本站原创【摘 要】为提高高校计算机专业嵌入式系统课程的教学效果,以适应社会对嵌入式人才的要求,在分析嵌入式系统体系结构的基础上,分析了高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出相应的解决方案.
【关 键 词】计算机专业；嵌入式；教学
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁减的计算机系统,通俗地讲,就是具有智能处理功能的电子产品.如今,嵌入式系统已经被广泛应用于工业控制、医疗仪器、智能仪表、通信设备等众多领域,可以说,嵌入式系统无处不在,人们的生活也离不开嵌入式系统.
如今,社会对掌握嵌入式技术的人才需求量较大,近几年高校中的自动化类、电子类以及计算机类专业均开设了嵌入式系统的相关课程,社会上也有一些培训机构开始开展嵌入式工程师的培训.然而,由于面向对象、培养目标以及基础知识的不同,高校中各专业以及培训机构培养出的嵌入式人才的能力也不尽不同.本文结合嵌入式系统的体系结构和高校计算机专业的课程结构,对高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法展开探讨,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出相应的解决方案.
1.嵌入式系统的体系结构
一个完整的嵌入式系统可以分为软件部分和硬件部分,因此,大体上讲,嵌入式工程师可以分为嵌入式软件工程师和嵌入式硬件工程师.但我们认为,一个合格的嵌入式工程师应该既要懂软件,又要懂硬件,软件和硬件之间是相辅相成的.
嵌入式软件包含应用程序开发、驱动程序开发、操作系统的移植和裁减三个主要方面.然而,并非所有的嵌入式系统都需要进行驱动程序的开发以及操作系统的移植和裁减,如果使用的单片机较为简单,或者开发的程序较为简单,那么就没有必要基于操作系统来进行应用程序的开发.但是,如果基于操作系统来开发应用程序,那么应用程序开发过程和普通的软件开发几乎没有区别.
嵌入式硬件主要包含PCB设计和原理图设计两个方面.在原理图设计阶段,工程师需要根据实际需求选择合适的芯片,设计相应的电路图；而PCB设计主要是指PCB的布局和布线.对于高频电路,在布线完成之后,还需要进行PCB电路图的电磁兼容仿真和分析,以保证生产出的产品能够正常工作.
由此可见,嵌入式系统开发涉及到的知识面较多,这对相应的从业人员提出了较高的要求,因此,要称为一名合格的嵌入式工程师必须对上述所有方面都有所了解,并精通其中若干个方面.
2.高校计算机专业的课程结构
如今,高校计算机专业的课程结构除公共课外,可以分专业基础课程,专业必修课程和专业选修课程.专业基础课程主要是指电子技术基础和计算机程序设计；专业必修课程主要包括计算机体系结构、操作系统、数据结构、软件工程、计算机网络和编译原理等；专业选修课包括信息安全、图像处理、网络程序开发、嵌入式系统等.
从课程结构上,我们不难发现,该专业学生在学习嵌入式系统时存在一定难度,主要体现在对电路、数电和模电三门课程的掌握不牢固上.要想学好嵌入式系统,首先必须学好上述三门课程.而事实上,通常计算机专业将上述三门课程合成一门课程来进行讲授,并且学时较短.学生经过一个学期的学习,只能对这三门课程有个大概的了解,并不能达到较为灵活应用的程度.
3.教学现状、教学内容和教学手段
在教学现状上,如今高校在讲授嵌入式系统时,往往是一个教师会面对几十个,甚至上百个学生.在人数较多时,授课质量会下降.事实上,社会培训机构在进行嵌入式系统培训时,往往会限制学生的数量.
在教学内容上,主要是以一些基本概念为主,如单片机结构,Linux嵌入式操作系统的原理和移植,Linux嵌入式驱动程序的开发,以及嵌入式软件的设计方法等.事实上,对于刚接触嵌入式系统的学生来说,讲授这些空洞的基本概念是没有任何意义的.根据学生的反映,由于他们没有任何嵌入式方面的基础知识,讲授上述内容使得他们陷入一种迷茫的状态,除了强迫性记住一些概念之外,其它什么都没有学到.
在教学方法上,主要是以教师讲课为主,学生处于被动地接受状态.学生接受了大量的概念,却没有办法真正理解这些概念.尽管学生也会做一些嵌入式系统的实验,但在进行实验时,学生往往是根据实验手册上的说明,按照实验步骤一步步进行下去,最终除了能看到一些实验结果外,几乎根本无法理解其中的原理.
4.解决方案
为此,我们认为,高校计算机专业嵌入式系统的教学内容和教学方法必须进行改革,具体体现在以下三个方面：
第一,改变教学内容,注重实际应用.在教学内容上,不应讲授空洞的基本概念,不应以复杂的单片机,如ARM为例进行讲授,不应讲授嵌入式操作系统的原理和移植操作,也不应讲授驱动程序开发,这些内容都不适合初学者.而应该以一个简单的单片机,如C51为例进行讲授.同时,在讲授C51时,应从一个应用者的角度,而不是一个设计者的角度来进行授课,这一点往往是一些教师没有注意到的问题.他们往往过于强调单片机的内部原理,而忽略了单片机的应用方法.
第二,应以教师教课为辅,学生动手为主的教学方法.由于嵌入式系统是一门实践性很强的课程,对于这类课程,过多的教学是无益的,往往会让学生对嵌入式失去兴趣.而如果能够让学生动手实验,学生则能够很直观地感受到嵌入式的魅力.
第三,在动手实践上,应以一个小型项目为主,基于开发板实验为辅的方法.事实上,基于开发板进行实验,学生往往只是简单地对他人的程序进行编译和下载,并观看开发板上的运行效果,并不能主动地研究其中的原理,也无法提高学生解决问题的能力.而如果让学生开发一个小型项目,如温度显示器等,那么学生不仅能够真正了解嵌入式系统的开发流程,解决开发过程中遇到的各种问题,而且能够获得开发成功后的成就感,增加学生对嵌入式系统的乐趣.
5.结语
本论文在分析嵌入式系统体系结构的基础上,分析了高校计算机专业嵌入式系统的教学现状、教学内容和教学方法,指出现有教学过程中存在的不足之处,并提出了相应的解决方案.该方案有利于提高高校计算机专业嵌入式系统课程的教学效果,以适应社会对嵌入式人才的要求.