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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(xué)課程改革及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)建設(shè)的方法，明確了嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)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(guó)家的發(fā)展形成了對(duì)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(xué)歷人才，也需要大量技能型、應(yīng)用型人才。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)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(guó)內(nèi)家電發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，在家電產(chǎn)品開發(fā)中使用嵌入式技術(shù)也越來(lái)越廣泛。同時(shí)隨著3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及手機(jī)智能化程度的提高，現(xiàn)在的手機(jī)不但功能越來(lái)越強(qiáng)，而通常在智能手機(jī)上都安裝了相應(yīng)的操作系統(tǒng)，可以在操作系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)手機(jī)軟件，并且還能通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)完成更多更強(qiáng)的功能，因此對(duì)嵌入式手機(jī)的軟件開發(fā)人員需求十分強(qiáng)烈。嵌入式手機(jī)編程開發(fā)平臺(tái)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(tái)，嵌入式手機(jī)屬嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)分支。目前國(guó)內(nèi)人才市場(chǎng)急需嵌入式系統(tǒng)、嵌入式手機(jī)軟件的專業(yè)技術(shù)人才，而且缺口有逐年加大的趨勢(shì)。
二、國(guó)內(nèi)嵌入式系統(tǒng)及手機(jī)軟件課程教學(xué)的現(xiàn)狀
目前許多高校都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的重要性，但國(guó)內(nèi)開設(shè)嵌入式課程的院校不多，開設(shè)嵌入式及手機(jī)軟件課程的高職院校更少，高職學(xué)校對(duì)嵌入式系統(tǒng)的課程還處在探索階段。
筆者認(rèn)為現(xiàn)階段我國(guó)嵌入式教學(xué)存在以下的問(wèn)題：一是定位不明確。從分析收集到的資料看，當(dāng)前許多高校都已經(jīng)認(rèn)識(shí)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(méi)有體現(xiàn)出高職的課程特點(diǎn)，而嵌入手機(jī)軟件類課程很多高校都還未開設(shè)。二是教學(xué)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(méi)有跟上，出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)深度不夠的現(xiàn)象。三是課程體系設(shè)置不合理。沒(méi)有根據(jù)不同專業(yè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置教學(xué)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(duì)高職教育特點(diǎn)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(tái)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有開設(shè)針對(duì)嵌入式平臺(tái)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(xué)改革
(一)課程設(shè)計(jì)理念和思路
通過(guò)調(diào)研，我們認(rèn)清對(duì)開設(shè)課程的需求，理清嵌入式系統(tǒng)和手機(jī)軟件的知識(shí)點(diǎn)，確定教學(xué)內(nèi)容，明確教學(xué)改革方向。密切跟蹤國(guó)內(nèi)外職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以工作任務(wù)為載體，結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)，以實(shí)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(zhǔn)則，合理刪除原有教學(xué)內(nèi)容中的落后技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)與實(shí)際工作崗位的要求相對(duì)接。根據(jù)職業(yè)能力要求，按照工作過(guò)程的實(shí)際需要設(shè)計(jì)、組織和實(shí)施課程，盡早讓學(xué)生進(jìn)入工作實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)從學(xué)習(xí)者到工作者角色的轉(zhuǎn)換。
(二)課程教學(xué)的改革
秉承“實(shí)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(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的理論教學(xué)內(nèi)容，突出應(yīng)用主線。
1.在課程內(nèi)容上，嵌入式課程針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，調(diào)整授課內(nèi)容。針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，由于該類學(xué)生已學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)編程、操作系統(tǒng)原理及面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)等課程，對(duì)軟件開發(fā)及操作系統(tǒng)有了較深入的了解，而且社會(huì)對(duì)高職學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)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(diǎn)應(yīng)放在嵌入式軟件的開發(fā)上。一般高職計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都學(xué)過(guò)c語(yǔ)言和c++，嵌入式軟件開發(fā)可以采用c或者c++；而對(duì)已學(xué)過(guò)Java軟件開發(fā)的學(xué)生，可以采用J2ME的開發(fā)。
針對(duì)電子信息類專業(yè)的學(xué)生，學(xué)過(guò)電子電路的很大一部分知識(shí)，而計(jì)算機(jī)程序軟件和操作系統(tǒng)所學(xué)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(xué)生學(xué)過(guò)單片機(jī)課程的條件，對(duì)LPC2000系列芯片先不移植操作系統(tǒng)，將LPC2000系列首先當(dāng)成高級(jí)單片機(jī)來(lái)使用，將學(xué)生原來(lái)課程中的單片機(jī)項(xiàng)目移植到LPC2000系列芯片中來(lái)，使學(xué)生對(duì)嵌入式知識(shí)的學(xué)習(xí)有更好的連貫性。同時(shí)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(xué)案例，講解嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和原理。同時(shí)將前面所做的把LPC2000系列當(dāng)高級(jí)單片機(jī)使用無(wú)操作系統(tǒng)的項(xiàng)目通過(guò)μCOS操作系統(tǒng)的任務(wù)來(lái)，使學(xué)生明白操作系統(tǒng)的特點(diǎn)并使后面的學(xué)習(xí)有繼承性。Windows CE課程體現(xiàn)為學(xué)生掌握在Windows CE操作系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)的能力。Windows CE操作系統(tǒng)應(yīng)用程序的開發(fā)語(yǔ)言選擇Visual Studio.NET的C#，能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。
2.在教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”一體的教學(xué)模式。基于高職生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，以典型案例引導(dǎo)、分析工作任務(wù)為主線，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐、邊提問(wèn)。
3.通過(guò)“企業(yè)引入、教師TT、專家進(jìn)�！钡榷喾N形式，完善“雙師結(jié)構(gòu)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。建立一套符合結(jié)合、頂崗教學(xué)規(guī)律的配套制度，創(chuàng)建新型體制平臺(tái)。
4.通過(guò)科研項(xiàng)目及競(jìng)賽提高教師與學(xué)生的嵌入式開發(fā)能力。課程組以科研項(xiàng)目的開展、產(chǎn)業(yè)化工作的推進(jìn)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(yīng)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(shí)踐教學(xué)。利用教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合促進(jìn)的新型模式，將科研優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為教學(xué)優(yōu)勢(shì)，在課程內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)置上不斷調(diào)整，力求帶給學(xué)生最新的知識(shí)與技能。課程內(nèi)容的時(shí)效性與先進(jìn)性非常強(qiáng)，能激發(fā)學(xué)生廣泛與深入的學(xué)習(xí)興趣，取得很好的教學(xué)效果。參與科研項(xiàng)目、科技競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)思維能力和實(shí)踐能力非常重要。
5.產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，校企聯(lián)合辦學(xué)。積極推動(dòng)科研成果的轉(zhuǎn)化，通過(guò)科研項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化工作密切聯(lián)系學(xué)校與企業(yè)。桂林理工大學(xué)南寧分校(以下簡(jiǎn)稱“學(xué)�！�)教師參與的2009年南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃市校合作專項(xiàng)——“中國(guó)一東盟多國(guó)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(dá)智能技術(shù)有限公司”合作共同開發(fā)生產(chǎn)的。
四、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的建設(shè)與改革
實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)置可以考慮建立嵌入式實(shí)驗(yàn)室。在購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，除考慮滿足嵌入式的實(shí)驗(yàn)需要外，在ARM實(shí)驗(yàn)箱的基礎(chǔ)上還可以增加CPRS、FPGA等擴(kuò)展模塊，為以后新增的移動(dòng)技術(shù)、EDA技術(shù)等課程開設(shè)無(wú)線通信、手機(jī)軟硬件開發(fā)、芯片電路設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)課程，提高購(gòu)買實(shí)驗(yàn)設(shè)備的費(fèi)效比。
為了讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)體會(huì)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)多樣性的特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)課程計(jì)劃要配置以下幾種類型的嵌入式目標(biāo)硬件平臺(tái)：嵌入式仿真(Pc平臺(tái))。Proteus是一種功能強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)(單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng))的仿真實(shí)驗(yàn)，這也是其他任何仿真軟件無(wú)力所及的。Proteus仿真主要用于LPC2000系列芯片的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)，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(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)要有一定的關(guān)聯(lián)性。
基于ARM9的嵌入式硬件平臺(tái)。ARM9的硬件平臺(tái)可以采用博創(chuàng)2410S實(shí)驗(yàn)箱。通過(guò)ARM9實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。ARM9的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有較高的性價(jià)比。ARM9既可完成ADS、IAR等無(wú)操作系統(tǒng)以及UCOS等深度嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，還能進(jìn)行完整操作系統(tǒng)的安裝、移植(如WinCE、Linux操作系統(tǒng))，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行系統(tǒng)的定制、內(nèi)核下載等操作系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，還可以開發(fā)運(yùn)行基于系統(tǒng)平臺(tái)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(jìn)一步完善。
(一)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展
可以考慮在嵌入式系統(tǒng)課程中增加嵌入式手機(jī)內(nèi)容。對(duì)于手機(jī)基本上可以分成兩種，即傳統(tǒng)手機(jī)和智能手機(jī)。智能手機(jī)除具有傳統(tǒng)手機(jī)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(kuò)充性和支持第三方的二次開發(fā)等。智能手機(jī)以其強(qiáng)大的功能和便捷的操作越來(lái)越得到人們的青睞，逐漸成為的一種潮流。手機(jī)操作系統(tǒng)當(dāng)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(jī)的iOS、google手機(jī)的安卓系統(tǒng)(Android)和Linux Mobile等。
在選擇程序講解的手機(jī)操作系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)對(duì)需求和嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性考慮，手機(jī)系統(tǒng)講解采用微軟的Windows Mobile和google手機(jī)的安卓系統(tǒng)。微軟的WindowsMobile手機(jī)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(yīng)用軟件的開發(fā)可以采用相同的應(yīng)用開發(fā)程序C#。而google手機(jī)的安卓系統(tǒng)在目前發(fā)展處于快速增長(zhǎng)的階段，其系統(tǒng)內(nèi)核是基于Linux系統(tǒng)的，而應(yīng)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(jìn)行軟件的開發(fā)。
手機(jī)軟件課程可以分為手機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)與手機(jī)軟件的開發(fā)兩部分。前者又包含以下幾個(gè)部分：一是手機(jī)操作系統(tǒng)的升級(jí)與更新，二是手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)置，三是手機(jī)與PC電腦的同步連接及手機(jī)數(shù)據(jù)備份等，四是手機(jī)常用軟件的下載及安裝。
(二)手機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)
由于智能手機(jī)更新很快，并且建設(shè)嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與手機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)投入高，根據(jù)手機(jī)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以利用虛擬機(jī)、虛擬設(shè)備的軟件平臺(tái)完成手機(jī)操作系統(tǒng)的教學(xué)，如通過(guò)安裝運(yùn)行Windows Mobile模擬器，完成WM手機(jī)通過(guò)ActiveSync與PC同步；通過(guò)Windows Mobile模擬器綁定網(wǎng)絡(luò)適配器完成WM手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置及相關(guān)上網(wǎng)軟件的安裝、運(yùn)行等實(shí)驗(yàn)。
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