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關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);課程群;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2016)11-0099-02
Abstract: According to the courses of embedded system have the characteristics of strong correlation of core curriculum, more knowledge, higher practice requirements and less class hours, the embedded system course group network assisted teaching platform was Designed. It helps students to straighten out the curriculum knowledge system and integrate curriculum teaching resources. And it can achieve the extension of classroom teaching from the learning of basic knowledge to the training of the basic skills. The platform gives full play to the interactive function of the network to achieve the interaction between teachers and students, and makes up for the lack of classroom teaching.
Key words: Embedded System; Course group; Network teaching platform
在現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的大背景下,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)已經(jīng)成為傳統(tǒng)教學(xué)的有力補(bǔ)充。然而,早期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)只針對(duì)某一門課程,而近幾年網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開始關(guān)注課程群的建設(shè)[1-2]。
近年來,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣以及各類消費(fèi)電子產(chǎn)品的快速發(fā)展,社會(huì)急需具有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力的專業(yè)技術(shù)人才。為此,很多高校開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程群,并從不同角度積極開展課程群建設(shè)[3-7],以提高嵌入式系統(tǒng)課程群的教學(xué)效果,但嵌入式系統(tǒng)課程群網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)尚不多見。
江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求,在電子信息工程專業(yè)中設(shè)立嵌入式系統(tǒng)方向,開設(shè)多門嵌入式系統(tǒng)核心課程形成課程群,培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力,但我校嵌入式系統(tǒng)核心課程基本為32學(xué)時(shí),學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)難以充分掌握相關(guān)知識(shí)和技能。為提高我校嵌入式系統(tǒng)方向的培養(yǎng)成效,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)課程群知識(shí)體系,更好地掌握嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)適合我校嵌入式系統(tǒng)課程群的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái),在提供嵌入式系統(tǒng)課程群相關(guān)教學(xué)資料的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通優(yōu)勢(shì),隨時(shí)實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間的互動(dòng)交流,與課堂教學(xué)相輔相成。
1 輔助教學(xué)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示,分為前臺(tái)和后臺(tái)管理兩大部分,其中前臺(tái)面向?qū)W生,具體體現(xiàn)為網(wǎng)站欄目,分為五大欄目:嵌入式概述、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、自我測(cè)試和互動(dòng)平臺(tái),每個(gè)欄目再細(xì)分若干子欄目。后臺(tái)管理實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的管理,包括用戶庫的管理、資料庫的管理、互動(dòng)平臺(tái)涉及的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫管理等。本文主要考慮前臺(tái)功能的設(shè)計(jì)。
為充分發(fā)揮本教學(xué)平臺(tái)資源共享、及時(shí)互動(dòng)的功能,采用Php技術(shù)和Mysql數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2 網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)
(1)嵌入式概述
通過概述,讓學(xué)生了解什么是嵌入式系統(tǒng),并且對(duì)相關(guān)核心課程的內(nèi)容及相互之間的關(guān)系有所了解。
① 認(rèn)識(shí)嵌入式:利用身邊的實(shí)例,如手機(jī)、空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒等,讓學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。
② 課程群簡(jiǎn)介:由于嵌入式系統(tǒng)課程群涉及的課程比較多,其中包含若干電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程,為此,本欄目主要向?qū)W生介紹我校嵌入式系統(tǒng)課程群核心課程的主要內(nèi)容及相互關(guān)系,具體包括《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)》、《DSP原理及應(yīng)用》、《FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《嵌入式軟件開發(fā)基礎(chǔ)》、《嵌入式操作系統(tǒng)》、《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》等課程,幫助學(xué)生從整體上了解嵌入式系統(tǒng)課程群。
(2)理論教學(xué)
提供我校嵌入式系統(tǒng)課程群核心課程的理論教學(xué)相關(guān)要求和教學(xué)資料,分為三個(gè)子欄目。
① 教學(xué)大綱:提供各門核心課程的教學(xué)大綱,讓學(xué)生通過教學(xué)大綱的閱讀深入了解不同課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和要求,為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供引導(dǎo)。
② 教學(xué)課件:提供各門課程課件的在線學(xué)習(xí)和下載,便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí),讓學(xué)生課堂上有更多的時(shí)間聽教師的講解,避免因忙于抄課件而跟不上教師的節(jié)奏。由于擔(dān)任同一門課教學(xué)的教師可能不止一位,而每位教師都有自己的特色,因此,本欄目盡可能多的提供不同任課教師的課件。
此外,為了便于教師不斷完善課件,在每一門課程的課件下方提供留言交流,學(xué)生可以對(duì)課件的內(nèi)容和演示形式進(jìn)行評(píng)價(jià),并且提供建議。
③ 教學(xué)視頻:提供嵌入式系統(tǒng)課程群各門核心課程教學(xué)視頻的在線學(xué)習(xí)和下載,包括本校教師的教學(xué)視頻和外校教師的教學(xué)視頻,學(xué)生可以自主選擇需要鞏固學(xué)習(xí)的內(nèi)容,通過教學(xué)視頻進(jìn)一步延伸課堂講授教學(xué)。
(3)實(shí)踐教學(xué)
嵌入式系統(tǒng)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性,強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,因此如何引導(dǎo)學(xué)生掌握基本操作技能對(duì)于后續(xù)的深入學(xué)習(xí)以及實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)具有極其重要的作用。但從目前的情況看,由于實(shí)踐課時(shí)少,難以保證每個(gè)學(xué)生都得到充分的訓(xùn)練。本欄目主要從三個(gè)子欄目入手為學(xué)生的實(shí)踐操作提供預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。
① 實(shí)踐大綱:提供各門核心課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)大綱或者課程設(shè)計(jì)大綱,讓學(xué)生通過大綱了解不同課程實(shí)踐操作所要掌握的基本技能。
② 實(shí)踐指導(dǎo):提供各門核心課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)書或者課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書,為學(xué)生的實(shí)踐操作提供必要的理論和技術(shù)指導(dǎo),幫助學(xué)生掌握必要的操作步驟和方法。學(xué)生可以根據(jù)自己的具體情況,對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)提出建議。
③ 實(shí)踐視頻:提供各門核心課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)視頻或者課程設(shè)計(jì)演示教學(xué)視頻,幫助學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)踐操作的步驟和方法。
(4)自我測(cè)試
① 理論題庫:提供各門核心課程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論的試題以及參考答案,供學(xué)生自我測(cè)試。
② 實(shí)踐練習(xí):在完成基本實(shí)踐操作的基礎(chǔ)上,為鞏固學(xué)生的動(dòng)手能力,各門課程分別提供更加深入的實(shí)踐操作練習(xí),并提供必要的指導(dǎo),如實(shí)踐的步驟、實(shí)施流程等。同時(shí),針對(duì)一些動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生,則以項(xiàng)目的形式給出具有綜合性質(zhì)的具體實(shí)踐要求,由學(xué)生獨(dú)立完成,幫助學(xué)生整合各門課程的基本技能。
(5)互動(dòng)平臺(tái)
主要實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間相互的學(xué)習(xí)交流,包括三個(gè)子欄目,均采用實(shí)名制。
① 資料交流:教學(xué)平臺(tái)中提供的資料主要來自于教師,但教師提供的資料畢竟是有限的,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)獲得其他學(xué)校的教學(xué)資料、與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的培訓(xùn)資料等,學(xué)生都可以提交到系統(tǒng)中,供教師和學(xué)生使用。為規(guī)范管理,所有提交的資料都要經(jīng)過網(wǎng)站管理員的審核才能成功。
② 在線答疑:采用即時(shí)通訊的方式實(shí)現(xiàn)在線答疑,由老師提前在線答疑時(shí)間公告,學(xué)生在指定時(shí)間內(nèi)登錄即可與老師進(jìn)行即時(shí)交流。
③ 交流討論:以BBS的形式對(duì)課程學(xué)習(xí)及項(xiàng)目開發(fā)中存在的問題進(jìn)行討論,每門核心課程作為一個(gè)板塊,以及實(shí)踐板塊和項(xiàng)目開發(fā)板塊,其中課程板塊主要對(duì)相應(yīng)課程的學(xué)習(xí)中存在的問題進(jìn)行交流討論;實(shí)踐板塊對(duì)實(shí)踐過程遇到的疑問進(jìn)行交流討論;而項(xiàng)目開發(fā)板塊則主要提供給學(xué)有余力的同學(xué)以及參加實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)的同學(xué)。在討論中,可以由一位用戶(學(xué)生或者老師)發(fā)起話題,其他用戶(老師或者學(xué)生)都可以給出自己的看法,充分體現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴的學(xué)習(xí)氛圍。
3 結(jié)束語
本文初步建立了江蘇科技大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程群網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái),并在學(xué)校內(nèi)部試用,取得了一定的效果,尤其解決了師生之間的互動(dòng)問題,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。如何進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和管理模式、整合嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)資源,以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)的作用還有待于深入研究。
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關(guān)鍵詞: ARM嵌入式系統(tǒng); 教學(xué)輔助系統(tǒng); 教學(xué)實(shí)踐; 自主學(xué)習(xí)能力
中圖分類號(hào):TP368;G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1006-8228(2017)03-40-04
Abstract: This paper introduces a teaching assistant system for ARM embedded system course based on ARM LPC2148 MCU. The system hardware design includes the minimum system, the serial communication and program download interface circuits, the matrix-keyboard and the independent keys used as the interrupt input, and the character LCD and dot-matrix LCD interface. The software design includes the standard project template of ARM embedded system, complete Proteus circuit schematic and the application package for the related hardware modules. Proved by the teaching practice, the teaching assistant system plays a good supporting role in the classroom teaching of embedded system courses, and in the experiment and practice training of embedded system courses, and in the students' extracurricular scientific researching. It also effectively helps students learning to master the technology of embedded system, and helps to the students' autonomous learning ability and engineering quality training.
Key words: ARM embedded system; teaching assistant system; teaching practice; autonomous learning ability
0 引言
S著嵌入式軟件技術(shù)的發(fā)展,高校對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)日益重視[1-5]。國(guó)內(nèi)很多高校在電子類、儀器類、計(jì)算機(jī)類等專業(yè)都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程。其課程特點(diǎn):①軟硬件技術(shù)相結(jié)合,專業(yè)性、綜合性強(qiáng);②嵌入式系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合,實(shí)用性強(qiáng)。③門檻高,要求學(xué)生具有相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)及自主學(xué)習(xí)能力。其教學(xué)大綱要求通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握基本的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試方法。但是在實(shí)際教學(xué)中往往發(fā)現(xiàn)“學(xué)生理論學(xué)習(xí)理解困難,實(shí)驗(yàn)過程與理論知識(shí)融合困難以及課程綜合設(shè)計(jì)能力差”等問題,而且目前的實(shí)驗(yàn)裝置普遍追求功能強(qiáng)大,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣,配置高檔等指標(biāo),使得裝置的軟硬件復(fù)雜,忽視了學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生很難在課時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的理解掌握以及達(dá)到課程的教學(xué)目的要求。
根據(jù)我校的實(shí)際情況,考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)體差異,本著簡(jiǎn)單易懂,實(shí)用方便原則,緊密結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容,細(xì)分教學(xué)例程,研發(fā)設(shè)計(jì)了ARM嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)輔助系統(tǒng),學(xué)生和教師每人一套。該系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)課程基礎(chǔ)階段的輔助教學(xué)裝置,既可以在理論課堂上幫助教師很好地展現(xiàn)授課內(nèi)容,又可以在實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中作為便攜的實(shí)用開發(fā)工具,幫助學(xué)生切實(shí)地掌握ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù),提高學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力。
1 教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 硬件設(shè)計(jì)
如圖1所示,該教學(xué)輔助系統(tǒng)以經(jīng)典的ARM7 LPC2148/38 MCU為學(xué)習(xí)對(duì)象,分為核心板和擴(kuò)展板兩部分,配有串口通信/ISP下載控制接口,USB接口等常用接口,擴(kuò)展有矩陣鍵盤,可以用作中斷輸入的獨(dú)立按鍵,字符/點(diǎn)陣LCD顯示接口等輸入/輸出人機(jī)界面接口。系統(tǒng)基本功能齊全,所有引腳及電源均有引出,體積小,攜帶方便,便于學(xué)生自主擴(kuò)展應(yīng)用。
1.1.1 ARM處理器
系統(tǒng)MCU采用ARM7系的一款經(jīng)典產(chǎn)品ARM LPC2148/38 MCU作為系統(tǒng)的核心CPU。其引腳少,功能模塊較為齊全,配有512KB的高速Flash存儲(chǔ)器和32KB的RAM,具有豐富的外設(shè)資源。它還含有向量中斷控制器,可配置中斷優(yōu)先級(jí)和向量地址,片內(nèi)Boot裝載程序可以實(shí)現(xiàn)ISP/IAP編程,具有空閑和掉電兩種低功耗模式,并且可通過外部中斷喚醒[6]。ARM LPC2138/48 MCU工作原理簡(jiǎn)單且具有強(qiáng)大的處理和控制功能,同時(shí)在proteus仿真軟件和keill編程軟件中均支持該MCU,因此特別適合用于ARM嵌入式系統(tǒng)課程基礎(chǔ)階段的教學(xué)與學(xué)習(xí)。
1.1.2 串口通信接口及ISP電路
串口通信使用的是LPC2148/38 MCU的串口0。LPC2148/38 MCU的串口0是其主要組成部分之一,不僅可以用于學(xué)習(xí)與PC機(jī)的串行通訊,配以相應(yīng)的ISP電路后,PC機(jī)借助編程軟件還可以將應(yīng)用程序直接下載到MCU中,從而降低了教輔系統(tǒng)的使用要求,方便了實(shí)踐教學(xué)的需要。
1.1.3 USB接口及電源
為了使用方便,教輔系統(tǒng)直接利用PC機(jī)USB接口為其供電,無需額外配接電源。同時(shí)LPC2148 MCU自備有USB2.0從控制器,配以相應(yīng)的接口電路后,可以方便地進(jìn)行關(guān)于USB的相關(guān)教學(xué),有效地提高了系統(tǒng)功能資源的利用率。
1.1.4 輸入/輸出及引腳擴(kuò)展
為了提高教輔系統(tǒng)的通用性、實(shí)用性和擴(kuò)展性,同時(shí)兼顧教學(xué)案例的需要,在系統(tǒng)擴(kuò)展板中設(shè)計(jì)了顯示接口、鍵盤輸入端口、A/D采集及調(diào)節(jié)電位器、LED及蜂鳴器輸出以及相應(yīng)的電源輸入輸出端口。在系統(tǒng)擴(kuò)展板中將MCU的P1端口用于字符LCD(LM1602)與點(diǎn)陣LCD(QC12864)共用輸出,配合矩陣鍵盤輸入端口,以及AD采集及兩個(gè)電位器分別設(shè)計(jì)有相應(yīng)的教學(xué)案例,有效地降低了學(xué)生的使用難度,提高了學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的直觀理解。在擴(kuò)展板上還通過插針引出了對(duì)應(yīng)的全部引腳和電源,極大地方便了學(xué)生對(duì)其他應(yīng)用硬件電路的設(shè)計(jì),這也對(duì)教輔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的應(yīng)用開發(fā)使用提供了便捷。
1.2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)工作主要體現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境搭建、驅(qū)動(dòng)開發(fā),應(yīng)用開發(fā)及SDK程序的移植等方面。
1.2.1 開發(fā)環(huán)境搭建
該教輔系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境搭建主要是Proteus仿真軟件,Keill開發(fā)軟件,F(xiàn)lash Magic編程下載軟件安裝,以及項(xiàng)目工程的建立與配置,程序文件的新建與添加,工程的編譯與鏈接,電路原理圖的繪制,程序下載與仿真運(yùn)行,程序糾錯(cuò)等。這是學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)不可繞開的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中容易出錯(cuò),導(dǎo)致學(xué)習(xí)的自信心受挫。根據(jù)這一特點(diǎn),除了在課程學(xué)習(xí)資料中細(xì)分教學(xué)例程講解、對(duì)關(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)注解外,還在教學(xué)過程中要求學(xué)生跟著教師逐步操作學(xué)習(xí),而且寫出書面總結(jié)作業(yè),確保學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)中能順利邁出這第一步。
1.2.2 例程開發(fā)
例程開發(fā)是幫助學(xué)生更好地進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)技術(shù)學(xué)習(xí)的有效方式,既是理論課堂授課的范例教學(xué),也是實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用例程。因此,例程設(shè)計(jì)至關(guān)重要,它不僅是對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證,也能使學(xué)生加深和鞏固對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的認(rèn)識(shí),是合理組織教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)例案、幫助引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)提高實(shí)踐創(chuàng)新能力的主要方式。例程開發(fā)設(shè)計(jì)按照單元模塊知識(shí)架構(gòu)以及系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的連續(xù)性,遵循“從基礎(chǔ)開始,由簡(jiǎn)而難,從小模塊到大系統(tǒng),應(yīng)用與原理并存”的原則,設(shè)計(jì)了教學(xué)基礎(chǔ)例程與教學(xué)綜合例程。基于ARM嵌入式教輔系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用例程有10個(gè),涉及了對(duì)系統(tǒng)的基本認(rèn)識(shí)、驗(yàn)證以及基本使用等工程應(yīng)用實(shí)踐的各個(gè)方面,如表1所示。
教學(xué)綜合例程主要是將ARM LPC2148硬件資源、教學(xué)案例及其他應(yīng)用所涉及內(nèi)容的驅(qū)動(dòng)程序,應(yīng)用程序集合在一起,供學(xué)生閱讀和參考,方便學(xué)生在練習(xí)中模仿和借鑒,幫助學(xué)生逐步過渡到獨(dú)立自主應(yīng)用開發(fā)階段。同時(shí),通過綜合教輔案例,為學(xué)生建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范與好的應(yīng)用習(xí)慣打下基礎(chǔ)。基于ARM嵌入式教輔系統(tǒng)設(shè)計(jì)了近30余道綜合訓(xùn)練題目,學(xué)生可在綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)自主選擇訓(xùn)練,進(jìn)度快的學(xué)生也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)揮,提高嵌入式產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)能力。
2 教學(xué)應(yīng)用
ARM嵌入式系統(tǒng)相較于其他單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)而言,ARM芯片資源豐富,實(shí)際應(yīng)用廣泛,具有綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),學(xué)生不容易理解和掌握。因此在教學(xué)中要以應(yīng)用為主,強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)及實(shí)用的設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)等工程實(shí)踐概念,基于教輔系統(tǒng)配以相應(yīng)的例程項(xiàng)目及實(shí)踐,結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式[7-8],在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中進(jìn)行項(xiàng)目分解講授,直觀、實(shí)用,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),由淺入深,由易到難,由基礎(chǔ)到綜合,切實(shí)讓學(xué)生從硬件到軟件,再從軟件到硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的完整認(rèn)識(shí)。
2.1 課堂教學(xué)應(yīng)用
在課堂教學(xué)中,以應(yīng)用為主,借助教輔系統(tǒng),幫助學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn),理解嵌入式系統(tǒng)的基本構(gòu)成(微處理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)驅(qū)動(dòng)和I/O接口、電源管理、硬件調(diào)試等);認(rèn)識(shí)嵌入式操作系統(tǒng),知道操作系統(tǒng)內(nèi)核,能夠?qū)?nèi)核進(jìn)行移植、修改和裁減;掌握某一種嵌入式操作系統(tǒng),能夠構(gòu)建嵌入式軟件的開發(fā)環(huán)境,編寫一些基本的嵌入式設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等。同時(shí),在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上,重新調(diào)整學(xué)時(shí)分配,部分引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,以例程教學(xué)和項(xiàng)目開發(fā)驅(qū)動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的更新,課堂教學(xué)更多的輔以實(shí)際范例演示講解和回答學(xué)生在課外實(shí)踐環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題,提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和掌握程度。在Proteus仿真軟件和教輔系統(tǒng)的支持下,加大實(shí)際編程訓(xùn)練內(nèi)容,針對(duì)講授內(nèi)容獨(dú)立設(shè)計(jì)立足于基本概念原理的例程,根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異提出不同的任務(wù)要求,至少要求學(xué)生能跟著教師操作演示,在訓(xùn)練過程中再學(xué)習(xí)和升華講授的知識(shí)。
2.2 課程實(shí)驗(yàn)應(yīng)用
嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)課堂教W的重要延伸。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以教輔系統(tǒng)為載體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,配合課堂教學(xué),能更好地幫助學(xué)生建立對(duì)嵌入式系統(tǒng)的完整認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)的ARM嵌入式教學(xué)內(nèi)容,如應(yīng)用開發(fā)入門實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)接口和顯示實(shí)驗(yàn),還有提高的ARM嵌入式教學(xué)內(nèi)容,如音頻、麥克風(fēng)、SD卡、觸摸屏等擴(kuò)展接口實(shí)驗(yàn),UART驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用、LCD驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用、USB接口、PWM驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用等等,基本滿足目前嵌入式系統(tǒng)初級(jí)階段的教學(xué)需求。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)應(yīng)用證明:借助該教輔系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生能有效地認(rèn)識(shí)掌握嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā)環(huán)境及軟硬件設(shè)計(jì)方法,理解對(duì)應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo),提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和實(shí)踐動(dòng)手能力。
2.3 課程設(shè)計(jì)應(yīng)用
在課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié),以教輔系統(tǒng)為支撐設(shè)計(jì)了近30組綜合訓(xùn)練內(nèi)容,如電子日歷制作、音樂播放器、直流電機(jī)調(diào)速、正弦波示波器、條碼掃描顯示等,供學(xué)生自主選擇。由于該系統(tǒng)不僅提供了LPC2148/38的所有硬件資源,還提供了有關(guān)輸入/輸出的SDK,大大節(jié)省了ARM基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)搭建的時(shí)間,使學(xué)生將主要精力和時(shí)間放在應(yīng)用開發(fā)上,課程設(shè)計(jì)的效果和質(zhì)量明顯得以提高,而且學(xué)生還可在此教輔系統(tǒng)基礎(chǔ)上自行研發(fā)應(yīng)用項(xiàng)目,參與各級(jí)課外科研競(jìng)賽活動(dòng),效果良好。學(xué)生借助于該教輔系統(tǒng)進(jìn)行綜合應(yīng)用學(xué)習(xí),可掌握和鞏固嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的基本原理,掌握了32位ARM單片機(jī)和嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用的基本技術(shù),能夠完成一些簡(jiǎn)單的項(xiàng)目研發(fā),他們走出校園能盡快適應(yīng)相應(yīng)的工作崗位。
3 結(jié)束語
該教輔系統(tǒng)已經(jīng)在我校測(cè)控專業(yè)兩屆學(xué)生的教學(xué)中投入使用。該教輔系統(tǒng)將課堂教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)無縫連接在一起,并可直接應(yīng)用于其他課外實(shí)踐的開發(fā)應(yīng)用中,使得嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)體系具有更好的系統(tǒng)性、實(shí)用性和連續(xù)性,基本解決了嵌入式系統(tǒng)課程難教、難學(xué)、難懂的系列問題。同時(shí)該教輔系統(tǒng)也使得嵌入式系統(tǒng)課程的課堂教學(xué)更加具體形象化,互動(dòng)性更好,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更加豐富,學(xué)生設(shè)計(jì)制作參與性更強(qiáng),明顯改善了學(xué)生以往對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的茫然和不明確性,以及對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的畏難情緒,提高了對(duì)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的興趣,培養(yǎng)和鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力。
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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)專業(yè);嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用;教學(xué)實(shí)踐改革
在IEEE 計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)2004 年6 月的Comput ing Curricula Computer Engineering Repor t, Ironman Dr af t 報(bào)告中把嵌入式系統(tǒng)課程列為計(jì)算機(jī)工程學(xué)科的領(lǐng)域之一, 把軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)列為高層次的選修課程。美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)“嵌入式系統(tǒng)認(rèn)證”課程目錄包括實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)工程訓(xùn)練課程。美國(guó)華盛頓大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程名稱是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論, 它基本包括了前面三門課程的內(nèi)容。2006 年6 月,我國(guó)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范( 試行) ”中也將嵌入式系統(tǒng)列為計(jì)算機(jī)工程專業(yè)方向的核心課程。
嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識(shí)和動(dòng)手能力,是一門綜合性強(qiáng)、知識(shí)覆蓋面大的課程,既涉及數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用等硬件知識(shí),又涉及操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等軟件知識(shí),其過程極其復(fù)雜、繁瑣,對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生而言,開始學(xué)的時(shí)候往往是一頭霧水,不知所云,無從下手。因此,迫切需要在高校建立一個(gè)新的、基于先進(jìn)嵌入式工程培養(yǎng)的、基于ARM技術(shù)和多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程體系, 從根本上解決嵌入式技術(shù)發(fā)展對(duì)人才的需求[1]。
由于高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力”的方向發(fā)展,培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿Υ蟮膹?fù)合型人才是高等教育追求的目標(biāo)。為了提高學(xué)生對(duì)外部變化的適應(yīng)和反應(yīng)能力,拓寬學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ),提高學(xué)生的動(dòng)手能力、自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力,以增強(qiáng)學(xué)生在未來社會(huì)發(fā)展中的后勁,各個(gè)高校都在加大課程重組和整合的力度,修改教學(xué)計(jì)劃,構(gòu)建多元化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系,優(yōu)化課程建設(shè)方案,以達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì),提升教學(xué)質(zhì)量強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)學(xué)科和打造學(xué)科品牌的目的。
實(shí)踐教學(xué)是實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”模式下人才培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施要遵循以下幾個(gè)原則:
(1)從簡(jiǎn)單、實(shí)用入手,激發(fā)學(xué)生興趣與愛好。注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望和需求,生動(dòng)地向?qū)W生介紹本課程的性質(zhì)與設(shè)置目的。加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)本課程必要性的認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和求知欲,引導(dǎo)學(xué)生喜歡學(xué)習(xí)這門功課。大大增加教學(xué)信息量,提高學(xué)習(xí)效率。改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué),實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。比如采用對(duì)比教學(xué)法:有些教學(xué)內(nèi)容可以采用對(duì)比教學(xué)法,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的感受強(qiáng)度。
(2)入門程序要直觀、易懂、容易操作;使學(xué)生很快掌握軟件的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試、移植等過程;掌握軟件工程項(xiàng)目的概念。
(3)安排實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,比如LCD顯示、觸摸屏、鍵盤等內(nèi)容,并讓內(nèi)容與手機(jī)關(guān)聯(lián)起來,使學(xué)生明白手機(jī)是如何工作的,從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)的動(dòng)力。同時(shí)實(shí)施實(shí)例化教學(xué)方法,就是以實(shí)際產(chǎn)品(或者半成品)為主要研究對(duì)象,強(qiáng)調(diào)從實(shí)際出發(fā),采用自上而下或者自下而上的方式對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)試,并在過程中對(duì)傳統(tǒng)模式下的理論知識(shí)進(jìn)行與時(shí)俱進(jìn)的淬煉,努力使學(xué)生學(xué)習(xí)了一個(gè)例子,就掌握一方面實(shí)例的設(shè)計(jì)方法,學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。以實(shí)例化教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng),涉及信息量大、知識(shí)點(diǎn)價(jià)值高、貼近實(shí)際應(yīng)用,具有較好的應(yīng)用價(jià)值和前景。在學(xué)期課程結(jié)束進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)試時(shí),實(shí)例化教學(xué)模式下的學(xué)生成績(jī)和其他評(píng)測(cè)結(jié)果也好于傳統(tǒng)模式下的結(jié)果。
(4)編寫基于“做中學(xué)”理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì),要緊密結(jié)合科研、產(chǎn)品與社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐,引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和教學(xué)改革新成果,積極開發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)型、研究型等有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,減少驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)的比重,要圍繞讓學(xué)生自己以市場(chǎng)的需要為導(dǎo)向,從問題的提出,到問題的分析、解決和實(shí)施等幾個(gè)過程來展開。同時(shí)要緊跟時(shí)代的熱點(diǎn)需求,以智能家電、iPad、PDA、GPS 導(dǎo)航等社會(huì)熱點(diǎn)產(chǎn)品為CDIO的工程項(xiàng)目,使得學(xué)生進(jìn)一步了解了嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、開發(fā)過程及應(yīng)用領(lǐng)域。
(5)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的積極引入。制作課程的相關(guān)網(wǎng)站,通過編寫教學(xué)課件、制作題庫,為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。網(wǎng)站已包括教學(xué)資源、網(wǎng)上教學(xué)、習(xí)題解答、疑難解答、最新留言、子程序庫、教學(xué)體會(huì)、教學(xué)交流、學(xué)生心得等幾個(gè)板塊。通過和學(xué)生在課下互動(dòng),加深學(xué)生對(duì)課上知識(shí)點(diǎn)的印象和理解,有效地提高了學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性。并且通過網(wǎng)站建設(shè)也與其他高校及相關(guān)行業(yè)人士進(jìn)行專業(yè)交流。
(6)積極引導(dǎo)學(xué)生參加各種大賽及創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃。組織參加課外科技活動(dòng)小組的學(xué)生參加國(guó)內(nèi)外各種相關(guān)的科技性設(shè)計(jì)大賽,根據(jù)學(xué)生完成實(shí)際項(xiàng)目的情況和大賽獲獎(jiǎng)情況,判斷教學(xué)改革的成效,對(duì)根據(jù)結(jié)果對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行調(diào)整。
(7)重新建立科學(xué)的考評(píng)體系。建立以理論考核與實(shí)驗(yàn)考核相結(jié)合的模式,以實(shí)驗(yàn)考核為主;在實(shí)驗(yàn)考核中又以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)?yōu)橹?,通過觀察學(xué)生所完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、質(zhì)量、正確性等,著重考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)作風(fēng),考核學(xué)生的設(shè)計(jì)方法和創(chuàng)新能力以及是否滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求,期終考試則著重考核學(xué)生對(duì)原理的掌握。
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關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì);培養(yǎng);人才;模式
中圖分類號(hào):G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1672-5913(2007)02-0075-03
培養(yǎng)應(yīng)用型人才是我校的辦學(xué)目標(biāo),本人結(jié)合與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)的教學(xué)作了一些探索與嘗試,收到了較好的效果。在此,就我的認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)述如下。
1教學(xué)指導(dǎo)思想
在人們的習(xí)慣意識(shí)中,總是將專業(yè)教學(xué)與學(xué)生科技活動(dòng)看成是兩個(gè)歸屬不同的部門,毫不相關(guān)的工作。但在高等教育全面改革的今天,教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)搞得怎樣?如何拓展教學(xué)實(shí)踐的新途徑,已經(jīng)成為衡量一個(gè)學(xué)校教學(xué)水平的主要因素之一。筆者開展與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)的教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo)思想就是將學(xué)生科技活動(dòng)與專業(yè)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來,提出將學(xué)生科技活動(dòng)融入教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的新思路,探索了一條培養(yǎng)應(yīng)用型人才的新模式。通過一系列學(xué)生科技活動(dòng)的開展,對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)非常有利,它對(duì)學(xué)生的影響是積極、長(zhǎng)遠(yuǎn)的。
2開設(shè)與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)課程的必要性
嵌入式計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)60年代初,航天工業(yè)從那時(shí)起已開始使用實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行航天飛行器的測(cè)控和導(dǎo)航。隨著半導(dǎo)體和微處理器技術(shù)的發(fā)展,到了20世紀(jì)80年代,大量4位、8位和16位微處理器開始應(yīng)用于各種設(shè)備中,如飛行器、艦船、汽車、電話、電視機(jī)、微波爐、照相機(jī)甚至玩具,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開始應(yīng)用。進(jìn)入后PC時(shí)代,4位、8位和16位微處理器逐步讓位于32位嵌入式芯片,嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。它將廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、有線和移動(dòng)通信、汽車、醫(yī)療、工業(yè)控制、航空航天及國(guó)防等領(lǐng)域的民用和軍用電子設(shè)備。形式多樣的嵌入式計(jì)算機(jī)正努力把Internet連接到人們生活的各個(gè)角落,其消費(fèi)量將以億計(jì),逐步形成一個(gè)充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。
隨著嵌入式應(yīng)用復(fù)雜度的提高,嵌入式軟件的規(guī)模也發(fā)生了指數(shù)型增長(zhǎng)。軟件的實(shí)現(xiàn)從某種意義上說決定了產(chǎn)品的功能,已成為新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵因素,是未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。由于嵌入式軟件呈現(xiàn)出一種高度細(xì)分的市場(chǎng)格局,國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)入也很難壟斷整個(gè)市場(chǎng),這為我國(guó)的軟件產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。
目前市場(chǎng)急需專業(yè)化的嵌入式軟件人才,為適應(yīng)這種需求,國(guó)內(nèi)高校大多已開設(shè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的各種課程。在這種背景下我們從2004年秋季開始陸續(xù)為通信系本科三年級(jí)的學(xué)生開設(shè)了“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”,為信研一年級(jí)的學(xué)生開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課程。
3 選擇合適的教學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為了使學(xué)生能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),應(yīng)選擇一種合適的教學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)。我們選購的是美國(guó)Altera公司的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研試驗(yàn)平臺(tái)。
Altera公司在可編程系統(tǒng)級(jí)芯片(SOPC)領(lǐng)域中處于前沿和領(lǐng)先的地位,其2003年度的年收入高達(dá)8.272億美元,其產(chǎn)品向全世界近14,000家客戶提供超值的可編程解決方案。 Altera大學(xué)計(jì)劃為全球范圍內(nèi)的大專院校提供先進(jìn)的開發(fā)軟件、可編程邏輯器件、開發(fā)工具以及完整的設(shè)計(jì)套件,有效地補(bǔ)充了現(xiàn)有的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)。它所提供的軟件和硬件平臺(tái)適合于各種設(shè)計(jì)課程的使用,包括入門級(jí)的邏輯設(shè)計(jì)和高級(jí)的計(jì)算構(gòu)架。NiosⅡ處理器能從外設(shè)和存儲(chǔ)器接口庫中進(jìn)行選擇,將處理器、外設(shè)、存儲(chǔ)器和I/O接口集成在單片F(xiàn)PGA中,定制自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng),并且對(duì)各種設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持平臺(tái);SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具可以自動(dòng)生成組件以及聯(lián)接組件的總線,所有軟件開發(fā)任務(wù)編輯、構(gòu)建、程序調(diào)試都能夠在(IDE)下完成,從而簡(jiǎn)化了開發(fā)過程,降低了系統(tǒng)成本、復(fù)雜性以及功耗,并且通過移植到Altera的結(jié)構(gòu)化ASIC中,實(shí)現(xiàn)低成本、大批量產(chǎn)品。
該公司開發(fā)的有關(guān)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研平臺(tái)操作簡(jiǎn)單,硬件和軟件資源比較好,適合教學(xué)要求。
4 培養(yǎng)應(yīng)用型人才
嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn),在教學(xué)過程中,對(duì)嵌入式系統(tǒng)涉及的硬件部分和軟件部分作了分析比較,確立了以教學(xué)實(shí)驗(yàn)板為物理基礎(chǔ),以軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)為主的指導(dǎo)思想,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)課程,作相關(guān)市場(chǎng)調(diào)研,提出課題,還組織學(xué)生參加相關(guān)的大學(xué)生科技活動(dòng)和競(jìng)賽,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛在能力。
(1)面對(duì)不同的授課對(duì)象
作為“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”和“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”兩門課程的主講教師,筆者面對(duì)不同的對(duì)象,從學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律出發(fā),采用分層次、個(gè)性化引導(dǎo)的方法最大限度地引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生熱愛學(xué)習(xí)、努力鉆研,盡可能作到因材施教。
“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課內(nèi)安排56學(xué)時(shí),其中只有8學(xué)時(shí)是實(shí)驗(yàn);“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課內(nèi)安排32學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,不足以讓學(xué)生掌握這門課程的開發(fā)方法,為了解決這個(gè)問題,一方面我積極與實(shí)驗(yàn)室的老師協(xié)調(diào),為學(xué)生盡可能地開放實(shí)驗(yàn)室;另一方面針對(duì)基礎(chǔ)好、感興趣的同學(xué)進(jìn)行引導(dǎo)。由于學(xué)生選課的時(shí)間不能與實(shí)驗(yàn)室開放的時(shí)間相吻合,我結(jié)合學(xué)生自身有計(jì)算機(jī)的資源優(yōu)勢(shì),把開發(fā)板借給學(xué)生,讓他們回去搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
我們的研究生來自不同的學(xué)科、不同的專業(yè),在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的水平參差不齊,有的基礎(chǔ)相對(duì)好些,而有個(gè)別學(xué)生甚至連微機(jī)原理之類的課程都沒有學(xué)過。針對(duì)這種情況,我課上只能假設(shè)所有選修這門課程的同學(xué)都具有微機(jī)原理的基礎(chǔ),都會(huì)使用C語言編寫程序,課后再針對(duì)不同的學(xué)生作不同的指導(dǎo)。由于每個(gè)學(xué)生自身精力投入的不同,課程結(jié)束后每個(gè)人達(dá)到的水平是不同的。
我力圖使學(xué)生通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法,培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。由于這是一門軟、硬件結(jié)合,且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)要求相對(duì)其他的課程要多些。有一部分學(xué)生想學(xué)好,但苦于基礎(chǔ)太差,我本著學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,循序漸進(jìn)加以引導(dǎo);針對(duì)有開發(fā)潛力的同學(xué),我?guī)麄內(nèi)⒂^相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備展覽,啟發(fā)他們的思路,給他們講解如何用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際生活問題。這樣做雖然很辛苦,但收到了很好的效果,一學(xué)期結(jié)束后,同學(xué)們從最初的不懂科研,到自己能夠提出課題,我感到由衷的欣慰。
(2)培養(yǎng)應(yīng)用型人才
為了促進(jìn)學(xué)生在校期間工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng),提高學(xué)生的動(dòng)手能力和軟硬件設(shè)計(jì)的綜合能力,消除大學(xué)生就業(yè)過程中理論脫離實(shí)際的尷尬場(chǎng)面,進(jìn)一步緩解嵌入式行業(yè)人才的緊缺現(xiàn)狀,在教學(xué)過程中我始終堅(jiān)持方法、能力和品質(zhì)的培養(yǎng),積極鼓勵(lì)、引導(dǎo)有能力的同學(xué)結(jié)合課程提出課題,參加有關(guān)競(jìng)賽,從而使優(yōu)秀的人才脫穎而出。
2005春季第一次為通信02A-12班開設(shè)“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程,2005年6月我指導(dǎo)學(xué)生參加中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)與北京博創(chuàng)科技發(fā)展有限公司聯(lián)合舉辦的“博創(chuàng)杯”嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)優(yōu)秀作品評(píng)選活動(dòng)并獲得優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)。參賽的三名同學(xué)有幸進(jìn)入中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)建立的人才檔案庫,協(xié)會(huì)將向全國(guó)各地會(huì)員單位和IT企業(yè)為他們推薦工作,對(duì)獲獎(jiǎng)作品項(xiàng)目由中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)協(xié)助轉(zhuǎn)讓技術(shù)成果,促進(jìn)推廣應(yīng)用。
(3)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
通信02A-12的五位同學(xué),結(jié)合“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí),不畏困難、積極進(jìn)取,結(jié)合當(dāng)今科技發(fā)展的最新成果,經(jīng)過充分調(diào)研提出極具應(yīng)用價(jià)值的課題,參加了“2005年度NiosⅡ處理器嵌入式設(shè)計(jì)大賽”。經(jīng)過2005年3月到5月的努力,兩隊(duì)同學(xué)入圍了亞太賽區(qū)前80名并進(jìn)入決賽階段。這一活動(dòng)大大地激發(fā)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神。盡管美國(guó)Altera公司為入圍的每隊(duì)選手提供了免費(fèi)的開發(fā)板,但入圍并不等于最終作品的完成,五位同學(xué)中有四名報(bào)考研究生,一名同學(xué)報(bào)考國(guó)家公務(wù)員,后來由于學(xué)生自身精力投入不足,最終作品沒有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。
這件事情使我陷入了深深的思索。由于我校在校本科學(xué)生不能免試讀研究生,學(xué)生既要兼顧考研又要做好科研課題是沒有時(shí)間保障的,而不考研的同學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)要差。通過與其他兄弟院校的老師溝通交流,我認(rèn)為針對(duì)我校的特殊情況,可以走研究生與本科生相結(jié)合的路子,這方面的工作還有待今后更進(jìn)一步完善。
5 展望
我校與美國(guó)Altera公司在通信實(shí)驗(yàn)中心于2006年5月18日掛牌成立了“北方工業(yè)大學(xué)―ALTERA公司EDA/SOPC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室與培訓(xùn)中心”。該中心的成立為我們以后培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才提供了更好的平臺(tái)。
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關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);人才培養(yǎng);課程體系
0、引言
嵌入式技術(shù)是21世紀(jì)最有活力和生命力的新技術(shù)之一,近年來已逐漸成為IT行業(yè)的核心方向。我們有理由相信在未來20年內(nèi),全球?qū)⑦M(jìn)入嵌入式時(shí)代和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。特別是最近幾年,隨著嵌入式軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展,嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)迅速滲入各個(gè)行業(yè),生活中隨處可見嵌入式技術(shù)的產(chǎn)品及應(yīng)用,例如智能家電、智能手機(jī)、各類導(dǎo)航設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、高清電視、視頻監(jiān)控等。智能機(jī)器人、醫(yī)療儀器、航空航天等領(lǐng)域同樣離不開嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前最有發(fā)展前途的行業(yè)之一。
1、嵌入式系統(tǒng)人才需求狀況
嵌入式系統(tǒng)是指在產(chǎn)品或設(shè)備內(nèi)部以微控制器為核心,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化功能的軟件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的意義在于對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能控制,實(shí)現(xiàn)其創(chuàng)新價(jià)值。嵌入式系統(tǒng)人才行業(yè)需求分布如表1所示。
目前,我國(guó)嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
1)人才儲(chǔ)備不足。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了社會(huì)工業(yè)化和信息化的快速發(fā)展,對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到積極地促進(jìn)作用。生產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品和設(shè)備的企業(yè)也不斷增加,相關(guān)人才的需求量也隨之增加。但是學(xué)校和社會(huì)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)機(jī)制和規(guī)模還不夠完善,造成了人才奇缺的狀況。
2)專業(yè)基礎(chǔ)門檻高。從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人員必須具備一定的系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ),要掌握軟件的底層開發(fā)技術(shù)和硬件工作原理。所以在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前,首先要熟悉軟硬件的基礎(chǔ)知識(shí)。
3)技術(shù)人員就業(yè)面廣。嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)分布較廣,不同的行業(yè)又有不同的軟硬件側(cè)重點(diǎn)。例如,通信工程、電子工程方向的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員主要從事硬件設(shè)計(jì)工作,嵌入式操作系統(tǒng)、內(nèi)核剪裁程序和驅(qū)動(dòng)開發(fā)相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員主要從事軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作。所以嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的就業(yè)面很廣,要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行定向培養(yǎng)。
2、嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)模式
培養(yǎng)合格的嵌入式系統(tǒng)人才,是一項(xiàng)科學(xué)的系統(tǒng)工程。經(jīng)過多年的理論研究和教學(xué)改革,我們探索出一套符合嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)要求的培養(yǎng)體系,具體內(nèi)容包括教學(xué)方法改革、課程體系改革、教學(xué)環(huán)境建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、校企聯(lián)合辦學(xué)等。
1)教學(xué)方法改革。我們采用基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法作為嵌入式系統(tǒng)課程的基本教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的核心思想就是以學(xué)生為中心展開課程,把任務(wù)作為主線,教師作為向?qū)?,引?dǎo)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在課程展開過程中設(shè)置一系列能夠體現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)能力的教學(xué)任務(wù),學(xué)生通過完成這些任務(wù)來掌握課內(nèi)外知識(shí),同時(shí)養(yǎng)成獨(dú)立思考和實(shí)踐創(chuàng)新的良好習(xí)慣。
2)課程體系改革。嵌入式系統(tǒng)課程體系的最大特點(diǎn)就是突出實(shí)踐環(huán)節(jié),因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)人才的培養(yǎng)是面向工程的。學(xué)生只有在校內(nèi)外完成足夠的實(shí)踐內(nèi)容才能真正掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的能力。嵌入式系統(tǒng)專業(yè)中幾乎所有的專業(yè)課程都有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),重要的課程還專門設(shè)置了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),由學(xué)生組成小型團(tuán)隊(duì)完成與課程相關(guān)的項(xiàng)目。
3)教學(xué)環(huán)境建設(shè)。為了更好地展開教學(xué),學(xué)校投入專項(xiàng)資金建設(shè)了嵌入式實(shí)驗(yàn)室,購買了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。以此為契機(jī),計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院設(shè)置了眾多大、中、小型實(shí)驗(yàn)室,并配以不同的等級(jí)。對(duì)于大型A級(jí)實(shí)驗(yàn)室,主要供全院學(xué)生進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)使用;對(duì)于中型B級(jí)實(shí)驗(yàn)室,主要功能為專業(yè)方向課的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所;對(duì)于小型的C級(jí)實(shí)驗(yàn)室,主要供學(xué)生組建的小型項(xiàng)目研發(fā)小組使用。不同的實(shí)驗(yàn)室有不同的管理辦法,這一措施有力地保障了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不同需求,對(duì)促進(jìn)教學(xué)起到了非常積極的作用。
4)師資隊(duì)伍建設(shè)。建立一支熟練掌握嵌入式專業(yè)技術(shù)的師資隊(duì)伍是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。學(xué)校采用“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)的方法,選派教師和研究人員到企業(yè)實(shí)地考察、學(xué)習(xí)和工作,參與企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)和項(xiàng)目建設(shè)。經(jīng)過一段時(shí)間的鍛煉后,教師的專業(yè)技能得到了更新或提升,并且明確了企業(yè)用人的原則,真正實(shí)現(xiàn)“努力做到企業(yè)需要什么,我們的教師就精通什么,我們的學(xué)生就會(huì)什么?!?/p>
5)校企聯(lián)合辦學(xué)。為了讓教學(xué)更加貼近工程應(yīng)用實(shí)際,學(xué)校定期邀請(qǐng)企業(yè)精英來學(xué)校開展技術(shù)講座。通過介紹行業(yè)動(dòng)態(tài)和前沿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,讓學(xué)生了解就業(yè)形勢(shì)和技術(shù)學(xué)習(xí)的方向。另外學(xué)校還和國(guó)內(nèi)外知名嵌入式系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)簽訂聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議,企業(yè)派遣專業(yè)人員到校內(nèi)進(jìn)行課程輔導(dǎo),學(xué)校派遣教師和學(xué)生到企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)。
3、嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)實(shí)踐
3.1 教學(xué)體系改革
嵌入式系統(tǒng)專業(yè)在依托校內(nèi)辦學(xué)優(yōu)勢(shì)和當(dāng)?shù)厍度胧郊夹g(shù)產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,響應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革的號(hào)召,分階段地實(shí)施嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系改革。嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)體系改革示意圖如圖1所示。
準(zhǔn)備階段,我們建立了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教研室和相關(guān)教師隊(duì)伍,組織教師進(jìn)行理論研究和培訓(xùn),同時(shí)結(jié)合學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求制定嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)方案;合作階段,利用校企合作平臺(tái)的優(yōu)勢(shì),建設(shè)一批校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地,同時(shí)為嵌入式系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)配備軟硬件教學(xué)環(huán)境;實(shí)踐階段,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法展開面向?qū)嵺`與創(chuàng)新的職業(yè)技能培養(yǎng)課程,同時(shí)利用校內(nèi)外的企業(yè)合作資源進(jìn)行定向培養(yǎng);拓展階段,在完成教學(xué)目標(biāo)的同時(shí),要敏銳捕捉企事業(yè)單位的人才需求信息,以組織就業(yè)指導(dǎo)和企業(yè)見面會(huì)的形式來拓展教學(xué)理念。最后還要不斷完善人才培養(yǎng)體系,把建設(shè)過程中的寶貴經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到其他專業(yè)的教學(xué)中去。
3.2 課程體系改革
在明確教學(xué)體系的基礎(chǔ)上,哈爾濱師范大學(xué)對(duì)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的課程體系也作了較大修改,如表2所示。
課程體系中主要包括以下5類課程。
1)公共基礎(chǔ)課:是本科生必修的基礎(chǔ)課程,如高等數(shù)學(xué)、外語、體育、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等。
2)專業(yè)基礎(chǔ)課程:計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程,包括c語言程序設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子線路CAD、單片機(jī)原理及應(yīng)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、軟件工程導(dǎo)論、JAVA程序設(shè)計(jì)等。
3)專業(yè)方向課程:該類課程主要培養(yǎng)學(xué)生成為合格的嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)人才,主要課程有嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)體系與結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)、WinCE操作系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)等。
4)課程設(shè)計(jì):為培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)專業(yè)相關(guān)課程而開設(shè)的課程設(shè)計(jì),包括c語言課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、CAD課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、JAVA課程設(shè)計(jì)、嵌入式程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、WinCE操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)等。
5)企業(yè)實(shí)踐:主要包括專家講座、工程實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。這些課程不同于校內(nèi)課程,需要依托校企合作平成。這類課程直接面向就業(yè),對(duì)學(xué)生的職業(yè)技能和就業(yè)去向有較大影響。
3.3 校企合作建設(shè)
學(xué)校根據(jù)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)模式的要求,結(jié)合學(xué)校和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐探索,積極建設(shè)資源共享、技術(shù)交流、就業(yè)定向培養(yǎng)等聯(lián)合培養(yǎng)體系。學(xué)校聘請(qǐng)企業(yè)精英到校內(nèi)任教或輔導(dǎo),同時(shí)還派學(xué)生到企業(yè)參加技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)品開發(fā)工作。哈爾濱師范大學(xué)的“數(shù)字電路”課程就是和當(dāng)?shù)仉娮涌萍计髽I(yè)合作開設(shè)的,任課教師是對(duì)方資深開發(fā)工程師,完成該門課程學(xué)習(xí)的學(xué)生可以簽署專業(yè)人才就業(yè)協(xié)議,優(yōu)先被企業(yè)錄用。這種合作形式充分利用了學(xué)校和企業(yè)的資源優(yōu)勢(shì)。學(xué)生通過努力學(xué)習(xí)可以獲得就業(yè)機(jī)會(huì),這也激發(fā)了其主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,可謂一舉兩得。學(xué)校嵌入式軟件系統(tǒng)培養(yǎng)模式具體內(nèi)容還包括:
1)建立校企合作培養(yǎng)聯(lián)盟。學(xué)校和當(dāng)?shù)厍度胧叫袠I(yè)協(xié)會(huì)、知名企業(yè)共建“嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)校企聯(lián)盟”,學(xué)校和企業(yè)按照行業(yè)規(guī)定和相關(guān)政策的要求,提供必要的教學(xué)資源,建立嵌入式系統(tǒng)技術(shù)人才儲(chǔ)備基地。校企聯(lián)盟的任務(wù)就是完善教育培訓(xùn)機(jī)制,建立“嵌入式應(yīng)用技術(shù)”、“嵌入式產(chǎn)品運(yùn)維服務(wù)”等專業(yè)領(lǐng)域的課程群和培訓(xùn)體系,把企業(yè)的理念引入學(xué)校,用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范教學(xué)體系。
2)在校內(nèi)組建以學(xué)生為主體的嵌入式技術(shù)研究團(tuán)隊(duì),成立“學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”和“學(xué)生工作室”等團(tuán)體,定期舉辦技能大賽和技術(shù)交流論壇。這些團(tuán)體的骨干人員可以優(yōu)先和企業(yè)簽訂就業(yè)意向協(xié)議,為學(xué)生提前就業(yè)和企業(yè)人才儲(chǔ)備做準(zhǔn)備。
3)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的課程除了包含基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)等內(nèi)容外,還設(shè)置了與職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)相關(guān)的課程,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、交流技巧以及職業(yè)精神,提高學(xué)生的綜合就業(yè)能力。
關(guān)鍵詞:獨(dú)立學(xué)院嵌入式課程設(shè)置課程改革優(yōu)化
中圖分類號(hào):G423.04
引言
以我校(武漢長(zhǎng)江工商學(xué)院)為例,電子信息工程專業(yè)主要培養(yǎng)能在信息通信、電子技術(shù)、智能控制、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域和行政部門從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的科學(xué)研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝制造、應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)管理的應(yīng)用型工程技術(shù)人才,因此,我們以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)制定了培養(yǎng)方案。
課程設(shè)置現(xiàn)狀
在我們的培養(yǎng)方案中,除了專業(yè)基礎(chǔ)課程(C語言程序設(shè)計(jì)、電路分析、電工基礎(chǔ)、數(shù)字電路、模擬電路)外,有兩條主線:嵌入式方向與信號(hào)處理方向。其它方向如微電子、射頻、無線電等方向,考慮到我們學(xué)生的基礎(chǔ)以及培養(yǎng)方案總課時(shí)的要求,最終選擇了嵌入式與信號(hào)處理兩個(gè)方向,當(dāng)然,隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,以后的培養(yǎng)方案可能會(huì)考慮微電子等較新的方向。
之所以選擇嵌入式硬件方向?yàn)槲覀兊囊粭l主線是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)是當(dāng)前很熱門而且很有發(fā)展前景并且對(duì)于學(xué)生而言也是比較好就業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)在智能化家居、家電,汽車電子、醫(yī)療、交通等各個(gè)方面都有應(yīng)用,我們的生活已經(jīng)離不開嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的技術(shù),我們以硬件設(shè)計(jì)為主設(shè)置了我們的課程如下:
表1:嵌入式方向的課程設(shè)置
圍繞ARM嵌入式技術(shù)這門課,還有微機(jī)原理、單片機(jī)、EDA、DSP等課程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
學(xué)習(xí)了微機(jī)原理和單片機(jī)這兩門課后再學(xué)習(xí)嵌入式,學(xué)生更容易入門,因?yàn)榍度胧奖旧硎菑膯纹瑱C(jī)發(fā)展而來,并且在微機(jī)原理與單片機(jī)這兩門課程中,我們以匯編指令為主,主要是考慮到做嵌入式系統(tǒng)除了了解ARM處理器工作原理和接口技術(shù)還要了解ARM的匯編指令系統(tǒng)。
考慮到嵌入式開發(fā)的發(fā)展方向與相關(guān)領(lǐng)域,我們還設(shè)置了EDA技術(shù)與DSP技術(shù)兩門課。數(shù)字圖像壓縮技術(shù)是嵌入式的應(yīng)用領(lǐng)域之一,主要是掌握MPEG編解碼算法和技術(shù)和DSP技術(shù),另外,為追求更高速的信號(hào)處理速度,現(xiàn)在一些速度要求較高場(chǎng)合,有不少公司是將一些DSP算法用硬件來實(shí)現(xiàn),這就涉及到HDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)及其FPGA/IP核實(shí)現(xiàn)技術(shù)。這也是我們將EDA技術(shù)與DSP技術(shù)這兩門課作為這個(gè)方向的專業(yè)課程的原因。
課程改革思路
首先是微機(jī)原理與單片機(jī)這兩門課,目前我們開設(shè)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》理論課54課時(shí),實(shí)驗(yàn)課18課時(shí),《單片機(jī)原理及其應(yīng)用》理論課54課時(shí),實(shí)驗(yàn)課18課時(shí),課程設(shè)計(jì)36課時(shí)。微機(jī)原理課程主要是幫助學(xué)生理解一款微型計(jì)算機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、匯編語言編程及其接口電路,為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)不同的CPU以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。目前我們的教學(xué)還是以8086/8088作為微機(jī)原理主講芯片,其難度較大,與實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生在課外的實(shí)際應(yīng)用(如參加電子設(shè)計(jì)系列競(jìng)賽、制作小作品、畢業(yè)論文、課程設(shè)計(jì)等)脫節(jié),教學(xué)效果不理想。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,處理器從單核時(shí)代進(jìn)步到了多核時(shí)代,并且將來處理核的數(shù)目將會(huì)越來越多。隨著多核技術(shù)的發(fā)展,可能不久的將來大多數(shù)的軟件開發(fā)都將以多核芯片為基礎(chǔ)硬件平臺(tái),隨之而來的是編程語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法理論、軟件工程等都將隨著多核的出現(xiàn)而進(jìn)行修訂,對(duì)我們專業(yè)而言,要考慮的主要是計(jì)算機(jī)硬件方向的課程設(shè)置要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)多核時(shí)代的到來。經(jīng)過調(diào)研與研討,我們決定將上述兩門課整合優(yōu)化為《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》54課時(shí)及《多核架構(gòu)與編程技術(shù)》54課時(shí)。前瞻性的將多核架構(gòu)及編程技術(shù)引入到獨(dú)立學(xué)院電子信息工程本科培養(yǎng)方案中,將培養(yǎng)方案中的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行綜合與升華,幫助學(xué)生,順應(yīng)市場(chǎng)格局變化,接受新技術(shù)新理念,建立系統(tǒng)、完整的專業(yè)基礎(chǔ)理論體系,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力與創(chuàng)新型思維,提高動(dòng)手實(shí)踐能力,開拓學(xué)生的專業(yè)學(xué)術(shù)視野。使我們的學(xué)生能順應(yīng)時(shí)代的變化,在硬件、軟件方面能夠更好地了解多核思想及編程技術(shù),以適應(yīng)高新技術(shù)的飛速發(fā)展的需要。
其次是EDA技術(shù)與數(shù)字電路的整合。目前我們開設(shè)《EDA技術(shù)》理論課34課時(shí),實(shí)驗(yàn)課18課時(shí),課程設(shè)計(jì)18課時(shí),《數(shù)字電路》理論課54課時(shí),實(shí)驗(yàn)課18課時(shí),課程設(shè)計(jì)36課時(shí)。這兩門課在實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容上有一定的重復(fù)。我們可以將這兩門課整合成一門課《數(shù)字電路與VHDL》,理論課72,實(shí)驗(yàn)課18,課程設(shè)計(jì)36課時(shí),改變?cè)械慕虒W(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容,建立新的實(shí)驗(yàn)體系,讓學(xué)生感受2種不同的設(shè)計(jì)方法,擺脫傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法與思維模式,提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與競(jìng)爭(zhēng)能力,適應(yīng)市場(chǎng)的需要。
最后是ARM嵌入式技術(shù),目前我們以ARM7進(jìn)行理論教學(xué),以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn),理論課36學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課18學(xué)時(shí),只能滿足低端教學(xué)任務(wù)。在最初制定教學(xué)計(jì)劃,大部分ARM系統(tǒng)都是基于ARM7處理器,但是隨著更多應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn),嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)向著更高級(jí)、更復(fù)雜的方向發(fā)展,現(xiàn)在基于ARM9處理器的產(chǎn)品越來越多,我們的教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn),教學(xué)內(nèi)容也要進(jìn)行升級(jí)為以ARM9進(jìn)行教學(xué)。從ARM體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容上看,ARM9的指令集完全兼ARM7,教學(xué)上沒有任何區(qū)別。并且學(xué)生們面對(duì)的編程模型和架構(gòu)基礎(chǔ)也保持一致。
總結(jié)
本校電子信息工程專業(yè)實(shí)行3+1培養(yǎng)模式,所有課程安排在大一到大三完成,大四學(xué)生全部參加實(shí)習(xí),現(xiàn)有培養(yǎng)方案中,專業(yè)基礎(chǔ)課排在第三、四學(xué)期,專業(yè)課基本壓縮在第五、六學(xué)期,比如上面提到的微機(jī)原理安排在第五學(xué)期,單片機(jī)、EDA技術(shù)、ARM嵌入式技術(shù)安排在第六學(xué)期。通常在第六學(xué)期,一部分學(xué)生忙于考研,一部分學(xué)生忙于找工作,精力沒有全部用于學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)上,但是,經(jīng)過上面的整合后,我們可以將單片機(jī)以及ARM嵌入式技術(shù)提前一個(gè)學(xué)期,再將EDA技術(shù)提前兩學(xué)期,讓學(xué)生們?cè)谡麄€(gè)大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中,盡早的接觸到專業(yè)課程,提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣,這不僅可以讓一部分想?yún)⒓与娮釉O(shè)計(jì)系列競(jìng)賽的同學(xué)可以盡早的進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí),也可以讓準(zhǔn)備考研和找工作的同學(xué)投入更多精力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。
參考文獻(xiàn)
北京工業(yè)大學(xué)作為以培養(yǎng)“應(yīng)用型”人才為目標(biāo)的“211工程”市屬重點(diǎn)大學(xué),對(duì)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的課程建設(shè)非常重視,2003年,計(jì)算機(jī)學(xué)院對(duì)專業(yè)的設(shè)置進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整,設(shè)置了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)方向,調(diào)整后的體系結(jié)構(gòu)學(xué)科部將以嵌入式體系結(jié)構(gòu)作為教學(xué)的重點(diǎn),2004年在01級(jí)本科生專業(yè)選修課中開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)”課程。
嵌入式系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)、通訊技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù),針對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)需求,將相應(yīng)的計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識(shí)和動(dòng)手能力,是對(duì)設(shè)計(jì)者綜合能力,特別是創(chuàng)新能力的考查。因此,“嵌入式系統(tǒng)”課程是本科生前三年基礎(chǔ)課和專業(yè)課綜合能力的延伸。
一、課程特色
北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院“嵌入式系統(tǒng)”課程通過近三年的建設(shè)已經(jīng)形成了一定的特色,該課程將在2004級(jí)本科生中加大到2門課程,64學(xué)時(shí)的“嵌入式系統(tǒng)原理與技術(shù)”和60學(xué)時(shí)的“嵌入式系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)。
1.與國(guó)際知名企業(yè)聯(lián)手,提升課程新技術(shù)含量
IT領(lǐng)域的新技術(shù)發(fā)展令人應(yīng)接不暇,雖然大學(xué)生在校期間需要學(xué)習(xí)的都是一些基礎(chǔ)知識(shí),但他們畢業(yè)走向社會(huì)后,必然要面對(duì)這些新技術(shù),如果我們的教學(xué)內(nèi)容陳舊,就會(huì)加長(zhǎng)學(xué)生畢業(yè)后的適應(yīng)周期;如果我們能夠提供給學(xué)生更多接觸這些新知識(shí)、新技術(shù)的機(jī)會(huì),就會(huì)使學(xué)生畢業(yè)后能夠迅速地融入到社會(huì)實(shí)際中。為此,我們就要與這些國(guó)際知名的企業(yè)聯(lián)合起來,為學(xué)生提供一個(gè)接觸、學(xué)習(xí)新技術(shù)的環(huán)境,同時(shí)也能使我們的教學(xué)內(nèi)容與這些新技術(shù)基本保持同步。
本課程在開設(shè)之初就得到了微軟公司、微軟亞洲研究院的大力支持,在技術(shù)上、開發(fā)工具上給予了我們大力的支持,因此,在課程內(nèi)容上可以將微軟最新的技術(shù)傳授給學(xué)生,能夠縮短學(xué)生畢業(yè)后角色轉(zhuǎn)換的時(shí)間,盡快地投入到工作中。同時(shí),本課程還得到了Intel公司在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的支持,使得學(xué)生們可以結(jié)合硬件平臺(tái)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和手段,了解實(shí)際工程設(shè)計(jì)的流程。
本課程涉及目前嵌入式系統(tǒng)最為流行的兩項(xiàng)新技術(shù)――Intel公司的XScale和Microsoft的Windows CE,本課程以Intel XScale應(yīng)用處理機(jī)PXA255為硬件平臺(tái),講述Windows CE操作系統(tǒng)定制、優(yōu)化方法以及應(yīng)用程序的開發(fā)手段、方法。
2.課堂教學(xué)搬到實(shí)驗(yàn)室
“嵌入式系統(tǒng)”是一門以應(yīng)用開發(fā)為主的課程,在應(yīng)用開發(fā)部分要涉及到開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具的介紹,如果按照以往先在課堂講授,再到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式,不僅使學(xué)生感覺到枯燥無味、不易掌握,而且在實(shí)驗(yàn)之前還要再花費(fèi)時(shí)間復(fù)習(xí)。于是,我們?cè)谌ツ陣L試了將課堂轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室,主講教師邊講,學(xué)生邊做的教學(xué)方式,得到了同學(xué)們的認(rèn)可,當(dāng)同學(xué)們順利地定制出第一個(gè)Windows CE操作系統(tǒng)時(shí),臉上露出了燦爛的笑容。
3.課程考核來于實(shí)踐
為了加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),“嵌入式系統(tǒng)”課程的考核成績(jī)?nèi)縼碜杂趯?shí)踐環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)的40%,課程設(shè)計(jì)占總成績(jī)的60%。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,完成指定題目的課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)題目每年不斷更新,學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度選擇不同難度的題目,分值依據(jù)題目難易程度而定。
4.科技競(jìng)賽激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神
針對(duì)那些具有特點(diǎn)的學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng),支持他們參加國(guó)內(nèi)外與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的競(jìng)賽,并取得了優(yōu)異的成績(jī)。在2004年教育部、信息產(chǎn)業(yè)部舉辦的“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽――嵌入式系統(tǒng)專題邀請(qǐng)賽(英特爾杯)”中提交的以開發(fā)的作品“無線智能心血管監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)”首次參賽即獲得了全國(guó)三等獎(jiǎng)。在“2005年微軟嵌入式系統(tǒng)全球大學(xué)生挑戰(zhàn)賽”,入圍全球前30名,并參加了在美國(guó)西雅圖微軟總部舉行的總決賽,獲得“優(yōu)勝獎(jiǎng)”。由于在“微軟嵌入式系統(tǒng)全球大學(xué)生挑戰(zhàn)賽”中提交的作品“運(yùn)動(dòng)個(gè)人助理”得到了專家評(píng)委的一致好評(píng),被微軟公司推薦參加了IEEE(國(guó)際電子、電氣工程師協(xié)會(huì))舉辦的“第六屆計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)國(guó)際設(shè)計(jì)大賽(CSIDC)”。該項(xiàng)賽事是國(guó)際計(jì)算機(jī)界大學(xué)生的頂級(jí)賽事,我校代表隊(duì)經(jīng)過激烈的角逐最終進(jìn)入了在美國(guó)首都華盛頓舉行的全球前10名(TOPTEN)總決賽,并獲得優(yōu)勝獎(jiǎng),這是中國(guó)大陸代表隊(duì)首次進(jìn)入該項(xiàng)國(guó)際計(jì)算機(jī)界頂級(jí)賽事的全球前10名總決賽,為國(guó)爭(zhēng)了光。
學(xué)生們還參加了Altera公司舉辦的“Nios軟核心嵌入式處理器設(shè)計(jì)大賽”,在2004年獲得了優(yōu)勝獎(jiǎng),2005年獲得了“三 等獎(jiǎng)”。
這些成績(jī)表明北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在國(guó)內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方面,已具有比較明顯的優(yōu)勢(shì),這些成績(jī)的取得同時(shí)也促進(jìn)了其他學(xué)生對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”課程的濃厚興趣。
5.具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師參與教學(xué)
從事嵌入式系統(tǒng)理論課程及實(shí)踐教學(xué)任務(wù)的教師總計(jì)8人,其中:具有正高職稱1人,副高職稱3人,中級(jí)職稱4人,形成了老、中、青教學(xué)梯隊(duì)。具有博士學(xué)位的3人,具有碩士學(xué)位的3人,知識(shí)結(jié)構(gòu)合理。
在這支隊(duì)伍中,多名教師從事過工業(yè)控制產(chǎn)品的開發(fā)工作,對(duì)于嵌入式系統(tǒng)這門強(qiáng)調(diào)與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程,他們可以將工程設(shè)計(jì)的理念傳授給學(xué)生,可以更好地指導(dǎo)學(xué)生們的實(shí)踐。
二、實(shí)施辦法
1.教學(xué)科研并重,加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)
“嵌入式系統(tǒng)”是一門強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐的課程,因此,就要求教師要參與到相關(guān)科研項(xiàng)目中,從項(xiàng)目中積累經(jīng)驗(yàn),以達(dá)到更好地指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的效果,目前,課程組參與的科研項(xiàng)目主要涉及到醫(yī)療儀器、數(shù)字社區(qū)和汽車電子等領(lǐng)域。
2.不斷更新教學(xué)內(nèi)容
嵌入式領(lǐng)域的技術(shù)更新?lián)Q代的速度十分迅猛,以微軟公司的Windows CE操作系統(tǒng)為例,基本上每2年推出一個(gè)新版本,2004年課程開設(shè)之初使用的Windows CE 4.2,2005年推出了Windows CE 5.0;明年將推出Windows CE 6.0,因此,要求我們教師要不斷跟蹤新技術(shù),更新教學(xué)內(nèi)容。
3.加強(qiáng)競(jìng)賽基地建設(shè)
由于我們?cè)谇皟赡甑膶W(xué)生嵌入式系統(tǒng)科技競(jìng)賽中取得了比較優(yōu)異的成績(jī),學(xué)校在今年的北京市政府專款建設(shè)項(xiàng)目中投資近60萬元,建立了“嵌入式系統(tǒng)科技競(jìng)賽訓(xùn)練基地”。通過搭建一個(gè)學(xué)生參加科技競(jìng)賽、訓(xùn)練的基礎(chǔ)平臺(tái),形成一個(gè)傳、幫、帶的梯隊(duì)、達(dá)到“以點(diǎn)帶面”的良性循環(huán)效果,增加學(xué)生學(xué)習(xí)理論課程的興趣,加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),力爭(zhēng)在國(guó)內(nèi)、國(guó)際比賽中再創(chuàng)佳績(jī),培養(yǎng)出社會(huì)急需的計(jì)算機(jī)“應(yīng)用型”人才。
摘要:本文介紹了北京航空航天大學(xué)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,以及項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的管理過程和方法。
關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);項(xiàng)目實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革
中國(guó)分類號(hào):G642
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1課程內(nèi)容簡(jiǎn)介
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng),并且學(xué)科發(fā)展迅速,這些特點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng),因而學(xué)習(xí)難度較大,難以形成一個(gè)簡(jiǎn)單明確的知識(shí)體系。為了解決這一問題,我們本著“面向市場(chǎng)需求、定位人才培養(yǎng)”的原則,在課件設(shè)計(jì)上采取統(tǒng)一的知識(shí)體系結(jié)構(gòu),即涵蓋“基礎(chǔ)知識(shí)+基本技能+項(xiàng)目實(shí)踐+技術(shù)講座”四大模塊,突出注重工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn),學(xué)生應(yīng)熟悉一種典型的微處理器體系結(jié)構(gòu),掌握一套主流的開發(fā)工具和一種嵌入式操作系統(tǒng),熟練使用一門開發(fā)語言,從而使得學(xué)生具備嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)設(shè)計(jì)的基本能力。
本課程設(shè)計(jì)為:本科48學(xué)時(shí)(理論24學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時(shí)),2學(xué)分;研究生54學(xué)時(shí)(理論課30學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時(shí)),3學(xué)分。為了配合該課程的教學(xué)需要,我們自主編寫了《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程》。
本課程是本碩一體化課程,如果優(yōu)秀本科生在本科學(xué)習(xí)期間完成了研究生的課程,則在研究生期間可以免修該課程。本科生的理論教學(xué)內(nèi)容包括:
嵌入式計(jì)算技術(shù)的基本概念
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和描述
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
嵌入式微處理器和嵌入式計(jì)算平臺(tái)
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
分布嵌入式系統(tǒng)(擴(kuò)展內(nèi)容)
專用接口和硬件加速器(擴(kuò)展內(nèi)容)
高可靠性嵌入式系統(tǒng)(擴(kuò)展內(nèi)容)
研究生的理論教學(xué)內(nèi)容包括:
嵌入式系統(tǒng)概述
嵌入式硬件基礎(chǔ)
ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)
ARM指令集
基于ARM的嵌入式I/O接口設(shè)計(jì)
嵌入式操作系統(tǒng)概述
嵌入式Linux內(nèi)核分析與移植
嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析
通過理論課的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程和方法,以及基于ARM9的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成、嵌入式Linux 和WinCE操作系統(tǒng)的開發(fā)原理,為下一步的實(shí)驗(yàn)課程打下基礎(chǔ)。
我院嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)依托北京航空航天大學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)中心的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室,該實(shí)驗(yàn)室得到了美國(guó)Intel、Microsoft、Altera、Mentor Graphics公司、英國(guó)ARM公司和芬蘭Nokia等公司的支持和贊助。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備先進(jìn),軟硬件功能齊全,實(shí)驗(yàn)理念和技術(shù)水平與國(guó)際接軌,為學(xué)生提供了一個(gè)綜合設(shè)計(jì)與開發(fā)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。
本科生的實(shí)驗(yàn)課包括基本實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?;緦?shí)驗(yàn)分別提供了Windows CE和Linux兩種操作系統(tǒng)下的4個(gè)實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí),由學(xué)生獨(dú)立提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。
本科生綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式系統(tǒng),鼓勵(lì)學(xué)生提出原創(chuàng)性的內(nèi)容,同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)提供以下備選方向:
虛擬儀器(Virtual Instrument)
POS機(jī)
游戲機(jī)(Game Machine)
ATM機(jī)
網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)
研究生課程實(shí)驗(yàn)課也分為兩個(gè)部分:專題實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。專題實(shí)驗(yàn)共有6次,每次4個(gè)學(xué)時(shí),共24個(gè)學(xué)時(shí),專題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:
實(shí)驗(yàn)一:熟悉教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其開發(fā)環(huán)境,編寫運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的ARM匯編程序
實(shí)驗(yàn)二:嵌入式Linux串口通信程序設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)三:嵌入式Linux內(nèi)核分析、裁減、移植和燒寫
實(shí)驗(yàn)四:嵌入式Linux圖形程序設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)五:觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)六:LED驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
在專題實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生自由組合為三人一組,每次實(shí)驗(yàn)又分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、修改性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。硬件平臺(tái)采用Intel公司提供的EIA嵌入式計(jì)算機(jī)開發(fā)平臺(tái)和北京博創(chuàng)公司提供的UP-NETARM2410S實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)可以單人完成,也可以分組合作完成,設(shè)計(jì)為20個(gè)學(xué)時(shí)。項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)被安排在開放實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以自由安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的題目由教師推薦和學(xué)生自選相結(jié)合。
在教學(xué)模式上,我們采用“責(zé)任教授+主講教師+實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)教師”的教師團(tuán)隊(duì),目前該團(tuán)隊(duì)的所有教師都有博士學(xué)位。教學(xué)方式采用“理論講授實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)動(dòng)手實(shí)踐”。在教學(xué)過程中“點(diǎn)面結(jié)合”,以某種平臺(tái)為重點(diǎn),兼顧其他系統(tǒng)的特征。授課老師既是主講老師,又是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師。采用“理論講授實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)動(dòng)手實(shí)踐”的教學(xué)方式。另外,學(xué)院還聘請(qǐng)了國(guó)內(nèi)外行業(yè)專家定期為學(xué)生介紹相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
2項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的管理過程
針對(duì)相應(yīng)的理論教學(xué)內(nèi)容,本課程給本科生和研究生設(shè)計(jì)了若干套專題實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。針對(duì)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生進(jìn)行“項(xiàng)目式”的實(shí)施管理,對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)指定環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一的檢查,確認(rèn)達(dá)到每個(gè)階段的鍛煉目的。在此過程中,并非所有實(shí)驗(yàn)小組都能取得實(shí)驗(yàn)資格,需要根據(jù)其對(duì)選定方向所做的調(diào)查和準(zhǔn)備工作情況來進(jìn)行評(píng)估,合格者方可獲得實(shí)驗(yàn)資格。為便于上述評(píng)估,實(shí)驗(yàn)小組應(yīng)按順序提供下列實(shí)驗(yàn)文檔,格式符合相應(yīng)軟件工程文檔的規(guī)范。
(1) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申請(qǐng)書(Project Proposal)
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申請(qǐng)書應(yīng)該是一份描述實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的報(bào)告,說明實(shí)驗(yàn)者選擇的實(shí)驗(yàn)方向,為何選擇該方向,感興趣的地方何在,可行性如何。該申請(qǐng)需要答辯通過由任課老師及助教組成的評(píng)審團(tuán)的審查。該報(bào)告中應(yīng)該包括如下組成部分:
實(shí)驗(yàn)動(dòng)機(jī)(Motivation for the project)
設(shè)計(jì)目標(biāo)(Description of what it does)
技術(shù)路線(Description of how you plan to do it in brief.)
需要的支持(Help needed)
概要步驟(Possible steps in brief.)
(2) 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃
在實(shí)驗(yàn)者上述的實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)獲得批準(zhǔn)后,應(yīng)該完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃書(Experiment/Project Plan)。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃書應(yīng)該包括:
項(xiàng)目需求(Requirements)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Architecture)
測(cè)試方案(Testing)
實(shí)驗(yàn)時(shí)間(Time estimates)
可能的檢查點(diǎn)(Checkpoint)
其中,檢查點(diǎn)是指實(shí)驗(yàn)中的階段性成果出現(xiàn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。
(3) 實(shí)驗(yàn)的仿真驗(yàn)證
因?yàn)椴⒉皇撬械膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容都可以并且需要真的完成目標(biāo)系統(tǒng)的真實(shí)功能,所以實(shí)驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的仿真驗(yàn)證,即通過在EIA平臺(tái)上以仿真系統(tǒng)的形式來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該仿真系統(tǒng)應(yīng)該包括與目標(biāo)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的軟件和硬件,能夠完成目標(biāo)系統(tǒng)的基本功能,并最終作為本實(shí)驗(yàn)的演示系統(tǒng)。
(4) 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(The Final Report)
完成實(shí)驗(yàn)后,實(shí)驗(yàn)者應(yīng)提供關(guān)于
實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(The Final Report),該報(bào)告同樣必須通過最終的答辯,獲得評(píng)審團(tuán)的評(píng)價(jià),以便結(jié)合實(shí)際演示給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。具體內(nèi)容應(yīng)該包括:
實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹(Environment)
準(zhǔn)備情況(Preparation)
設(shè)計(jì)流程(Design Process)
難度分析和評(píng)估(Difficulty)
實(shí)驗(yàn)結(jié)論(Conclusion)
經(jīng)驗(yàn)體會(huì)(Experience)
以2007年春季課程本科生第四次實(shí)驗(yàn)為例,共60名本科三年級(jí)學(xué)生參加并完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中分為12組,每組5人,實(shí)驗(yàn)設(shè)備除EIA一套外,每個(gè)實(shí)驗(yàn)者有獨(dú)立使用的聯(lián)網(wǎng)微機(jī)一臺(tái)。參加實(shí)驗(yàn)的同學(xué)分為12組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中11組在課程內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),完整提交了上述所有要求的文檔,符合每個(gè)檢查點(diǎn)的要求。另有一組參加同年度微軟嵌入式設(shè)計(jì)大賽,未能參加所有實(shí)驗(yàn),原擬給予通過的成績(jī),考慮實(shí)際情況,該小組在競(jìng)賽中入圍全球前32名,最終給予該小組優(yōu)秀成績(jī)。
4結(jié)束語
幾年來的教學(xué)實(shí)踐表明,新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)J綄?shí)現(xiàn)了教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合,理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的高度統(tǒng)一,改變了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu),培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力。問卷調(diào)查結(jié)果表明,對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,有90%的學(xué)生“十分滿意”;有86%的同學(xué)在以后的工作中從本課程中獲益。
另外,學(xué)生積極參加校內(nèi)外各種競(jìng)賽,屢創(chuàng)佳績(jī)。我院最近幾屆本科生和研究生在國(guó)內(nèi)外嵌入式相關(guān)比賽中先后獲得了全國(guó)大學(xué)生“課外科技競(jìng)賽挑戰(zhàn)杯”一等獎(jiǎng)、法國(guó)“全球智能卡設(shè)計(jì)大賽”第二名、法國(guó)“全球GSM和Java卡開發(fā)大賽”第一名、“諾基亞智能應(yīng)用移動(dòng)挑戰(zhàn)賽”金獎(jiǎng)等眾多獎(jiǎng)項(xiàng),這也從另外一個(gè)側(cè)面顯示了教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 柳翔. 嵌入式軟件工程人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J]. 研究生教育,2005,(5).
關(guān)鍵詞:高校教育;Linux操作系統(tǒng);課程教學(xué)
中圖分類號(hào):TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2011) 12-0000-01
Application Analysis Based on Linux Operating System Teaching Design
Sun Zhanhua
(Shenyang Ligong University,Shenyang100168,China)
Abstract:To train students in software development and design capability of embedded Linux system,and to achieve different levels of the students,experiment is divided into three categories:the elementary knowledge,basic skill sand integrated application on the basis of analyzing some key experiment contents.And the corresponding experimental content is given.The results prove that the experimentation has significance to the embedded system teaching.
Keywords:Universities education;Linux operating system;Course
teaching
嵌入式Linux的開發(fā)和研究是操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn),目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中,大約有一半使用的是Linux,而在ARM平臺(tái)上運(yùn)行嵌入式Linux則更是開發(fā)嵌入式設(shè)備的主流。然而,除了國(guó)內(nèi)外比較知名的高校外,大部分普通高校實(shí)驗(yàn)室的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)基本上是基于8位CPU的單片機(jī),這些系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)十分成熟且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多停留在單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),因此只能提供基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)而不能涵蓋基礎(chǔ)、綜合、提高創(chuàng)新3個(gè)層次,也不能培養(yǎng)出市場(chǎng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)需求的學(xué)生。
一、嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程分析
嵌入式Linux課程設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的滲透性,與其他專業(yè)課程相比,嵌入式Linux課程設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的特點(diǎn)。該課程對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)有較高的要求,課程具有交叉性,并且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和系統(tǒng)思考解決問題的能力要求較高。通過實(shí)驗(yàn),學(xué)生能夠掌握嵌入式Linux系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方面的基本概念和技能,嵌入式軟件設(shè)計(jì)的一般方法和流程,以及基本的實(shí)時(shí)控制方法、嵌入式網(wǎng)絡(luò)編程、嵌入式文件系統(tǒng)操作、I/O控制等知識(shí);通過綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和模擬,使學(xué)生能夠達(dá)到實(shí)際開發(fā)能力的目的。
二、嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程涉及操作系統(tǒng)分析和應(yīng)用軟件編程等知識(shí),學(xué)生需要能夠理解嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作原理、掌握基本的開發(fā)流程和開發(fā)工具的使用方法。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上既有簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)也有復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn),每部分的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了“分層次、分階段”的教學(xué)思想。本文將實(shí)驗(yàn)分為三部分:基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、基本技能性實(shí)驗(yàn)和綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分布在不同的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中,所起到的作用和性質(zhì)各有不同。
(一)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)
目的是讓學(xué)生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程;熟悉實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具,掌握實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具的操作方法及使用,熟悉軟件編程環(huán)境,為更進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。首先,嵌入式應(yīng)用程序交叉開發(fā)環(huán)境的建立。本實(shí)驗(yàn)介紹了一般的嵌入式開發(fā)流程,以及開發(fā)環(huán)境中的軟件和硬件的安裝與調(diào)試。目的是讓學(xué)生了解嵌入式交叉編譯的相關(guān)知識(shí),以及能夠搭建嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。其次,開發(fā)基本的嵌入式應(yīng)用程序?qū)嵗?。通過嵌入式應(yīng)用程序Make file與Hello world實(shí)驗(yàn),使學(xué)生熟悉Linux開發(fā)環(huán)境,了解基本的嵌入式開發(fā)的基本過程,以及Make file的基本內(nèi)容,掌握基本的程序設(shè)計(jì)方法與流程,建立起任務(wù)的概念,為后續(xù)的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。
(二)基本技能性實(shí)驗(yàn)
通過構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)以及內(nèi)核定制、系統(tǒng)引導(dǎo)、文件系統(tǒng)、接口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、圖形界面設(shè)計(jì)、以及通信應(yīng)用等實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語,體會(huì)嵌入式Linux系統(tǒng)的組成要素,提高操作的人性化水平、完成功能完善的應(yīng)用系統(tǒng)。目的是讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)特有的編程機(jī)制和提供的各種編程接口,使之具備基本的嵌入式程序開發(fā)技能。
嵌入式Linux內(nèi)核、引導(dǎo)系統(tǒng)和文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通過構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)以及內(nèi)核定制等實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語、體會(huì)嵌入式Linux系統(tǒng)的組成要素。目的是讓學(xué)生了解Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)、具有編譯Linux內(nèi)核的能力,以及了解一個(gè)操作系統(tǒng)的構(gòu)造。
(三)綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)
此階段實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谶\(yùn)用基礎(chǔ)技能部分所學(xué),進(jìn)行綜合應(yīng)用,獨(dú)立完成項(xiàng)目開發(fā)。由于是綜合實(shí)驗(yàn),因此在第二階段即給出題目,要求學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行構(gòu)思與準(zhǔn)備,最后連接代碼。大多數(shù)無線點(diǎn)菜系統(tǒng)都是一套基于掌上電腦和802.11b無線局域網(wǎng)技術(shù)的實(shí)用型系統(tǒng)。從功能上來說,嵌入式開發(fā)板端即客戶端,包括開臺(tái)點(diǎn)菜模塊和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊;PC機(jī)端即服務(wù)器端,包括菜單管理模塊、消費(fèi)結(jié)賬模塊和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊??蛻舳撕头?wù)器端的藍(lán)牙傳輸模塊都是通過后臺(tái)線程實(shí)現(xiàn)的,而其他模塊都是通過與Qt圖形界面的交互實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)點(diǎn)菜系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)為一個(gè)微微網(wǎng),服務(wù)器端位于該微微網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn),利用BTPROTORFCOMM協(xié)議與其他的點(diǎn)菜端進(jìn)行通信。
三、結(jié)語
嵌入式Linux系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,本文列出多個(gè)實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),構(gòu)成了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,目的是讓學(xué)生由淺入深,循序漸進(jìn)地去學(xué)習(xí)、了解和掌握嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)流程,對(duì)學(xué)生的嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)能力培養(yǎng)起到了積極作用。
參考文獻(xiàn):
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
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