宋莺

（湖北经济学院 信息管理学院，湖北 武汉 430205）

IT类嵌入式软件开发课程教学研究与实践

宋莺

（湖北经济学院 信息管理学院，湖北 武汉 430205）

为培养适应社会需求的IT类嵌入式软件人才，提出符合计算机专业特点的嵌入式软件技术方向人才培养目标。制定一套切实可行的课程体系和教学模式。同时分析了嵌入式实验教学的特点，设计多层次嵌入式实验内容，嵌入式实验环境的设计除重视硬件平台的选型外，应采用仿真软件完善实验、实践环境的方法提高实验效率。

软件类专业；嵌入式软件开发；教学研究；教学实践

1.引言

目前我国无论是普高和职高，计算机软件教育普遍以应用软件为主，学生更多接触的是.Net、Java之类应用层面的东西，使得软件业呈现出中低端人才过剩。随着科技的发展和社会需求的推动，信息技术进入到以嵌入式系统为代表的后PC时代，嵌入式系统的市场快速增长，嵌入式人才缺口达到了每年50万人左右[1]，而开设嵌入式软件专业的学校很少，并且学校不能向学生提供嵌入式系统知识体系和工程实践有机结合设计出来的、注重能力培养的课程体系。由此强调要以信息技术为手段，深化教学改革和人才培养模式改革，如何根据社会的实际需要，培养具有一定专业特色的和特定能力强的软件实用型、复合型人才是我们学院应首要解决的问题。因此必须深入探究嵌入式系统课程体系结构，寻求各专业嵌入式系统实践教学解决方案，积累教学实践经验，建立较规范的嵌入式系统教学体系，使嵌入式系统应用开发技术更好地融入到教学与科研活动中，以适应社会对嵌入式系统人才的需求[2]。

2.计算机专业嵌入系统方向的特点和培养目标

由于嵌入式系统涉及的内容广泛，与计算机硬件相关性很强，对计算机专业的学生来说在有限的时间内精通各方面的内容是相当困难的，我们必须夯实基础、突出重点。通过走访武汉软帝、软通动力等科技有限公司发现，公司中嵌入式系统方向的硬件和软件开发是分开进行的。目前，本院计算机专业普遍开设计算机软件课程及其实验和实践课程，已具备良好的软件技术基础。对于硬件设计人才，需要掌握较深厚的硬件基础及硬件接口方面的知识，对于计算机系的学生难度较大。因此，我们认为结合本院的实际情况，探索本院计算机应用技术专业嵌入式系统方向培养可以转入面向嵌入式系统定制和嵌入式应用软件开发工程师的人才培养。学生在熟悉硬件的基础上，以软件为发展重点，着重培养嵌入式系统中接口驱动程序、系统软件和应用软件的设计与开发能力。同时，适当增加一些硬件相关课程及其实践，加强硬件基础知识和动手实践能力培养，从而提高学生的综合应用能力和创新能力。在实践体系中以硬件和软件为基础，着重培养嵌入式系统中软件综合开发能力、实践动手能力和创新能力的培养。学生毕业后将掌握主流嵌入式系统硬件架构、嵌入式软件理论、嵌入式软件编程的方法和工具、基本具备本领域分析问题解决问题的能力、具备一定的工程实践能力、能够学以致用并能适合市场需要的嵌入式软件开发人才。

3.嵌入式软件开发课程教学体系探究

要达到上述的嵌入式软件开发人才培养目标，在课程设置上，应遵循发挥专业特长的原则，从企业的实际用人需求出发的原则，嵌入式方向课程与主干课程充分融合的原则。计算机应用技术专业在现有软件开发技术强优势的情况下，可从调整专业课程结构，整合一体化课程，增加嵌入式人才培养所需的专业基础课程和专业核心课程入手，进行课程体系的重构。该专业的课程设置一般包含以下课程：

（1）嵌入式微处理器结构与应用

在“微机原理与接口”这门课程内容上增加对ARM处理器工作原理、ARM的汇编指令系统和接口技术的内容。无论学生以后的方向是ARM+WinCE、ARM+LINUX、ARM+ VXWORKS中的哪一种，学习本课程都是非常重要的。

（2）嵌入式操作系统类课程

大多数嵌入式操作系统的实时性都很强，目前最重要的实时操作系统主要包括Vxworks操作系统、嵌入式Linux操作系统、Windows CE嵌入式操作系统。在现有的操作系统课程中增加嵌入式操作系统的内容。学生至少须掌握一个嵌入式操作系统。

（3）嵌入式软件设计与编程相关课程

本课程确定具体的专业应用方向，我们根据需要设置以“移动通信服务终端”为主攻方向，本院可以在“Windows CE与嵌入式应用软件开发”或“嵌入式Linux设计与开发”中选择一种。

（4）嵌入式开发的相关软硬件基础课程

“数字电路”、“计算机组成原理”、“汇编语言”、“C/C++”、“数据结构和算法”、“软件工程”等，这些都是软硬件开发的基础课程，是学习嵌入式软件和系统方向的基础。另外，针对具体的应用需求，还可以开设与该应用需求相关的一些课程。

（5）嵌入式开发综合课程设计该课程综合运用计算机基本理论及方法、嵌入式系统原理、嵌入式操作系统、特定开发工具等知识进行一个小型嵌入式软件的开发，通过让学生参与实际项目的分析与设计，提高学生综合运用知识分析问题的能力和决策能力，掌握如何进行资料查阅搜集以及如何与团队合作的技巧[3]。

这一体系教学层次分明、思路清晰，教学内容彼此呼应，教学团队责任明确，系列课程（实验）相互配套。由于嵌入式系统将多种学科交织在一起，所以在制订课程体系时充分考虑了各学科的知识点，形成嵌入式系统软件开发方向人才培养的独特体系，在计算机科学与技术专业中设置嵌入式系统软件开发方向是可行的，它符合社会发展的需要。

4.嵌入式系统教学实践

结合国家大学生创新性实验计划、大学生竞赛和科研实践来综合设计计算机专业嵌入式系统方向的实践体系。借鉴美国卡内基梅隆大学率先提出的“Learning by doing”的教学理念，这种教学理念旨在强化工程学科的学生全面的实践能力和工程素养。使学生“从做中学”，取得到了较好的教学效果[4]。

（1）实验内容设计

实验内容突出嵌入式系统的软件开发为重点，将实践划分为基础层、应用层和提高层3个层次。以一个实际应用系统开发流程为例，设计了下列实验项目内容（如表1）。

表1 ：实验项目

（2）实验环境设计

实验环境是实践的保障，实验环境中硬件及软件资源是关键。由于ARM芯片不仅价格上可以满足学校的要求，还可以得到厂商较好的技术支持，所以当前选择嵌入式实验教学硬件平台应以ARM微处理器为主，辅以其他芯片。同时选择一款合适的实验平台，除了看其所使用的微处理器外，重要的就是该平台所支持的功能模块多少以及它的可扩展性[5]。另外，仅仅依靠学校在教学硬件设备上的投资，很难完全满足多层次实践教学的要求。为此，我们一方面向学校申请增加设备投资，扩建和充实必需的实验设备，更新和扩充了计算机组成原理、微机接口技术、单片机原理及应用等实验室的实验设备。另一方面充分利用计算机仿真软件来实现嵌入式系统试验教学。我们已搭建了嵌入式应用软件开发的模拟实验环境，实现了部分硬件实验的软件化。可以满足嵌入式软件开发方向实验教学的需要，节省大量资金，提高实验效率。

（3）组织课外研发活动

学院为学习成绩较好且对嵌入式系统开发有浓厚兴趣的同学提供课外研发活动的条件，组成课外科技活动小组，学生由4~6人自发组成多个嵌入式系统开发小组，并指派教师在各个阶段给予指导和帮助；有相关课题的教师也将其中一些具备一定开发能力的同学纳入自己的开发团队。此外，鼓励学生积极参加大学生创新性实验项目、大学生竞赛中。

5.小结

在嵌入式软件开发教学中知识点覆盖面广，只有建立合理教学体系，精心设计实验教学环境，鼓励学生积极参加大学生创新性竞赛。这样就能调动学生的学习积极性，充分挖掘出这些同学的创造潜能。

（注：本文系湖北经济学院校级教学研究项目，项目编号：2011014；湖北省教育厅青年科研项目，项目编号：Q20121906；湖北省教育厅科研项目，项目编号：2011jytq044）

[1]盛鸿宇,魏志光.关于开展“嵌入式系统人才培养项目”的设想[J].实验室研究与探索，2005，24（5）：60-64.

[2]何剑锋，姜林，刘琳.软件类专业嵌入式系统教学探究与实践[J].计算机教育，2009，（18）：111-113.

[3]张光建，王勇，黄贤英.计算机专业嵌入式应用开发课程体系的研究与实践[J].重庆工学院学报（自然科学），2008，22（11）：169-172.

[4]何宗健.同济大学软件学院“嵌入式软件开发导论”课程介绍[J].计算机教育，2006，（8）：4-6.

[5]田浩.嵌入式实验教学体系研究[J].湖北经济学院学报（人文社科版），2011，8（11）：129-130.