新形势下嵌入式系统教学体系探讨

李志杰

(湖南理工学院计算机学院,岳阳414000)

引 言

随着信息技术进入以嵌入式系统为代表的后PC时代,越来越多的人已经深刻意识到32位嵌入式技术的重要性。作为未来生活中无所不在的嵌入式系统,其卓越的性能、超低的功耗、无与伦比的性价比,代表了当今主流电子应用技术的发展方向。

目前,我国已经逐步开始重视嵌入式系统的教学,大部分高校的计算机专业都开设了嵌入式系统课程。但是,仔细考察后不难发现,相当一部分学校开设的以32位嵌入式微处理器与嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统课程中,常常没有注意到本科层次嵌入式系统教学的特点:重在培养学生在该领域内的工程实践能力,即更倾向于培养嵌入式系统的应用型人才,而非科研型人才。因此,在课程的安排上,对嵌入式微处理器、嵌入式实时操作系统的原理花费的时间过多,而对嵌入式设计工具、嵌入式软件设计、规范的软/硬件协同设计与验证技术等更加贴近应用需求的内容花费篇幅较少。加之一般学校对嵌入式系统课程的安排时间有限(普遍为32～40个学时),就更加压缩了应用相关知识的讲授内容与时间。教学内容上的欠缺,直接影响了学生面对实际系统时的创新能力与二次开发能力,导致高校培养的学生大多难以适应社会需求。在这样的情况下,对现有教学体系进行适当的改革,就显得尤为必要。

1 建立符合应用需求的嵌入式教学体系

高校嵌入式人才培养方向应以市场需求为向导,以应用来推动嵌入式教学。通过市场的调研得知,大公司软硬件人才分工很明确。一个实际项目的软硬件开发人员比例可以到8:2,因为软件体现着创意,体现产品的附加值。目前大的厂商都有手机平台、PDA平台或汽车电子平台,企业期望高校培养的学生毕业后能够迅速从事嵌入式软件的开发与设计,能够很快开发出产品。反观现在的国内嵌入式系统教学,很大程度上不是由应用来推动的,似乎ARM加Linux就是嵌入式系统。不少地方普通高校嵌入式教学还陷在移植和底层接口模块的使用上,距离做出产品的要求还相去甚远。这是值得注意和警惕的现象。

通过对我国嵌入式软件人才实际需求状况调查和研究,我们建立了一套适合普通高校特点、符合学生毕业后实际应用和就业需求的嵌入式系统教学体系,如图1所示。该体系以培养学生能力为核心,以师资建设和实验室建设为两翼,通过项目化驱动的形式,统一课堂理论和实验教学,以及多种课后实践环节。

图1 嵌入式系统教学体系

2 突出教师的主导地位

在嵌入式系统教学中,有3个重要因素,分别是教师、教材和实验。教师是最重要的因素,因为嵌入式系统既有专业背景的要求,又有基础课程的特点。此外,嵌入式系统随着相关学科的发展而快速发展,具有较强的时效性和实践性。这对教师提出了更高的要求,首先教师既要对计算机、电子等学科具有深刻的认识和理解,又要对嵌入式的具体应用学科比较熟悉;其次,嵌入式系统的实践性要求教师要有相应的科研工作,没有相应的具体的开发经历,很难对嵌入式系统有深层次的理解。

目前相当多的高校,尤其是新开设嵌入式课程的院系都存在着师资严重缺乏的现象:课程建设过程比较匆忙,多数以青年教师为主;由于企业对嵌入式人才需求旺盛,愿意进入高校的嵌入式人才非常少;多数教师无项目经验,动手能力比较差;教师培训机会不多,且多数培训也是实验设备厂商的短期培训。

嵌入式技术产业是一个新兴的产业,技术的发展急需一支专业化很强的、庞大的技术队伍,与目前普通高校不容乐观的就业情况形成鲜明的对比。高校要想培养出高素质的嵌入式技术人才,满足这种需求,就必须拥有一支教学经验丰富、专业水平高的教师队伍。试想,即使教学楼再漂亮,实验设备再先进,没有高素质的教师来教,做实验时没有实验教师指导,也是很难培养出高素质的嵌入式技术人才的。因此,必须把嵌入式师资队伍建设放在首要地位。

高校进行嵌入式师资队伍建设,可以通过以下方式进行:

①大力发展嵌入式系统科研,想尽办法让嵌入式系统教师多申请嵌入式系统方面的课题;

②派教师去企业调研、考查、学习等,加强与企业的交流与合作;

③选派骨干教师到大公司参与实际项目,而不是进行短期培训;

④聘用相关行业、企业、科研单位的高级嵌入式技术人才担任兼职教师。

高校只有大力加强师资的培训及师资队伍建设工程,使现有教师的知识得到及时更新和提高,才能尽快解决师资力量严重不足的问题,为社会培养大量高素质嵌入式技术人才。

3 以项目统一实践教学各环节

嵌入式系统是实践性很强的课程,要上成理论课就失去了它的意义。但目前高校的嵌入式实践教学,无论是实验设备配置方面,还是实践教学组织方面,都存在很多的困难与问题。首先,很多学校资金相对短缺,而建立嵌入式实验室的费用又较高,实验设备不能满足教学的需要;其次,嵌入式系统一般比较复杂,很难像8051单片机系统那样让学生自己DIY一个最小硬件和软件系统,学生参与感不强,很难充分调动学生积极性;最重要的是,实践动手学时严重不足,仅仅8～12学时的实验很难让学生真正了解和熟悉嵌入式系统开发过程。

嵌入式教学要从单纯的知识传授转向对学生能力的培养,所以实践是很关键的环节。由于嵌入式课程连贯性强,对学生的基础和技能要求较高,在实践环节上应该采取循序渐进的方式,把实践环节分为基础知识及实验环境、基本技能训练、综合应用3个层次。整个实践环节项目化,用项目统一多种实践环节,教师以导师形式全程跟踪学生项目设计过程:在相应的课程设计过程中完成某些功能验证;在工程实训中完成部分功能设计;毕业设计时完成整个项目的原型设计、实现和测试工作。课程设计报告、毕业设计都需要按照项目设计说明书、项目测试说明书、设备使用说明书的格式进行撰写。用项目贯穿整个教学过程,有利于充分发挥学生的主体作用,激发学生的潜能,更加突出了学生创造能力和解决实际问题的能力,能够更好地适应社会应用需求。

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