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關(guān)于高職院校嵌入式系統(tǒng)課程的改革探索
[論文摘要]文章研究了在高職高專中開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的必要性及可行性，提出了高職高專開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的教學課程改革及實驗實訓建設(shè)的方法，明確了嵌入式系統(tǒng)課程進一步改革的思想。
[論文關(guān)鍵詞]高職院校 嵌入式系統(tǒng) 課程改革
一、專業(yè)人才需求及職業(yè)崗位分析
國家的發(fā)展形成了對信息工程人才的巨大需求。而電子信息產(chǎn)業(yè)需要的人才是多層次的，不僅需要本科、碩士等高學歷人才，也需要大量技能型、應用型人才。隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對家電產(chǎn)品的功能提出了更高的要求，家電智能化已成為國內(nèi)家電發(fā)展的一個趨勢，在家電產(chǎn)品開發(fā)中使用嵌入式技術(shù)也越來越廣泛。同時隨著3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及手機智能化程度的提高，現(xiàn)在的手機不但功能越來越強，而通常在智能手機上都安裝了相應的操作系統(tǒng)，可以在操作系統(tǒng)平臺上開發(fā)手機軟件，并且還能通過3G網(wǎng)絡(luò)完成更多更強的功能，因此對嵌入式手機的軟件開發(fā)人員需求十分強烈。嵌入式手機編程開發(fā)平臺是集合技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子技術(shù)、軟件工程、操作系統(tǒng)等理論的軟硬件開發(fā)平臺，嵌入式手機屬嵌入式系統(tǒng)的一個分支。目前國內(nèi)人才市場急需嵌入式系統(tǒng)、嵌入式手機軟件的專業(yè)技術(shù)人才，而且缺口有逐年加大的趨勢。
二、國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)及手機軟件課程教學的現(xiàn)狀
目前許多高校都已經(jīng)認識到開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的重要性，但國內(nèi)開設(shè)嵌入式課程的院校不多，開設(shè)嵌入式及手機軟件課程的高職院校更少，高職學校對嵌入式系統(tǒng)的課程還處在探索階段。
筆者認為現(xiàn)階段我國嵌入式教學存在以下的問題：一是定位不明確。從分析收集到的資料看，當前許多高校都已經(jīng)認識到開設(shè)嵌入式系統(tǒng)的重要性，但很多高職院校的嵌入式課程只是研究生、本科課程的縮減，沒有體現(xiàn)出高職的課程特點，而嵌入手機軟件類課程很多高校都還未開設(shè)。二是教學更新不快。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)更新快，而目前不少高校嵌入式課程講授的內(nèi)容卻沒有跟上，出現(xiàn)教學內(nèi)容陳舊、教學深度不夠的現(xiàn)象。三是課程體系設(shè)置不合理。沒有根據(jù)不同專業(yè)知識點設(shè)置教學內(nèi)容。四是缺少系列教材。嵌入式技術(shù)往往和行業(yè)背景結(jié)合緊密，由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)更新較快，很難找到針對高職教育特點的系列教材。五是目前很多高校都設(shè)有軟件、網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，但大多是基于PC平臺和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，沒有開設(shè)針對嵌入式平臺的軟件課程和基于3G網(wǎng)絡(luò)的軟件及網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程。
三、嵌入式系統(tǒng)課程教學改革
(一)課程設(shè)計理念和思路
通過調(diào)研，我們認清對開設(shè)課程的需求，理清嵌入式系統(tǒng)和手機軟件的知識點，確定教學內(nèi)容，明確教學改革方向。密切跟蹤國內(nèi)外職業(yè)標準，以工作任務為載體，結(jié)合地方經(jīng)濟，以實際工作崗位的技能要求重構(gòu)課程內(nèi)容。理論內(nèi)容以“必需”和“夠用”為準則，合理刪除原有教學內(nèi)容中的落后技術(shù)，使教學內(nèi)容、教學目標與實際工作崗位的要求相對接。根據(jù)職業(yè)能力要求，按照工作過程的實際需要設(shè)計、組織和實施課程，盡早讓學生進入工作實踐，實現(xiàn)從學習者到工作者角色的轉(zhuǎn)換。
(二)課程教學的改革
秉承“實用、夠用”的原則，下力氣組織適合崗位技能需求的、符合高職學生認知特點的理論教學內(nèi)容，突出應用主線。
1.在課程內(nèi)容上，嵌入式課程針對不同專業(yè)的學生，調(diào)整授課內(nèi)容。針對計算機專業(yè)的學生，由于該類學生已學過計算機編程、操作系統(tǒng)原理及面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)等課程，對軟件開發(fā)及操作系統(tǒng)有了較深入的了解，而且社會對高職學生在嵌入式系統(tǒng)的應用程序的開發(fā)有較大需求，因此嵌入式課程內(nèi)容的重點應放在嵌入式軟件的開發(fā)上。一般高職計算機專業(yè)的學生都學過c語言和c++，嵌入式軟件開發(fā)可以采用c或者c++；而對已學過Java軟件開發(fā)的學生，可以采用J2ME的開發(fā)。
針對電子信息類專業(yè)的學生，學過電子電路的很大一部分知識，而計算機程序軟件和操作系統(tǒng)所學的內(nèi)容較少，因此，嵌入式課程中首先講解ARM7中的LPC2000系列芯片，利用電子信息專業(yè)的學生學過單片機課程的條件，對LPC2000系列芯片先不移植操作系統(tǒng)，將LPC2000系列首先當成高級單片機來使用，將學生原來課程中的單片機項目移植到LPC2000系列芯片中來，使學生對嵌入式知識的學習有更好的連貫性。同時嵌入式系統(tǒng)不再講解嵌入式Linux，而是講解uCOS／II、WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)。μCOS操作系統(tǒng)是開源的，可以將μCOS／II的內(nèi)核源碼作為教學案例，講解嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的實現(xiàn)機制和原理。同時將前面所做的把LPC2000系列當高級單片機使用無操作系統(tǒng)的項目通過μCOS操作系統(tǒng)的任務來，使學生明白操作系統(tǒng)的特點并使后面的學習有繼承性。Windows CE課程體現(xiàn)為學生掌握在Windows CE操作系統(tǒng)應用程序開發(fā)的能力。Windows CE操作系統(tǒng)應用程序的開發(fā)語言選擇Visual Studio.NET的C#，能夠激發(fā)學生進一步學習的熱情。
2.在教學中采用“教、學、做”一體的教學模式�；诟呗毶膶W習特點，以典型案例引導、分析工作任務為主線，重構(gòu)課程教學內(nèi)容，學生邊學習、邊實踐、邊提問。
3.通過“企業(yè)引入、教師TT、專家進校”等多種形式，完善“雙師結(jié)構(gòu)”教學團隊建設(shè)。建立一套符合結(jié)合、頂崗教學規(guī)律的配套制度，創(chuàng)建新型體制平臺。
4.通過科研項目及競賽提高教師與學生的嵌入式開發(fā)能力。課程組以科研項目的開展、產(chǎn)業(yè)化工作的推進為支撐，不斷跟蹤嵌入式系統(tǒng)尤其是基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域的最新發(fā)展和應用情況，用科研、產(chǎn)業(yè)的成果豐富和完善嵌入式系統(tǒng)理論與實踐教學。利用教學、科研、產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合促進的新型模式，將科研優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為教學優(yōu)勢，在課程內(nèi)容和實踐教學體系的設(shè)置上不斷調(diào)整，力求帶給學生最新的知識與技能。課程內(nèi)容的時效性與先進性非常強，能激發(fā)學生廣泛與深入的學習興趣，取得很好的教學效果。參與科研項目、科技競賽活動對提高學生的創(chuàng)新能力、科學思維能力和實踐能力非常重要。
5.產(chǎn)學研結(jié)合，校企聯(lián)合辦學。積極推動科研成果的轉(zhuǎn)化，通過科研項目的產(chǎn)業(yè)化工作密切聯(lián)系學校與企業(yè)。桂林理工大學南寧分校(以下簡稱“學�！�)教師參與的2009年南寧市科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃市校合作專項——“中國一東盟多國互譯系統(tǒng)研制開發(fā)”就是與南寧高新區(qū)企業(yè)“申能達智能技術(shù)有限公司”合作共同開發(fā)生產(chǎn)的。
四、實驗、實訓的建設(shè)與改革
實驗實訓課程的設(shè)置可以考慮建立嵌入式實驗室。在購置實驗設(shè)備時，除考慮滿足嵌入式的實驗需要外，在ARM實驗箱的基礎(chǔ)上還可以增加CPRS、FPGA等擴展模塊，為以后新增的移動技術(shù)、EDA技術(shù)等課程開設(shè)無線通信、手機軟硬件開發(fā)、芯片電路設(shè)計等實驗課程，提高購買實驗設(shè)備的費效比。
為了讓學生通過實驗體會嵌入式系統(tǒng)硬件平臺多樣性的特點，嵌入式系統(tǒng)課程計劃要配置以下幾種類型的嵌入式目標硬件平臺：嵌入式仿真(Pc平臺)。Proteus是一種功能強大的電子設(shè)計自動化軟件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)(單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng))的仿真實驗，這也是其他任何仿真軟件無力所及的。Proteus仿真主要用于LPC2000系列芯片的實驗與實訓，可以分為不帶操作系統(tǒng)和帶UCOS操作系統(tǒng)兩大部分，并且兩部分的實驗與實訓要有一定的關(guān)聯(lián)性。
基于ARM9的嵌入式硬件平臺。ARM9的硬件平臺可以采用博創(chuàng)2410S實驗箱。通過ARM9實驗箱完成WinCE的系統(tǒng)定制、內(nèi)核下載等操作系統(tǒng)的相關(guān)實驗。ARM9的實驗平臺具有較高的性價比。ARM9既可完成ADS、IAR等無操作系統(tǒng)以及UCOS等深度嵌入式操作系統(tǒng)的實驗，還能進行完整操作系統(tǒng)的安裝、移植(如WinCE、Linux操作系統(tǒng))，實驗平臺可以進行系統(tǒng)的定制、內(nèi)核下載等操作系統(tǒng)的相關(guān)實驗，還可以開發(fā)運行基于系統(tǒng)平臺上的軟件。
五、嵌入式系統(tǒng)課程繼續(xù)改革的思考
嵌入式系統(tǒng)課程建設(shè)取得了一定成效，但還有待進一步完善。
(一)嵌入式系統(tǒng)課程教學內(nèi)容的擴展
可以考慮在嵌入式系統(tǒng)課程中增加嵌入式手機內(nèi)容。對于手機基本上可以分成兩種，即傳統(tǒng)手機和智能手機。智能手機除具有傳統(tǒng)手機的基本功能外，還具有開放的操作系統(tǒng)、硬件和軟件的可擴充性和支持第三方的二次開發(fā)等。智能手機以其強大的功能和便捷的操作越來越得到人們的青睞，逐漸成為的一種潮流。手機操作系統(tǒng)當前主要包括以下幾種系統(tǒng)：諾基亞的Symbian、微軟的Windows Mobile、蘋果手機的iOS、google手機的安卓系統(tǒng)(Android)和Linux Mobile等。
在選擇程序講解的手機操作系統(tǒng)時，通過對需求和嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性考慮，手機系統(tǒng)講解采用微軟的Windows Mobile和google手機的安卓系統(tǒng)。微軟的WindowsMobile手機操作系統(tǒng)與嵌入式的Windows CE操作系統(tǒng)是基于相同的操作系統(tǒng)內(nèi)核，應用軟件的開發(fā)可以采用相同的應用開發(fā)程序C#。而google手機的安卓系統(tǒng)在目前發(fā)展處于快速增長的階段，其系統(tǒng)內(nèi)核是基于Linux系統(tǒng)的，而應用軟件的開發(fā)又是采用Java軟件，與嵌入式系統(tǒng)的J2ME一樣都可以采用Ja—va進行軟件的開發(fā)。
手機軟件課程可以分為手機系統(tǒng)的維護與手機軟件的開發(fā)兩部分。前者又包含以下幾個部分：一是手機操作系統(tǒng)的升級與更新，二是手機網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)置，三是手機與PC電腦的同步連接及手機數(shù)據(jù)備份等，四是手機常用軟件的下載及安裝。
(二)手機系統(tǒng)的實驗平臺建設(shè)
由于智能手機更新很快，并且建設(shè)嵌入式實驗平臺與手機實驗平臺投入高，根據(jù)手機操作系統(tǒng)的特點，可以利用虛擬機、虛擬設(shè)備的軟件平臺完成手機操作系統(tǒng)的教學，如通過安裝運行Windows Mobile模擬器，完成WM手機通過ActiveSync與PC同步；通過Windows Mobile模擬器綁定網(wǎng)絡(luò)適配器完成WM手機的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置及相關(guān)上網(wǎng)軟件的安裝、運行等實驗。
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