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關(guān)于高職院校嵌入式系統課程的改革探索
[論文摘要]文章研究了在高職高專(zhuān)中開(kāi)設嵌入式系統課程的必要性及可行性，提出了高職高專(zhuān)開(kāi)設嵌入式系統課程的教學(xué)課程改革及實(shí)驗實(shí)訓建設的方法，明確了嵌入式系統課程進(jìn)一步改革的思想。
[論文關(guān)鍵詞]高職院校 嵌入式系統 課程改革
一、專(zhuān)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(xué)歷人才，也需要大量技能型、應用型人才。隨著(zhù)國內經(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家電發(fā)展的一個(gè)趨勢，在家電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中使用嵌入式技術(shù)也越來(lái)越廣泛。同時(shí)隨著(zhù)3G網(wǎng)絡(luò )的建設及手機智能化程度的提高，現在的手機不但功能越來(lái)越強，而通常在智能手機上都安裝了相應的操作系統，可以在操作系統平臺上開(kāi)發(fā)手機軟件，并且還能通過(guò)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(kāi)發(fā)人員需求十分強烈。嵌入式手機編程開(kāi)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、操作系統等理論的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺，嵌入式手機屬嵌入式系統的一個(gè)分支。目前國內人才市場(chǎng)急需嵌入式系統、嵌入式手機軟件的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，而且缺口有逐年加大的趨勢。
二、國內嵌入式系統及手機軟件課程教學(xué)的現狀
目前許多高校都已經(jīng)認識到開(kāi)設嵌入式系統課程的重要性，但國內開(kāi)設嵌入式課程的院校不多，開(kāi)設嵌入式及手機軟件課程的高職院校更少，高職學(xué)校對嵌入式系統的課程還處在探索階段。
筆者認為現階段我國嵌入式教學(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，當前許多高校都已經(jīng)認識到開(kāi)設嵌入式系統的重要性，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)有體現出高職的課程特點(diǎn)，而嵌入手機軟件類(lèi)課程很多高校都還未開(kāi)設。二是教學(xué)更新不快。嵌入式系統技術(shù)更新快，而目前不少高校嵌入式課程講授的內容卻沒(méi)有跟上，出現教學(xué)內容陳舊、教學(xué)深度不夠的現象。三是課程體系設置不合理。沒(méi)有根據不同專(zhuān)業(yè)知識點(diǎn)設置教學(xué)內容。四是缺少系列教材。嵌入式技術(shù)往往和行業(yè)背景結合緊密，由于嵌入式系統技術(shù)更新較快，很難找到針對高職教育特點(diǎn)的系列教材。五是目前很多高校都設有軟件、網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)業(yè)，但大多是基于PC平臺和傳統網(wǎng)絡(luò )，沒(méi)有開(kāi)設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(zhuān)業(yè)課程。
三、嵌入式系統課程教學(xué)改革
(一)課程設計理念和思路
通過(guò)調研，我們認清對開(kāi)設課程的需求，理清嵌入式系統和手機軟件的知識點(diǎn)，確定教學(xué)內容，明確教學(xué)改革方向。密切跟蹤國內外職業(yè)標準，以工作任務(wù)為載體，結合地方經(jīng)濟，以實(shí)際工作崗位的技能要求重構課程內容。理論內容以“必需”和“夠用”為準則，合理刪除原有教學(xué)內容中的落后技術(shù)，使教學(xué)內容、教學(xué)目標與實(shí)際工作崗位的要求相對接。根據職業(yè)能力要求，按照工作過(guò)程的實(shí)際需要設計、組織和實(shí)施課程，盡早讓學(xué)生進(jìn)入工作實(shí)踐，實(shí)現從學(xué)習者到工作者角色的轉換。
(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)生認知特點(diǎn)的理論教學(xué)內容，突出應用主線(xiàn)。
1.在課程內容上，嵌入式課程針對不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，調整授課內容。針對計算機專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，由于該類(lèi)學(xué)生已學(xué)過(guò)計算機編程、操作系統原理及面向對象程序開(kāi)發(fā)等課程，對軟件開(kāi)發(fā)及操作系統有了較深入的了解，而且社會(huì )對高職學(xué)生在嵌入式系統的應用程序的開(kāi)發(fā)有較大需求，因此嵌入式課程內容的重點(diǎn)應放在嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)上。一般高職計算機專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都學(xué)過(guò)c語(yǔ)言和c++，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)可以采用c或者c++；而對已學(xué)過(guò)Java軟件開(kāi)發(fā)的學(xué)生，可以采用J2ME的開(kāi)發(fā)。
針對電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，學(xué)過(guò)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所學(xué)的內容較少，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(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)過(guò)單片機課程的條件，對LPC2000系列芯片先不移植操作系統，將LPC2000系列首先當成高級單片機來(lái)使用，將學(xué)生原來(lái)課程中的單片機項目移植到LPC2000系列芯片中來(lái)，使學(xué)生對嵌入式知識的學(xué)習有更好的連貫性。同時(shí)嵌入式系統不再講解嵌入式Linux，而是講解uCOS／II、WindowsCE嵌入式操作系統的軟件開(kāi)發(fā)。μCOS操作系統是開(kāi)源的，可以將μCOS／II的內核源碼作為教學(xué)案例，講解嵌入式操作系統內核的實(shí)現機制和原理。同時(shí)將前面所做的把LPC2000系列當高級單片機使用無(wú)操作系統的項目通過(guò)μCOS操作系統的任務(wù)來(lái)，使學(xué)生明白操作系統的特點(diǎn)并使后面的學(xué)習有繼承性。Windows CE課程體現為學(xué)生掌握在Windows CE操作系統應用程序開(kāi)發(fā)的能力。Windows CE操作系統應用程序的開(kāi)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)習的熱情。
2.在教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”一體的教學(xué)模式�；诟呗毶膶W(xué)習特點(diǎn)，以典型案例引導、分析工作任務(wù)為主線(xiàn)，重構課程教學(xué)內容，學(xué)生邊學(xué)習、邊實(shí)踐、邊提問(wèn)。
3.通過(guò)“企業(yè)引入、教師TT、專(zhuān)家進(jìn)�！钡榷喾N形式，完善“雙師結構”教學(xué)團隊建設。建立一套符合結合、頂崗教學(xué)規律的配套制度，創(chuàng )建新型體制平臺。
4.通過(guò)科研項目及競賽提高教師與學(xué)生的嵌入式開(kāi)發(fā)能力。課程組以科研項目的開(kāi)展、產(chǎn)業(yè)化工作的推進(jìn)為支撐，不斷跟蹤嵌入式系統尤其是基礎軟件領(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理論與實(shí)踐教學(xué)。利用教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)化相結合促進(jìn)的新型模式，將科研優(yōu)勢轉化為教學(xué)優(yōu)勢，在課程內容和實(shí)踐教學(xué)體系的設置上不斷調整，力求帶給學(xué)生最新的知識與技能。課程內容的時(shí)效性與先進(jìn)性非常強，能激發(fā)學(xué)生廣泛與深入的學(xué)習興趣，取得很好的教學(xué)效果。參與科研項目、科技競賽活動(dòng)對提高學(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)研結合，校企聯(lián)合辦學(xué)。積極推動(dòng)科研成果的轉化，通過(guò)科研項目的產(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(chēng)“學(xué)�！�)教師參與的2009年南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計劃市校合作專(zhuān)項——“中國一東盟多國互譯系統研制開(kāi)發(fā)”就是與南寧高新區企業(yè)“申能達智能技術(shù)有限公司”合作共同開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。
四、實(shí)驗、實(shí)訓的建設與改革
實(shí)驗實(shí)訓課程的設置可以考慮建立嵌入式實(shí)驗室。在購置實(shí)驗設備時(shí)，除考慮滿(mǎn)足嵌入式的實(shí)驗需要外，在A(yíng)RM實(shí)驗箱的基礎上還可以增加CPRS、FPGA等擴展模塊，為以后新增的移動(dòng)技術(shù)、EDA技術(shù)等課程開(kāi)設無(wú)線(xiàn)通信、手機軟硬件開(kāi)發(fā)、芯片電路設計等實(shí)驗課程，提高購買(mǎi)實(shí)驗設備的費效比。
為了讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗體會(huì )嵌入式系統硬件平臺多樣性的特點(diǎn)，嵌入式系統課程計劃要配置以下幾種類(lèi)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計自動(dòng)化軟件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(單片機應用系統、ARM應用系統)的仿真實(shí)驗，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)驗與實(shí)訓，可以分為不帶操作系統和帶UCOS操作系統兩大部分，并且兩部分的實(shí)驗與實(shí)訓要有一定的關(guān)聯(lián)性。
基于A(yíng)RM9的嵌入式硬件平臺。ARM9的硬件平臺可以采用博創(chuàng )2410S實(shí)驗箱。通過(guò)ARM9實(shí)驗箱完成WinCE的系統定制、內核下載等操作系統的相關(guān)實(shí)驗。ARM9的實(shí)驗平臺具有較高的性?xún)r(jià)比。ARM9既可完成ADS、IAR等無(wú)操作系統以及UCOS等深度嵌入式操作系統的實(shí)驗，還能進(jìn)行完整操作系統的安裝、移植(如WinCE、Linux操作系統)，實(shí)驗平臺可以進(jìn)行系統的定制、內核下載等操作系統的相關(guān)實(shí)驗，還可以開(kāi)發(fā)運行基于系統平臺上的軟件。
五、嵌入式系統課程繼續改革的思考
嵌入式系統課程建設取得了一定成效，但還有待進(jìn)一步完善。
(一)嵌入式系統課程教學(xué)內容的擴展
可以考慮在嵌入式系統課程中增加嵌入式手機內容。對于手機基本上可以分成兩種，即傳統手機和智能手機。智能手機除具有傳統手機的基本功能外，還具有開(kāi)放的操作系統、硬件和軟件的可擴充性和支持第三方的二次開(kāi)發(fā)等。智能手機以其強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。手機操作系統當前主要包括以下幾種系統：諾基亞的Symbian、微軟的Windows Mobile、蘋(píng)果手機的iOS、google手機的安卓系統(Android)和Linux Mobile等。
在選擇程序講解的手機操作系統時(shí)，通過(guò)對需求和嵌入式系統課程內容的關(guān)聯(lián)性考慮，手機系統講解采用微軟的Windows Mobile和google手機的安卓系統。微軟的WindowsMobile手機操作系統與嵌入式的Windows CE操作系統是基于相同的操作系統內核，應用軟件的開(kāi)發(fā)可以采用相同的應用開(kāi)發(fā)程序C#。而google手機的安卓系統在目前發(fā)展處于快速增長(cháng)的階段，其系統內核是基于Linux系統的，而應用軟件的開(kāi)發(fā)又是采用Java軟件，與嵌入式系統的J2ME一樣都可以采用Ja—va進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)。
手機軟件課程可以分為手機系統的維護與手機軟件的開(kāi)發(fā)兩部分。前者又包含以下幾個(gè)部分：一是手機操作系統的升級與更新，二是手機網(wǎng)絡(luò )的連接設置，三是手機與PC電腦的同步連接及手機數據備份等，四是手機常用軟件的下載及安裝。
(二)手機系統的實(shí)驗平臺建設
由于智能手機更新很快，并且建設嵌入式實(shí)驗平臺與手機實(shí)驗平臺投入高，根據手機操作系統的特點(diǎn)，可以利用虛擬機、虛擬設備的軟件平臺完成手機操作系統的教學(xué)，如通過(guò)安裝運行Windows Mobile模擬器，完成WM手機通過(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手機的網(wǎng)絡(luò )設置及相關(guān)上網(wǎng)軟件的安裝、運行等實(shí)驗。
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