王鹏举

【摘要】分析嵌入式方向课程教学过程中存在的各种问题，结合嵌入式方向课程目前的教学现状以及嵌入式方向课程的教学特点，以提高学生的动手能力以及分析问题、解决问题的能力为主要目标，提出“以芯为主、软硬结合”的嵌入式方向课程教学改革方法。对于提高嵌入式方向课程的教学质量以及提高嵌入式方向学生的学习积极性，都具有积极的意义。

【关键词】嵌入式方向课程 教学改革 模块化

【基金项目】湖南省教育厅科研项目（编号：15C0742）。

【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）01-0038-02

引言

嵌入式开发技术是目前发展最快、应用最广泛的技术之一。目前已经被广泛应用于网络通信、消费电子、医疗电子、工业控制和交通系统等社会生产和生活的各个领域中。因此，社会对嵌入式技术人才的需求日趋上升，嵌入式工程师成为职场上的紧缺人才。据统计，嵌入式人才缺口达到了每年50万人左右[1]。相比一般的职位，嵌入式技术岗位具有薪酬高、工作强度相对小、发展前景好等特点。尤其是国家战略发展方向《中国制造2025》以及《智能制造发展规划（2016～2020年）》等文件的发布与实施，嵌入式技术的发展以及嵌入式技术岗位的薪酬更是水涨船高，未来的市场应用和发展前景将非常广阔[2]。

1.目前嵌入式方向课程教学存在的问题

由于嵌入式是一门涉及计算机、电子技术、自动控制等领域的新兴技术，目前我国高校的嵌入式人才培养还比较薄弱和滞后，难以满足高速发展的行业对于嵌入式人才的需求[3]，主要体现在如下几个方面。

（1）嵌入式方向教学师资匮乏

教师是教学的主要执行者，教师的教学水平关系到嵌入式方向教学的最终效果。嵌入式教学难度大，对教师的要求高，需要授课教师不但具备一般的计算机系统的软硬件知识，而且要有实际的嵌入式系统项目开发经验，对授课教师的实际动手操作能力要求非常高。目前，在开设嵌入式方向教学的高校里，从事嵌入式教学的大部分老师是直接从教室到讲台，从学生直接转变为老师，基本没有任何实际的嵌入式项目开发经验[4]。这些老师给学生上课只会照本宣科，实训实验课更是只能做一些非常简单的基础实验，学生学习的积极性以及学生动手能力的提高，受到严重的阻碍。甚至有些讲授嵌入式课程的教师没有相应的专业背景，自身对嵌入式技术认识不清，这都会严重影响嵌入式方向课程教学的效果。

（2）嵌入式方向教学内容陈旧

现在许多高校的嵌入式方向教学内容是从单片机的教学内容直接引入进来的，仍停留在以MCS-51为代表的低档8位单片机为平台的教学水平上，仍然使用传统单片机教学体系和设备，缺乏创新性，致使学生动手能力较差。有些年龄偏大的高校老师在教授学生编程的时候，还在使用移植性很差的汇编指令，甚至是机器指令，而不是使用移植性较好的C语言等高级语言，这对学生的学习积极性以及以后的专业发展都产生非常大的影响。嵌入式方向的教材普遍比较少且陈旧，嵌入式技术往往和行业背景结合紧密，由于嵌入式技术日新月异，很难找到一套普遍适用的系列教材，有些院校还在使用5年前甚至10年前的教材，学生学完之后就发现已经过时了，这也给嵌入式方向教学带来负面影响。

此外，有些院校的嵌入式方向教学课程体系设置不合理，培养模式定位不准确，没有形成一套完整成熟的嵌入式方向教学体系，对嵌入式方向的教学也会产生不良的影响。许多高校的嵌入式方向课程和教学内容设置很随意，因人施教现象比较严重。如果嵌入式方向开设在计算机类的院系，就偏重于软件编程；如果嵌入式方向开设在电子类专业院系，就偏重于硬件电路设计；忽视整个嵌入式知识结构的完整性。

（3）嵌入式方向教学设备参差不齐

嵌入式技术是一门实践性很强的技术，对学校的教学设备和实验设备要求比较高。目前各个高校嵌入式方向教学的设备配置水平参差不齐。有些高校的设备仍以8/16位单片机为平台，且教学内容陈旧，验证性实验多，综合设计性实验少，缺乏创新性；有些学校的教学实验设备种类繁杂，微处理器类型繁多，既有ARM，也有Rambus、MIPS等。甚至有些高校为了節省办学成本，和一些芯片生产厂家联合，实验室只使用某个公司或厂家的设备，这使得教学重点无法把握，教学风格无法统一；还有些学校的嵌入式方向教学设备以实验箱为主，学生只能进行简单的验证。这种情况下，学生只能依葫芦画瓢，把实验箱的测试程序编译之后，直接烧写进实验箱，只能看到最终的结果，至于硬件原理是什么，软件程序如何编写的，原理又是什么，采用什么标准接口进行通信，一概不知，学生的发挥空间非常有限，无法培养学生的动手创新能力，与实际的嵌入式开发应用项目需求严重脱节，学生发展后劲不足。

2.嵌入式方向教学方法改革

针对以上嵌入式方向教学过程中存在的问题，本文提出了基于“以芯为主，软硬结合”的嵌入式方向课程教学改革方法。具体的思路是：首先选择一款性能较高、当前市场上应用最广泛的嵌入式处理器芯片，以该芯片为核心，即“以芯为主”，设计一款模块化的嵌入式处理器硬件实验平台。再次，以该平台为基础，编写、调试出实验平台各个分模块以及综合实验程序，实现嵌入式开发中的“软硬结合”的设计思想。最后，基于该实验平台进行嵌入式方向课程的教学方法改革，在嵌入式方向课程教学过程中，让学生以实验平台为设计目标，从学习、选择嵌入式处理器芯片开始，设计实验平台外围电路，绘制PCB板，焊接实验平台电路板，调试模块测试程序，调试综合功能程序，完成整个实验平台的开发过程，提高学生的动手能力以及分析问题、解决问题的能力。

2.1 模块化实验平台的硬件设计

根据嵌入式方向教学改革的思路，首先选择一款嵌入式处理器为“芯”，进行硬件实验平台设计。硬件平台设计由6个基本实验模块和4个提升实验模块组成。基本实验模块包括：嵌入式处理器最小系统电路设计、电源电路设计、JTAG下载仿真电路设计、USART串行通信接口下载电路设计、按键接口电路设计、A/D及D/A电路设计；提升实验模块包括：wifi模块接口电路设计、LCD显示屏接口电路设计、超声波测距模块设计、智能小车驱动电路接口设计，如图1所示。