时间：2022-06-03 17:43:16
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篇嵌入式课程总结，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。
【关键词】嵌入式系统；教学模式；独立学院
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：
4.1 建立一套适合学校特点的课程体系
嵌入式课程是近几年来建立的一门新课程，有它自身的特点、规律。嵌入式的课牵扯面很广，包括研究生的课程、本科生的课程、技能课程的培训等。由于该课程与实际结合得非常紧密，容易教成短期培训，而作为一门课程要有自己的规律，不要把这个课程做成嵌入式系统教学的技能培训，要结合独立学院的自身培养目标特点制定出相应的教学计划以及实施方案。例如在我校，针对电子信息工程专业，目前师资力量等都不能满足直接建立一个嵌入式系统的专业，设想把嵌入式系统设定为电子信息工程专业本科主修方向，在低年级时开设相关的专业选修课，让有意于此方向的学生打好基础，在本科高年级进一步学习。作为电子信息工程专业，在教学中一定不能光注重应用，也要将清楚计算机本身的规律在什么地方，为什么发展嵌入式，有什么原理进行探讨，从而建立一套适合我们特点的课程体系。
4.2 课程应该分层次
嵌入式系统教学的层面应不同，有研究生、本科生高年级、重点大学、普通大学、独立学院等的分别，在授课时有所区别。在本学院推行这门课，考虑到针对的是电子信息工程专业，和其他学院的侧重点是不同的，但作为电子信息专业中的一个主修方向，在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点，在教材的选定上应该包括有关嵌入式处理器、操作系统（linux或ubantu）、开发平台和应用，重点学习原理及相关应用。
4.3 主动去获得更多的支持
由于学校在技术、经验、资金等方面有很多的困难，所以应该主动寻求以获得更多的帮助，例如主动跟国内外相关公司索取资料、设备，要求一些技术支持等，积极组织教师参加全国范围的各种嵌入式系统教学研讨会、及到各知名企业进修，让教师深入了解技术发展。
4.4 可利用仿真软件、书籍内容辅助实验教学
如果让理论知识能让学生达到所见即所得是本课程教学的重点和难点，由于资金的缺乏，现成的实验板很昂贵，应采用仿真和实验相结合的方法，一部分学生在SkyEye、microwindows仿真环境下做实验，一部分学生在实验板上面做实验，在实验之后再一起互相讨论。
4.5 利用互联网进行教学交流
由于教师对嵌入式系统课程不熟悉，在教学中要自己一边学习一边讲课，应该充分利用极其丰富的网络资源，例如教学课件及背景资料都可以从网站上下载，教师和学生均可通过论坛交流。
4.6 全国高校大学生电子竞赛及行业相关竞赛
通过组织学生参加全国高校大学生电子竞赛来深入了解和学习嵌入式系统。虽现在的电子竞赛还没有直接用到嵌入式系统，但是我们必须现在开始在思想上有所改变，主要是使学生多搞创新想法，而不仅仅是产品创新。
5.结语
嵌入式系统工程是一个全新的专业，目前的关键是怎样与现有专业学科融合，以及怎样进行现有课程体系的改革和调整。我国在嵌入式系统教育方面起步较早的是北京大学软件与微电子学院的嵌入式系统系，他们已经形成了较为完善的课程体系、专业水平较高的师资队伍和与国际技术接轨的嵌入式系统工程实践环境，目前，嵌入式系统系在我院本科生达到480人。独立学院由于很多因素的制约在教育上也比较落后，但已经积极行动起来，投身到嵌入式系统教育中去，为我国嵌入式系统的发展输送更多的优秀人才。
参考文献
[1]马忠梅.嵌入式系统教学模式探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（11）：5-37.
[2]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）：13-22.
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:计算机;嵌入式;教学;ARM
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[1]。它一般由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统因体积小、可靠性高、功能强、灵活方便,其应用已深入到各个领域[2]。每年全球嵌入式系统带来的相关工业产值已超过1万亿美元。嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一[3]。针对市场对嵌入式人才的巨大需求,许多高校的计算机,通信、电子、自动化等专业都相继开设了嵌入式系统的相关课程。嵌入式系统作为高校新兴的一个专业方向,如何开展“嵌入式系统”教学,以达到学习嵌入式技术知识、掌握嵌入式系统基本开发方法和应用的目的,是很多高校都在思索的问题。
本文首先分析了目前“嵌入式系统”教学普遍存在的一些问题,然后对本科院校计算机专业嵌入式系统方向的教学和课程设置应解决的主要问题进行了探讨,最后,结合教学实践,总结了一些教学经验。
1“嵌入式系统”教学中存在的问题
由于各高校开设“嵌入式系统”课程的时间并不长。目前,各高校在教学中都处于探索阶段,存在如
下一些亟待解决的问题。
1.1缺少高质量的教材
因为嵌入式技术往往和行业背景结合紧密,所以高校在选用课程教材时,应考虑理论和实践应用相结合、面向应用的教材,只有选用这类教材,教学才不会和实践应用脱节,陷入空洞的理论讲解。但通过近几年的教学实践和市场调研发现,由于新技术日新月异,相应教材的更新速度很难赶上技术更新的速度,这也导致了很难找到一套普遍适用的系列教材,给教学带来一定不利影响。
1.2内容深度不够
嵌入式系统是一门很新的技术,目前虽然很多高校开设了这方面的课程,但是师资往往没有同步跟上,很多教师都是从单片机教学转型而来,缺少嵌入式系统相关技术的系统培训,在短期内无法跟上新技术变革,因此出现教学内容广度有限,深度不够的现象。
1.3缺少实践性
嵌入式系统技术是一门实践性很强的技术,实践是教学的重要环节。如指令编程、驱动程序设计、内核的移植设计和应用等知识的学习,需要学生通过大量的实践环节来加深理解和掌握。但是目前很多高校在开设“嵌入式系统”课程时,缺少相应的实验设备,没有与工程实际应用密切结合的课程设计和毕业设计,使得学生实践能力不强,学习没有兴趣,达不到应有的效果,学生发展后劲不足。
2计算机专业“嵌入式系统”教学的一些思考
嵌入式系统的特点是涉及知识面广,综合性、实践性强,学科发展快,因而学习难度大。不同的专业有不同的特点,对于计算机专业开设“嵌入式系统”课程而言,不能简单的照搬其它专业的“嵌入式系统”教学模式,必须根据计算机专业学生和课程特点量身打造适合本专业的教学模式。经过近几年的教学实践发现,对于计算机专业开设“嵌入式系统”课程,若想达到良好的教学效果,需要先解决以下几个方面的问题。
2.1选择ARM芯片还是其它芯片
构成嵌入式系统的核心之一是嵌入式处理器。可以作为嵌入式处理器的主流芯片有ARM、微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)等。目前在嵌入式领域中广泛应用的是ARM系列芯片。ARM处理器具有高性能、低功耗、低成本的特征[4]。作为世界第一大IP知识产权厂商,ARM公司本身不直接生产芯片,而是靠转让设计许可,将其设计的芯片知识产权授权给其他公司,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[5]。目前,ARM已经成为移动通信、手持计算设备、多媒体数字消费等嵌入式应用的RISC(精简指令集计算机)标准。因此,学习以ARM为核心芯片架构的嵌入式技术具有非常广阔的前景。基于ARM芯片的应用广泛性,在教学实践中,应选择ARM作为学习嵌入式系统的重点内容。
2.2选择ARM7还是ARM9
众所周知,ARM7的教学偏重于硬件,ARM9的教学偏重于软件。谈到计算机专业开设“嵌入式系统”课程,大家自然就会选择ARM9。于是,现在各高校计算机专业在引进“嵌入式系统”教学实验箱时,一种流行的趋势是普遍采用ARM9核的实验箱,一方面体现了教师们迫切希望让学生能接触最先进的、实用的、前沿技术的良好用心,另一方面也暴露了一
些认知上不足之处,因为这种追求高端设备的做法并非适合计算机专业。ARM7作为学习ARM9的基础,如果让学生跳过ARM7而直接学习ARM9是比较困难的,也达不到良好的学习效果。因此,计算机专业的“嵌入式系统”教学也离不开ARM7这一教学环节,因为一个从事基于ARM9的嵌入式Linux或Windows CE软件开发的程序员,如果没有扎实的硬件理论,硬件设计和制作基础,是很难胜任的。此外,计算机专业的学生还有部分人将从事基于实时操作系统的软件设计,这也是离不开对ARM7的学习的。有鉴于此,我们完全有理由在教学中着重强调ARM7的重要性。
基于上述原因,我们认为ARM9教学偏重于软件,ARM7教学偏重于硬件,二者是互补的。对计算机专业而言,最好能在课时允许的条件下,两方面的课程都能开设。我们的做法是:教学中侧重于ARM7,而科研中侧重于ARM9。这种做法经教学实践证明是可行和有效的。
2.3选择嵌入式Linux操作系统还是其它操作系统
目前,嵌入式操作系统可选范围很大,成熟的嵌入式操作系统有嵌入式Linux系列、Windows CE系列和众多的实时操作系统。Linux操作系统用于嵌入式系统,产生了几个不同的版本,重要包括µClinux、嵌入式Linux和RTLinux等,其中µClinux适用于处理器内没有MMU(内存管理单元)的ARM处理器,RTLinux则侧重改善Linux的实时性,而嵌入式Linux除了在图形和文件系统上与桌面Linux有所不同外,内核本身并无差别,因此作为内核一部分的网络功能与桌面Linux的一样强大。Linux作为一种开放源代码的操作系统,在嵌入式领域应用越来越广泛。因此,在实际教学中选择嵌入式Linux操作系统是非常合适的,既不存在版权问题,可以免费使用,同时其开源性,有利于创新性人才的培养。在嵌入式操作系统教学中,应以嵌入式Linux操作系统作为讲授和学习的重点。
另外,“嵌入式系统”课程可以说是整个计算机学科的综合,它基本上涉及了计算机学科的方方面面,包括硬件方面、软件方面和网络方面等。这就要求学生在学习嵌入式系统之前,首先学好这些方面的课程,打下了良好的基础,才能把嵌入式系统的相关内容学好。
3教学实践经验
在“嵌入式系统”教学实践中,除了注重课堂教学效果外,还需要采用多样化的辅助教学手段,全面提高课程的教学效果。
【关键词】CDIO；电子信息；实践教学；改革与实践
早在2000年，由美国麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究组合，在Knut andAlice Wallenberg基金会近2000万美元资助下，该组合通过四年的研究与探索，创立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO国际合作组织。先进的CDIO，代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。“CDIO”是“做中学”原则和“基于项目的教育学习”的集中体现，也是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达。嵌入式系统原理与应用是一门理论与实践相结合的课程，特别注重学生动手能力的培养，因而本课程教学将结合CDIO的教学理念，将学生动手能力的培养作为课程培养的重点之一。
1.嵌入式系统原理与应用的教学现状
《嵌入式系统原理与应用》是一门针对工程应用的、具有很强实践性的课程，对电子信息类学生专业技能的培养、学生的就业及个人的发展起到很重要的作用，它可以充分体现学生利用自己所掌握的知识解决实际工程问题的能力。嵌入式系统知识在电类专业整个课程体系中处于承上启下的核心地位，一般工业控制系统和智能仪器仪表的实现都离不开嵌入式系统。
然而目前大多数院校采取传统的教学模式和教学方法，大纲要求规定教学为32学时，因此，一般是20个学时的课堂理论学习，再加上12学时的实验教学，其结果是教的面广但不深，学的也似懂非懂，使得大多数学生对《嵌入式系统原理与应用》课程失去了学习兴趣，甚至到学习结束也不知道嵌入式系统为何物、能有什么作用，达不到理想的教学效果。
2.嵌入式系统原理与应用的教学特点
在培养“卓越工程师”的教学理念的指导下，把工程应用型人才培养为周围本课程的教学目标。针对嵌入式系统工程应用中系统设计、电路仿真、设备调试等工程实际，课程建设强调以应用型人才培养为目标，致力于学生熟悉嵌入式系统构成、嵌入式设备技术应用现状，培养学生发现、分析、解决问题能力的培养。
基于嵌入式的各类系统的设计需要工作人员者具有较强的嵌入式基础理论知识和实际动手能力，是对工作人员综合能力与创新能力的考查。本文将从“卓越工程师”人才培养为目标，结合电子信息类专业学生的特点，对学生“嵌入式系统原理与应用”能力培养的相关课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索，结合做中学（CDIO）教学模式，对嵌入式系统教学模型、教学内容、教学方法和考核方式进行了探讨，探讨如何培养出适应社会需要的创新型人才，更好地体现出高校教育学生和服务社会的双重功能。
嵌入式系统原理与应用是一门综合性知识的教学，以ARM Xscale体系处理器为研究学习的主要对象，从编程模型、指令系统、程序设计基础和嵌入式开发环境等多个方面做了比较完整的介绍详细介绍，使学生深入理解和掌握ARM Xscale体系处理器的指令系统，如何应用定时器、AD/DA、中断、LCD控制器等的关键技术来对嵌入式系统进行开发研究，让学生从总体上把握嵌入式系统的框架结构和技术细节。因而，本文将从课程讲授开始，就激发学生自主学习、理论结合实践的CDIO教学模式。
3.嵌入式系统原理与应用的CDIO教学实现
3.1 课程体系及地位
本课程是电子与信息工程专业、通信与信息专业的一门专业课程和学位课。基于CDIO的项目教学模式，是一种重视专业课程之间有机联系的学习方式。嵌入式系统原理与应用是一门实践性很强的工程应用型课程，它所涉及到的先导课程一般有《模电》、《数电》、《电路》、《嵌入式系统技术》、《C语言程序设计》等，其后续课程主要包括《物联网技术》、《智能仪器仪表》、专业见习及毕业设计。
3.2 课程项目的选取
根据本课程的教学大纲要求，笔者经过仔细分析，并结合多年的教学实践经验，将嵌入式系统的知识点分成八个子项目及一个课程项目，以求由易到难，由浅入深，让学生逐步掌握嵌入式系统的所有知识及应用技能。课程主要内容由“基于嵌入式系统的智能家居控制系统”项目设计过程来引出，该项目涉及到各类传感器数据采集、AD转换、信号调理与放大、定时控制、中断控制、液晶显示等。对于其它没有涉及到的课程内容，通过另外的任务形式引出相关内容。课程设计的八个子项目分别为嵌入式系统存储资源与最小系统设计、系统引导、IRQ中断处理、信号调理与放大、串口传输、实时时钟、液晶显示、智能家居控制系统联调等设计。
3.3 教法说明
在教学手段上确立以人为本、以教师为主导、学生为主体的教育理念。将课程项目“智能家居控制系统”按知识点分为若干个相对独立的子项目，每个子项目作为一个独立的教学单元，每个教学单元按以下三个步骤进行教学：
（1）部署任务
通过“讲解与演示并行，讲解与练习同步”的方法，完成嵌入式系统基础知识的介绍，布署子项目的具体任务，引导学生入手项目；
（2）探究方法
接受任务后，学生通过小组讨论、查找国内外与本项目相关的资料，掌握项目的研究现状、探索项目解决的方法，确定最终解决方案，并在老师指导下分步实施；
（3）总结成果
子项目实现后，每组派一名同学进行项目成果的交流与现场演示，老师提问学生解答，穿插点评，并最终形成总结报告。
3.4 考核方式及能力培养
在注重基本理论掌握的同时，侧重学生多种能力的培养和有效学习的引导。通过对学生基础知识的考核，掌握学生分析问题、解决问题的能力情况，形成了一套科学的考核方法。课程设立了实验项目，着重培养学生的实践能力和创新能力。理论考核占成绩的50%，实验项目考核占50%，提高了对学生动手实践能力的考核要求。“CDIO”模式应用到嵌入式系统原理及应用课程教学改革后，学习过程变成了学生人人参与的项目创新开发过程，学生在项目实践中理解并把握了课程要求的知识与技能，培养了学生分析问题和解决问题的能力，增强了学生团队合作的精神，体验了项目创新的苦与乐。
4.结束语
在嵌入式系统教学中实施基于“CDIO”的项目教学法，以项目为教学平台，通过项目的推进，使学生的知识量不断积累、提高，
并逐步掌握嵌入式系统的原理及开发应用。学生在完成项目而充满成就感的同时，增强了继续探索问题的信心，激发了强烈的求知欲，同时也可培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，这就是在嵌入式系统教学中实施基于“CDIO”项目教学法的好处。基于“CDIO”项目教学法较好地解决了教与学的矛盾，是一种值得推广的教学方法。
参考文献
[1]林春景等.基于CDIO理念的《过程检测与控制》教学方法改革与实践[J].大众科技，2012（4）：226-227.
嵌入式系统的研究内容较为宽泛，其中主要包括嵌入式硬件设计和软件设计。嵌入式软、硬件设计的教学内容的选取原则应是适合本科生学习、与课程学时匹配、并具有较好的课堂展示效果。因此嵌入式课程教学内容的合理选取对课程授课效率和学生的学习效果起着至关重要的作用。
（一）嵌入式系统课程硬件设计教学内容的选取
嵌入式系统硬件是嵌入式系统的重要组成部分，是嵌入式系统与实际环境交互的载体，其性能的优劣直接影响嵌入式系统的可靠性和实时性，决定嵌入式系统设计的成败，因此硬件设计在嵌入式系统设计中处于十分重要位置。在嵌入式硬件教学中，嵌入式课程的首先需要向学生介绍嵌入式系统的硬件在系统中的作用，并以日常生活中常见的嵌入式系统设备为例（例如手机、MP3播放器等等）直观的讲解嵌入式系统硬件结构，帮助学生建立嵌入式硬件系统的基本概念。在此基础上，嵌入式系统课程应着重讲授嵌入式系统硬件体系结构，从硬件体系结构的三个层次给学生讲解嵌入式系统硬件设计。
1.嵌入式处理器，它是嵌入式系统的核心部件，负责整个嵌入式系统的运行。嵌入式处理器选型原则是硬件设计的重要教学内容之一，嵌入式系统课程应能引导学生了解处理器选型时应考虑的因素，如处理器性能、价格以及可获得的技术支持等等，培养学生根据种嵌入式处理器的特点和实际工程需要对处理器选型能力[3]，为其后续嵌入式硬件设计的学习奠定基础。
2.嵌入式系统的电路，主要包括嵌入式系统存储器、时钟电路、数据端口、复位电路和系统电源电路等等，其中，时钟电路、复位电路和系统电源电路为嵌入式系统最基本单元，具有这三个基本单元和处理器单元的系统即可正常工作，也称其为嵌入式最小系统。嵌入式课程应能帮助学生了解嵌入式系统电路种类、功能及其设计方法，建立嵌入式最小系统的概念。
3.嵌入式系统外部设备，主要是指嵌入式系统与真实环境交互的各种设备，包括外存储设备（如FlashCard）、IO设备（如键盘、鼠标等）、打印设备（如打印机）。在学生了解嵌入式系统硬件的三个层次的基础上，嵌入式课程应选择一款适合课堂教学的处理器，并具体的讲解嵌入式硬件的各个电路的设计内容、设计方法和设计目标。嵌入式课程硬件教学在选择处理器作为授课和研究对象时，应该考虑应用广泛且学习难度较低的嵌入式微控制器。在众多的嵌入式微处理器中，ST公司于2011年推出的基于Cortex-M4内核的STM32F104微处理器具有广阔的市场应用前景，广泛应用于工业控制、多媒体、精密仪器、家电等各个领域，STM32F104微处理器对于初学者来说具有开发简单、直观并且可获取丰富的网络支持的特点，因此本文以基于STM32F104微处理器的嵌入式系统为课程硬件教学内容，介绍STM32F104微处理器的主要特性，如处理的主频、字长等，并以框图形式介绍STM32F104微处理器的内部结构和片上的各个功能模块，如片上内存、片上AD和DA转换器、各种通信接口等。同时，任课教师应指导学生如何阅读芯片的英文数据手册，掌握英文数据手册的章节安排和阅读方法，提高学生英文文献的阅读水平，并能从中快速获取芯片的主要性能指标。在嵌入式系统电路设计教学中，嵌入式课程必须着重强调系统的电源电路设计、复位电路设计以及时钟电路设计。
嵌入式电源电路设计教学主要向学生介绍电源电路的两种类型，即线性电源和开关电源，以及两种电源电路的拓扑结构、工作原理和各自特点以及应用场合，并在此基础上向学生介绍2~3种常用的电源控制芯片，如线性电源常采用LM7805、AMS1117-3.3等线性稳压芯片，开关电源则常采用LM2596、MP2359等开关电源芯片，简单介绍各个电源芯片的主要参数，如输入电压范围、输出电流等参数等。嵌入式系统时钟电路设计的课程教学主要向学生介绍两种类型的时钟电路，即无源晶体和有源晶振电路，讲解这两种类型时钟的特点和应用场合以及时钟电路设计的注意的事项，并用多媒体给出两种类型电路结构，向学生分析电路中各个元件的作用。嵌入式系统复位电路教学需向学生介绍两种类型的嵌入式复位电路，即阻容式复位和专用复位芯片复位，介绍两种电路的特点，同时介绍几款常用的专用复位芯片(如MAX811)，让学生掌握嵌入式系统复位电路的设计方法。如果说嵌入式处理器是嵌入式系统的大脑，那么嵌入式系统的IO设备是嵌入式系统的四肢，是和现实世界交互的设备，嵌入式系统IO设备的教学需引导学生建立嵌入式系统中IO设备的概念，并举例说明嵌入式系统常用的一些IO设备，如嵌入式显示屏、键盘、打印机等。在IO设备的教学中，课程应首先介绍IO设备与嵌入式处理器的接口技术，分别介绍并行接口和串行接口，指导学生学习接口类型，并根据实际工程需要选择不同接口类型的IO设备，同时引导学生掌握各种接口的时序，并能够熟悉几种常用的接口类型，如I2C、Intel式并行口、SPI等接口以及各种接口的数据传输速率和物理接线数目等。
（二）嵌入式课程软件设计教学内容的选取
嵌入式软件是嵌入式系统的灵魂，与嵌入式硬件一起作为嵌入式设计的核心内容，因此，嵌入式系统软件设计是嵌入式课程授课的重要内容之一。嵌入式软件教学应注重培养学生的嵌入式软件开发能力，向学生讲解嵌入式系统的软件体系结构，即嵌入式软件可分为应用程序、应用程序接口、嵌入式操作系统、硬件设备驱动程序，加强学生对各个软件层次的把握。嵌入式软件设计授课需要向学生讲授各软件层的功能与特点、嵌入式软件开发所需要具备的先行课程知识，明确嵌入式实时操作系统是嵌入式软件的核心，引导学生根据嵌入式系统的软件体系结构学会软件设计的分工。嵌入式课程应能够向学生介绍几种目前较为流行的嵌入式操作系统，让学生对目前常用的嵌入式操作系统的发展状况及其主要特点有所了解。目前，嵌入式实时操作系统可分为两种类型，即商用型和免费型，商用型操作系统有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但是价格昂贵；免费型操作系统在价格方面具有较大的优势，主要以Linux为代表，嵌入式系统课程应要求学生能够熟悉并掌握一种嵌入式操作系统的基本原理和使用方法。
μC/OS-II嵌入式操作系统是一种规模较小和源码开放的嵌入式操作系统，比较适合初学者学习和课堂教学，特别是学生在具备μC/OS-II操作系统基础和学习经验之后，再学习某些大型的操作系统（如嵌入式Linux）则可大大提高学习效率并获得较好的学习效果，因此本文选取μC/OS-II操作系统作为嵌入式操作系统的授课内容和研究对象，并以μC/OS-II操作系统为例讲授基于嵌入式系统的应用程序开发、驱动程序开发以及图形用户接口的使用方法。同时，嵌入式软件教学需向学生介绍嵌入式软件开发工具和开发平台，其中主要介绍交叉开发系统调试结构和使用方法。嵌入式交叉开发系统由宿主机系统、通信系统和目标机系统构成[4]，嵌入式课程教学需要帮助学生直观的了解嵌入式软件开发的工作形式、嵌入式软件开发需要具备哪些条件和做哪些准备工作。同时，嵌入式课程需要向学生讲解1~2种嵌入式微处理器的上位机开发软件，目前STM32F104微处理器的软件开发普遍采用KeilμVision开发软件以及JLINK仿真器，则嵌入式课程需要向学生介绍KeilμVision开发环境设置方法、工程项目的建立方法、JLINK仿真器硬件连接方式以及驱动程序安装方法，使得学生能够自主构建基于STM32F104微处理器的嵌入式系统软、硬件开发平台，并能在此开发平台上新建工程项目、下载程序、仿真运行、断点跟踪调试等。
二、嵌入式系统教学方式的优化
在嵌入式系统教学过程中，任课教师必须研究和制定一套有效的教学方式，合理安排课程授课内容顺序，注重知识的承前启后，对嵌入式系统的一些先行课的相关章节知识点需要进行必要的复习，比如在硬件设计中，需复习模拟电路、数字电路、微机原理及接口技术等课程的相关知识点，在嵌入式软件设计教学中，需复习C语言程序设计、操作系统、数据结构等课程，为嵌入式系统课程作必要的准备。
（一）嵌入式课程硬件设计教学方式改革
嵌入式硬件设计教学中，任课教师可在课堂上准备一些实验设备[5]，将软、硬件实验直接融合到理论课程的教学中，在课堂上首先向学生展示一块嵌入式系统硬件电路板，如STM32F104应用开发电路板，让学生近距离观察电路结构和板上的各种元器件，并作简要介绍，使得学生能够直观的认识嵌入式系统硬件电路，然后以提问的方式引导学生对电路图如何设计和生成产生兴趣，授课教师此时可介绍嵌入式硬件设计步骤以及电路设计的相关软件，让学生了解嵌入式硬件原理图和印制电路板图（PCB图）设计过程和设计方法。在此基础上，授课教师在课堂上以一个简单的嵌入式电路系统为例，现场安装Protel电路图绘制软件，讲解并演示电路原理图和PCB图的绘制步骤和方法。在电路图设计的演示之后，授课教师应给学生讲解硬件电路的调试过程和调试方法，让学生掌握嵌入式电源电路、时钟电路、接口电路的调试方法，并在课堂上现场演示硬件调试，最后以处理器的一个IO接口控制的LED灯闪烁为例，编写LED灯闪烁的例程，让学生直观的把握嵌入式系统调试方法。
（二）嵌入式课程软件设计教学方式优化
嵌入式软件教学的主要内容是嵌入式操作系统的移植方法、使用方法和应用程序编写。授课教师在讲解嵌入式操作系统的使用方法时，可在课堂上利用多媒体教学手段基于μC/OS-II的操作系统编写应用程序，在操作系统的每个任务的主循环中添加断点，让学生直观的感受操作系统多任务切换机制，并以一个简单的软件例程，要求学生现场进行构思，开展广泛的交流，然后将学生构思的各种方案在多媒体上进行现场编程实现、输出结果，让学生对自己方案的正确性、合理性有直观的认识和理解，并促使其对方案进行修正，以使学生迅速掌握μC/OS-II的操作系统的使用方法和应用程序设计方法。
三、嵌入式系统实验和实践教学的优化
实验教学和实践教学是教学过程中重要环节，可提高学生对理论知识的理解和把握，培养学生工程实践能力、独立思考解决问题的能力。学生可以通过实验来验证理论课程知识，对于课堂上的例程，学生可以通过自己的学习和理解对其进行修改，然后进行实验，验证其修改正确与否，这是一种极其有效的学习方法。嵌入式系统课程设计是嵌入式系统课程的工程实践环节，旨在训练学生的动手实践能力和培养学生的方案论证能力、工程项目设计和开发能力，适应学生就业和社会需求。
（一）嵌入式课程实验教学
嵌入式实验教学需要向学生详细介绍实验系统的拓扑结构、电原理图和系统的软件开发环境，并以一个简单的例程引导学生熟悉和如何使用实验系统的硬件电路和软件开发环境以及实验操作步骤。实验课程的章节内容安排应遵循由简入繁的原则，明确实验方法、实验步骤和实验目的，引导学生从一个简单的IO端口控制LED灯闪烁的例程开始学习，完成从新建工程、编写程序、下载程序调试、观看实验结果的实验过程，再以2~3个难度逐步增加的实验，明确实验目标（即实验成功后应看到的实验现象），激发学生的学习和动手实验的兴趣。学生在实验期间遇到问题，指导教师应积极引导学生检查问题并解决问题，而并非直接告诉学生答案，培养学生独立思考和解决问题的能力。在学生正确完成实验后，指导教师应积极鼓励学生采用多种不同的软件算法完成同一个实验，提高学生的编程能力和拓宽学生的视野。在完成实验的基础上，指导教师应鼓励学生在现有实验系统的基础上开发一些简单的电子设备，如数字电子钟、数字温度计、计算器等，让学生切身的感受到嵌入式技术的广泛用途。
（二）嵌入式课程设计教学
嵌入式系统作为一门应用性很强的课程，进行项目化教学是课程设计教学改革的必由之路[6]。本文采用项目开发为驱动的课程设计形式，引导学生自主学习嵌入式硬件设计、操作系统移植、驱动设计、应用程序设计，以一个完整的项目开发作为课程设计任务，让学生全面掌握嵌入式系统设计的全部过程，巩固所学的理论知识。在课程设计选题方面，指导教师可提供一定数量设计课题，设计课题需具备较高的综合性和可行性，难度适中，要能够达到训练学生嵌入式方案论证能力和软、硬件设计能力的目的。学生也可根据自身的知识特点拟定课题，经指导教师审核修改后进行课程设计，同样，自拟课题也要达到综合训练的目的。课程设计的选题和实施应能培养学生的嵌入式方案论证和制定项目具体实施计划的能力，规范学生的嵌入式项目开发方法和开发步骤。在嵌入式系统课程设计结束后，学校应提倡以学院为单位组织嵌入式系统设计大赛，进一步锻炼学生嵌入式工程实践能力，达到学以致用的目的。
四、结论
关键词：案例教学；嵌入式系统安全；教学方法
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）13-0186-02
一、引言
随着高校培养应用型、复合型人才需求的提出[1]，高校在课程设置、教学模式等方面进行了改革。《嵌入式系统安全》课程实践性较强，而传统教学方法只注重讲述理论模型，缺乏创新，加之学生水平参差不齐，导致课程授课目标无法很好完成。为此，探索新的教学培养模式势在必行。
二、目标
嵌入式系统安全课程内容涵盖了安全体系结构/协议、认证技术、病毒与恶意代码、网络入侵、入侵检测与防火墙、嵌入式系统安全等内容。课程顺应嵌入式系统与移动互联网的发展，快速建立对嵌入式移动互联网安全的全貌概览。学生通过学习，能够了解嵌入式系统与网络安全的基本知识和掌握具体应对办法，独立学习与初步设计嵌入式系统安全方案，为今后应用嵌入式系统或从事移动互联网安全管理打下良好基础。
为了鼓励学生独立思考、培养创新思维，在授课过程中，笔者根据案例教学法的特点，照顾到课程综合性和实践性强的特点，逐步采取“案例导向教学+实际的案例分析+实践操作”的方式实施教学，提高学生学习兴趣，取得了良好的教学效果。
三、方法设计
案例教学（Case Teaching Method）是由美国哈佛法学院前院长C.C.Langdell于1870年首创[2]，后经哈佛企管研究所所长W.B.Doham推广，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。
案例教学法对提高人才培养质量具有深远意义[3]。应用到本课程中，在每个技术专题的讲解过程中，采用“知识点铺垫+案例导向教学+实际的案例分析+小组讨论+实践操作+小组实训总结”的教学模式展开试点教学。
四、实施方案
在实际授课过程中，结合案例教学法和课程实际特点，笔者采用如图1所示的教学模式展开教学。
如在讲解网络攻击技术专题时，首先铺垫知识点。网络攻击分为三个阶段：预攻击、攻击、后攻击阶段。预攻击阶段要收集目标网络、目标主机的信息。如，获取网络拓扑结构、主机操作系统类别、开放端口和服务情况等。有了基础知识的铺垫，必须辅以实际案例。因此，课堂中为学生演示信息收集过程。通过网络命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或网络登录截取banner信息等，推断目标网络和目标主机的基本信息。这些都是学生日常使用网络和计算机中常接触的命令和操作过程，但没有理论知识的铺垫，很少有人能够联想到这类操作可帮助黑客获取到如此重要的敏感信息。
完成了上述内容，学生的学习积极性已被调动起来，接下来进行具体的案例分析。课堂中演示用实际工具，如端口扫描、漏洞扫描软件，获得目标主机的系统漏洞和开放端口/服务情况。通过案例解析，让学生从理论了解到实际操作，有了直观、具体的认识。在小组讨论阶段，老师可提出问题：“上述扫描工具的实施原理是什么？能否借助于之前学习过的网络知识、编程知识，自己设计实现一个类似的软件工具？”
鉴于课堂授课时间有限，接下来的“小组讨论”和“实践操作”阶段留在课后完成。但教师需为学生进行小组划分，并给出具体任务。
在“小组讨论”和“实践操作”阶段，教师不再是课程知识的传授者，转而充当指导者的角色，帮助学生完成任务。之后，要求学生在课堂上进行“小组实训总结”，通常是以“作品展示+演说答辩”的形式进行。
五、评价准则
课程授课模式发生了变化，相应地，课程教学效果的评价准则也要做出适当调整。笔者在教学过程中，通过实践，总结出了一套新的综合评价指标。如图2所示。
由于课程特点，授课内容是以专题展开的，教学过程围绕项目进行，所以评价标准也以项目为单位。评价表的评分标准分为过程评价和结果评价两部分。每个部分都充分考虑“案例分析、团队合作、新知识点理解、辩论/答辩”等阶段的学生表现，在评分过程中，教师评分和同学评分的比例也有所调整。该评价准则，涵盖了教学过程的各个阶段，充分尊重教师和学生的评价结果，能够合理、准确地反映出学生的学习情况和学习效果。
六、总结
将案例教学法应用于嵌入式系统安全课程中，结合课题特点，采取“知识点铺垫+案例导向教学+实际的案例分析+小组讨论+实践操作+小组实训总结”的教学模式展开教学。这种方式具有深刻的启发性，突出课程实践性特点，缩短了抽象教学情境与实际生活情境的差距，培养了学生的创新精神和解决实际问题的能力和品质。
参考文献：
[1]王攀峰，张天宝.试论传统课堂教学的基本特征及其面临的困境[J].教育理论与实践，2011，（5）：49-53.
[2]案例教学[EB/OL].[2015-11-10].
关键词：嵌入式系统；实验教学；实验平台
1.背景
如今嵌入式系统在日常生活中扮演着越来越重要的角色。从消费电子产品到航天工业，从热门的电子应用（如智能手机和平板电脑等）到相对不起眼的应用（如人造卫星等），嵌入式系统直接或间接地影响人们生活的方方面面。嵌入式系统的巨大潜力使得教育工作者对它的讨论从来没有停止过。世界无数的教育工作者提出了大量新颖和具有创造性的方法和理论，以促进嵌入式系统教育水平的提高，他们大都赞同嵌入式系统具有与实际应用紧密联系的显著特点。
嵌入式系统应用在一个广阔的领域，如简单的微控制应用、控制系统、分布式嵌入式控制、片上系统、网络、嵌入式PC、关键系统、机器人、计算机设备、无线数据系统和信号处理。同时，一些交叉领域知识对于嵌入式系统设计者也同样重要，如安全、可靠性、节能、软件/系统工程、实时计算和人机交互等。
对于想成为合格嵌入式系统设计者的学生来说，他们希望能够亲手接触这些嵌入式应用，因此设计一个高效的实验系统非常重要。实验平台应该能联系抽象的理论知识和实际应用，以帮助学生领会嵌入式系统的知识奥秘。
2.嵌入式系统实验教学的特点
嵌入式系统实验教学与其他课程实验教学有两个方面的不同：软硬件高度结合、知识和技术更新速度快。嵌入式系统实验教学的特点如图1所示。
嵌入式系统实验教学的第一个特点是软硬件高度结合。一个完整的嵌入式系统需要在软硬件基础之上工作。在嵌入式实验教学中，任何一个环节的缺失或弱化都是错误的。我们过去就犯过这方面的错误。嵌入式系统是清华大学计算机科学与技术系大四本科生的一门专业必修课。学生希望在课程结束后对嵌入式系统有一个完整的认识，但是发现在学习完这个仅有2个学分的课程后，依然无法设计出一个软硬件兼备的完整嵌入式系统。因此，我们让学生使用开源软件工具设计诸如鼠标或键盘等设备的驱动程序，但是效果并不理想，冈为学生仅仅熟悉了他们所实验的部分内容，而这些内容只是他们应该掌握内容的一小部分，这不仅是由于实验任务的限制，还因为学牛无法接触硬件层面的操作，无法全面领会嵌入式系统。
嵌入式系统实验教学的另一个特点是嵌入式系统知识和技术更新速度快。在第1节我们曾提到过，紧跟实际应用是嵌入式实验教学的一个关键元素。由于嵌入式系统技术日新月异，嵌入式实验课程讲述的知识和技能以及嵌入式实验设备和组件都必须不断发展。我们在对清华大学计算机科学与技术系学生的调查问卷中发现，对传统嵌入式实验平台的主要批评是实验设备和组件过于陈旧，实验平台与当前技术联系不够紧密，实验内容缺乏吸引力。
综上所述，设计一个高效的嵌入式实验平台必须考虑软硬件结合和嵌入式技术飞速发展这两个因素。
3.当代学生的特点
除了嵌入式实验课程本身，学生是不可忽略的另一个关键因素。学生是实验的参与者，他们对实验的感受影响着实验课程教学的成败，但是我们发现传统的实验方法令当代学生逐渐失去学习兴趣，这主要是因为学生一代一代地不断发展与进步，而传统的实验方法却多年不变。
文献[2]指出当代学生与过去的学生有所不同：缺乏钻研精神、缺乏耐心和依赖于软件。当代学生的特点如图2所示。
当代学生的第1个特点是缺乏钻研精神绝大多数学生成长于用户至上主义日益流行的社会环境。相对于基础原理，他们更关注功能；相对于架构，他们更关注表象。简而言之，当代学生中很少有人理解嵌入式系统的基本原理，另一方面，传统的实验平台专门为演示和验证书本中讲述的原理而设计，因此学生渐渐地无法将实际应用与特别设计的实验相联系，产生的问题是如果学生无法预见所学知识的未来应用前景，就会将关注点转移到其他方面。由此可见，将实验平台与时兴技术相结合非常重要。
当代学生的第2个特点是缺乏耐心。生活节奏的日益加快和互联网络的日益普及，使得当代学生渐渐缺乏耐心。他们习惯在实验开始后急于见到结果，就好像点击鼠标后立刻能在屏幕上看见反应，但是在传统的教学方法中，教学总是从对课程的全面描述分析开始。实践证明这种描述很必要，它可以帮助学生全面了解课程的知识结构，但是这些内容有时会让学生退却，因为学生感觉课程非常抽象与枯燥。鉴于这些问题，新实验平台应该在嵌入式系统的第一堂课就引起学生的兴趣，同时提供一个吸引人的“结果”。
当代学生的第3个特点是依赖于软件。嵌入式系统的发展通常被认为是民众赋予的。在某种程度上，这种发展是电子工程向更智能化发展的结果。然而，电子工程这种不可见的层面，通常被复杂的用户界面和其他图标所伪装，使得大家将其归功于计算机科学，而不是电子工程。许多大学并没有意识到这个问题，而将大部分注意力放在嵌入式软件设计，忽略硬件层次的介绍。这种在嵌入式系统教学中的错误关注导致出现“软件比硬件更加重要”的错误认识。为了纠正这个偏见，我们应该重视硬件并将其引入嵌入式系统课程。
总之，为了设计一个高效的实验平台，当代学生的特点不容忽视。
4.设计嵌入式实验平台的原则
基于上述讨论，我们提出嵌入式系统教学实验平台的几项设计原则。
完整性：实验平台应该相对完整。学生不但能接触软件，而且能操作硬件。这个原则主要解决两个问题：首先纠正学生偏重于软件的错误；其次在第一节课就能吸引学生，告诉他们课程最后能够建立一个基本的却相对完整的系统。
开发性：实验平台应该能帮助学生自由地实现创新思想。实验平台在软件和硬件上都应为学生预留足够数量和种类的接口，使学生能够以此为基础构建自己的嵌入式系统。在实践过程中，越来越多的基于实际应用的嵌入式系统由学生实现，同时学生的创造热情也被激发出来。
从教学的角度看，实验平台应包含以下特点。
可升级性：平台的软硬件应该能分别扩展和升级，而无需对整个平台进行修改。如第2节所述，嵌入式系统技术升级速度快，尤其是硬件设备。为了满足经常升级的需要，可升级性原则应该被放在关键位置。
灵活性：实验内容应该能根据课程的要求而裁剪，以便于实验平台的广泛推广。大多数定制的实验平台在灵活性上有所欠缺，其实验内容无法增加或减少，而为了适应课程学时的变化不得不重新设计实验。
为了达到上述目标，我们提出一个完整的概念模型。目标系统的概念模型如图3所示。
这个概念模型由3个中间层和2个层组成。中间层包括主系统层、中间通道层和从系统层。层包括应用层和组件层。我们将解释这个模型如何能实现前面提出的目标。
完整性：把中间3层看作一个整体，这个基本模型由一个典型嵌入式系统中的主要元素组成，从最顶层的应用层到最底层的功能组件层。学生可以接触完整系统的每一个组件。
开放性：模型的最顶层和最底层向学生开放。实验平台的设计者将足够多的软硬件接口提供给学生，这些接口必须是完整的和用户友好的。使用硬件接口，学生能够通过连接所需的硬件模块构建一个创新的嵌入式设备；使用软件接口，学生可以方便地加载硬件模块所需的软件资源。
可升级性：实验平台设计应该模块化和层次化，每一层为上一层提供上层接口，为下一层提供下层接口。每一层可独立地进行扩展和升级，与相邻层次的接口保持兼容。模型的中间层被设计为3层结构，这个灵感来自于Phidgets的设计，它能为实际设备的实现提供更多可能性。
灵活性：每个层次都能根据课程的重点而被加强或削弱，因此实验内容可根据课程要求而变化。实验课可被安排在两层或更多层之上。基础实验要求学生建立一个基本的嵌入式系统，而在高级实验中，学生能深入研究模型中的各个层，以实现创意设计。
基于这个概念模型，学生不难设计出一个高效的嵌入式实验系统。
摘要：本文针对目前高校特别是独立院校计算机学科教学中理论与实践课程存在的问题，创造性地提出了一套适用于计算机专业嵌入式系统方向的课程体系和培养方案。
关键词：嵌入式；课程体系；培养模式
中图分类号：G642
文献标识码：B
1存在的问题
与当前发展迅速的嵌入式计算机技术及其巨大的市场潜力和产业需求相比，高校的嵌入式方向教育相对滞后。国内的嵌入式系统教育还处于初期阶段，虽然部分高校开设了嵌入式系统课程，但大都作为选修课，课时很短，还没有形成统一的课程体系和人才培养模式。而且知识体系系统性和针对性较差，知识较为陈旧，大多停留在8位单板计算机应用的低水平层次上，导致毕业生缺乏工程实践能力，无法适应企业的实际需要。高层次嵌入式软件工程人才更是严重匮乏，严重制约中国未来嵌入式软件产业的发展。
导致这个结果的原因，一方面是高校对目前的技术发展不够重视，另一方面是因为普通高校的课程体系受到教育部的指导制约。独立院校作为一种新型的教育单位，作为对普通高校资源的补充，具有较大的灵活度和自由度。我院对现行的教育体制进行了深入的调查和研究，形成了独具特色的课程体系和培养模式，并取得了一定的成绩。
2嵌入式方向课程体系的改革
独立院校的教学体系偏向于应用，因此我院结合学生的实际情况，面向企业的人才需求，紧跟高科技技术的发展步伐，对计算机科学技术专业的课程体系进行了改革，形成了一套独具特色的面向嵌入式方向的人才培养方案。
嵌入式方向的课程体系可以分为三个主线，分别是软件基础课程、硬件基础课程和专业课程。
软件基础课程主要注重对学生知识的培养，而不是对语言工具使用的培养。软件基础课程培养的目的是让学生掌握一种软件设计思想，并掌握程序设计的基本方法，为后面的专业课程的学习打下坚实的基础。软件课程主要开设下列课程：“计算机导论”、“C语言”、“数据结构”、“离散数学”、“Visual C++程序设计”等课程，取消了以往的16位“8086汇编语言程序设计”课程，而只是在微机原理与接口技术中大致讲解，同时在“ARM体系结构与编程”里增加了ARM汇编语言，这些课程为后面的专业课程奠定了基础。另外在选修课程方面增加了“Java程序设计”等高级语言的课程，供学有余力的学生选修。
硬件基础课程主要侧重于让学生掌握硬件基础知识的理解和应用。基于嵌入式系统设计方向的特点，去掉了以前偏重原理的理论课程。硬件基础课程主要有“电路分析基础”、“数字逻辑电路”、“计算机组织与体系结构”、“微机原理与接口技术”等课程。这些课程的开设目的是让学生掌握计算机硬件基础理论和计算机接口技术的原理与基本应用，为后面的专业课程打下基础，从而能够更好的理解和学习专业课程。
专业课程从第五学期开设。专业课程以“ARM体系结构与编程”为基础，又分成两个部分。一部分是Linux方向，主要开设“嵌入式系统设计”、“嵌入式系统设计实践”、“嵌入式系统设计课程设计”等课程，学习嵌入式Linux操作系统、Linux驱动程序和嵌入式Linux应用程序设计。另一部分是WinCE方向，主要开设“WinCE系统设计”、“WinCE系统设计实践”、“WinCE系统设计课程设计”等课程，学习WinCE在嵌入式平台上的应用程序开发。为了配合这两个方向，还在专业选修课程里面增加“Linux系统管理与应用”和“面向操作系统的程序设计”两门课程，作为专业课程的补充。
如图1所示，综合来讲，本课程体系主要有以下几个特点：
(1) 主线分明。课程体系分为三个主线，课程设置合理，安排紧凑。
(2) 压缩基础课，突出专业课。比如不再将8086汇编语言程序设计作为单独的一门课程，而只在微机原理与接口技术中的一部分讲解；同时增加了ARM汇编语言程序设计的内容。
(3) 增强了实践教学环节。如“嵌入式系统设计”课程和“WinCE嵌入式系统设计”课程，理论环节为48个学时，实践环节为32个学时，另外又增加了专项训练。
图1 课程体系关系图
3嵌入式方向培养模式的改革
课程培养模式的改革主要从三个方面进行，即课堂教学模式的改革、实践教学模式的改革和考核模式的改革。
(1) 理论教学模式的改革
根据课程分类的不同，需要采用不同的教学方法。我们将开设课程分为两种类型，一种是基础课程，一种是专业课程。对于基础课程，课堂教学方法仍然采用一般的以理论讲解教学为主的教学方法。而对于专业课程，则需要根据实际情况对教学方法进行改革。
专业课程的课堂教学模式采取“案例启发式”和“团队学习法”两种形式相结合的模式。“案例启发式”即在进行专业课程学习时，用一个适当的实际案例贯穿课堂教学始终，每一节课堂教学将基础理论知识讲解完毕后，还要对案例相关内容进行讲解。整个课程下来，正好将一个完整的案例讲解完毕，这样就给学生一个整体的项目开发的印象。同时在课堂教学中，将学生分为5～6人一组，每组设定一个项目组长。要求学生在实践教学环节中，以小组为单位，对所学的知识进行讨论，在每次课后都要查找一些相关的资料并形成文档，作为课后作业，加深对课堂知识的印象。另外还要按照理论教学的进度，每个小组在一个学期的时间完成一个项目，以加强理论教学环节所学的知识，同时培养学生自主学习和创新学习能力。
(2) 实践教学模式的改革
专业课程的实践教学与理论教学相辅相成。实践教学分为三个部分：课堂实验教学、校外毕业实习和毕业设计。
课堂实验教学在理论教学的基础上，改变以往只注重验证性实验的方法，强化实验过程，培养创新能力，从“验证性实验”转为“验证性实验与开发研究性实验”相并重的教学方式。要求学生不但要完成课堂验证性实验，还要在此基础上，完成一定的开发研究性和创新性实验。这些实验的结果最终计入考核成绩。实验的考核方式从过去的只注重实验结果转移到实验过程与实验结果并重的考核方式。
毕业实习是安排在学生毕业之前，所有课程结束之后的一个专业实习，为时一个月。在实习期间，要求学生进入学校“产学研”合作的对口企业，参与到企业的实际项目中，并采用企业导师和学校导师“双导师”制的培养方式。学生在实习期间，跟着企业导师的项目进行实际实践，并在双导师的指导下选定毕业课题。实习主要巩固学生的课堂基础知识，对学生进行系统的项目培训，并完成从学生到公司职员的角色转换。
毕业设计安排在毕业实习之后，为时三个月。学生可以在毕业实习期间从企业选取毕业设计题目，也可以从教师的项目中选取毕业设计题目。学生利用三个月的毕业设计时间，完整的完成一个项目，达到了解行业领域，熟悉企业开发环境，综合应用专业知识的目的。毕业设计可以在企业完成，也可以在学校完成。
另外，还对实验室的管理方式进行改革，由以前的封闭式管理改为开放式管理。对本院的学生，除计划内实验时间之外，学有余力的同学也可以在其他时间自主进入实验室做实验或者开发项目。对其他院系的师生，可以在实验室空闲时间进入实验室进行实验或者开发项目。同时，鼓励不同院系的学生共同协作学习、开发同一课题或项目。
(3) 考核方式的改革
考核方式改为“课程考核＋认证考核”的1+1模式。其中课程考核总结为“一二三四”，即期末成绩分为四个部分，分别为平时考勤成绩、课程实验成绩、自主学习成绩(以学习报告形式提交，包括项目完成情况等内容)、期末考试成绩，比例为10％:20％:30％:40％。认证考核以信息产业部“嵌入式系统开发工程师”认证和微软“WinCE嵌入式工程师”认证为主，以其他认证为辅，鼓励同学们通过对嵌入式系统课程的学习，最终取得至少一个嵌入式系统方向的认证证书，以此来检验同学们对嵌入式系统知识的掌握程度。同时积极组织学生参加嵌入式大赛，比如“全国大学生电子大赛”、“全国大学生‘博创杯’嵌入式设计大赛”、“‘ZLG’杯ARM嵌入式系统毕业设计大赛”等竞赛，对参赛的学生指派专职指导教师，并对得奖学生给予折算学分的奖励。
改革后考核方式，能够基本全面的考查学生对知识的全面掌握程度，并有效的调动了学生学习的积极性，让枯燥的专业学习变的丰富多彩。
4结束语
目前该课程体系和培养模式已经在北京理工大学珠海学院得以应用，从老师和学生的反映来看，取得了较好的效果。在以后的进一步实践过程中，我们将根据实际情况及时对该课程体系和培养模式进行调整，构建一个科学规范的、满足独立院校需求的嵌入式创新复合型人才培养体系和培养方案。
参考文献
[1] 云利军等. 关于嵌入式系统课程的几点思考[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2007(增刊).
[2] 魏洪兴等. 软件专业嵌入式系统课程体系研究[C]. 第三届全国高等院校教学研讨会论文集,2005.
[3] 邵贝贝. 关于嵌入式系统教学的思考[C]. 第三届全国高等院校教学研讨会论文集,2005.
关键词：CDIO 嵌入式系统 课程改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-02
随着后PC时代的到来，嵌入式系统已经成为了一个万众瞩目的焦点。目前已广泛用于信息家电，数据网络，工业控制，医疗卫生，航空航天等领域[1]。我国也十分重视嵌入式系统的发展，并将嵌入式系统产品作为一种新的经济增长点，但是目前我国从事嵌入式系统开发的人才极为紧缺，势必影响我国嵌入式领域赶超世界发达国家的进程，因此培养大量嵌入式系统领域的专业人才显得尤为
重要。
如何才能培养满足社会需要的高水平嵌入式系统人才已成为高校关注的焦点。但是国内的大部分高校整体仍然停留在20世纪80年展起来的以8位51单片机为核心的教育水平上，嵌入式系统的教学和实验并没有形成一种适合地方高校、适应社会需求的教学体系。针对以上问题，迫切需要建立一种全新的、以ARM为核心内容的嵌入式系统教学体系，从根本上解决嵌入式系统发展对高素质人才的需求[2]。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面[3]。基于以上原因，本项目将基于CDIO理念，对嵌入式系统课程进行教学改革，将CDIO理念融入到嵌入式系统课程的理论与实践教学中去，期望改变学生学习这门课程的方法，让学生更好的掌握嵌入式系统技术。
1 课程改革方案
嵌入式系统是相对于通用计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”，它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统[4]。结合嵌入式系统的技术性和社会需求，将嵌入式系统课程及其实践环节引入CDIO工程教育理念，课程教学从教学内容、教学环节、教学方法、教学手段、考核方式、教学管理与组织方式等方面开展改革工作，实践教学从实验内容、毕业设计以及竞赛三个方面进行改革，改革方案如下图1所示。
2 课程教学改革
2.1 教学内容和教学环节
嵌入式系统课程的教学与传统的教学模式相比，更加注重学生的实际开发能力，在教学过程中一般要求以项目为导向、以开发平台为核心，这不仅要求教育模式和教育方法上的改革，还需要建设相应的实验平台。嵌入式系统课程改革与其他教学体系一样需要各环节教师相互配合，从理论教学、实验教学统筹安排，形成一个整体，使学生的学习层次化、阶梯化，这是一个完整的递进增长过程。通过一整套的训练，学生可以更好的适应社会，无论是在理论上还是在实践上都得到实质的提高。
2.2 教学方法和手段
由于嵌入式系统的学习具有很强的实践性，在进行嵌入式系统课程的教学过程中结合传统的教学方式，主要采用以项目为导向的教学方式。整个教学过程可以分成两条主线，第一条主线是理论基础及其实践基本技能训练，采用传统的教学方式；第二条主线以引导学生的积极性、开发学生的创新能力为主，在课程中给出多个项目，学生选择感兴趣的项目，在学习理论知识的同时自行分析、设计并完成。嵌入式系统内容比较多，仅通过一两种教学方发达不到教学目的，所以，采用授课案例分析、演示、实验、查阅资料并总结，以及项目驱动等多种教学手段相结合的方式进行，让学生能够及时汲取和充分掌握所学知识。
2.3 教学管理和组织
初期，通过教师在多媒体上做、学生在计算机上模仿的讲练结合的教学方式为主。这种方法很重要，随着课程的发展，教师减少讲解，随之，鼓励学生通过多种手段（如上网、去图书馆、实验等）收集大量信息，并利用自学等多种学习方式开展学习。最后，根据能力挑选出小老师辅导其他学生上机，并由他们组织学生团队，一些项目基本由学生团队自主完成。在学习过程中鼓励学生和其他相关专业学生交流，有利于学生对其他知识的摄取和掌握。在学习过程中，教师和学生之间没有任何界限，教师是学生团队的合作伙伴，是解决实际问题的朋友。教师通过解决问题的方法启发学生，影响学生，培养学生良好的解决问题的能力，而不单纯是传授专业知识和技能。
2.4 教材使用和实验指导书
有关嵌入式系统的教材和实验平台很多，但内容侧重点不同，实验平台质量参差不齐，并且嵌入式系统课程软硬件升级较快，很难固定一本教材和一个实验平台。故可指定几本质量较高的参考教材，也可给学生指定一些结合自己专业的实验开发平台，让有兴趣的同学扩展自己的知识面。由于嵌入式课程的实践性较强，为提高学生的实践动手能力，实验指导书的内容和组织形式也非常重要，要经常修订，革故鼎新。结合该院学生的实际情况，对实验内容进行了改进，修订了实验指导书。
3 实践教学改革
3.1 实验教学
建立合理的嵌入式系统实验教学体系，将CDIO理念融入实验教学。实验是嵌入式教学的重要组成部分，除了需要完备的实验设备之外，实验课程的开设也非常重要。现拥有PAX270实验平台40套，除了实验箱之外，还配备了相应的开发模块，后期计划更新实验设备，使实验开设更加完善。整个实验体系可包括：基础型实验，让学生掌握基本技能，提高学生对基本知识点的理解；综合设计型实验，综合整个课程的知识，训练学生的综合设计能力，培养学生综合运用各学科特别是计算机应用学科知识的能力及团队合作精神，提高学生创新能力。
3.2 毕业设计
毕业设计是检验学生对大学四年所学知识的应用能力。而嵌入式系统恰恰是融合了学生所学的专业知识。因此在毕业设计时，提出了较多与嵌入式相关的毕业设计课题，例如有关Linux、Android、ARM等方面的选题。并且将CDIO理念融合到对学生的毕业设计选题和课题指导上。通过最近几届学生的毕业设计完成情况来看，不仅所做内容有所提高，学生的实践动手能力也得到了大大提升。
3.3 竞赛
如果说毕业设计是考察学生的综合能力，那竞赛就是考验学生的创新能力。在过去几年，我们带领学生参观学习了有关嵌入式竞赛方面的内容，并在2012年首次参加了嵌入式物联网大赛，并进入了决赛，取得全国三等奖。现正在积极准备第二次的参赛，不仅学生参与人数增加，相应的竞赛平台也随之更新，得到了学校和院系的大力支持。让学生参加竞赛，不仅可以极大锻炼的学生的实践能力，还能加强学生的管理能力和团队合作精神。
4 结语
按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系统课程的教学内容、教学方式、方法和实践教学上的改革。在以具体项目为载体的教学模式下，让学生能够围绕项目进行自主学习，为完成项目开发，学生将在课程中主动去学习项目开发所需要的知识，培养和提高学生的项目开发能力和初步具备解决实际问题的能力。不仅嵌入式系统课程的教学质量和效果有明显提高，学生在嵌入式竞赛中也取得了优异成绩，为社会培养了更多优秀的应用型产业
人才。
参考文献
[1] 梁宜勇，王晓萍，赵文义，等.“嵌入式系统”课程教学与实践探讨[J].中国大学教学，2009（5）：36-37.
[2] 朱兵，李莉.地方性高校嵌入式系统教学体系研究[J].科技信息，2007（32）：6-14.
关键词：Linux；高职院校；存在问题；改革措施
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0053-02
一、引言
嵌入式Linux操作系统源码的开放性，使Linux倍受业界人士的偏爱。近年来，随着嵌入式Linux操作系统的广泛应用，在高职院校中，有关专业陆续开设了Linux操作系统这门课程。专业不同，加之高职学生群体的特殊性，Linux操作系统课程在教与学两个方面都面临着严峻的考验，Linux课程改革刻不容缓。
二、高职院校嵌入式Linux教学现状剖析
Linux操作系统是嵌入式专业必设的核心课程，是嵌入式系统开发与设计的核心技术，也是学习ARM硬件技术的基础，只有二者结合，才能设计或开发出更优秀的嵌入式产品。目前，高职院校中嵌入式专业Linux课程体系及教学还存在一系列问题有待解决，只有正确解决存在的问题，才能使学生更好地领悟到Linux的精髓，发现Linux的魅力所在。
1.缺少前导基础课程。Linux课程的学习，需要有一定的前导课程。如：数据结构、汇编语言、操作系统原理等。很多高职院校基本都没有开设汇编语言和操作系统原理课程，这给Linux课程教学带来很大难度。其中操作系统原理是学习Linux课程的基础，没有操作系统原理的知识，直接学习Linux课程无疑是雪上加霜。
2.课程开设次序混乱。Linux课程需要的一些前导课程，与Linux课程开设次序混乱，有的课程平行学期开设，如JAVA课程和Linux课程同学期开设；有的课程后置学期开设，如数据结构在Linux课程下个学期开设。这些问题的存在，主要是专业课程体系结构设置不合理所致，进而暴露出高职院校教师专业知识缺乏、专业能力不强等问题。
3.课程衔接现漏洞。嵌入式专业，学习Linux是为学习ARM硬件体系打基础，Linux课程必须开设在ARM课程之前，避免平行开设。教授Linux课程的教师可以不了解ARM硬件体系结构，但教授ARM课程的教师必须具备Linux操作系统知识。在具体的教学中，两门课程间应做到无缝衔接，但在教学的具体实施中，两门课程脱节严重，两门课程的教师应做全面的沟通和交流，使课程教学能够顺利进行。ARM课程必须在Linux操作系统下学习驱动程序编写、内核移植及代码烧写等工作，不使用操作系统，ARM就如同单片机一样，发挥不出自身的技术优势。
4.教学方法单一。高职院校的Linux课程教学一般在计算机实验室进行，采用老师边讲解边操作的传统模式，在这种情况下，学生做的有针对性的实验较少，教学环节中缺少项目设计环节，学生无机会参与科研项目开发，更不利于学生创新能力的培养，很难激发学生的学习兴趣，教学进行到中间阶段，学生普遍进入疲劳期和厌学期，后期教学很难顺利开展。
5.师资力量薄弱。在高职院校新兴的嵌入式专业，精通Linux操作系统的教师为数不多，严重存在软硬件分家的现象，有的教师只懂Linux操作系统，对相应的ARM硬件体系不了解，有的教师了解ARM体系结构，但对Linux操作系统望而生畏。如何让嵌入式专业的教师既精通软件，又精通硬件，是高职院校嵌入式专业急需要解决的师资能力问题。
三、高职院校嵌入式专业Linux课程改革措施
在高职院校课程改革的大趋势下，嵌入式专业Linux课程改革势在必行，在进行Linux课程改革之前，第一要明确本校嵌入式专业人才培养的方向，第二要明确Linux课程所对应的业内岗位需求，在明确这两个问题的基础上，Linux课程改革才能进行开展。采用“理论+实践+应用+项目”的教学思路，以Linux理论教学为基础，以创新实践教学为依托，以培养学生创新思维和创新能力为目标，形成课程基础理论和创新实践相互促进的互动教学机制。课程建设以实现优质教学资源的最广泛共享为目标，坚持改变传统的教育教学模式，创新教学思想和理念，改革教学内容、教学方法和教学手段，坚持开拓创新，依托学校的学科特色，坚持以学生为本，促进学生主动构建知识结构[1]。
1.嵌入式专业课程体系改革。嵌入式专业为高职院校新兴专业，课程体系建设尚不成熟，需要进一步发展和完善。核心课程的前导基础课程尽量增开，或设置成必修的选修课形式增开。同时，要严格软硬件课程开设的比例，电路基础、电子技术、硬件原理及版图制作这三门硬件课程不能割舍，这三门课程是嵌入式方向硬件基础和灵魂，本校的嵌入式专业拟增设硬件原理及版图制作这门硬件必修课。总之，课程体系的改革需要以专业人才培养方向为导向，以行业的技术发展为指导。
2.课程结构设置改革。Linux操作系统用途越来越广泛。目前，中国多数企业和高校均采用RedHat Linux操作系统，Red Hat Linux操作系统分为多个版本，在教学过程中，教师在授课时应统一版本，选取对应版本的教材。不同的专业，学习Linux课程的方向也不同。在某一课程对应的所有岗位需求上，不同专业的学生均有选择机会，但作为嵌入式专业的人才培养方向，Linux课程人才培养岗位如表1所示，嵌入式专业在Linux教材选取、教学内容设计、实践操作等方面，偏重于Linux命令、shell编程等内容，嵌入式专业Linux的后续课程ARM体系结构及嵌入式C技术应用开发会在Linux操作系统的基础上进行相应的实践操作、项目开发。上述三门课，保证了嵌入式专业的学生在毕业时能够胜任表1中1～4对应的职位。课程结构设置应与本课程行业对应岗位密切联系，将行业岗位需求作为课程结构改革的导向和依据。
3.实验环境改革。Linux操作系统这门课和上机操作密不可分，这就要求有相应的Linux操作系统环境。目前，部分高职院校采用独立的Linux操作系统环境，Linux操作系统这门课在纯Linux操作系统下完成。Linux操作系统的桌面环境和Windows操作系统的桌面环境差异很大，学生对Linux操作系统非常陌生，这给教学工作带来了很大阻力。在Linux操作系统命令的实践过程中，常出现学生改动或删除系统文件的情况发生，严重会导致Linux操作系统瘫痪，这种情况无疑给机房计算机的管理和维护带来压力。鉴于上述问题，建议在实验室的计算机上安装windows操作系统，在windows操作系统上安装VMware虚拟机，在虚拟机上安装Linux操作系统，这样的实验环境对硬件要求不高，也利于教师的授课和学生的学习，用户可在windows和Linux之间灵活切换，若因学生误操作使Linux操作系统出现问题，可以轻松在虚拟中实现重装，也可以事先在虚拟机中对Linux操作系统进行克隆，做系统的备份，这种实验环境给机房的管理和维护带来了便利。
4.教学方法改革。转换教学模式，发挥学生的主动性，高职教师应该重点培养学生如何学的能力，尤其Linux操作系统这门课，shell命令种类繁多，每条命令又包括相应功能的参数，让学生牢记每条指令和参数是不现实的，这就要求老师培养学生具有独立学习的方法和能力，灵活运行man手册命令和help在线帮助文档；充实教学内容，使学生具有扎实的理论基础，教师在授课的过程中，要多选几本参考教材，多参考网络资料和专业技术论坛，使教学内容能够充实、全面，项目案例应以典型性和综合性为宜；加强实践操作，提高学生的实践操作能力，依托Linux相关技能大赛，提升学生的动手能力和独立完成项目的能力，鼓励学生参与教师的科研项目或企业的真实项目，提升学生真实项目实战经验，为今后就业创造有利条件[2]。
5.培养双师型教师队伍。鼓励并支持教师走出课题，深入相关企业进行实践锻炼或进行学习深造，提升教师自身的专业能力与项目组织、管理及实施的能力。目前，部分高职院校开展教师到企业一线实践锻炼或科技挂职等工作，均为提升教师自身的专业技术水平和项目实践能力提供了宝贵机会。此外，部分高职院校也为教师提供假期各种专业技能培训或在线学习的机会，希望教师们能够重视继续学习的机会，努力提升自身的双师型教师的能力。
四、结束语
Linux源码的开放性，使Linux技术使用领域更为广泛，从桌面环境到嵌入式行业，Linux越来越受欢迎。Linux课程在嵌入式专业扮演着重要角色，Linux课程改革没有成形的套路可循，需要教师不断地去探索、总结、发现，Linux课程改革任重而道远[3]。
参考文献：
[1]郑广海，曲英伟.“嵌入式Linux操作系统及实践”课程改革[J].计算机教育，2012，（4）：37-40.
[2]闫大顺，冯大春.Linux操作系统课程改革探索[J].现代计算机，2008，（281）：48-50.
关键词 单片机与嵌入式系统 案例教学 Proteus仿真
中图分类号：G424 文献标识码：A
0 引言
单片机与嵌入式系统是一门实践性很强、理论紧密联系实际的课程，由于内容抽象，在教学中采用传统的授课模式，学生往往难以理解，出现的问题主要有以下三个方面：（1）单片机与嵌入式系统是软件和硬件相结合的产物，学生在学习之前需要掌握计算机组成原理、汇编语言、C语言程序设计等多门课程，相较于硬件课程，难度较大。（2）传统教学模式因缺乏合适的教学演示，教学效果不理想。（3）教材选择困难。虽然经过这么多年的发展，但由于各个学校之间课程体系不同、学生程度不一，如何选择一本适合本校本专业的教材依然不是一件容易的事情。
1 单片机与嵌入式系统案例教学介绍
案例教学过程由设计准备、教学实施、总结反思三个阶段组成。为了提高教学效果，可将学生分组，以组为单位进行案例的设计与讲解。设计准备阶段教师要选择好知识点，并组织学生小组围绕该知识点思考系统功能，设计电路和编写程序；教学实施阶段教师只讲解理论内容，然后由学生小组介绍对该内容的理解，并通过Proteus演示案例的电路设计图、源程序和仿真效果，其他小组可以提出不同看法和解决方案，最后在教师指导下形成知识点的最佳案例解决方案；总结反思阶段可要求学生对案例进行总结，写成文档作为平时作业，同时也要鼓励学有余力的学生对案例进行扩展，提高教学效果。
2 单片机与嵌入式系统案例教学实例
以MCS-51单片机为例，输入/输出接口、中断系统、定时/计数器和串口通信是教学中的重点内容，以下是笔者在教学中总结的几个实例。
2.1 LCD液晶显示实例
（1）使用Proteus软件绘制电路原理图，如图1所示，1602芯片的RS、R/W、E控制端分别与单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚相连，D0～D7数据端依次与P0.0～P0.7相连。（2）使用Keil C进行软件编程，将1602的写命令模式、写数据模式和初始化分别用函数实现，方便了主函数的调用。程序实现了常用字符和自定义字符的显示。源程序如下：
2.2 定时/计数器产生方波实例
（1）使用Proteus软件绘制电路原理图，如图2所示，利用单片机的P2.0引脚输出方波，进而可以驱动扬（下转第171页）（上接第120页）声器发出声音。（2）使用Keil C进行软件编程，定时/计数器T1初始化，模式控制寄存器TMOD设置为0x10（使用T1的定时功能，工作于模式1），初值设置为10000（每0.01s产生一次中断），进而生成50Hz的方波，源程序如下：
3 结语
关键词：电子设计竞赛；嵌入式系统竞赛；嵌入式系统课程；实验教学
中图分类号：G64 文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）09-0039-03
英特尔杯大全国学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛（以下简称嵌入式系统竞赛）是教育部大力倡导和推动的竞赛，是面向大学生的群众性科技活动，它们的宗旨是引导高校在实验教学中注重培养大学生创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；加强动手能力和工程实践能力的训练；提高学生针对实际问题进行嵌入式系统设计开发的能力。嵌入式系统竞赛自2002年开始举办，到2006年已经举办了三届。比赛规模也从一开始国内的15所高校28支参赛队拓展到第三届的来自东南地区67所高校149支参赛队。在国内，嵌入式系统竞赛已为越来越多的企业和学校认可和重视，其知名度和影响力已逐渐提升，甚至超过电子设计竞赛的地位。
1 国家竞赛的内容和特点
嵌入式系统竞赛为了能够进一步丰富全国大学生电子设计竞赛的形式和内容，同时让一些学有余力、自学钻研能力强的学生能够尽显才华，该比赛一改电子设计竞赛专家组命题竞赛的形式，提出了“不设命题，自主发挥，不封闭比赛场地，延长比赛周期”的新理念。此外， 由于嵌入式系统所采用的硬件平台是由组委会统一提供的，加强了比赛的透明度和公平性，使得更多的优秀学子能够拥有在平等条件下展示自己的自学钻研和动手实践能力的机会。开放性的题目设置使得学生和指导老师不再拘泥于一些基础的内容和方向，设计开发也从8位、16位的单片机跨越到了以32位处理器为核心的嵌入式系统设计上，应用知识也突破了电子设计竞赛的单一电子学科的范围，扩展到包括计算机科学、自动化控制、数字通信在内的诸多领域。更加强大的处理器功能和更加开放的竞赛形式使得参赛者可以自由发挥创意，但同时，由参赛队伍自主命题所带来的更大的自由度意味着没有很多的东西可供参考或直接借鉴，更高的竞赛水准也对学生提出了更高的要求。这一竞赛同时也更关注参赛作品的创新性、方案的合理性、作品实现的难度和工作量、作品以及设计文档的完整性等方面指标，任何一方面的忽略都可能影响最终成绩的评定。
2 竞赛暴露出的我校原有“嵌入式系统课程”实验教学的弱点
国家竞赛的内容和特点，代表着国家对大学生在嵌入式方面培养的具体要求，虽然我们多次指导学生参加国家竞赛，并且多次都取得了较好成绩，但我们深深感受到我校原有的“嵌入式系统课程”实验教学已不能够完全满足国家的培养要求，主要存在着以下弱点。
（1）实验教学中注重了对学生软件编程的训练，而轻视了对其硬件设计训练
由于在实验教学中对处理器核心电路的设计、接口电路的设计、产品结构的设计等方面的训练内容较少，导致学生对硬件的基础知识缺乏。在竞赛中参赛学生对系统接口的扩展、利用可编程逻辑器件的设计电路、对处理器性能的估计等方面显得知识和经验不足。
（2）实验教学中注重了学生对上层软件的设计，缺少培养低层软件的设计能力
在实验教学中由于应用软件方面的实验项目，相对容易教学。而低层软件的实验项目需要功能强大的开发工具，同时设计和调试的难度大，所以实验教学中减少了低层软件的实验项目。这种安排导致学生在竞赛中对低层软件的了解、设计、调试能力不足，甚至对该方面的工作无从下手。但是低层软件是嵌入式系统的重要组成部分，竞赛中该方面的任务非常大。
（3）实验教学中验证性和设计性实验项目较多，综合实验项目少，缺少自主命题的课程设计
实验教学中没有注意培养学生的创新能力，学生作的实验都是教师预先设计好的题目，学生不需要质问可行性，只要埋头完成就达到了实验要求。这种实验模式导致学生在竞赛中不能根据自己的知识开拓思路，提出好的设计题目，设计出新颖的产品，而是希望老师想出一个题目，自己来实现。
（4）实验教学中采用的实验平台单一
实验室只提供基于X86的嵌入硬件实验平台和嵌入式Linux操作系统。由于软硬件平台单一，导致学生的实验项目种类少，不能按照产品的需求进行选择系统，不能够认识到嵌入式系统软硬件多样性的作用性。2006年竞赛中Intel公司提供了两种平台，分别是eXcale PXA270 和低功耗的嵌入式X86。竞赛学生不能够根据目前提供的平台，选择相对应合适的题目，完全忽视了两个平台区别和适合的应用方向。
（5）实验教学缺少对团队合作的训练
能在竞赛中取得好成绩的参赛队，往往都是队员之间配合默契，遇到难题集思广益，共同谋求解决问题的办法，在整个竞赛过程中队员们相互鼓励，相互促进，努力争取最好成绩，这种团队合作精神正是我们过去实验教学中所忽视的。过去我们希望让每个同学从头到尾独立完成整个实验，所以安排一人一组设计实验项目，工作量也就较小，而学生之间相互协作能力培养不够。
（6）实验教学中对学生的实验报告要求不够
有的同学实践能力很强，但撰写设计报告能力较差。报告中仅展示出自己最终设计方案，而对各种方案的比较和论述不够，对系统的性能缺少分析，甚至缺乏理论的推导。
3 改进“嵌入式系统课程”实验教学的措施
从这几届电子设计竞赛的题目和嵌入式系统竞赛及今后的发展趋势来看，竞赛的工程背景越来越浓，它既强调理论设计，更强调系统实现。它既考核了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。竞赛涉及的内容往往是一个课程群而非单一的一门课。这就要求我们的实验课程必须进行改革。为此，我们采取了以下措施。
（1）增加自主命题的综合实验项目
增加自主命题的综合实验项目，学生可以根据自己的兴趣和爱好以及平时在相关方面的了解，自行提出或与教师讨论制定出一些命题。在这类综合实验项目的指导上，老师的教学方式也以启发学生独立分析思考问题、独立解决问题为主，充分调动学生自主学习的积极性，发挥他们的潜能。
（2）分层次进行实验
由于学生的能力和兴趣的不同，我们安排的实验项目分为验证性实验、命题性综合实验、自主命题性大型综合实验。部分学生主要以验证性实验教学为主，指导他们进行各种验证性实验，深化理论知识的理解；对该课程有兴趣并且有能力的学生，可以指导他们进行命题性综合实验或自主命题性大型综合实验，使他们深入到嵌入式系统设计中，培养他们的创新能力和科研项目的设计及开发能力。这样，既完成了教学任务，又可以发掘优秀的学生人才，使他们的能力得到更进一步的提升。
（3）实验教学应深入系统的底层
在传统的实验教学实践中，教师指导学生实验往往仅在硬件平台的基础上做一些应用性的程序和实验，很少让学生深入系统底层去研究，如学习硬件原理和结构，编写驱动程序，编写bootloader代码，移植操作系统等。这样学生即使能够在某嵌入式平台上，对某些硬件编程实现特定的功能，却往往对硬件的原理和功能一知半解。当他们遇到新的题目要求或不同的硬件平台时，就无从下手。实验教学不能达到举一反三的效果。因此，我们在新的实验教学中，改变了以往的方法，让学生在实验中深入系统的底层，了解系统的工作原理，不仅让学生知其然，还要知其所以然。这样让学生在以后面对类似的问题时，也能从容分析问题并加以解决。
（4）实验教学应培养学生软硬件综合设计的能力
从历届嵌入式系统竞赛的比赛结果来看，名列前茅的作品往往是软硬件综合设计比较出色的作品，有的作品在组委会统一提供的开发板基础上，又拓展了很复杂的硬件电路，同时软件上也做了大量的工作，具有较高的难度。这也是嵌入式系统设计的特点，系统中离不开硬件，因此我们在实验教学上，也必须加强软硬件综合设计能力的培养。通过让学生参与软硬件综合设计的项目，来培养他们软硬件综合设计的能力。
（5）实验平台的多样化
嵌入式系统的设计是产品决定系统，即根据产品的功能和指标，进行处理器的选择，存储器的种类和大小的选择，接口和外设的安排等。如嵌入式处理器的选择时，移动设备由于功耗的要求，一般选择ARM芯片；网络设备，可以选择以IBM 的Power为内核的高性能处理器。因此实验室应该提供多种实验平台，通过建设，目前我们实验室已拥有基于8051，80C51FXX，MSP430，PowerPC 860 ，ARM9 ，X86，EPOSN 32位嵌入式处理器，PicPlaze和MicroPlaze软核的实验板和实验箱。同时对部分实验箱系统配有 Windows CE、Linux、Vxworks、ucOS II、Delta等多种嵌入式操作系统。学生可以根据自己的设计项目进行选择。使学生在实验中能够充分发挥各种实验板和操作系统的功能，避免大材小用，杀鸡用牛刀。设计时应该以既要完成项目的功能和指标，又要以减少产品成本为目标。设计完成后能够估计该产品的硬件和软件成本。通过这样的训练，不仅能够培养出一般的程序员和硬件工程师，而且可以培养出高层次的人才。
（6）团队合作的训练
嵌入式系统设计的工作量一般较大，如果学生的选题项目大，应该分组进行，一个项目组安排三到五人进行设计，安排一个学生为项目组组长。小组成员共同制定编写项目总体方案，项目计划等文档。将项目分解成为几个子项目，每个人负责设计和实现其中的一部分，各个部分完成后，共同调试。通过实验训练学生的团队合作能力，使他们认识到个人单兵作战在时间、知识和能力的劣势和团队合作的重要性。通过进行团队合作训练，使学生毕业后进入公司，很快融入项目组，发挥其作用。
4 总结
实验教学改革是一个庞大的系统工程，需要从事实验教学的教师持之以恒的不断努力。嵌入式系统竞赛对我们的实验教学改革起到了积极的推动作用，通过竞赛，使我们不断跟踪国家对大学生在嵌入式方面的要求，使我们了解其他兄弟院校的现有实验教学经验，发现我们当前实验教学的不足之处，并加以改进和完善；通过改革使得实验更能引起学生的兴趣，启迪思维，培养创造精神和创新能力；通过改革使一批优秀人才在实验中脱颖而出，同时使实验教师得到自身业务的提高。
参考文献：
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