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摘要：针对我校研究生嵌入式系统课程实践教学存在的问题，在校研究生教育教学改革项目的支持下，逐步开展了本课程的实践教学改革和探索。紧跟科学技术的发展，以学生的实际需求为导向，更新了实践课程所需的软硬件系统，开创了研究生和本科生共享的开放性实验室，同时运用多种实践教学手段和灵活的课程考核方式，增强了研究生同学对本课程学习的热情和主观能动性，也为他们开展与学位相关的课题研究打下基础。
关键词：研究生课程；实践教学改革；嵌入式系统
本文引用格式：赵国库.研究生《嵌入式系统》课程实践教学改革探索[J].教育现代化,2019,6(18):60-62.
一研究生嵌入式系统课程实践教学现状
嵌入式技术是当前极具发展前景的应用技术之一,已广泛应用于电子、通信、汽车、国防、航空航天、工业控制等领域。全国大部分高校开设了不同层次的嵌入式技术方面的课程[1]。例如在研究生层次方面，清华大学自动化系于2003年春为信息类专业的研究生开设了“嵌入式系统软/硬件综合设计”课程，在相关科研工作基础上，制作嵌入式系统实验平台，同时编写了相关教材和实验指导书[2]。2013年春季，北京航空航天大学研究生院在传统的嵌入式系统课程的基础上，首次开设以“航天领域实时安全嵌入式系统关键技术”为主题的课程。该课程通过“实践讲堂”的形式，以计算机学院在读研究生为对象，介绍嵌入式系统相关的开发技术[3]。基于ARM的嵌入式技术源于英国，发展于美国。国外嵌入式课程更注重学生嵌入式系统设计理论和技术方法的讲授，培养的学生更受企业的重视。如德克萨斯大学达拉斯分校的嵌入式课程教学非常注重实践教学，包括模型设计、整体功能描述、软硬件协同设计、系统级合成、系统测试等。课程实践从纯软件设计过渡到硬、软件结合设计，特别强调创新的重要性，注重基本训练与创新能力的培养[4]。
2006年大连海事大学控制理论与控制工程学科开设了“嵌入式系统”研究生课程，总结10余年教学过程，发现在嵌入式系统课程实践教学方面主要存在以下问题：
第一，实验教学学时不足。主观因素方面，我校研究生课程，一般不对理论课时和实验课时严格区分，师生普遍不重视实验环节。客观因素方面，研究生课程经过上一轮调整后，嵌入式系统由40学时减少到36学时，这样，实验教学学时又被压缩，目前的实验学时为8学时。对于《嵌入式系统》这样一门培养和提高学生实践能力的课程而言，8学时的实验是远不能满足要求的。
第二，实验教学内容落后，且均属验证性实验。在近10年里，基于ARM的嵌入式技术已经从ARM7发展到ARM11，甚至更高版本。但是在很长一段时间内，嵌入式系统仍按照所谓“大单片机”方式讲解ARM7或ARM9芯片，采用高度集成化的实验箱[5]，开展简单（相对研究生而言）且互相独立的验证性实验，学生不需也很难进行系统设计，参照相关代码，即可完成实验。再加之实验设备陈旧、易坏、维修困难等，这都极大影响了实验教学效果。
第三，实验教学内容不能满足学生的需求。大部分研究生选课的目的是本课程对他们后续的课题研究或将来工作能有所帮助。但目前嵌入式系统课程的几个相互独立的实验，如控制发光二极管、矩阵键盘等，与他们开展课题研究所需要的通过嵌入式系统实现的界面设计、数据处理、控制算法等是脱节的，这也在很大程度上影响了学生的学习积极性。校嵌入式系统课程的实践教学效果，让研究生学到“真本事”，培养他们的工程应用和创新实践能力。
二 实践教学改革探索
（一）结合多种形式，确保足够的实践教学学时
针对实验教学学时不足的问题，在不改变现有总体学时（总学时36，实验教学学时8）和执行计划的情况下，在具有多媒体的专业实验室授课，在充分利用有限的实验教学学时的基础上，增加不少于8学时的课堂演示实验和学生仿真实验，这样一方面增加了实验教学的总体学时，同时通过当堂演示和动手仿真，使理论教学和实验教学紧密衔接，既便于学生当堂见证所学知识在实践中的效果，提高学习兴趣，也能提高学生当堂吸收知识、增强实践操作的能力，这也为学生完成原计划的8学时实验打下理论和实践基础；同时通过整合嵌入式系统实验资源，建立了研究生和本科生共享的开放性实验室，学有余力的同学在课余时间开展基于嵌入式系统的综合性实验，这部分实验学时弹性较大，因人而异，有50%的研究生同学积极性较高，开展了多项综合实验（一项综合实验预定的学时为8），为完成其学位论文涉及的相关研究打下一定的基础。
（二）更新软件硬件，确保先进的实践教学内容
嵌入式技术的发展非常迅速，而所讲授教学内容被远远的甩在后边。最初国内各大高校所采用的嵌入式系统硬件主要是ARM7，相应的软件上有些无操作系统（按照“大单片机”方式讲解）或μC/OS-II[6]。在随后的十几年里，嵌入式系统迅猛发展，仍以ARM为例，先后有ARM9、ARM10、ARM11，甚至更高版本。我校嵌入式系统教学起步相对较晚，在2010年选用ARM9核心的S3C2410实验箱，开展研究生嵌入式系统实验教学活动。这种采用高度集成化的实验箱，只能开展简单且互相独立的验证性实验，学生不需也很难进行系统设计，参照相关代码，即可完成实验，不利于研究生建立系统的、直观的理论到实践的知识体系。再加之其易坏、且维修困难等，这都极大影响了实验教学效果。在最近两年里，我校更新了嵌入式系统，新硬件系统包括ARM11的S3C6410实验开发板，GPS、GPRS、摄像头等各种模块，软件系统包括LINUX和ANDROID两种。同时结合实际情况，编写了实验教学讲义。新的嵌入式系统跟上了技术发展的步伐，确保了实践教学的先进性，激发了研究生同学学习实践的兴趣。
（三）科学设置实验，确保满足学生的实际需求
由于研究生同学在本科阶段就具备一定的基础,而他们将来要开展的课题研究对实践能力又具有较高的要求。因此相对于本科实践教学，本课程改革后加深了实验教学的内容，更强调系统性和工程化。在更新后的嵌入式系统基础上，结合研究生同学的实际需求，科学合理设置实验内容。主要分为三部分，如表2所示。在课堂上增加4个演示实验，主要涉及基础知识，教师在讲解演示的基础上，同学当堂或课后开展相应的仿真实验，以此来加深学生对知识点的理解和掌握，同时也为加深实践教学深度打下基础；在课内实验部分，以嵌入式系统和研究生同学感兴趣或急需掌握的相关技术相结合设置实验内容，主要内容包括：嵌入式系统界面程序开发和常用设备驱动程序设计，同时结合数字信号处理、图像处理、数据通讯等内容，形成具有实用意义的相关技术。对于研究生同学而言,在课堂演示实验的基础上,开设这样的课内实验,任务量满足要求,并且也符合大部分学生的实际需求,实验效果显著提升；课外实验部分主要针对学有余力的同学开展的，这也得益于我们创立的本科生与研究生共享开放性实验室。在开放性实验室，学生组成团队，自选项目，采用分工合作的方式，在教师的指导下，利用嵌入式开发板，实现具有一定功能的系统。在此基础上鼓励研究生单独或者与本科生相结合参加相关科技实践活动，如嵌入式物联网竞赛，创新创业项目等，使学生在实践创新方面得到系统化的锻炼，提高学生在就业市场的竞争力。通过以上三部分的实践教学，让同学感受到理论→技术→实际工程应用的完整过程和每部分知识或技术的价值。
（四）改革考核方式，激发学生的实践热情
一般情况下，很多研究生课程不单独设置实验教学,也不单独进行实验考核。本课程改革前，与本科生考核一样，采用试卷考试的方式，形式单一，成绩也不能准确体现研究生的实践能力。为了激发和提高学生的实践热情，本课程改革了考核方式，采用师生共同确定项目，然后学生分组或单独完成，项目完成后提交研究报告，教师根据项目的完成情况和研究报告的撰写情况，综合评定最终成绩。另外研究生也可以根据自己导师的意见开展本课程相关的项目研究，最终由任课教师结合学生导师的意见给出最终成绩。鼓励研究生单独或者与本科生结合参加各类竞赛或科技创新活动，根据参赛情况给出课程最终成绩。这样，一方面增强了研究生同学对本课程学习的热情和主观能动性，另一方面也为他们未来与学位相关的课题研究打下基础，而且通过参加竞赛可以获得具有一定公信力的实践能力的评价，也在一定程度上增强学生未来就业竞争力。
三 实践教学改革取得的初步效果
在我校研究生教育教学改革项目的支持下，研究生《嵌入式系统》课程逐步开展了实践教学改革和探索，紧跟科学技术的发展，以学生的实际需求为导向，更新了实践课程所需的软硬件系统，开创了研究生和本科生共享的开放性实验室，通过多种手段增加了实践教学学时，并通过改革考核方式，有效提高了研究生同学在嵌入式技术方面的实践创新能力，同时研究生和本科生结合参加各类竞赛和科技创新活动，取得了很好成绩。
参考文献
[1]毕盛，董敏，冼进，等.结合机器人技术的嵌入式实践教学[J].实验室研究与探索,2017(9):167-169，224.
[2]慕春棣.清华大学研究生嵌入式系统课程教学——嵌入式系统软/硬件综合设计[J].计算机教育,2004(9):65-67.
[3]李莹，张炯，王蕴红.基于校企合作的“研究生实践讲堂嵌入式系统”课程[J].计算机教育,2013(12):46-19.
[4]陈德富，何通能，张洪伟.学术兴趣驱动的嵌入式系统教学[J].电气电子教学学报,2016(2):93-94，114.
[5]陈晨，邱春玲，李肃义，等.面向卓越工程师培养目标的嵌入式系统课程实践教学改革[J].教育现代化,2018(1):121-122，139.
[6]朱敏杰，潘张鑫，罗珩.电子信息工程专业“嵌入式系统”实践教学探索[J].电气电子教学学报,2012(2):67-69.
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