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摘要：嵌入式技术应用是涉及多门专业基础类课程内容并具有较强应用针对性的课程,要求学生具有较强的多个学科的专业基础能力，对教师的工程实践能力要求也比较高，文章首先分析了嵌入式技术应用课程的特点，接着分析大多数高校和我校教学现状及存在的问题，在参考一些成功教学案例基础上，应依据本校特色，提出一些教学改革措施。
关键词：嵌入式；教学；课程
本文引用格式：胡应坤等.嵌入式技术应用教学改革研究[J].教育现代化，2019，6（83）：109-111.
嵌入式系统市场作为全球信息产业高速增长的热点之一，在家用电器、工业控制、智能仪器仪表、机电一体化以及航空航天等领域中都有广泛的应用。因此，各院校都将嵌入式系统课程作为电子信息，电气自动化、通信等专业学生的必修课程。嵌入式系统应用技术涉及到数字电子、模拟电子、计算机和通信等多学科的知识，实践性很强。嵌入式系统对于学生掌握专业技术知识，获得实用职业技能，增强就业竞争力具有十分重要的意义。因此不断地改进和完善嵌入式系统实践教学内容和方法，是培养学生实践和创新能力的重要途径。然而，在信息技术发达的国家，嵌入式系统技术和人才的培养都是一个新的问题，在我国更是如此。嵌入式系统的人才培养落后，造成现在大量的嵌入式系统开发人才的紧缺。为了适应社会和市场对嵌入式系统的人才需求，必须对嵌入式系统的学科方向建设和人才培养做深入的研究和努力的实践。
一目前嵌入式技术应用教学存在的问题
（一）嵌入式技术应用课程的特点
首相分析下嵌入式技术应用课程的特点：1.专业涉及面太广、综合性太强。嵌入式系统是一门“软硬兼施”、涉及多门专业基础类课程内容并具有较强应用针对性的课程，不仅要求学习者具有较好的计算机软、硬件基础知识，还要求其具有其他门类专业的常规知识(如通信，自动控制，传感器技术等)，被业界认为是一科入门门槛较高的学科；2.在此之前，学生在算法设计、应用层编程上接触较多，而嵌入式系统需要大量的理解底层硬件和外设的工作原理，以及内核和驱动的工作原理，涉及到复杂的C语言和操作系统的概念，学生一下子无法接受，甚至产生畏难情绪；3.嵌入式系统往往与应用相关，处理器、操作系统等种类繁多，熟悉这些内容，仅仅靠课内有限的学时是远远不够的，这无疑要求学生们拿出大量的课外时间加以自学，这对他们的自学能力提出了很高的要求，而自学能力的培养普遍没有得到足够的重视或训练；4.嵌入式系统内容较新，更新换代较快，如何解决理论与实践相结合，充分发挥学生的主观能动性，培养和训练学生的创新能力成为课程教学的瓶颈。传统教学中，嵌入式系统教学主要采取理论讲授，由于电子信息更新换代速度很快，学校老师讲授的内容与社会需求不吻合。
课题组通过走访多所高校，与众多高校的计算机、电子、自动化等相关专业的老师和教研室主任等做过深入交流，发现目前高校在嵌入式系统教学这块还存在以下问题，具体列举如下：
1.随着高校的扩招，包括重点大学在内的生源质量普遍下降。很多学生只愿学马上能用、容易上手的知识，这种现象在除重点大学之外的其他高校普遍存在。学生的学习兴趣和积极性亟待提高，没有这一点作为基础，任何教学改革都是无源之水，天方夜谭。2.由于涉及的知识面广，综合性强，这就对任课教师提出了更高的要求。针对IT相关专业是一个需要动手能力较强又更新较快的一个学科领域，大部分的老师都是从高校里毕业直接又走入高校任教，基本没有任何实际的项目开发经验，所以在指导学生实验方面难免有些力不从心。其次，很多IT专业的授课内容多年来几乎没发生过任何改变，连给学生布置的作业都未曾改变，这在飞速发展的信息时代，如何能跟上社会的需求。目前高校IT相关专业的老师，自己独立写代码超过5000行的，基本不会超过10%。那么学生所写代码超过5000行的，就更屈指可数了。一般的教师很难做到软、硬件都精通，很多老师都是在接受短期培训之后就给学生授课的，对相关基础缺乏全面足够的了解，实践经验有限。因此，目前学生实践活动普遍停留在应用程序开发的阶段上，底层内核移植、驱动程序的开发相对较少。3.现有的嵌入式实验教学平台所配的实验，几乎都配备了详细的实验指导书，虽然老师们准备实验讲义的工作量减轻了，但学生们按照实验指导书的步骤一步一步按部就班地重复实验内容，不仅无创新可言，实验本身的效果也大打折扣。4.有限的课内学时，无法满足实践教学，尤其是综合性、设计性实践的需要。由于管理体制的原因，很多院校的实验室并未完全开放，教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来，课内安排的实验更多的是为了配合课内理论教学的内容，一个实验一个模块，缺乏系统性，学生无法建立完整的系统概念。5.目前很多高校存在因人施教的现象，这里的人不是指学生而是老师，学校会根据老师课时的多少平均分配，并且让老师根据自己所掌握的知识面来设计所授课程。比如有个学校目前在开设嵌入式方向课程，安排的上课老师之前是研究自动控制方向的，所以该校所开设的嵌入式课程基本偏向自动控制技术方向，那么可想而知这种因人施教的方式不能达到专业学科目的。6.由于实验环境，好多高校老师反映说，学校里面因为经费的问题，经常都不批复买一些实验器件（一般几十元或者上百元的器件），但是却发现几乎每所理工类高校的实验室里都整齐摆放着数台实验箱（价格少则几千元多则上万元）。其实目前使用实验箱教学属于较奢侈的行为，完全可以用几百元的开发板代替，使用开发板不仅节省成本，更重要的是可灵活配置，根据自己的项目需求重新订制，更便于学习。
我校电子信息工程专业和电气自动化自从开设嵌入式系统课程以来，学生的嵌入式开发技能有很了很大提升，对他们的就业提供了很大帮助，学生参加了各种技能大赛和创新创业大赛也取得了良好的成绩，但是也与其他高校一样存在一些问题：
1.教材讲授的内容不符合过于宽泛，学生很难根据教材进行学习。目前选用的教材是《基于CORTEX-M3微控制器的实战教程》，虽然该教材选用的为目前流行的STM32系列的STM32F103ZET6，但是教材的编写过于宽泛，有些地方的知识点没有讲述清楚，且章节编排不合理，没有遵循从易到难的特点，学生使用起来很不方便，另外实例也不够，有些地方的原理也没说清楚。基于此，本课题研究小组正在编写适合电子信息工程专业学生的教材。2.学生基础知识过于薄弱嵌入式系统课程涉及到程序设计语言，如C语言和汇编语言；涉及到计算机组成原理、微机原理及接口技术、单片机原理等硬件方面的课程。针对电子信息专业的学生来说，只学过C语言和单片机原理，特别是C语言只是学了一点基础，嵌入式系统设计经常要用到如指针、结构体、联合体、枚举、多文件程序编写、头文件包含等都不懂，授课老师讲课起来很费劲。所以教师在讲授C语言课程时，不能只是讲授一些简单的基础知识，而要把指针、结构体、联合体、枚举、多文件程序编写、头文件包含等也要讲授。3.与工程实践结合紧密，实践性强。由于嵌入式应用的巨大市场和应用领域的广泛性，学习时只有强化实践、紧密结合产品开发过程所需要掌握的技术，才能培养出具有创新精神的高素质应用型人才。所以我们需要跟企业的合作，聘用企业有丰富经验的老师来学校上课，将企业的项目带入课堂。4.教师的实战经验不足，授课知识过时。嵌入式系统是这几年比较流行且迅速发展的专业，由于该课程的知识面广、实践性很强的特点，所以嵌入式工程师一般是在企业培养起来的，高校教师大部分只停留在51单片机的教学，对社会上流行的STM32芯片知识一无所知，如果没有企业工作经验的话，就算参加企业的培训也很吃力，根本不能胜任嵌入式系统教学，所以与企业联合教学能弥补学校教师的不足。
针对上述所存在问题，如何把学生培养成社会需要的人才，提升学生专业实践技能，这就是嵌入式实践教学急需要解决的问题。
二 教学改革措施
嵌入式系统设计教学改革应参考一些理工科重点大学的成功做法，但切记一定不能完全照搬，必须充分认识本校的特点，认真思考并选择属于自己的道路。本项目提出以下六方面的研究与实践。具体列举如下：
（一）教师队伍建设
嵌入式是最近几年才逐渐发展起来的新专业，教师的教学经验普遍不足，教师队伍建设十分关键。建议形成以专业负责人为核心，全员参与的教学队伍。由于实践辅导的强度非常大，一名教师往往也无法解决实践过程中，尤其是创新实践过程中涉及的所有内容，因此我们要探索一门课以一位老师为主导、由多位老师讲授或辅导的模式。协同指导，既能减轻教师的负担，又能提高辅导的效果。所有教师都要苦练内功，丰富自己的理论水平和实践经验，并真正投入到实践辅导的队伍中。
（二）管理体制改革
很多嵌入式大赛取得优异成绩的高校，都得益于三个方面，一是学生积极参与，二是教师主动投入，三是领导足够重视。竞赛的主体是学生，由于竞赛是自愿性质的，面对每年各种各样的嵌入式大赛，很多高校根本就没有学生报名。原因是多方面的，除学生的个人基础外，还在于引导不够、宣传不够、激励不够。北京交通大学的做法是如果要申请保送研究生，必须有这方面的竞赛经历甚至获奖。另外，很多高校考核教师主要看科研，指导学生实践活动要占用大量的时间，投入与回报不成正比，很多教师不愿投入精力，而仅靠个别教师指导是无法形成合力的。北京工业大学在这方面做得很好，不仅有八人的教师梯队，大部分教师都直接参与指导并有着丰富的实践经验，学校也十分重视，投入专款建竞赛训练基地。
（三）成立嵌入式技术应用学习兴趣小组
为了激励学生勇于创新、实践成才，吸引、鼓励学生级参加课外科活动，提倡学生科技创新、科技创业，以“知识改变命运、科技创造未来”为主题的活动。加强学生动手能力和提高广东省高职技能大赛的参赛水平。参加嵌入式和电子产品兴趣小组，是通过一些电子产品的设计、安装、调试和维修过程，运用所学的知识，进行理论联系实际，独立分析问题和解决实际问题的能力，掌握现代电子制造技术。通过对课外兴趣小组的开展，使学生适应社会对电子信息类人才不断增长的实践能力和分析问题以及解决问题的能力的要求。兴趣小组活动内容教学考虑到大多数学生的需求，应以实践锻炼为主线，以培养和激发学生的专业兴趣为目标，相应的穿插学习基本知识、基本理论、基本方法、基本技能。在教学过程中，指导教师提供指导电路设计和程序编写，指导教师相应的帮助学生由设计开始直到电路测试完成为止。
（四）课群建设，课程整合
我们发现，导致学生失去兴趣的另外一个原因是课程太多、压力太大。如我院近几年相继开设了嵌入式系统基础、嵌入式汇编语言、嵌入式操作系统、嵌入式软件设计、嵌入式软件测试、课程设计等课程，要通过考试，学生们必须完成相应任课教师布置的大量作业，学生们普遍感觉很累。如果通过一个大的Project，将嵌入式汇编、软件设计、软件测试等课程内容有机的整合起来，让学生得到系统级训练，作为内容的提升，可以让学生在嵌入式软件的优化、功耗的降低、可靠性设计等方面做些研究和实验，甚至可以延续为毕业设计题目。因此，必须以专业为基础，进行课群建设。
（五）教学方式改革
嵌入式系统实践性很强，且有一定难度。建议采取自顶向下(寻根究底)的教学模式，这也符合认识事物的规律。建议学生们最好有一点单片机的基础，初期用现成的学习板，尽量简单，后期可尝试自己设计，从硬件到软件完全自己做。不仅要进行软件的设计，而且还要进行硬件电路的设计和制作，以及软硬件系统的联合调试，使学生建立相关课程之间知识的有机联系。让学生熟悉需求分析、方案设计、原理图和PCB绘制、元器件采购、电路的焊接和调试、嵌入式软件开发等各个环节，使他们的工程实践能力得到真正提高。值得注意的是，项目必须尽可能接近真实世界，因为真实的项目有很多约束，而这正是嵌入式系统的特点。考虑到学生的基础参差不齐，必须分层次要求和考核。针对实验教材过于详细的问题，建议任课教师对实验重新进行逐一设计，制造一些问题，尽管工作量很大，但确实十分必要。要发挥教师指导、教练的作用，强调学生自学能力的培养和提高。教学中要讲思路、思维方式和方法，具体知识让学生自学，并记录遇到的问题，长时间无法解决的典型、普遍性的问题再在课堂上统一讲授。建立资源库，尤其是师生互动的教学资源，建立答疑库，逐渐积累丰富。好的作品建立音视频录像永久保存。这样第二年的项目可在此基础上再有所发挥。
（六）教材建设
每个学校都有自己的侧重点，基础也不一样，建议自编讲义，结合教学大纲更多地融于自己的研究内容，在讲授的过程中思路也会更加清晰，从而可以在教学中传授更多的经验而非简单的知识，条件成熟时还可以公开出版，很多高校都有类似的做法。
三结束语
通过项目的研究，预期建立一套完整的嵌入式技术应用的教学模式，包含符合高职院校的教学计划及实训安排。在项目完成后，可以根据学生的反馈评估教学实施效果。根据“以学生为中心”的专业改革调整思路，评估嵌入式技术应用教育教学改革的成效。最终建立一套完整的嵌入式技术应用的教学模式，充分发挥高职院校的特长。
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