设计、软件综合实验、嵌入式课程设计、本科毕业设计及课外科技创新活动等环节相结合，构建了较为完善的嵌入式系统课程实验教学体系（图1）。[6-8]
1.相关基础课程的学习
学好嵌入式系统不是可以一蹴而就的，这涉及到一系列的基础课程，需要熟悉硬件设计开发流程，掌握基本的接口设计及相关的程序编写方法，熟练规范地使用C语言，了解一部分的汇编函数，掌握一定的通信原理知识。这些需要在课程设置时考虑到学生前期铺垫的专业基础课程，所以一上来就直接开设嵌入式课程不仅不能帮助学生快速上手，反而会混淆学生的思维，打击他们学习嵌入式课程的兴趣。教师应该循序渐进设置好相关基础课程，为学生进一步的嵌入式学习打下基础。当学生在嵌入式学习阶段遇到问题时，可以通过前面所学习到的知识来思考和解决问题，同时这也是对前面基础知识的一个复习过程。
2.针对某一嵌入式芯片设计其数字控制系统
设计嵌入式数字控制系统首先最主要的是设计其核心控制模块。随着选择的嵌入式芯片的不同，核心控制模块也是有所区别的，设计时应查找芯片厂商所提供的资料，构建嵌入式自身独有的核心控制模块。一般来说，嵌入式芯片自身都带有一定的存储空间ROM/Flash ROM，但是如果在工程运用中容量不够的情况下，就需外扩存储器。外扩存储器、通用设备接口、I/O接口和特殊功能模块需要根据工程实际情况选择添加。其设计时也需根据工程要求参考芯片厂商所提供的资料，确定芯片的型号及其硬件连接走线。
当设计嵌入式数字系统硬件的时候，需要用到电子设计自动化工具（EDA）来辅助进行相关设计。EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量的工作可以通过计算机完成，并且可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。现在一般常用的EDA工具有Protel、Altium Designer、PSPICE、multisim12、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等。这些工具都具有较强的功能，除了一般的电子设计之外，还可以实现计算机上的电路仿真、PCB自动布局排线、输出多种电子表格、多种实用的第三方软件接口。学生在学习嵌入式数字系统硬件设计时应选择其中一种或者多种进行熟练掌握。 3.嵌入式芯片平台的理论教学和实验教学
嵌入式芯片平台的理论教学和实验教学是嵌入式教学的重点。
首先，教师在教授嵌入式系统之前自身就应该具有较强的专业知识、工程经验和丰富的教学经验。嵌入式系统是一门综合性强，知识量丰富，并且需要实际工程经验的课程，这不是只靠着一些教材或者课外辅导书可以教授好的。目前许多教授这一门课程的教师自身就有着一定的不足，这就需要教授这一课程的教师不断进行自身的充电。学校也应为教师创造机会，让教师可以实际参加到工程生产的设计中去。
其次，课程教授的过程中需要强化设计环节。嵌入式的学习除了书本和资料上面的内容外，最重要的是教授学生该如何使用，如何考虑相关问题。这需要除了在基本功能验证外，增加设计综合性实验项目。综合性实验项目包括资料的查找、方案的设计、硬件设计及其PCB制版、软件的编写、组装调试。通过针对嵌入式的设计环节，综合训练学生嵌入式系统的实际开发能力，同时培养学生自主思考问题、查找资料、解决问题的能力，为学生今后的嵌入式学习之路打下基础。
最后，科学设置嵌入式教学的考查环节。由于嵌入式的特点，注定一般以考试为主体的考查环节是不适合嵌入式教学的。个人认为嵌入式系统的考查应以这几个方面的形式：
（1）专题演讲。要求学生整理自己感兴趣的嵌入式方面的内容。比如，当前嵌入式的发展动态、一种嵌入式芯片的使用说明、一种主流的嵌入式软件的使用方法、一个针对实际问题的嵌入式系统解决方案、现在嵌入式系统的一些不足或者不方便的地方及其可以对其进行改进的设想等等。
（2）设计报告。教师就一个实际问题要求学生分组设计嵌入式解决方案，包括芯片选型、硬件设计、软件编写、总体调试。如果这个问题比较复杂，可以允许各小组之间分工配合。
（3）读书笔记。要求学生就学习嵌入式系统这一课程后的心得及对教材、资料、课外书籍的认识、总体概念写成读书笔记。
（4）科技竞赛。允许学生自由分组，就自己感兴趣的内容设计一个嵌入式系统，并进行样品自主试制，最后相互之间进行评比。
4.嵌入式系统相关的助研实践和科技竞赛
鼓励学生进行科技创新，提高学生的创新意识，培养学生的实践能力。现在大部分教师都进行着纵向或者横向课题的研究，这里基本上都涉及到嵌入式系统的应用。学校应该鼓励学生参与到这些课题的研究当中，针对这些课题进行相关方案设计及其硬件样品制作和软件编写。
现在国家、省市和相关电子企业都大力支持大学生科技创新竞赛，举办了如全国大学生电子设计竞赛、中国机器人大赛、江苏省大学生课外学术科技竞赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛、德州仪器杯电子设计竞赛等。科技创新竞赛本身就是一个综合性的教学活动。学生在竞赛的过程中将专业理论知识运用到实际问题中，不仅培养了独立思维的意识，还培养了发散型创新思维的能力。
三、结语
嵌入式教学中需要建立以学生为主体，企业要求为目标的互动型教学方式。在课程教学方案中需选择主流典型的嵌入式系统进行教学，主要讲解嵌入式系统学习中的共性。平时注意收集资料，除了所讲解的嵌入式系统外，也需分类介绍其他一些常用的嵌入式系统的特点。注意串联知识点，及时发现学生知识体系中的不足，当发现学生基础知识体系中有所不足的时候，需要及时给学生补充或者制订课余学习计划，并及时检查学生的完成情况；在实验教学方案中需要从学生的实际情况出发，结合实际，不断探索新的实验方法和手段，注意实验过程中的每一个环节，加强对学生实际动手能力的培养。
参考文献：
[1]李佑军.嵌入式系统综述[J].现代电子技术，2003，（6）：41-44.
[2]舒展.嵌入式系统综述[J].现代计算机（专业版），2011，（5）：44-46.
[3]戴明华，李长云，曾志浩，等.嵌入式Linux驱动程序框架研究综述[J].长沙大学学报，2012，（2）.
[4]张晓东，孙丽君，鲁可.高校嵌入式系统课程教学改革探索[J].中国电力教育，2013，（8）：35-36.
[5]李永壮.校企合作模式下的嵌入式教学研究及订单培养的好处[J].计算机教育，2008，（22）：20-22.
[6]张淑艳，马春龙，王金莉，等.嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国科教创新导刊，2012，（11）：31-33.
[7]蒋书波，王晓荣.嵌入式系统平台课程体系教学方法探析[J].中国电力教育，2013，（2）：28-30.
[8]廖小飞，陈雯，许武军，等.基于案例教学的嵌入式系统课程改革与实践[J].教育教学论坛，2013，（5）：31-33.
关键词：嵌入式教学；企业需求；教学内容；教学改革
作者简介：谭斐（1983-），女，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，实验师；王伟然（1983-），男，江苏镇江人，江苏科技大学电子信息学院，讲师。（江苏 镇江 212000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0125-02
国际电气和电子工程师协会（IEEE）对嵌入式系统定义为：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。[1]实质上嵌入式系统就是一种以应用为目的，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等都有严格要求的专用计算机系统。[2，3]近年来，随着嵌入式系统的迅猛发展，嵌入式系统被广泛应用到各个现代高新产业中。随着嵌入式系统在产业应用中比例的快速增长，企业需要大量同时能够掌握硬件和软件设计的嵌入式新型复合人才。由于高校课程设置的滞后，尽管每年大约有50万左右的电气工程类高校毕业生，企业对嵌入式人才需求的缺口仍然达到每年80万左右。这个现象说明目前高校对于电气类课程的教学还是基于传统模式，没有跟上企业的需求，这种情况极大违反了课程设置的要求，同时也给在高校中开展嵌入式教学体系的设置和改革带来了机遇和挑战。如何设置电气专业嵌入式课程的教学和实验，通过教学内容和教学方法的改革，培养符合企业标准的嵌入式实践型复合人才是当前最需要研究解决的目标。
一、嵌入式课程教学及其实验的特点
嵌入式系统是一个硬件平台和软件编程的结合体，当前国际各大电气公司都推出了自己相关的嵌入式系统，比如TI公司的DSP系列、飞思卡尔的DSC系列、三星公司的ARM系列、Xilinx公司的FPGA系统等。目前嵌入式系统种类较为复杂，软件编译平台也有所不同，但是学习嵌入式系统的总体思路是不变的，只要熟练掌握了一种嵌入式平台的设计，举一反三地自学其他嵌入式系统也是相对较为简单的。[4，5]
嵌入式系统的教学涉及到一系列基础课程的学习，比如模电数电、计算机系统、单片机控制、C语言、操作系统甚至还有汇编语言等等。结合江苏大学（以下简称“我校”）电气类专业课程建设以及电气工程及其自动化专业的建设目标，和当前企业对于嵌入式专业人才的需求，将对嵌入式系统实验教学体系进行改革。教学改革以增强学生的实际动手能力，提高学生的科技创新能力，贴近企业需求，以培养符合复合型嵌入式实用型人才为目的。从整体上考虑嵌入式教学和其他学科的契合点，研究符合本校、符合学生学习规律的嵌入式实验教学方法，以使学生尽快熟悉嵌入式平台的设计及其操作，同时培养学生思考问题、解决问题的能力，为将来学习其他嵌入式系统打下良好的基础。
二、嵌入式教学体系设置的思路
以扎实理论基础，提高实践动手能力，增强学生思考能力，培养符合企业需求的嵌入式复合型人才为教学指导思想；以思考与动手相结合，授课与实验相结合，课内教学与课外自修相结合，理论与实践相结合，知识与创新相结合，能力与素质相结合，目标与需求相结合为教学理念。将基础教学、嵌入式系统硬件设计、软件综合实验、嵌入式课程设计、本科毕业设计及课外科技创新活动等环节相结合，构建了较为完善的嵌入式系统课程实验教学体系（图1）。[6-8]
1.相关基础课程的学习
学好嵌入式系统不是可以一蹴而就的，这涉及到一系列的基础课程，需要熟悉硬件设计开发流程，掌握基本的接口设计及相关的程序编写方法，熟练规范地使用C语言，了解一部分的汇编函数，掌握一定的通信原理知识。这些需要在课程设置时考虑到学生前期铺垫的专业基础课程，所以一上来就直接开设嵌入式课程不仅不能帮助学生快速上手，反而会混淆学生的思维，打击他们学习嵌入式课程的兴趣。教师应该循序渐进设置好相关基础课程，为学生进一步的嵌入式学习打下基础。当学生在嵌入式学习阶段遇到问题时，可以通过前面所学习到的知识来思考和解决问题，同时这也是对前面基础知识的一个复习过程。
2.针对某一嵌入式芯片设计其数字控制系统
设计嵌入式数字控制系统首先最主要的是设计其核心控制模块。随着选择的嵌入式芯片的不同，核心控制模块也是有所区别的，设计时应查找芯片厂商所提供的资料，构建嵌入式自身独有的核心控制模块。一般来说，嵌入式芯片自身都带有一定的存储空间ROM/Flash ROM，但是如果在工程运用中容量不够的情况下，就需外扩存储器。外扩存储器、通用设备接口、I/O接口和特殊功能模块需要根据工程实际情况选择添加。其设计时也需根据工程要求参考芯片厂商所提供的资料，确定芯片的型号及其硬件连接走线。
当设计嵌入式数字系统硬件的时候，需要用到电子设计自动化工具（EDA）来辅助进行相关设计。EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量的工作可以通过计算机完成，并且可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。现在一般常用的EDA工具有Protel、Altium Designer、PSPICE、multisim12、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等。这些工具都具有较强的功能，除了一般的电子设计之外，还可以实现计算机上的电路仿真、PCB自动布局排线、输出多种电子表格、多种实用的第三方软件接口。学生在学习嵌入式数字系统硬件设计时应选择其中一种或者多种进行熟练掌握。 3.嵌入式芯片平台的理论教学和实验教学
嵌入式芯片平台的理论教学和实验教学是嵌入式教学的重点。
首先，教师在教授嵌入式系统之前自身就应该具有较强的专业知识、工程经验和丰富的教学经验。嵌入式系统是一门综合性强，知识量丰富，并且需要实际工程经验的课程，这不是只靠着一些教材或者课外辅导书可以教授好的。目前许多教授这一门课程的教师自身就有着一定的不足，这就需要教授这一课程的教师不断进行自身的充电。学校也应为教师创造机会，让教师可以实际参加到工程生产的设计中去。
其次，课程教授的过程中需要强化设计环节。嵌入式的学习除了书本和资料上面的内容外，最重要的是教授学生该如何使用，如何考虑相关问题。这需要除了在基本功能验证外，增加设计综合性实验项目。综合性实验项目包括资料的查找、方案的设计、硬件设计及其PCB制版、软件的编写、组装调试。通过针对嵌入式的设计环节，综合训练学生嵌入式系统的实际开发能力，同时培养学生自主思考问题、查找资料、解决问题的能力，为学生今后的嵌入式学习之路打下基础。
最后，科学设置嵌入式教学的考查环节。由于嵌入式的特点，注定一般以考试为主体的考查环节是不适合嵌入式教学的。个人认为嵌入式系统的考查应以这几个方面的形式：
（1）专题演讲。要求学生整理自己感兴趣的嵌入式方面的内容。比如，当前嵌入式的发展动态、一种嵌入式芯片的使用说明、一种主流的嵌入式软件的使用方法、一个针对实际问题的嵌入式系统解决方案、现在嵌入式系统的一些不足或者不方便的地方及其可以对其进行改进的设想等等。
（2）设计报告。教师就一个实际问题要求学生分组设计嵌入式解决方案，包括芯片选型、硬件设计、软件编写、总体调试。如果这个问题比较复杂，可以允许各小组之间分工配合。
（3）读书笔记。要求学生就学习嵌入式系统这一课程后的心得及对教材、资料、课外书籍的认识、总体概念写成读书笔记。
（4）科技竞赛。允许学生自由分组，就自己感兴趣的内容设计一个嵌入式系统，并进行样品自主试制，最后相互之间进行评比。
4.嵌入式系统相关的助研实践和科技竞赛
鼓励学生进行科技创新，提高学生的创新意识，培养学生的实践能力。现在大部分教师都进行着纵向或者横向课题的研究，这里基本上都涉及到嵌入式系统的应用。学校应该鼓励学生参与到这些课题的研究当中，针对这些课题进行相关方案设计及其硬件样品制作和软件编写。
现在国家、省市和相关电子企业都大力支持大学生科技创新竞赛，举办了如全国大学生电子设计竞赛、中国机器人大赛、江苏省大学生课外学术科技竞赛、飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛、德州仪器杯电子设计竞赛等。科技创新竞赛本身就是一个综合性的教学活动。学生在竞赛的过程中将专业理论知识运用到实际问题中，不仅培养了独立思维的意识，还培养了发散型创新思维的能力。
三、结语
嵌入式教学中需要建立以学生为主体，企业要求为目标的互动型教学方式。在课程教学方案中需选择主流典型的嵌入式系统进行教学，主要讲解嵌入式系统学习中的共性。平时注意收集资料，除了所讲解的嵌入式系统外，也需分类介绍其他一些常用的嵌入式系统的特点。注意串联知识点，及时发现学生知识体系中的不足，当发现学生基础知识体系中有所不足的时候，需要及时给学生补充或者制订课余学习计划，并及时检查学生的完成情况；在实验教学方案中需要从学生的实际情况出发，结合实际，不断探索新的实验方法和手段，注意实验过程中的每一个环节，加强对学生实际动手能力的培养。
参考文献：
[1]李佑军.嵌入式系统综述[J].现代电子技术，2003，（6）：41-44.
[2]舒展.嵌入式系统综述[J].现代计算机（专业版），2011，（5）：44-46.
[3]戴明华，李长云，曾志浩，等.嵌入式Linux驱动程序框架研究综述[J].长沙大学学报，2012，（2）.
[4]张晓东，孙丽君，鲁可.高校嵌入式系统课程教学改革探索[J].中国电力教育，2013，（8）：35-36.
[5]李永壮.校企合作模式下的嵌入式教学研究及订单培养的好处[J].计算机教育，2008，（22）：20-22.
[6]张淑艳，马春龙，王金莉，等.嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国科教创新导刊，2012，（11）：31-33.
[7]蒋书波，王晓荣.嵌入式系统平台课程体系教学方法探析[J].中国电力教育，2013，（2）：28-30.
[8]廖小飞，陈雯，许武军，等.基于案例教学的嵌入式系统课程改革与实践[J].教育教学论坛，2013，（5）：31-33.