时间：2023-09-06 17:07:21
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇嵌入式课程体系，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01
Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System
Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou
(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)
Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.
Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;
Curriculum system
一、引言
嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。
嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。
目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。
二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标
按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。
毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。
三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路
嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。
（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合
嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。
（二）与嵌入式系统自身特点相结合
嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。
（三）与市场、企业需求相结合
高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。
四、嵌入式方向课程体系基本内容
要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。
（一）理论课程体系
计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。
在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。
（二）实践课程体系
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最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。
五、结束语
在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。
参考文献：
[1]马义德,汤书森,张北斗等.嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养[J].高等理科教育,2004(8):23-25
[2]徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发,2009(28):145-146
[3]徐敏,林瑞金,关健生.嵌入式系统教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(3):13-15
[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70
[作者简介]
关键词：嵌入式系统；课程体系；实验平台
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)15-3647-04
物联网、云计算目前已经成为信息产业的主流方向，在这个主流方向中，最核心、最关键的部分是嵌入式系统。调查数据【1】显示，市场对嵌入式人才的需求缺口巨大。就高校而言，培养符合行业要求的人才是高校的职责，而人才的培养又始终离不开切实可行的教学计划和课程体系，制定符合行业实际的教学计划和课程体系，是培养人才的关键。而开设什么样的课程来培养符合行业要求人才，又要依据行业特点和对人才的技术要求来确定，否则就会偏离行业要求，满足不了行业需求。在2008年《普通高等学校高职高专教育指导性专业目录(试行)》里已经规划了嵌入式技术与应用专业(专业代码510121)，但还没有形成一门独立的本科专业，近几年高校中的电子专业、计算机专业以及机电与自动化专业、通信专业都相继开设了嵌入式系统相关课程,大都针对本科高年级学生或者研究生开设了嵌入式系统方向。从国内不同高校不同专业开设的嵌入式系统课程来看，各具特色，有些硬件课程开设的多，有些软件课程开设的多。这主要是由于嵌入式系统本身包含软件与硬件两个层次,在设计与应用方面,又具有软硬件协同工作的特点,既要依据硬件设计软件,又要依据软件确定硬件,不能简单的说哪个更重要,只能从应用的角度讲其侧重点不同。因此对于不同专业开设的嵌入式系统课程，不能一概而论。本文主要从嵌入式从业人员进行嵌入式系统开发所具备的知识要求和技术要求为依据，确立计算机专业本科生从事嵌入式系统开发应具备的基础知识和技能，并着重对计算机专业本科生嵌入式系统的课程体系构建内容及实验平台方案进行探讨和研究。
1嵌入式系统概述
嵌入式系统是以计算机技术为基础、以应用为中心、软件硬件可裁剪并且对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从其概念来看，嵌入式系统是专用计算机系统，应该包含硬件系统和软件系统，具体地说，一个嵌入式系统硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备；嵌入式系统软件包括初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。一个典型的嵌入式系统应包含嵌入式硬件、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件三个部分构成。
由于嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，因此嵌入式系统是应用于特定环境下，针对特定用途来设计的系统，所以不同于通用计算机系统，它的硬件和软件都必须高效率地设计、“量体裁衣”、去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。嵌入式系统的基本特点就是“嵌入”、“专用性“和“计算机性”。由于系统的这些特性，导致系统的存在形式是多样的和面向特定应用的，并且对成本、功耗、可靠性和实时性特别关注，因此在嵌入式微处理器和嵌入式操作系统的选择上都要考虑这些特点。
2嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析
2.1嵌入式系统的技术研发岗位划分与设置
从事嵌入式技术的岗位主要是企业的研发、生产、销售部门，当然还有其它辅助部门，在此主要针对研发部门的岗位进行分析。嵌入式系统研发部门岗位的设置，离不开嵌入式系统的结构和开发过程，设置什么样的岗位、需要何种学历的人才都与嵌入式系统的开发过程紧密相关。就嵌入式系统而言，总体上可划分为硬件和软件两部分，硬件一般由高性能的微处理器和的接口电路组成，软件一般由硬件抽象层、嵌入式操作系统、软件应用平台和应用程序等组成,如图1所示。
硬件层是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的平台，包括输入输出接口/驱动电路、处理器、存储器、定时器、串口、中断控制器、外设器件、图形控制器及相关系统电路等部分。对于硬件层的设计开发要有较深的硬件开发经验，这些岗位一般都需要资深的硬件工程师。中间层包括硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP），负责对各种硬件功能提供软件接口，包括硬件初始化、时钟管理、定时器管理、中断处理、总线管理、内存地址的映射等。它位于底层硬件和操作系统之间，是二者之间的桥梁。这个层次的设计开发不仅要精通底层硬件结构，还要熟悉上层的操作系统，主要工作是开发设备驱动程序。这部分工作需要有丰富的软硬件件研发经验才可以胜任。软件层主要包括操作系统和软件应用平台，操作系统主要是实现资源的访问和管理，完成任务调度，支持应用软件的运行及开发，软件应用平台则是为了提高开发速度与软件质量，一些应用提供商开发了一些可重用的应用平台，封装了一些常用的功能，同时提供API接口，可以在此基础上进行二次开发。这些岗位要求具有丰富的嵌入式操作系统开发经验和软件工程能力。功能层主要指的是应用软件层，位于嵌入式系统层次结构的最顶层，直接与最终用户交互。针对各种特定功能来编写应用程序，实现系统的功能应用。主要是进行大量的C、C++或JAVA语言编程，不需要更多涉及底层硬件，大都是基于操作系统之上的编程。这些岗位要求就有丰富的嵌入式应用软件开发能力。从嵌入式系统开发流程看，还可以对硬件层、中间层、软件层、功能层四个层次的研发工作进一步细化。
2.2技术研发岗位从业人员核心能力分析
对于从事嵌入式系统研发的技术人员而言，必须具有与岗位匹配的核心能力才可以胜任工作。文献[3]就嵌入式整个行业的从业人员在不同岗位应具备的知识和能力进行了描述。由于目前国内就嵌入式人才的评估和认证只有嵌入式工程师认证，因此本文将从硬件设计、软件设计、系统架构、软、硬件测试这五类技术研发岗位进行研究，来确定相应人员应具备的知识和能力要求。对于每一类岗位，将从岗位工作任务、岗位知识能力、主要技能和核心能力这四个方面就行研究，其中岗位工作任务是指该岗位应完成日常基本工作的事务范围，岗位知识能力是指该岗位应具备的基本知识要求，主要技能是指该岗位技术能力的要求范围，核心能力是指该岗位工作主要能力要求。分析结果如表1所示。
2.3技术研发岗位知识要求
表1就目前嵌入式技术人员的五种岗位要求从四个方面进行了分析，从分析的结果看，对于硬件设计及测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉或者掌握模拟电子线路、数字电路，单片机等基本的硬件电子电路设计知识；②熟悉和掌握C语言或者C++语言及接口电路程序设计；嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计③至少熟悉l到2种基本的EDA工具，如MODELSIM、Quartus? lI、Protel等；④熟悉各种常用工具和仪器仪表，熟悉电子元器件性能分析。软件设计软件测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉Linux，WinCE，Vxworks等操作系统的各种软件开发环境；②熟悉GUI开发过程、熟悉网络编程、多任务编程等；③精通C语言、汇编语言；④熟悉嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计。⑤熟悉嵌入式软件开发模式及方法，熟悉白盒测试、黑盒测试和回归测试，熟悉单测试、集成测试、系统测试过程及测试的误区的分析。系统架构人员应具有的知识点：①熟悉嵌入式软件工程；②熟悉面向对象和结构化软件开发方法；③精通常用软件开发语言；④熟悉软件架构模式和设计模式，熟悉常用软件建模技术。
3计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建及分析
3.1计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建
从嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析来看，对于计算机专业，在构架课程体系时，应该结合计算机专业特点及嵌入式技术研发岗位和应具备的知识能力出发，可从理论与实践两个方面，去制定切实可行的专业课程体系。本文将从理论课程体系和实践课程体系两个方面阐述课程体系和实践平台的构建。其平台结构如图2所示。
在图2中，计算机专业基础和核心课程体系可依据计算机专业相关培养课程体系及目标确定，本文不再赘述。对于嵌入式系统理论课程体系可分别从硬件课程、语言课程、专业课程三个方面进行构建，其中硬件课程可包含有电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、计算机组成与体系结构、微机原理与接口、ARM体系结构与编程、电子线路设计、计算机控制系统、单片机原理与应用、DSP技术及应用、FPGA设计基础等课程；语言课程可包含有C语言程序设计、VC＋＋程序设计、离散数学、数据结构、VB程序设计、C#程序设计、J2EE中间件技术、C语言深入编程、C++/VC++深入编程等课程；专业课程可包含有嵌入式操作系统、Linux设备管理与应用、ARM体系结构与编程、嵌入式系统设计、WinCe系统设计与应用开发、面向操作系统的程序设计、多核程序设计等。对于嵌入式系统实践课程体系可从专业实践与认证培训两个方面进行构建，其中专业实践可从课内实践、课程实训、项目团队、专业竞赛、企业实习、毕业实习等方面进行构建。在专业实践中，课内实践和课程实训是对嵌入式专门知识的巩固与提高，综合实践是阶段性综合能力培养的需求，项目实训与毕业设计是综合分析设计能力的保障。而对于培训认证，可参与ARM公司全球认证、中国软件行业协会嵌入式认证、中国电子学会认证、信息产业部认证等机构和部门的培训认证活动。
3.2嵌入式系统课程体系分析
从嵌入式系统课程体系的内容来看，具有三个方面的特点。首先是体系完整，专业特色突出，整个课程体系体现四个方面的能力培养：①编程能力培养，体现在C语言程序设计、C语言深入编程、C++/VC++深入编程及面向操作系统的程序设计等课程。②实践能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用开发实践、Linux和WinCE操作系统与应用开发实践、嵌入式系统设计与应用综合实训及毕业实习和毕业设计等方面。③应用能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用、嵌入式图形界面开发及嵌入式测试技术等方面。④创新能力培养，主要体现在创新团体、嵌入式竞赛、企业实习及一些嵌入式协会等。其次，整个课程体系具有侧重应用，循序渐进，层层递进的特点。从软硬件编程到专业技能培养，再到项目实训和毕业设计是递进式的。软硬件编程是整个能力培养的基础，专业技能是提高，项目实训和毕业设计是综合应用能力培养。最后，整个课程体系涵盖了微软、信产部认证课程。微软认证为微软WinCE嵌入式系统工程师认证，其课程主要包括WinCE系统设计与应用和嵌入式系统设计。信产部认证为嵌入式系统设计师认证，其主要课程包括嵌入式系统设计、嵌入式测试技术和ARM体系结构与编程。
4计算机专业嵌入式系统实验教学平台的构建
根据嵌入式系统实践课程体系构建的设想，对于教学实践，要根据计算机专业和嵌入式系统开发的技术要求和岗位职责，可进行合理规划。既要让学生掌握坚实的基础知识，又要让学生跟得上主流技术潮流。由于嵌入式系统在构成上可由硬件和软件构成，因此在进行实验教学时，可从硬件和软件两个方面进行构建。根据目前嵌入式系统开发的主流技术来看，在硬件选型上要以X86CPU、单片机和ARM处理器为主，在操作系统的选择上要以WinCE、Linux、μC/OS-II和Vxworks等操作系统为主，可从驱动程序设计、嵌入式系统界面、应用程序等方面进行实验。本文提出了一种可行的实验架构，如图3所示。
图3嵌入式系统课内实验体系
图3从三个层面对实验教学进行了规划，最底层为硬件层，可选择不同的处理器及各种电路及存储设备进行实验，如X86CPU、ARM处理器、单片机、数模转化电路、I/O接口、通用接口、ROM、RAM等。中间为操作系统层，可选择主流嵌入式操作系统进行实验，如WinCE、Linux、μC/OS-II、Vxworks等。最上层为应用层，可从嵌入式驱动层序开发、嵌入式图形用户界面以及应用程序的设计等方面进行实验，其中在程序设计语言的选择上可重点考虑汇编语言、C/C++语言、JAVA为主要训练语言。
5总结
进几年来，市场对嵌入式人才的需求持续走高，但符合企业要求的合格嵌入式从业人员不多，缺口很大。如何缓解人才供需矛盾，是政府和学者们关心的问题。目前就全国高校的普遍情况来看，嵌入式系统还尚未开设本科专业，很多高校只是开设了嵌入式系统方向课程，而且开设的课程五花八门，很难规范。本文从嵌入式系统构成及特点以及嵌入式系统从业人员的职业岗位出发，探讨了嵌入式系统课程体系和实践体系的构建，并针对计算机专业实验教学提出了一种教学结构。通过本文的探讨试图为解决嵌入式课程规范化做出应有贡献，从而加快嵌入式系统开发人员培养，解决市场人才短板而有所作为。
1.引言
目前,国内开设有关嵌入式系统课程的独立学院极少,培养出的基于Linux平台上的嵌入式软件开发人员更是凤毛麟角。所以,注重应用能力培养的独立院校,特别是有计算机、电子技术等相关专业的工科独立院校,应该尽早引入嵌入式系统的教育,结合自己专业特点,大力开展嵌入式系统的教学工作。
2.嵌入式系统简介
嵌入式系统一般指非PC系统,而是指小型、专用的计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起,应用程序控制着系统的运作和行为;操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
3.国内嵌入式系统教学的现状
国内教育界将嵌入式系统的教学大致分为三类:软件学院专业嵌入式教学;计算机专业嵌入式教学;电子、自动化等相关专业嵌入式教学,对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。
4.嵌入式系统教学模式的探讨
综观国内外,长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置,从事该领域的研发人员都来自不同专业背景,例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求,需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。嵌入式系统教育给传统计算机、电子信息工程教育带来了巨大的冲击和挑战,也带来了历史的发展机遇。嵌入式系统工程(ESE)是一个全新的专业,需要企业和社会的认知过程,课程体系需要经历设计、发展、完善的过程。
通过与国内其他高校的专家的探讨与学习,结合西部高校普遍存在的资金非常缺乏,实验条件的局限,以及电子信息工程专业学生的特点,我们积累和总结出关于嵌入式系统教育教学模式的一些想法,列举如下:
关键词：嵌入式；ARM；SOC；FPGA
中图分类号：G64 文献标识码：B
文章编号：1672－5913(2007)17－0025－03
1 引言
随着手机、PDA、高清电视(HDTV)、机顶盒、智能家电、汽车电子、路由器、医疗仪器、航天航空设备等嵌入式系统的广泛应用，中国嵌入式系统市场预计每年将直接创造亿元的效益，因此嵌入式将成为电子信息产业新的经济增长点，嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的应用领域之一。与巨大的市场潜力和产业需求相比，我国国民教育体系下嵌入式系统的教学知识较为陈旧，缺乏实践锻炼，无法适应企业的实际需要，嵌入式人才的缺乏是阻碍我国嵌入式系统发展的首要因素。本文首先分析我国目前嵌入式专业教学的现状，阐述了嵌入式课程体系的知识结构，接下来针对应用型本科院校计算机类嵌入式方向的课程设置与教学进行了探讨，最后对该教学模式实施的实际效果进行了总结。
2 嵌入式课程设置现状分析
2．1 现状及问题
目前，我国大部分高校的嵌入式系统教学仍然停留在20世纪80年代初发展起来的以8位51单片机为核心的教学水平上。教学内容、教学方法、教学手段、教材体系不能适应嵌入式技术发展的需要。学生学完这门课程后满足不了社会对嵌入式人才的需求。究其原因，一方面是因为从事该领域的研发人员常常需要不同专业背景，例如计算机、电子、通信、自动化与控制，等。另一方面更重要的原因是我国的嵌入式教学没有跟上嵌入式技术的发展，笔者认为我国嵌入式教学存在如下问题：
(1)定位不明确，课程体系设置不合理：一个嵌入式系统不但包括硬件部分还包括软件部分。电子类、通信类、计算机类专业都可以开设嵌入式方向，但培养目标是不相同的、课程设置和侧重点也不相同，而目前有些高校只是根据技术潮流笼统地开设一门课程，远远达不到系统地学习嵌入式技术的需要。因此，高校开设置嵌入式专业时必须找准定位，结合自身的特点和优势开设课程。
(2)缺少系列教材：嵌入式技术往往和行业背景结合紧密，由于新技术日新月异，很难找到一套普遍适用的系列教材。这也给嵌入式教学带来影响。
(3)课程教学内容陈旧：嵌入式课程是一门很新的技术，目前有些高校虽然开设了这方面的课程，但是师资往往没有同步跟上，很多都是从相关专业转型而来，在短期内无法跟上新技术变革，因此出现教学内容陈旧，而且广度有限，深度不够的现象。
(4)缺少实践锻炼：嵌入式是一门实践性很强的技术。目前有些高校缺少实验设备，没有与实际工程应用密切结合的课程设计，使得高校培养的人才创新意识薄弱，实践能力不强，与实际工程应用需求严重脱节，学生发展后劲不足。
要解决以上问题，必须对嵌入式专业所需要知识结构有所了解。
2．2 嵌入式专业的知识结构
从广义上说，以单片机，FPGA/CPLD，DSP，ARM等实现的产品都可以称之为嵌入式产品，基于FPGA的SOC、SOPC、ASIC设计都和嵌入式系统密切相关，如图1所示。
嵌入式工程人员应该具备什么样的知识结构呢?嵌入式工程人员既可从事嵌入式硬件设计，也可从事嵌入式软件设计，下面结合我国对嵌入式软件人才的培养要求，我们认为工程型嵌入式软件人才应具有如下的知识与能力：
(1)硬件知识
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。因此，对于从事嵌入式软件开发的工程人员，必须清晰地掌握相关的硬件基础知识，如嵌入式微处理器、接口技术、软硬件一体化的开发工具，等。
(2)软件工程知识
嵌入式软件工程与通用软件工程具有共同之处，但又有很大的差异。因此，嵌入式软件工程人才必须首先具有软件工程技术的基本知识和工程技能，例如软件工程管理、软件质量、软件工程过程，等。同时，一个好的嵌入式开发工程师必须掌握一门开发语言、精通一种主流微处理器系统、掌握一套开发工具和一种嵌入式操作系统。
(3)行业领域知识
嵌入式系统是与特定行业应用密不可分的，嵌入式软件在移动设备、数字家电、汽车电子、数控机床、医疗电子、航天航空、工控等领域得到广泛应用。所以，嵌入式软件工程人才必须具有一定的行业领域知识，才能胜任工作。
(4)系统工程能力
由于嵌入式系统是面向某种特殊应用，所采用的硬件平台、开发工具和应用环境都有所不同，再加上市场对大多数产品要求开发周期短和成本低，我们无法为了某一种产品而从头开发。因此，如何选择合适的软硬件平台以高效地开发产品，如何有效管理开发团队中的各类人员，如应用专家、硬件工程师、软件工程师和其他相关工程人员，成为嵌入式系统产品开发的重点。这就需要嵌入式软件工程人才应具备解决工程问题的能力，自我知识学习与更新能力和良好的交流与组织协调能力。
对于嵌入式专业的教学，不可能把图1中罗列的所有技术全部学习一遍，这样做也得不偿失。一个比较好的方法是根据各个学校的特点实施嵌入式课程教学，电子类、通信类、计算机类专业都可以开设嵌入式方向，但是其侧重点和培养目标是不相同的。下面主要结合计算机类专业的嵌入式方向阐述其课程设置与教学。
3 基于ARM架构的嵌入式课程设置与教学
3．1 课程体系
嵌入式专业的特点是涉及知识面广、综合性强、实践性强，并且学科发展快，因而学习难度大。同时，它要求教师不仅具备一般的计算机系统的软硬件知识，如计算机系统结构、操作系统、计算机网络、编译原理、数字电路，等，而且需要真正从事过嵌入式系统的开发实践，才能对嵌入式系统中的实时性等抽象概念和系统调试过程有感性认识。
对于计算机应用类的学生而言，学习嵌入式系统设计重点应该放在嵌入式软件设计这一部分。如果学生掌握了一种主流嵌入式微处理器、掌握了一门开发语言、一种嵌入式操作系统、一套开发工具，就达到了系统地学习嵌入式技术的要求。
目前，在嵌入式领域中广泛应用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微处理器。作为世界第一大IP知识产权厂商，ARM公司本身不直接从事芯片生产，而是靠转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。可以说，ARM公司引发了嵌入式领域的一场革命，在低功耗、低成本的嵌入式应用 领域确立了市场领导地位，是目前32位市场中使用最广泛的微处理器。ARM从1991年大批量推出商业RISC内核到现在为止，已授权交付了超过20亿个ARM内核的处理器核。在全球已有将近200多个半导体公司购买了ARM核，生产自己的处理器。目前，80％以上的GSM手机、99％的CDMA手机以及将来的WCDMA、TD-SCDMA手机都采用的是基于ARM核心的处理器。ARM进入中国2年以来，已经与中兴、华虹、东南大学、上海集成电路设计中心及中芯国际签定了芯片核心技术授权协议。因此，学习以ARM为架构的嵌入式技术具有非常广阔的前景。
对于嵌入式开发语言目前主要有汇编语言、C和C++语言、Java语言，等。对于嵌入式操作系统目前主要有VxWorks、Windows CE、Linux和μC/OS-II，等，各个学校可以根据实际情况开设这些课程。集成开发工具主要有Tomado、Windows CE开发工具、ADS，等。下面结合笔者所在学校介绍其嵌入式方向的课程设置与教学情况。
计算机系嵌入式专业培养目标偏向嵌入式软件设计开发。其课程体系的设置应该体现“注重工程能力培养的嵌入式系统人才知识体系”。根据学生的接受能力，嵌入式知识的学习应体现层次性、由易到难的渐进性、注重实践性。其知识结构由基础知识、专业基础知识、专业知识这样一个层次结构组成。
基础课程阶段：主要学习理工科的一些基础课程，如高等数学，等，主要在大学一、二年级开设，这里不再赘述。
专业基础课和专业课开设方案如图2所示，图中列出其主要课程，该课程体系的目标是培养嵌入式系统软件设计师。
专业基础课阶段：如图2底部所示，主要包括模拟电子电路、数字电子电路、数据结构、C语言程序设计、Java语言程序设计、计算机组成原理、操作系统，等。主要放在大学二、三年级开设。
专业课阶段：如图2中部所示，专业课体现为三条线，主线是图中部虚线框中以ARM为架构的系列课程：第二条线属于硬件方面的选修课程，用于加强学生对嵌入式硬件方面的了解；第三条线属于软件方面的课程，用于加强学生软件方面的知识，后两条线的课程都为主线服务。下面详细介绍主线各门课程的主要知识点。
“汇编语言程序设计”课程是学习嵌入式技术的入门课程。主要介绍汇编语言程序设计的基础知识，ARM系列微处理器，基于ARM体系结构的指令系统以及汇编程序设计。本课程是学习嵌入式系统原理与接口技术、嵌入式系统设计与应用等知识的前导课程。
“嵌入式系统原理与接口”课程的教学内容应包含典型的嵌入式微处理器的工作原理、嵌入式系统的存储体系、GPIO、总线接口、网络接口，等。在嵌入式系统的教学中对特定的微处理器内部结构的知识要求淡化，对处理器接口知识的要求必须加强。该门课在教学过程中应注意“点面结合”，以某种平台为重点，兼顾其他系统的特征。
“嵌入式操作系统”课程主要介绍嵌入式系统基本知识，嵌入式系统的一个重要特征是系统存储资源有限和对实时性要求高，其用户界面与通用系统也很不一样，因此嵌入式操作系统与通用操作系统有较大的差别。在嵌入式操作系统课程中需要结合典型的嵌入式操作系统对操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等内容进行介绍。不同的学校可根据具体情况选择一到两门流行的嵌入式操作系统，如UCOSII、Linux、WinCE、Vxworks，等。
“嵌入式系统设计与应用”课程的教学内容应该包括嵌入式系统体系结构、嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动，等。设置本课程的目的是让学生了解和掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具。
“嵌入式系统测试技术”嵌入式产品往往是软硬件结合的产物，其设计方法涉及软硬件协同设计、系统级设计、数字系统设计等多个层次。因而，嵌入式软件的测试不同于一般的软件测试，本课程的重点放在嵌入式软件测试，该课程包括了嵌入式软件测试的一般过程，内容包括结构化测试和嵌入式系统的原理、测试生命周期、重要的应用技术、基础设施、测试组织形式和测试原则。
3．2 课程教学
目前嵌入式教材存在的知识结构笼统、平台相关性问题及针对性不强等问题。我们逐步编写了嵌入式方向的系列教材，并且聘请企业的技术专家参与教材编写，让来自工作一线、拥有丰富工作经验的专家直接参与教材编写，大大增强了教材的实用价值。这些教材以ARM体系结构为主线，理论研究与实际开发紧密结合，面向应用。目前这些教材在实际教学中取得了良好的效果。
针对在校学生缺少行业背景知识这一缺点，我们在教学中大力开展了与企业的合作。首先我们研究企业需求、深入很多大中小型IT企业，作岗位调研，看看企业到底需要什么样的嵌入式人才，聘请企业专家参与课程设置与专业建设。同时，我们也研究嵌入式人才的就业问题，研究什么样的嵌入式人才好就业，在学生学习期间，直接把学生派到相关企业进行实习和毕业设计，使得培养的嵌入式人才能够适应企业的需要。
此外，注重嵌入式师资的培训，充分利用寒暑假将专业教师派到相关企业直接参与项目的开发。通过这种方式使得专业课教师能够紧跟时代的步伐，时刻引领新知识、新技术，避免了其知识的陈旧性。
4 结论
关键词：嵌入式技术；专科；教学模式
中图分类号：G642
1目前在嵌入式系统课程教学中诸多问题，如下所示
1.1嵌入式人才培养与社会需求脱节
目前我国嵌入式技术方面的人才主要分为两种类型：单片机工程师和软件工程师。单片机工程师一般毕业于电子、自动化、仪器仪表等相关专业，优点是有较厚的硬件基础，掌握计算机底层工作原理[1]。《报告》显示在大部分从事嵌入式产品研发的企业中，基本都是采用软硬件人员分工合作完成产品的开发方式（62%），而与去年的调查数据（56%）横向对比看，这一选项所占的比例也呈现出增长趋势（提高了6个百分点）。由此我们可以看到企业最需要的还是擅长某一方向的专才。
1.2师资力量薄弱，实践水平差
各个高校及高职院校中嵌入式方向师资力量薄弱，教师软硬件知识兼通的较少，在企业中有工作经验的教师缺乏。因为现在高校招聘的教师大部分是硕士或者博士毕业后直接上岗，教学期间进行工程实践的机会较少，实践水平差，软硬件知识兼顾的全能教师缺乏。教师队伍的封闭性决定了“双师型”教师比例不高[2]。
1.3专科培养课程设置不合理
专科与本科学生的培养目标是不同的。专科是培养具有某种专业知识和技能的中、高级人才；培养掌握一定理论知识，具有某一专门技能，能从事某一种职业或某一类工作的人才。而本科是培养较扎实地掌握本门学科的基础理论，专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作或担负专门技术工作初步能力的高级人才。在嵌入式人才培养方面的问题尤为突出。多数院校设置专科培养学制为三年或者两年，但是目前设置课程体系时仍设置较多计算机专业基础课：如高等数学，大型数据库等。
1.4教学方法、课时分配有待改善
嵌入式课程的改革出现很多好的方法，有些学校实行开放式办学，与国外高校联合，实行“3+1”或“2＋2”（即前3年在国内最后一年到国外，或者前两年在国内后两年到国外，取得国内和国外双学士学位）的培养办学模式。有些试试“项目驱动”式教学等。但是具体应用实施效果不佳。针对嵌入式系统课程的软硬件兼顾的特点在理论-实践-实习等课时分配上还不完善。
2课程改革体系研究
2.1课程体系改革
依据上述《报告》，从专业角度反映了嵌入式开发硬件平台的发展趋势，在嵌入式开发领域，ARM处理器毫无疑问的占据了嵌入式处理器90%以上的市场份额，该项调查数据显示了不同系列处理器的市场占有率情况（截止到2011年5月底），ARM9系列仍然是ARM市场占有率最高的ARM处理器（45%），而Cortex系列处理器作为未来ARM公司主打产品线，其市场份额目前已占15%。嵌入式linux虽然比去年低了5个百分点，但依然占据了明显的优势（48%），在全球新一代通讯网络和物联网等大的产业带动下，采用Linux内核的Android，仅正式上市两年就已经超越称霸十年的Symbian系统，一跃成为全球最受欢迎的智能手机平台。C语言作为嵌入式开发最经常使用的语言的地位依然无容置疑，所占比例高达67%。
课程设置作为人才培养的落脚点，在一定程度上决定着人才培养的规格和质量[4]。针对高等院校嵌入式方向专科学生来讲，想在两年或三年时间学习好嵌入式课程，设置好课程体系极为重要。嵌入式方向专科课程体系设置以当前社会需求出发，结合嵌入式系统开发的特点，分为硬件、软件基础知识，如嵌入式系统结构、电子技术基础、c语言程序设计等。对于三年制专科来讲，硬软件基础知识在第一年学习。第二年的课程设置主要结合当前嵌入式行业流行的ARM9微处理器和linux操作系统进行嵌入式设计与开发的学习，包括嵌入式linux驱动程序开发、网络编程和应用程序开发等。第三年根据学校的设置可以进行实习实践、毕业设计。如校企合作项目、集体参加校外培训。对于两年制专科来讲，在第一年第二学期开始学习嵌入式设计与开发相关课程。大学生电子设计竞赛、嵌入式物联网竞赛等一系列嵌入式方向的竞赛是学生实践学习的好机会，也是激发学生学习兴趣的一种渠道，应融合贯通到课程体系中。
2.2嵌入式教学体系改革
（1）重视嵌入式教学师资培养
一般具备扎实的专业知识，但是针对嵌入式专业的内容新、发展快、软硬结合的特点，教师的嵌入式方向综合实力较弱。建立“企业培训-外出进修”相结合的培养机制。嵌入式课程一般需要购买硬件开发平台，针对硬件开发平台及在平台上的嵌入式应用开发，教师有针对性的进行培训，或者跟企业进行项目合作或者进入企业培训学习。
（2）嵌入式软、硬件教学设备
目前嵌入式方向的教材不计其数，实用而且高质量的教材却难寻，因为嵌入式方面的教材是针对相应的硬件设备编写的，嵌入式系统课程教材的更新速度远低于技术的速度更新，所以可根据本校的硬件设备来订购教材或者自己学院的教师根据学生情况编写本校的嵌入式教材。“教材-设备-课程”是一个整体，根据学生课程的设置，配备合理的硬件设备，征订适合的教材，不可独立考虑，否则教学过程中出现课本、设备不匹配的问题。
（3）合理分配学时
嵌入式方向的课程实践性很强，在课时分配时应注意。比如嵌入式系统课程一般学校分配64或48课时，理论-实验课时量为3：1或2：1。这种情况下会出现实验课是不够，理论、实践脱节。在课时设置时分配时设置为理论-实验1：1或实验比例更大些。嵌入式系统课程在机房上课是发展趋势，理论实验根据讲授内容随机分配，有些院校已经开始实施。这样可以充分发挥学生的主动性和实践动手能力，理论实验结合，在教师教授完理论后可以立即上机实践。
3三位一体实验教学模式
嵌入式系统课程与传统的微机原理和单片机课程有着本质的区别。第一，单片机课程基本是面向硬件的，只有少部分软件内容，而嵌入式系统课程利用高性能嵌入式微处理器能够进行复杂的运算，侧重于软件；第二，单片机课程大多以某种特定的微控制器为案例进行教学，而嵌入式系统课程以嵌入式操作系统为软件基础，进行驱动程序、应用软件等的设计实现。
本文根据嵌入式系统课程的特点及嵌入式发展趋势，提出了“ARM9微处理器+LINUX+课题实践”三位一体的嵌入式系统实验教学模式。嵌入式课程的实验以微处理器、LINUX操作系统等基本概念、硬件接口知识、程序设计与分析等内容为主，重点考核学生对嵌入式系统基本概念和设计方法的掌握程度。实验分为基础实验和课题实践。
3.1基础实验
（1）基础环境实验
学习嵌入式基本开发流程，学习软件和硬件的安装与调试与集成环境的使用――交叉开发环境，通过简单的Hello World嵌入式应用程序，介绍基本的应用程序程序开发流程，同学通过此实验了解和熟悉嵌入式的软硬件平台及程序设计方法及流程。
（2）CPU GPIO驱动程序
关键词：集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0049-03
一、引言
集成电路产业是信息产业的基础和核心，是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（18号）》，大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下，我国集成电路设计业发展迅猛，伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业，2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求，截止2014年，全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（新18号）》，要求高校要进一步深化改革，加强集成电路设计相关专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用型人才。
“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现，是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养，着力发展芯片设计业，2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出，要着力发展集成电路设计业，加大人才培养力度。因此，研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系，培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。
二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点
集成电路是推动当前经济发展的重要技术，由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷，多学科交叉融合，毕业生就业具有国际性，要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求，才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。
1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业，国内还没有形成该专业的人才培养规范，目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的，系统性、完备性差，还没有形成完整的知识体系。
2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务，从注重单一知识和能力的培养，要转变到注重综合知识和能力的培养。
3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业，根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业，需要针对企业对该类人才的需求，将企业需求融入课程体系，与企业联合制定培养方案，建立核心课程体系，实时调整专业课程教学内容。
4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性，不仅要具有较强理论知识基础，而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力，需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系，保障四年工程实践训练不断线，逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建
根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点，按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律，结合我校学科专业优势特色，确立了本专业人才培养的课程体系。
（一）人才培养目标
2006年全国科技大会上提出，到2020年，我国将建成创新型国家，使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一，只有培养具创新精神和创新能力的人才，才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。
因此，本专业旨在培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要，掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识，具备工程实践能力和创新能力，具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力，能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才，为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。
（二）人才培养规格
集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科，如图1所示。其中，图1中①就是通信算法（应用）的直接IC（实现）化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法（应用）的指令集合（体系结构）化的目标程序;③就是指令集合（体系结构）的IC（实现）化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。
根据多学科融合发展和人才培养目标定位，确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。
1.知识结构要求。（1）具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。（2）具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。（3）掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。（4）掌握集成电路与集成系统电子设计自动化（EDA）技术。
2.能力结构要求。（1）具有使用电子设计自动化（EDA）工具进行集成电路与集成系统设计的能力。（2）具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。（3）具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。（4）具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。
3.素质结构要求。（1）具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。（2）具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。（3）具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。（4）具有一定的国际化视野、求实创新意识。
（三）课程体系
集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次，课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点，各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性，通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业，课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点，各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域，知识和技术更新速度非常快，课程体系应该体现先进性，使得学生能够接近先进的技术前沿，同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程，进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。
因此，根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性，结合我校自身优势特色，构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向，集中实践环节为支撑，核心课程为基础，一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时，设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块，提升学生的工程素质和创新能力。
课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养，进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力，第二学年主要培养学生的电子技术应用能力，第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力，第四学年主要培养学生的工程创新能力，通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块，实现人才的个性化培养。
通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置，将集成电路设计与通信/计算机相结合，体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养，“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中，通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养，实现了课程体系的系统性和完备性，通过教学内容的组织实现知识的连贯性。
课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验（集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践）以及课内实验，在教学内容的组织上将软件无线电（SDR）系统（包括算法、体系结构、集成电路）设计与实现的科研成果融入教学过程，实现四年工程实践训练不断线，体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引，设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程，采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计，实现课程体系的先进性和实用性。
（四）教学内容组织思路
以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成（CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元）计算机部件设计计算机部件（FPGA和专用集成电路）实现整机（FPGA或专用集成电路）实现面向通信、信号处理领域系统（嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路）设计与应用”为主线组织教学内容，体现知识的连贯性，培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践（包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等），将软件无线电（SDR）系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学，贯彻我校“教研统一”办学理念，突显我校信息通信行业优势特色，培养学生的工程创新能力。
四、结论
课程体系设置是专业建设中的关键核心问题，对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点，结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色，形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向，以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容，培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计（计算机应用、电子技术应用、微系统设计）能力，通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践，提高学生的工程创新能力。
参考文献：
[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程，2011，（2）.
关键词：嵌入式系统；培养模式；实验实践教学；教学方法
进入21世纪，嵌入式技术以排山倒海之势占据了人们的生产、生活和娱乐方式。未来对掌握嵌入式技术的人才的需求会越来越大，因此各个重点大学纷纷开设了嵌入式方向课程，并在计算机或软件工程的体系下出现了嵌入式专业方向。作为一个新的专业方向，关于它的培养模式和教学方法的研究已经有了一定的成果。在文献中探讨了基于嵌入式系统工程专业，单片机课程在教学内容、教学方法和考核方法方面的问题，改善了教学效果。文献强调嵌入式课程应突出以应用为教学重点，通过构建课程实验、课程设计、专业实习及毕业实习等强化实践环节。本文基于嵌入式系统行业发展的新需求，提出了面向应用的嵌入式方向的培养体系，形成了理论内容与实验相结合，课内实验与开放性实验室相结合，实训基地与企业实际项目相结合的联合教学模式。
1 面向应用的嵌入式培养模式
1.1 课程知识体系
嵌入式专业方向培养学生具有基础理论扎实、解决实际问题能力强，掌握工程型技术、软件硬件于一体的嵌入式专业人才。嵌入式系统最大的特点是软件硬件的综合体，在培养体系中应该软件硬件一起抓，而且两手都要硬。嵌入式系统专业类课程培养知识体系如图1所示。在基础理论中我们要注重课程前后的知识衔接关系，电路课为更好的掌握硬件接口打基础，对PC机的软件结构有了更好的掌握后，在此基础上引入专用的微控制器(单片机、ARM嵌入式微处理器)，再将课程一步步过渡到高级语言编程上(嵌入式C、C++程序设计和Linux图形界面设计等)。在教学的每一个环节都要与课程实验相结合，加强学生对理论知识的理解能力。
嵌入式系统专业类课程体系的制订是影响所培养人才素质的最重要部分，因此每一门专业课的选择要从以下几个方面进行考虑。
1)硬件开发环境。当前嵌入式处理器主要有8位、16位、32位等几种，在基础类课程中单片机原理我们一般以8位MCS51单片机为例进行介绍，学生对MCU这个概念有一个初步的认识。当前嵌入式产品开发硬件主流芯片就是32位的ARM系列处理器，ARM的成功在于它有极好的性能和极低的功耗，使得它能够优越于MIPS和PowerPC等嵌入式处理器。基于ARM核的嵌入式芯片在汽车电子、消费娱乐产品、数字化音频与影像产品、工业控制产品、网络产品、无线手持设备等诸多领域广泛的应用。可以预见，在未来的一段时间内，ARM处理器将主宰32位嵌入式处理器的市场。因此嵌入式专业培养硬件要以ARM处理器为核心芯片。
2)软件开发环境。在这一层面上我们要结合硬件平台来进行选取，ARM920及其以后的版本获得了许多实时操作系统供应商的支持，比较知名的有：Linux、Windows CE、uC-OS、VxWorks、Nucleus、Palm OS等，其中Linux、uC-OS为源代码开放的嵌入式操作系统。考虑到研究产权的自主性，uC-OS源码公开，是一个简易的实时内核；Linux的层次结构和内核完全开放、网络功能强大、完整的开发工具、广泛的硬件支持、遵循通用的国际标准。因此要以uC-OS为基础，以Linux为核心介绍嵌入式操作系统。另外微软公司的Windows CE具有良好的界面和技术支持，使得在嵌入式产品中的应用占有重要地位，因此Windows CE也作为嵌入式系统培养的一个重要分支。
3)智能终端的嵌入式软件开发。智能手机软件的开发是嵌入式产品在手持设备上的典型应用。J2ME对其有较好的支持，可以给学生作选修课，增加嵌入式培养的知识面。
4)嵌入式技术与当前的热门行业相结合。工业控制和无线传感器网络等领域成为当前应用和研究的热点，要把学生所学的知识与应用和研究结合在一起，使嵌入式的培养更具活力。这类课程可以作为选学课程，为学有余力的嵌入式学生开拓视野。
1.2 嵌入式系统实验，实践教学
实验环节在嵌入式培养体系中占有重要的地位，它是理论讲解的验证与升华。文献提出了一种BDO的3级课程实验教学体系，但随着嵌入式系统的发展，每级所包含的内容在广度和深度上都需要增加。木文将实验和实训结合起来，形成实验实训教学体系如图2所示。
1.2.1 实验教学
基础类实验是学生在课上所学习理论的验证，可以由专任的实验教师来指导，如果有条件最好请本门课的任课教师来指导或由任课教师和实验教师来同时指导，这样在实验的过程中可以和任课教师有一个互动，及时解决疑点，使基础理论教学与实验教学相配合起来。
设计类实验是在完成基础类实验和高级的嵌入式OS后开设的实验课，这部分实验可以采用课程设计的形式，每个实验利用几天或更长的时间让学生动手设计嵌入式OS的驱动，教师可以不定期的去答疑，重点在启发学生进行嵌入式编程，为学生提供一些解决问题的方法。
每次完成实验后，有的学生可能还没有完全领会实验的内容，所以除上课的时间以外还可以把实验室开放，让一些学生继续实验，开放式实验室要由本专业的实验教师来指导和维护。另外开放式实验室还应该提供扩充版的实验指导书(除了课程要求的必修实验以外的实验)，供学有余力的学生用，扩展嵌入式学习的知识量。
1.2.2 工程实践能力的培养
工程实践是学生走向企业的一个桥梁，通过在实训基地半年时间的实训，学生可以掌握企业项目的实施机制，为毕业后快速进入项目开发打下良好和基础。
在工程实践项目选择上，应该尽量选择企业的实际项目，必要时可以与管理规范的公司联合建立实训基地。项目的内容要尽可能覆盖嵌入式领域的内容。比如嵌入式项目一般包括需求分析、硬件平台设计、软件平台设计(包括嵌入式OS的选择)、应用程序的开发与系统测试几个方面。使学生能够利用所学的知识，并进行一定的扩展，相关内容还要查阅一定的资料来解决工程实际中的问题
在工程实践项目管理上，可能会出现项目经理人数不足的情况，可以在学生中选取项目组组长，来协助项目经理解决问题。整个实训基地采取层层负责制，使每个项目成员各就其职，定期例会，及时解决在项目开发中所遇到的问题。
2 嵌入式系统教学方法的改进
嵌入式系统专业人才培养目标是面向市场需求，培养不同层次的基础扎实、学科交叉、具有较强的工程实践能力、交流沟通能力的高层次、复合型、应用型软件工程技术和软件管理人才。学生学习嵌入式系统工程的基本知识、基本概念、基本方法和技能，掌握目前流行的嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、嵌入式程序设计、接口设计、常用电路设计以及软硬件系统设计的基础知识，并具有一定的动手能力和独立解决问题的能力，具有工程实践能力和外语应用能力，能够在相关领域从事嵌入式系统设计与开发工作。基于这一目标，要在教学方法和手段上下功夫。
2.1 知识点细化
在嵌入式系统理论教学方面，要将知识点细化，让学生深入到理论中去。例如，在讲解ARM中断原理与指令流水线执行关系时，可以作如下分析：ARM处理器中断的发生具有不确定性，与当前所执行的指令没有任何关系。在中断发生时，ARM处理器总是会执行完当前正被执行的指令，然后才会去响应中断。如图3所示，在0x9000处的指令ADD执行期间IRQ中断发生了，但这时要等待ADD指令执行完毕。ADD执行完毕后，IRQ立即获得了执行单元，ARM处理器开始处理IRQ中断，进行保存程序返回地址并调整程序指针指向0x18内存单元。在0x18处有IRQ中断向量(也就是跳向IRQ中断服务的指令)，接下来执行跳转指令转向中断服务程序，因此流水线又被阻断了，执行0x18处指令的过程同带有分支指令的流水线。
2.2 难点分解与形象化演示
嵌入式系统是软件和硬件的综合体，学生往往对硬件知识的掌握比较困难，在嵌入式系统硬件知识教学方面，要将知识点分解并制作相应的动画，使学生增加感性认识。例如，在讲解ARM嵌入式体系结构的LCD接口与显示原理时，可以制作如图4所示的Flas，用单步的方式描述其通信原理，增强学生的感性认识，使学生易于接授理论知识，从而提高教学效果。
关键词：创新能力；嵌入式 ；课程建设
随着全球移动互联网大会（GMIC）推出的“TOS+”智能硬件开放平台战略，以腾讯为代表的主流IT企业也展示了智能硬件领域解决方案，这些战略在很大程度上代表了嵌入式产业的发展方向，也带动了以嵌入式技术为基础的新兴产业的发展。推动了市场对嵌入式开发人才的数量和质量两方面的紧迫需求。如何有效地培养学生具有行业所需的嵌入式开发能力和创新能力，使毕业生能尽快适应职场，满足企业需求，成为应用型本科院校相关课程教学改革亟需关注的内容。
一、存在的问题
近年来，尽管高等教育经过了一系列的改革，高等学校也在宏观和微观上实施了较多的具体改革方案，取得了相当大的效果，但仍存在着不能完全适应社会需求的问题。毕竟，改革的成功不可能一蹴而就。对于嵌入式技术的人才培养和教学活动而言，既存在着一般的共性，也存在着自己的特殊性。为此，我们必须思考并解决如下一些问题。
（一）重“教”向重“学”转变
应用型本科院校人才培养的目标要求注重培养“强能力、重实践、高技能”人才。不过，长期以来，工业化大规模生产的流水线模式在教育上的影响，“以书本知识为中心、以教师为中心、以课堂讲授灌输为中心”的思想可谓根深蒂固，而在这种教育方式下学生总是被当成被动接受知识的“水槽”。无疑，“教”是使学生获得知识的一种重要手段，但不能对学生获得能力提供有力支撑。这是因为除了一些特殊的固有能力外，人的能力是在“学”的基础上，经过思考、总结和运用知识逐步“练”出来的，正所谓“锻炼能力”而非“教导能力”或“学习能力”，没有思考和实践锻炼的过程则能力培养无从谈起。
因此，无论是教育观念还是具体实施过程，都需要由重“教”向重“导”“学”及“练”转变。
（二）完善嵌入式方向
毋庸置疑，信息技术与产业的发展速度快过任何其他技术，嵌入式则是其中最具代表性的领域。囿于高校本身的特点和内在运行规律，其课程设置很难同步于社会需求的发展。
目前，一般高校仅将嵌入式技术作为一门课开设，而不是一个方向。由于课程设置单一，学生学习嵌入式系统知识时间有限，课堂讲授只能重在一般普及性、基础性知识教育，难以延伸到科研和具体应用。学生学过后往往有一定基础知识，但缺乏对主流开发方法和过程的真正了解，没有相对全面的知识体系和一定的实际应用经验，也就没有了创新的基础。从知识构成和能力培养的一般规律来看，构建一个完整的专业方向是解决问题的基础。
（三）加强实践性环节
尽管高校已经注意到了理论与实践教学并重的问题，但多数学校的课程设置仍采取的是以理论课为主，配套一定课时的实验课方式。
在教学设备和实验条件不够充分的初期，这是一种不得已的办法。而随着条件的改善，反映出来的问题是教学设备利用不够充分。更核心的问题是，如此一来，实验总被停留在对知识的认知和验证上，无论是实践内容的设计，还是与实际的工程项目结合的紧密性都不够合理和充分，自然无法达到提高学生开发和创新能力目标，难以适应就业市场对嵌入式开发及创新能力的需求。
（四）调动和培养学生的积极性与创造性
长期以来，教学研究主要围绕课程模块分解、知识体系构成、实验内容设置等方面进行，教学设计中对学生“主体性”强调不足，也很少考虑针对不同层次学生因材施教及对创新意识的培养。当学生不能以主体身份参与教学过程时，表现出来的总是被动接受而缺乏积极性，制约着学生的学习和创造热情，直接影响着学生创新能力的提升。
针对上述问题，有必要研究嵌入式系统方向的课程建设，研究其理论与实践教学内容与方法，研究有效的课内外结合教学方式，使学生更多地参与嵌入式系统的应用与开发，进而培养具有创新意识、主动精神、较强解决实际问题能力的嵌入式系统开发应用型人才，更好促进专业方向建设，形成专业特色，适应就业市场的需要。
二、解决问题的思路
从教育理念发展来看，课程建设正在从“重教”走向“重学”；从课程改革发展内在逻辑来看，课程建设正在从课程开发走向课程理解；从教育教学方式变革来看，课程正在从封闭单向走向开放互动。针对嵌入式课程中存在的问题，需从系列课程建设、实践创新能力提升、学生自主性调动几个方面进行改革。
（一）构建“基础理论―应用案例―创新实践”多层递进、层层深入的嵌入式课程体系
课程设置对学生培养起着重要作用，专业能力构建往往需要通过多层次的教学过程不断强化来实现。基于嵌入式系统技术知识结构内在的关联性，在课程体系设计上以讲练并重的基础理论课做先导，在夯实基础之上，以专业应用课通过应用案例教学与实践使学生对相关开发技术有深入了解和切实体会，最后通过集中的创新实践课，以实际项目的形式让学生参与开发，在解决实际问题的过程中调动积极性，培养主动性，提升创新能力。
（二）通过“三个加强”提升实践创新能力
以工程性为导向，加强课内实践教学，加强综合项目训练，加强课外开发实践。嵌入式本身就是一个实践性和工程性很强的课程，通过实例化学习更容易领悟知识精髓和真实的工程运作方式。加强学生实验开发的训练，会比灌输所谓全面的知识产生更好的效果，促进学生从被动接受到变为主动获取的转变。以实践为核心组织实施教学，根据专业方向要求，研究社会需求重点，据此综合配置和整合践教学环节的内容、手段、方式和方法。同时“课内教学与课外项目互补”，开放实验室，引入竞赛及教师科研项目，作为对课内教学与实践的有益扩充。
（三）培养学生“自我获得能力提升的能力”，培养创新意识
教学上，转变教师观念，把强调传授知识转为强调培养能力，在课堂上给学生思考的空间和独立解决问题的机会，培养自学能力和解决问题的能力。另外，课程教学只是一个层面，可以针对教学过程中涌现出的一批对嵌入式开发兴趣浓厚、学有余力的学生组建课外兴趣小组，让学生参与到教师科研和竞赛项目中来，在实际项目的锻炼中获得能力提升，与课内教学互补，建立针对性强的专业培养方向特色。这样因材施教、分层次教学，使有兴趣的学生有更长的时间和更多的机会进行专业学习。同时，在实际应用中，必然会遇到课堂讲授以外的内容，解决问题的过程，就是一个使学生通过自主学习达到“自我获得能力提升”的过程，能够有效引导学生的学习热情。
三、以实践创新能力培养为核心的教学体系构建
课题组经过几年的探索与改革实践，构建了以实践创新能力培养为核心的、课程类与项目类训练相交织的教学体系，如图1所示。在教学中推广有效引导与自主学习和个性化培养相结合的教学方式，将专业能力培养方式由课堂教学为主、理论教学为主转为课堂教学与课外兴趣小组并行，理论教学与实践教学并重，做到从基础到应用层层深入，有效提升了学生实践创新能力。
该教学体系改线性学习为并行培养，课程类从基础课到专业课逐步推进，同时从学生接触嵌入式技术开始，并行推进课外竞赛与科研项目开展，课程类和项目类两个角度并行，交叉互补，从而完成对学生知识结构的构建及应用能力的培养。
课程类安排的核心是“专业基础课专业应用课创新实践课”层层递进，同时，在基础课阶段就有意识地加强实践教学比重。在基础课方面，实践性环节提升至40%以上，把以“教”为主，变为“教”“练”并重，加上以实践应用为主导的软件开发讲授与实践学习，最后以项目训练收口，辅以并行的课外开发训练。
项目类以竞赛及教师科研项目等实际课题为依托，发挥学生自主学习能力，使有学习意愿的学生能得到更深入的实践与创新机会。课外项目开展时可进行科研方向的分解，明确任务方向和学习侧重，以小组为单位，培养团队精神，加强沟通和交流，培养自学能力。成员选拔机制采用双向选择方式，教师择优选拔与学生自愿报名相结合，保证参与热情和效果。
课外项目采用课余时间灵活机动的形式，并制订日常管理细则，促进学习效果。规定每周总结学习和实践内容进行汇报，并每周指定一名学生做研究报告，向全体成员介绍自己的研究结果和心得，报告过程中由听讲学生自由提问，或教师引导性提问，培养科研习惯，学习科研方法。
四、总结
在分析嵌入式教学存在问题的基础上，给出了有针对性的解决思路，构建了以培养创新能力为核心、理论与实践教学层层深入、课内外教学实践交织互补的教学体系。通过在沈阳工业大学几年来的教学实践，有效调动了学生的学习积极性和创造性，增强了学生的创新能力，学生在全国和省内多次获嵌入式开发及创新创业大奖，毕业生从事嵌入式高端开发人数明显增多，课程改革取得良好效果。
参考文献：
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[3]高德胜.论道德作为现代教育之代价[J].高等教育研究，2013，34（10）：1-9.
关键词：电子信息工程；特色课程群；课程群建设
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
人类已经进入信息时代，信息技术的全面发展促进了国家经济的快速增长和社会的稳步前进。也因此，许多高校开设了电子信息工程专业。然而，这个专业的界定很模糊，课程内容不断扩充，同时随着专业细分，自动化、计算机、电控等专业也逐步建立和发展起来，电子信息专业的课程就没有太多特色可言了。
一、课程群建设的意义
电子信息工程是一门比较热门的专业，也是许多优秀考生的选择。然而有的院校为了增强这个专业的特色，开设专业时在课程设置中又添加了许多课程，如计算机、电器控制、通信等专业的核心课程，这样做反而使教学产生了迷茫，也使学生学习的不专心，学习内容庞杂[1]。
课程群建设指的是应用现代教育思想为指导，在教学计划中针对可以构成教学内容体系相关课程的重新规划整合、建构而成的教学课程集合。通过对电子信息专业特色课程群的建设，可以确立合理的专业课程教学体系，提高课程群师资水平，提升教学成效，突出专业特色，并带动其他基础学科的学习，从而促成学生能力、素质、知识的全面提升和协调发展，优化课程体系、提高课程效果。本文将尝试对新发展起来的两大课程群体系进行阐述。
二、课程群建设内容
专业定位是课程群建设的基础，要让电子信息专业界定明晰、特点突出、对人才更有吸引力，首先要明确本专业学生的培养目标。确定人才培养目标，可以从学生毕业之后所能从事的工作方面进行界定。电信专业的培养目标是：能够从事智能信息处理、信号检测、无线终端技术等的研究、设计、开发、维护和管理工作。这样，就可以将本专业的定位定在智能无线终端和智能电子产品的开发与研究上。所以根据这样的教学目标，教学课程群可以划分两个课程群：微波射频课程群和嵌入式系统课程群[2]。
（一）教学基础建设
1.嵌入式系统课程群建设。嵌入式系统是一种应用性技术系统，是计算机技术、电子技术、半导体技术和各行业具体应用结合起来的产物，是一个技术密集型的知识集成系统。设计的嵌入式系统的课程群可以包括以下内容：硬件架构、嵌入式系统体系结构、软件编程和设备接口与驱动等。嵌入式系统课程群注重学生在电路设计和软件开发方面能力的培养，因此这个课程群还有包含嵌入式系统组成、嵌入式Linux开发技术、单片机原理与应用、片上系统开发技术、电子线路CAD等课程。
2.微波射频课程群建设。现代无线通信、微电子技术、电机科学、纳米技术、卫星通信等技术都是以微波技术和电磁场技术为基础的，微波技术和毫米波技术也是现代化武装信息化的核心技术支持[3]。
因为微波射频技术得到越来越广泛的应用，微波与射频电路设计领域也受到了科技和工业方面的关注。微波射频技术在航空航天、雷达、电子对抗、国防、兵器等各个领域均在发挥重要作用，因此产生了对深入掌握微波射频理论的工作人才的大量需求。
对于电子信息专业来说，微波射频拓宽了这个专业的口径，而且也是通信专业的特色课程。为微波射频这一课程群设置的课程有：电磁波和电磁场、信号与系统、微波技术与天线、信号检测与处理、射频电路CAD、射频电路设计原理与应用、射频电路课程设计等。
（二）实验室建设。电子信息专业是一门非常注重实践性的专业，实践教学环节是电信专业培养专业人才的重要环节。实施实践教学的目的是为了培养学生将理论知识运用到解决实际问题上的能力，对于提高学生综合素质、培养学生创新精神、提高学生的实践能力有重要作用[4]。
近几年，各个高校都加强了实验室建设，电子信息专业实验室也开始了实践教学改革，以培养学生实践和创新精神，增强学生解决实际问题的能力。
三、课程建设方案
课程群建设要设立总负责人和各个课程负责人，总负责人负责协调各课程的设置和课程成员的分工，课程负责人负责本课程的建设。在进行课程建设时，要先确定课程群框架结构、再展开设置各科课程，课程教学与实验室建设相结合，形成有机整体；教学内容建设和教学基本功练习都要给予重视，根据学生反馈的建议和意见为主要评价方式和改进方向[5]。
在各个科目的课程设置中，要依据课程群体系结构和内容进行扩展和规划，结合信息专业现状及发展前景，处理好新旧知识关系，制定知识点分布方案，充分规划和利用好有限课时传授教学内容。在具体教学方案的设计中，要充分利用现代教学技术，创建好各门课程的多媒体材料，还为学生提供实验室和专业实习的条件。
四、结束语
课程群的建设能够更好地为人才培养目标服务，创建意义是很大的。这个课程群建设的特点在于紧密围绕专业核心课程模块，梳理各主干与非主干课程间的关系和内容上的衔接，对整合课程资源、形成理论联系实际、服务与应用等都有重要作用，最终建立起一个“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养人才的体系。希望能够培养更多更适合实际工作需要的优秀电信专业人才。
参考文献：
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关键词:嵌入式系统;课程群;实验教学体系;开放实验室;教学方式
随着嵌入式技术日益普及,国内外企业纷纷加大了对嵌入式产品的研发,嵌入式系统产业的人才需求也日益旺盛[1]。为了适应社会和行业的广泛需求,全国各高校纷纷开设嵌入式系统课程,嵌入式系统课程一时成为各高校最受欢迎和最热门的课程之一[2]。然而,与嵌入式技术的快速发展相比,我国教育机构在此方面的培养则相对滞后[3-4],作为一个新兴的课程体系,嵌入式系统课程在理论教学和实践教学方面存在很多不足,特别是一般院校在教学实践中遇到了很多困难和问题[5-7]。本文针对这些问题和不足进行了分析,并结合笔者在嵌入式系统教学方面的实践和对其他高校经验的总结,提出了相应对策以供讨论和研究。
1现状分析
作为一个新兴的课程体系,嵌入式系统的理论教学和实践教学一直处于不断探索和磨合的阶段,远不如其他课程那样成熟和完善。一般院校的教学实践目前主要存在以下几个问题:
1) 嵌入式系统入门难,且不同专业的学生各有其局限性。
嵌入式系统领域门槛较高,要求开发人员不仅要懂底层的硬件,而且要有较高的软件专业水平[8],在有限的学时里要掌握好软硬两方面,对学生来说压力很大。各专业学生的背景知识参差不齐,自动化、测控和电子类的学生往往硬件基础好,软件偏弱;而计算机和软件工程类的学生往往软件基础好,硬件偏弱。
2) 实验环节复杂,师资力量有限。
一般院校在嵌入式系统方向的师资有限,特别是实验人员极其匮乏,而嵌入式系统实验难度大,过程复杂,学生遇到的问题多,需要教师投入很多的精力和时间。另外,嵌入式实验设备需要比其他实验更多的维护和管理,这也会增加实验老师的工作量。
3) 实验设备匮乏,实验资源使用受限。
嵌入式系统开发板、仿真工具等实验器材价格不菲,学生无法自行配备,只能到实验室进行实验,而这限制了学生随时、随地学习的灵活性,也限制了学生创意和灵感的发挥,而一般院校经费投入有限,开发板的数量有限,这也在相当程度上限制了学生的实践时间和空间。
4) 实验内容单一,缺乏综合性和创新性内容。
很多院校的实验学时偏低,且实验内容单一,大都是基础性、验证性实验,缺乏设计性、综合性实验,有的即使是综合性的,但很少更新,与业界的主流开发技术和开发平台脱离,致使学生所学与业界实际需求有差距,失去了嵌入式教学的意义。
5) 缺乏完善的立体教学资源和环境,同时教学手段落后、单一。
很多院校还没有建立起完善的教学体系,更缺乏支撑学生学习的立体教学资源和环境,除了上课和实验以外,缺乏其他的方式、手段来巩固和促进学生的学习和进一步的发展。在教学方式上,仍然采用了过去相对落后和单一的讲学方式,只是采用PPT进行“灌输式”、“一言堂”的理论讲解。
2对策探讨和研究
本文结合笔者的实际任教经验、平时的思考以及对一些重点院校、嵌入式技术公司的调研,提出针对上述几个问题的对策以供研究和探讨。
1) 院系合作,建立合理、完善的嵌入式系统课程群。
嵌入式系统课程内容多而杂,系统性和综合性强,嵌入式系统本身就是一个包含软件和硬件的完整微型计算机系统,因此,嵌入式系统的设计原理和技术不是一两门课程就能讲授的,需要建立一个完整的嵌入式系统课程群。参考和总结各高校嵌入式系统课程的开设情况,本文认为图1所示的嵌入式系统课程群是可以借鉴的。
其中,硬件基础和软件基础课程是作为嵌入式系统课程的先修课程,在低年级开设,而嵌入式系统原理、嵌入式处理器结构、嵌入式操作系统和嵌入式软件开发技术4门课作为课程群的主干课,主要为本科三、四年级和研究生开设。这些课程不是为了嵌入式系统而重复开设的,而是结合嵌入式系统进行重新调整和优化,以便于嵌入式系统的课程学习。
为了节约师资力量和共享实验设备,相关院系可以建立合作机制,互补开设课程。例如,计算机专业的学生可以选修自动化或电子专业的模拟电路等课程,而自动化或电子专业的学生可以选修计算机学院的数据结构和操作系统等课程。这样既可以节约师资力量,也可以共享实验设备,还可以使“偏软”和“偏硬”专业的学生进行软硬互补,互相学习、互相促进。
2) 加强师资培训和进行结构性扩展。
要解决实验课中师资力量受限的问题,在不额外引入师资的情况下,可以从横向和纵向两个方面进行师资培训,达到扩展师资力量的目的。横向是加大对本专业的硬件类课程的相关实验员(例如体系结构、数字电路课程的实验员)的培训,使之可以兼任嵌入式系统实验员;纵向是可以着力培养少数优秀研究生,使之可以和教师一起带实验,每年进行一次选拔,以维持能够带实验的常规人员阵容。
3) 建立开放实验室。
解决学生实验设备受限的问题,有两个思路:一是建立全天候开放性实验室,使学生可以随时随地到实验室学习和实验,这里需要建立严格的管理制度,既保障学生自由的学习又保障实验室的安全和规范运作,目前国内很多高校已经有这方面的成功经验;二是可以引入和开发能够运行在通用PC平台上的MPU仿真软件如SkyEye, 通过仿真软件,学生可以在自己的PC上建立起ARM系列MPU的运行、调试环境,对操作系统和系统软件进行开发调试,学生通过初步调试后,可以再到实验室真实环境下验证,能够缓解实验时间、实验设备有限的压力。
4) 构建“一体化、多层次、开放式”创新实验教学体系。
嵌入式课程是一门实践性、应用性很强的课程,只有建立完善的实验教学体系才能培养出真正有动手能力的学生。可以建立多层次、逐步递进的实验教学体系,如图2所示。
在实验教学中,还应注意打通课程之间的“壁垒”,做到“两个贯通”――在纵向上把专业基础课、专业核心课的实验内容上下贯通,在横向上将不同门类课程的实验教学内容左右贯通。
5) 建立完善的立体教学资源和环境,改进教学方式和手段。
可以从以下几个方面完善教学资源和环境:一是建立嵌入式系统课程资源网站,集资源共享、技术交流、信息反馈等多功能于一体,让师生、学生之间可以自由学习和交流;二是举办嵌入式系统技术讲座,邀请来自高校的研究成果突出的学者,来自公司企业的工程技术人员进行专题讲座,使学生能接触到最新的知识和实用技术,并了解社会对嵌入式系统人才的具体需求;三是对难理解、较抽象的课程内容开发配套的CAI软件辅助教学;四是展开校企合作,为学生创建工程实践环境;五是举办校内嵌入式系统竞赛,并引导学生参加地区和全国性的竞赛,激发学生的学习热情和培养学生的创新能力。
改进教学方式和手段可以从大力开发CAI课件、Flas、网络视频课件入手,以增强教学的生动性、直观性、形象性,不仅可以激发学生的学习兴趣,也能促进学生对重点和难点的掌握和吸收。对于工程项目,可以录制项目的完整过程,在实践教学中向学生展示从设计到实现整个过程的原理、方法和技巧。
3国内高校成功经验
关键词：动手能力；创新意识；合作精神；创新实验；校企合作
文章编号：1672-5913（2013）03-0010-04
中图分类号：G642
近年来出现了计算机相关专业学生找不到工作岗位，而企业却招不到人的异常现象；尤其是在嵌入式系统领域，由于涉及计算机硬件和软件相结合的知识，门槛相对较高，其应用面又很广，如手机、PDA、电子字典、电视机机顶盒、可视电话、游戏机等都是典型的嵌入式系统，因此，因此社会急需大量具有动手能力强、创新意识强、合作精神强的“三强型”嵌入式系统开发人才。据电子网等大型网站统计，每年的人才缺口大约在50万人左右。为此，我们提出以市场需求为导向，通过课程建设和教研教改、自制实验平台、大学生创新实验以及校企合作等措施，培养具有动手能力强、创新意识强、合作精神强的“三强型嵌入式系统开发人才”。其中动手能力强是基础，没有动手能力就意味着不能胜任本职工作；但只有动手能力没有创新意识也不行，因为人类历史本身就是一部创新的历史，没有创新就会被社会淘汰；同时还必须具备很强的合作精神，因为人类分工越来越细，知识增长的速度越来越快，只有合作才能主动适应社会的发展，主动寻找新的发展机遇。“三强型人才培养模式”的具体内涵如图1所示。
1 积极开展课程建设和教学研究与改革，为学生打下扎实的理论基础
针对三强型嵌入式系统开发人才的培养目标，课题组成员积极开展课程建设和教学研究，近6年来，共申报成功了“计算机组成原理”校级精品课程和“计算机电路”院级精品课程，出版了《计算机组成与系统结构》和《C++与面向对象程序设计》两本教材，主持并完成了“软件工程案例库系统的研制与应用”、“建构主义理论在硬件类课程教学中的研究与应用”两项教研教改项目，发表了5篇教研教改论文，在教学过程中灵活运用多种教学方法，为学生储备扎实的计算机硬件与软件理论基础知识。
1.1优化课程体系和教学内容
按照嵌入式系统开发人才培养的要求，优化课程体系和教学内容，建设精品课程，编写系列教材。
课程体系的优化主要体现在硬件类课程和软件类课程两方面：硬件类课程将电路理论、模拟电路、数字电路3门课程共11学分优化整合为计算机电路、数字逻辑与数字系统两门课程共8.5学分；软件类课程体现为“4年编程不断线”，从第1学期开始学习C语言程序设计课程起，每个学期都开设程序设计类程序，让每个学生在软件编程方面都有一技之长；此外，增加3门软件和硬件相结合的课程，分别是嵌入式系统基础、嵌入式操作系统和嵌入式系统设计，还有相应的课程设计，这就形成了嵌入式系统开发人才培养的知识体系。
教学内容的优化主要体现在精品课程建设方面，2007年课题组申报成功了校级精品课程“计算机组成原理”。在建设过程中，提出并实施了“五四三”的教学模式，即“预习-精讲-讨论-设计-验证”的五步教学法，“基础理论层次、CPU层次、存储层次、设备层次”的四层次教学内容，教学过程坚持基础与应用相结合、原理与设计相结合、部件与系统相结合的三结合教学原则；完善了课程教学网站；制定了课程过程管理规范与控制体系；并将IT发展的新知识、教师的科研成果固化到教材中，进入课堂，转化成教学内容，编写了教材《计算机组成与系统结构》。通过这一系列的措施，学生学习计算机硬件课程的积极性有较大提高，不再认为硬件课程是最难学的课程，为学生打下扎实的计算机硬件基础。
2009年课题组成功申报了院级精品课程“计算机电路”，将电路理论和模拟电路两门课程的知识进行优化整合，完善理论和实验教学体系，进行教学方法与手段的改革，为学生学习嵌入式系统开发储备了计算机硬件基础知识。
1.2改革教学方法与手段
1.2.1建立软件工程案例库
围绕培养学生“三强”的教学要求，我们设计了软件工程案例库系统软件，其中包含软件工程知识点、5个系统案例和21个相对独立的案例。对系统案例，选择了与学生日常生活密切相关的在线考试系统、学籍管理系统、医院门诊管理系统、新闻系统和网上购物系统5个系统，学生首先根据自己的生活经验来进行分析和设计，然后与案例进行比较，评价各自的优缺点，以提高学生的分析和设计软件的能力。同时，将理论知识点与实际案例融合到一起，即在案例执行过程中，通过超链接可以查看相关的分析、设计过程和理论知识，让学生明白其中的分析、设计过程，以及这一步为什么要这样做，看完之后可以继续了解系统的实现情况，为学生自己分析和设计软件提供思路和方法。对相对独立的案例，只提供分析和设计思路，由学生完成编码和测试步骤。该案例库系统已经到计算机中心的网站上，不仅用于软件工程课程的教学，而且用于嵌入式系统设计课程、毕业设计等，为嵌入式系统开发打下了坚实的软件理论基础。
1.2.2推行“任务驱动”教学法
该课题是2008年立项的校级教研课题，使用“建构主义”理论指导下的“任务驱动”教学方法来培养学生的“三强”能力。“任务驱动”教学方法转变以往在教学过程中以教师为中心，学生被动接受知识的情况。该教学方法强调以项目为载体，学生组成研究小组，就具体项目进行研究和开发，在实施过程中培养学生的动手能力、创新能力、合作精神。
具体做法是在任务规划阶段，教师结合学生的学习水平，提出具有实际动手能力培养和可自由发挥的课题；在任务实施阶段，首先由教师分析任务，然后由学生自主探索、培养创新思想，在此过程中，教师的工作是进行适当启发，给出合理建议，提供所需资料，也可以参与其中讨论；在任务总结阶段，学生对任务完成情况进行总结性评价，对存在的问题进一步讨论。
自实施“任务驱动”教学法以来，计算机硬件类课程的教学效果有较大提高，主要体现在毕业设计的选题和学生的就业单位方面，以往学生不敢选硬件类题目，近4年有10%左右的学生选择了硬件类题目，并且有多位学生获得了校级“优秀”。
2 指导学生开展创新活动，培养“三强”能力
2.1以大学生创新实验为载体，引导学生开展创新活动
自2008年以来，课题组共指导学生申请成功了3项国家级和2项省级大学生创新实验项目，如表1所示。
2.2自制实验平台，指导学生进行课外科技创新
课题组的郑斌老师自行研制成功了ARM9嵌入式实验教学系统硬件平台，并在其上成功移植WINDOSCE和LINUX等嵌入式操作系统及底层驱动，开发了12个实验项目，如表2所示。与市面上一般的教学仪器相比，该平台的最大优点在于将所有的底层硬件和端口都开放给学生，让学生真正理解嵌入式系统的内部结构和工作原理，从而进行设计性和创新性实验；目前用于嵌入式操作系统和嵌入式系统课程设计两门课程的实验教学。
3 开展校企合作，让学生提前感受企业氛围
3.1通过互利合作，密切校企关系
1）学生校外实习。与企业签订学生校外实习协议，企业接受学校一定数量、专业对口的学生实习，学生实习结束毕业时，企业可优先选择录用学生，补充企业的生产一线人员。
2）企业在职职工培训。合作企业需培训在职职工时，学校克服困难，创造条件，为企业培训在职职工，帮助企业提高职工素质。培训专业、培训目标由企业确定，培训计划和内容由企业与学校共同商定，培训师资由学校安排或企业委派，教材由学校提供。
3）教师实践。学校每年安排一定数量的专业课教师到合作企业实践。实践时间一般为两个月，利用假期进行。实践教师填写企业实践登记表，登记内容包含实践内容、实践期限、实践企业评价、学校意见等，并纳入对教师的考核、培养、提高。
4）聘请企业技术骨干到学校授课。为弥补学校教师对技术最前沿掌握的不足，学校聘请企业的技术骨干或专家为客座教授，定期到学校授课，指导和充实最新技术的教学。
3.2校企合作的实施
在“三强型”嵌入式系统开发人才培养理念的指导下，自2007年起先后与长杨医疗器械有限公司、湖南华宽通电子科技有限公司、深圳市龙天脉电子有限公司等多家优秀企业建立了良好的合作关系，这些企业的行业分布较广，其产品在通信、医疗、消费等领域极具代表性，且在行业中具有较好的影响力。在与这些企业的合作过程中，进行了多个项目的合作开发，学生的动手能力、创新意识和合作精神得到了很好的培养。
【关键词】嵌入式系统；教学改革；独立学院；ARM
1.引言
嵌入式系统是电子信息工程专业必修课，也是通信工程、测控、电子信息科学与技术等电子类专业的专业限选课，是一门理论知识覆盖面广，实践性和操作性很强的课程[1]。因为这门课程对学生的实践应用背景有较强的要求，所以对课程中软硬件技能的掌握，一定程度上能够反应学生在工程实践领域的水平高低[2]。注重培养应用实践能力的独立学院，特别是有电子类、计算机类等相关专业的工科独立学院，应结合自身学院专业特色，大力发展嵌入式系统教学的具体工作。
2.嵌入式系统教学方式的改革
2.1激发学生自身学习兴趣
调动起学生对嵌入式系统这门课程的兴趣[3]，能更好的让学生学习掌握该门课程。课堂上演示相关嵌入式项目的产品视频，如智能单车、智能家居、车载导航、手机等相关嵌入式产品的产品广告，嵌入式产品带来的科技感能更好的调动起学生对这门课程学习的主动性。同时可以列举相关嵌入式行业在工作招聘时的相关条件，并在课堂中阐明在课堂中如何掌握相应的知识，让学生对课堂所学的知识有感性的认识。
2.2强化学生的查阅能力
嵌入式系统是一门工程实践性较强的课程，它强调学生在学习过程中要更多的查阅芯片资料和相关专业文档。目前很多嵌入式教材因为篇幅有限，仅仅是把专业文档中一部分相关的资料列出，这类教材在教学时，可以加快教学的进度，但学生未能结合原理图查阅相关资料，文献检索能力未能得到提升，当进行专业实训设计或者电子竞赛的时候，换一款升级版的芯片，学生不会举一反三，不知道如何查阅芯片手册进行实际开发应用。所以上课时可以更多的教会学生阅读芯片资料和硬件的原理图，教材内容与查阅资料互补，加深对课程的学习和理解。
2.3合理安排ARM汇编的课时
在传统的嵌入式教学中，嵌入式系统基础知识都是第一章，在教学的过程中，需要4个左右的课时才能讲解完成，学生在刚开始接触嵌入式课程时，对微处理器的体系结构没有一个深刻的认识，用过多的时间进行讲解，只能事倍功半。而嵌入式教学中ARM汇编编程属于嵌入式系统的灵魂内容，是真正让学生能够感性认识嵌入式系统的内容，但是由于课程安排，ARM汇编编程一般是在第10个课时后才开始进行教学，前10个课时都是枯燥乏味的理论教学，难以提起学生的学习兴趣。课时的改革应将ARM汇编编程穿插在每个章节中进行讲解，并且在第一节课时，就用ARM汇编编程进行项目演示，让学生能更清楚的理解，嵌入式系统的应用领域，以及嵌入式系统的具体功能。
3.课程体系的改革
3.1理论课与实验课相结合
在课程改革之前，嵌入式系统总共有64个课时，其中理论课占48个课时，实验课占16个课时。将理论课的教学与实验课的教学进行严格划分，并不适应嵌入式系统这一门应用型和实践性都很强的课程。嵌入式系统课程改革的思路是让学生真正达到“知行合一”，理论和实践相结合，实验中检验理论所学的知识，在学习过程中能编程调试，调试过程中回顾学习。将64个课时的嵌入式系统课程全部安排在有计算机和嵌入式硬件的环境中进行学习，每次课程讲述完知识点后，便能让学生立即用计算机和嵌入式硬件进行调试验证，学生在测试的过程中，能更好的理解理论课所学的内容，有利于学生对课程知识点的熟记。
3.2开放性的实训项目设计
在学习完成64个课时的嵌入式系统后，安排了为期2周的实训项目设计。学生可以选择教师设计好的实训项目题目，也可以自己设计一个难度足够的实训项目题目，每四个同学完成一个项目，每人负责一个模块，学生在进行实训时，不仅要完成自己的实训内容，也要相互学习相互帮助队友实现实训项目设计。经过64课时的嵌入式系统学习后，学生对实验箱的工作原理和驱动程序已经有了一定程度的熟练掌握。在实训项目设计中遇到了平时上课没有讲解过的硬件模块，学生可以自己查阅相关资料进行自学，教师可以在一旁协助指导。这种团队式实训项目设计，学生团队意识更强，通过这种方式的实训项目设计，使学生有了工作中项目开发的感觉，在开发过程中逐渐提高成就感，提高学习积极性。
4.课程考核方式的改革
考核方式的合理化，能更好的激发学生学的动力，教学改革建议平时成绩占60%，考核成绩占40%。由每次课堂结束的总评构成了平时成绩，在课堂学习的过程中，根据学生的课前的课堂预习、课中的项目练习以及课后的课程作业完成情况进行评分，这三项分别占了平时成绩30%，课堂考勤占平时成绩10%。
5.结束语
嵌入式系统是一门应用性较强的学科，在电子类学科的教学体系占据重要的地位。根据社会现今对人才的需求，以及独立院校培养实践应用型人才这一目标，我们对嵌入式系统教学进行了探索和教学改革，重点在于培养学生的自学能力、动手实践能力以及资料查阅能力。为了能更好提高嵌入式系统的教学质量，将更进一步深化嵌入式系统教学的改革，积极探索和努力提高课程质量，为培养更多具有手动能力好、自学能力强的优秀电子类学生而努力。
参考文献
[1]宋鑫宏,方光辉,张乐.应用型本科嵌入式系统课程的教改研究[J].福建电脑,2017(1):66-67.
[2]单芳芳,李晓楠.嵌入式应用系统课程教学改革研究与实践[J].中国电力教育,2011(28):87-88.
