序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇物聯(lián)網(wǎng)工程嵌入式培養(yǎng)，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)工程；卓越工程師；嵌入式系統(tǒng)；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將成為今后一項具有國家戰(zhàn)略意義的重要決策[1]，物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機，互聯(lián)網(wǎng)后又一個信息技術(shù)綜合應(yīng)用的代名詞，掀起信息產(chǎn)業(yè)第三浪潮，其重要性顯而易見，因此國家2011年在全國55所高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，該專業(yè)是國家戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)急需的且指定大力發(fā)展的電子信息類專業(yè)，未來有著很大的需求和發(fā)展空間。從2012年開始，我校實施了教育部制定的“卓越工程師教育培訓(xùn)計劃”，該計劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)[2]。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是我校特色專業(yè)之一，我校將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為“卓越計劃”重點培養(yǎng)專業(yè)之一，因此，結(jié)合“卓越計劃”的要求，深入進(jìn)行“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)改革勢在必行，以學(xué)生為中心，以開拓知識視野、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)實踐能力為目的，為國家提供大批動手能力強，滿足企業(yè)發(fā)展要求，適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需求的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

目前嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存與許多其它工科專業(yè)共存的問題[3]。比如，課時安排不合理，實驗課時較少；重傳統(tǒng)理論教學(xué)，輕實驗教學(xué)；實驗教學(xué)方式比較單一、實驗內(nèi)容陳舊，缺乏創(chuàng)新性，跟不上目前嵌入式發(fā)展水平；實驗教學(xué)缺少對非智力能力和綜合能力的訓(xùn)練；實驗室嵌入式系統(tǒng)實驗的設(shè)備過于陳舊，實驗室管理制度不完善；不能利用校外有效的合作資源進(jìn)行實驗教學(xué)內(nèi)容的拓展[4]；課程考核方式不完善，往往單純從理論考試成績和實驗結(jié)果評判，忽略實驗過程，上述種種問題，導(dǎo)致目前許多學(xué)生學(xué)完嵌入式系統(tǒng)課程之后，即使考到高分，依然不能獨自完成教學(xué)大綱要求之內(nèi)的相對簡單、容易實現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)項目的開發(fā)，學(xué)生完全處于紙上談兵階段，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生不符合卓越工程師的要求，更不符合企業(yè)和國家所需要的復(fù)合型工程技術(shù)人才的要求。

二、以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為原則的改革

1. 開展研究性學(xué)習(xí)

在理論教學(xué)中，改變傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)方法，老師不再只是對著現(xiàn)有的課本或者PPT直接講解嵌入式系統(tǒng)的理論知識，而是通過提出目前實際嵌入式系統(tǒng)研究和開發(fā)過程中遇到的問題，或者將已有嵌入式產(chǎn)品中存在的問題作為探究背景，通過設(shè)置讓學(xué)生和老師之間展開開放式討論和自由提問的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生積極參加到課堂活動中來，最后，將老師的點評總結(jié)作為課堂內(nèi)容的點睛環(huán)節(jié)，旨在將枯燥的基礎(chǔ)理論知識是如何運用到實際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中、以及如何解決實際問題的過程講解給學(xué)生。通過這種研究性的學(xué)習(xí)方式，給學(xué)生留下更加深刻的印象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的興趣，使學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)的理論知識的本質(zhì)有更加深刻的認(rèn)識，在以后的學(xué)習(xí)過程中將知識熟練運用到實踐開發(fā)項目中去。

2. 開放設(shè)計性實驗

去除以往實驗結(jié)果單一，過程機械化，沒有拓展性，缺乏綜合型和研究型的基礎(chǔ)驗證型實驗[5]。改用內(nèi)容比較新穎，又不太復(fù)雜的開放設(shè)計性實驗，比如，當(dāng)前智能手機和游戲開發(fā)是一個很流行的研究方向，智能手機中簡單游戲就是一個很好的嵌入式具體應(yīng)用的例子，所以我們可以選取一些相對簡單、開放性強、形式新穎、吸引力足的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的游戲案例來取代已經(jīng)沿用多年的實驗內(nèi)容，使實驗課的內(nèi)容真正做到來源于實際案例，又促進(jìn)實際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的功能。開放性設(shè)計實驗不僅豐富嵌入式系統(tǒng)的實驗內(nèi)容，而且使實驗本身更加有趣、貼近生活。更重要的是在進(jìn)行上述開放性設(shè)計實驗的過程中，學(xué)生可以親身體會到實踐是如何檢驗真理、理論與實踐之間如何相互促進(jìn)的道理，在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新、敢于探索、不怕困難的科研精神。

3. 以競促學(xué)

學(xué)科競賽是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的一種重要方式，競賽是對學(xué)生更高一層次的要求，是考察學(xué)生綜合能力的一個重要方法[6]。目前諸如博創(chuàng)杯嵌入式比賽，“ZLG杯”中國大學(xué)生ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計競賽，微軟嵌入式大賽，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等都是含金量較高的比賽，通過參加競賽可以發(fā)掘出嵌入式系統(tǒng)這門課程真正的魅力所在，解決嵌入式系統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)中缺乏挑戰(zhàn)與創(chuàng)新的不足，真正提升學(xué)生實際動手操作解決特定問題的能力，提高實踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量。在比賽過程中不僅對學(xué)生嵌入式系統(tǒng)及其它學(xué)科知識的拓展有所幫助，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊競爭和配合意識。

4. 嵌入式系統(tǒng)實習(xí)實訓(xùn)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為“卓越計劃”重點培養(yǎng)專業(yè)之一，對于實踐訓(xùn)練要求自然極高，改變以往實習(xí)完全以老師講解為主導(dǎo)，動手環(huán)節(jié)較少，完全違背實習(xí)實訓(xùn)方式，將學(xué)生帶到當(dāng)?shù)貙η度胧窖芯烤哂幸欢ㄒ?guī)模的企業(yè)公司參加實習(xí)培訓(xùn)，了解目前企業(yè)嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)流程和水平。同時將實習(xí)實訓(xùn)的主導(dǎo)權(quán)下放給學(xué)生，鍛煉學(xué)生實際動手操作能力，以一種學(xué)生為主，老師為輔的實訓(xùn)方式讓學(xué)生真正融入到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中來。

5. 改革考核方式， 體現(xiàn)綜合能力

事實證明“一張試卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出學(xué)生對于知識的掌握和運用情況。為了督促學(xué)生認(rèn)真做好嵌入式實驗，真正考核學(xué)生實驗動手和實驗觀察能力[7]。可將嵌入式系統(tǒng)課程成績分為： ①筆試?yán)碚摮煽儯擁椪?0%，主要考察嵌入式操作系統(tǒng)概述、微處理器與調(diào)試技術(shù)、ARM體系結(jié)構(gòu)和指令集、ARM開發(fā)工具和匯編程序設(shè)計、嵌入式存儲器和接口技術(shù)等； ②開放設(shè)計性實驗的成績，該項占40%，主要考察每次實驗課學(xué)生出勤次數(shù)，具體操作步驟，實驗結(jié)果完成情況以及實驗報告；③課外創(chuàng)新成績，該項占10%，主要考察學(xué)生參加各種嵌入式比賽、實戰(zhàn)項目開發(fā)和創(chuàng)新實驗實踐活動的獲獎情況；④學(xué)期末的實習(xí)實訓(xùn)成績，該項占10%，主要考察在實習(xí)實訓(xùn)階段指定項目開發(fā)的完成情況。

結(jié)語

工程師是未來世界的塑造者[8]。嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程，因此采用課內(nèi)外、校內(nèi)外相結(jié)合的實踐教學(xué)體系，以卓越工程師的基本要求為導(dǎo)向，使學(xué)生能熟悉掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，掌握一種開發(fā)工具，熟悉一種調(diào)試方法，使學(xué)生在學(xué)完嵌入式系統(tǒng)課程后，能真正掌握最基本的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，成為一名合格優(yōu)秀的卓越工程師。

參考文獻(xiàn)

[1] 2009年11月3日總理向首都科技界發(fā)表了題為《讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展》的講話.

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篇2

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；實踐教學(xué)；CDIO工程教育

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制、交通管理、智能家居、環(huán)境監(jiān)測、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通訊、安防等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。近年來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給嵌入式技術(shù)提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)所需設(shè)備將達(dá)1012數(shù)量級，其中絕大部分設(shè)備將由嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)。可見未來對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的需求非常大，因此，改革嵌入式系統(tǒng)課程使之適應(yīng)就業(yè)市場需要對于學(xué)生就業(yè)具有重要意義。文章針對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，根據(jù)應(yīng)用型本科嵌入式系統(tǒng)課程的特點，基于CDIO工程教育理念對嵌入式系統(tǒng)的實踐教學(xué)進(jìn)行改革，并開發(fā)相應(yīng)的實踐教學(xué)設(shè)備，以滿足培養(yǎng)嵌入式應(yīng)用、開發(fā)人才的需要。

1 嵌入式系統(tǒng)課程的特點與現(xiàn)狀

1.1 嵌入式系統(tǒng)課程的特點

1）實踐性。

嵌人式系統(tǒng)面向應(yīng)用進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計，這決定了嵌入式系統(tǒng)課程是理論與實踐緊密結(jié)合、偏重動手能力與實踐能力培養(yǎng)的特點。因此，實踐教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)課程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的關(guān)鍵，重理論而偏實驗的教學(xué)將是紙上談兵。

2）綜合性。

嵌入式系統(tǒng)是一門多學(xué)科交叉的課程，涉及數(shù)字電路、模擬電路、c語言程序設(shè)計、單片機原理、傳感器與檢測技術(shù)、信號與系統(tǒng)等多門前導(dǎo)課程，并通過應(yīng)用可關(guān)聯(lián)到機電、控制、網(wǎng)絡(luò)等專業(yè)相關(guān)的課程。因此嵌入式系統(tǒng)教學(xué)需與諸多課程相融合，以促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

3）發(fā)展性。

嵌入式技術(shù)的發(fā)展非常迅速，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需求也不斷變化，這要求嵌入式系統(tǒng)課程密切跟蹤嵌入式技術(shù)與應(yīng)用的新發(fā)展，及時更新教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)就業(yè)市場的需求變化。

1.2 嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

目前嵌入式系統(tǒng)課程在教學(xué)內(nèi)容上尚無統(tǒng)一規(guī)范，各高校的嵌入式系統(tǒng)課程或注重概念性、基礎(chǔ)性的入門教學(xué)，或側(cè)重ARM體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)，或偏重嵌入式操作系統(tǒng)，以Linux或uC/OS-Ⅱ的基本原理為主講內(nèi)容，這樣的內(nèi)容安排與嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心的特點難以相符。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)人才不僅要具有扎實的學(xué)科與專業(yè)基礎(chǔ)知識，更應(yīng)具備很強的技術(shù)與工程實踐能力，顯然以理論教學(xué)為主、實驗教學(xué)為輔的教學(xué)方式難以滿足這類人才的培養(yǎng)需要。

溫州大學(xué)是地方性本科院校，其人才培養(yǎng)目標(biāo)是為本地經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)，這就要求嵌入式系統(tǒng)課程需緊密結(jié)合地方特色，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。因此，我們將傳統(tǒng)的強調(diào)理論化、知識化的教學(xué)思路，轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驊?yīng)用，強調(diào)工程實踐訓(xùn)練，重視培養(yǎng)動手能力與實踐能力，為學(xué)生從事嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工作打下堅實基礎(chǔ)。

2 CDIO模式下的實踐教學(xué)改革

CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行，以產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運行到廢棄和再利用的全生命過程為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間具有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲取工程能力，符合工程人才培養(yǎng)的規(guī)律。針對嵌入式系統(tǒng)課程實踐性強的特點和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，我們在CDIO工程教育模式下從以下幾個方面出發(fā)，對嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)進(jìn)行改革。

1）培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力。

主動學(xué)習(xí)方法將重點放在讓學(xué)生致力于對問題的思考和解決。在課堂上我們運用項目驅(qū)動教學(xué)法，先給學(xué)生演示工程實踐案例的運行效果，然后組織學(xué)生討論系統(tǒng)的功能需求與實現(xiàn)系統(tǒng)所需的技術(shù)，最后將相關(guān)內(nèi)容分解進(jìn)行教學(xué)。通過教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，可以激發(fā)學(xué)生興趣，將以教師為主的“聽中學(xué)”消極學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的“做中學(xué)”主動學(xué)習(xí)模式。例如在講解嵌入式操作系統(tǒng)時，以物聯(lián)網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)的開發(fā)為目標(biāo)，通過對功能需求、系統(tǒng)組成的討論，逐步引導(dǎo)學(xué)生主動深入學(xué)習(xí)Bootloader、內(nèi)核與文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序、Socket網(wǎng)絡(luò)通訊、串口通訊、嵌入式Web服務(wù)器與CGI編程、QT圖形界面的知識點，最終實現(xiàn)系統(tǒng)。實驗分3個層次進(jìn)行，第1個層次，與Bootloader、內(nèi)核與文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成驗證性實驗，在理論課堂上邊授課邊驗證；第2個層次，與Socket網(wǎng)絡(luò)通訊、串口通訊、嵌入式Web服務(wù)器與CGI編程、QT圖形界面相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成綜合性實驗，在實驗課上由學(xué)生獨立完成，每個實驗都涉及驗證性實驗的內(nèi)容；第3個層次，要求學(xué)生綜合所有實驗內(nèi)容構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)嵌人式網(wǎng)關(guān)。學(xué)生在驗證性實驗、綜合實驗與實驗考核中逐步獲得成就感并建立自信心，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2）實施課內(nèi)外緊密結(jié)合的實踐教學(xué)模式。

嵌入式應(yīng)用開發(fā)人才應(yīng)具備較強的工程實踐能力，理論指導(dǎo)下分析與解決實際工程問題的能力以及運用工程技術(shù)參與工程項目開發(fā)與設(shè)計的能力。顯然傳統(tǒng)課堂“理論+實驗”的教學(xué)方式已不能滿足此類人才的培養(yǎng)要求，因此我們嘗試實施由多個課內(nèi)外環(huán)節(jié)構(gòu)成的實踐教學(xué)模式，以逐步培養(yǎng)學(xué)生的基本實踐技能、綜合實踐技能及應(yīng)用創(chuàng)新技能。其中理論與實驗教學(xué)面向全體學(xué)生，由工程實踐案例驅(qū)動，讓學(xué)生“做中學(xué)、學(xué)中做、邊學(xué)邊做”，培養(yǎng)基本實踐技能；課程設(shè)計以大型的綜合實踐項目鞏固學(xué)生的基本實踐技能，培養(yǎng)綜合實踐技能。如圖1所示。學(xué)生課題和開放性實驗項目面向?qū)η度胧较到y(tǒng)感興趣的學(xué)生，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力；學(xué)科競賽主要參加全國電子專業(yè)人才設(shè)計與技能大賽和飛思卡爾智能車競賽，鞏固學(xué)生的綜合實踐能力，培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新能力；企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計注重培養(yǎng)學(xué)生的自主開發(fā)能力與應(yīng)用創(chuàng)新能力。

3）建立工程實踐案例庫。

工程實踐案例庫是實施工程教育的基礎(chǔ)，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，工程實踐案例庫要不斷地更新與完善。案例庫建設(shè)以教師和學(xué)生為實施主體，一方面，教師通過自身的科研項目、對企業(yè)進(jìn)行的行業(yè)調(diào)研、掛職鍛煉及產(chǎn)學(xué)研過程。溝通跟蹤技術(shù)動態(tài)，并從中提煉工程實踐案例；另一方面，學(xué)生通過企業(yè)實習(xí)和就業(yè)后的反饋充實案例，不斷地對工程實踐案例庫進(jìn)行更新和完善，使教學(xué)能跟上嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的最新技術(shù)動態(tài)。目前我們已建成韻工程實踐案例主要有物聯(lián)網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)、溫度控制系統(tǒng)、散熱控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、家庭氣象站、三維固態(tài)電子羅盤、運動檢測系統(tǒng)、四旋翼無人飛行器等。在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)案例中，我們以武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司的JX2410 ARM9嵌入式實驗箱為硬件平臺，通過串口采集MicaZ無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點的信息，將網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的信息顯示在彩色液晶屏幕上，并構(gòu)建嵌入式Wcbserver，通過CGI動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)將采集的傳感器信息在網(wǎng)絡(luò)上。

4）加強與其他專業(yè)課程的結(jié)合。

在實際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)要與上位機或其他設(shè)備相結(jié)合構(gòu)成完整的產(chǎn)品，因此在工程實踐案例建設(shè)中我們要注重與其他專業(yè)課程的結(jié)合。例如在溫度控制系統(tǒng)案例中，強調(diào)與桌面應(yīng)用程序開發(fā)及數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程的結(jié)合，要求學(xué)生實現(xiàn)上位機的監(jiān)控軟件與過程數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中存儲及可視化查看；在家庭氣象站中，則要求實現(xiàn)Android智能手機與嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。

5）改進(jìn)考核方式。

對于強調(diào)實踐能力培養(yǎng)的課程，傳統(tǒng)的以考試為主的考核方式已不適用，我們采用以綜合設(shè)計作品為主的考核方式，以學(xué)生的課堂研討表現(xiàn)、綜合作品實物演示效果、作品設(shè)計報告、答辯表現(xiàn)為依據(jù)，通過綜合評判給出課程成績，使成績能合理反映學(xué)生的工程實踐能力、技術(shù)寫作能力、口頭表達(dá)及人際交流能力。

3 實踐教學(xué)設(shè)備開發(fā)

實踐教學(xué)設(shè)備主要采用、ARM技術(shù)的神州Ⅳ號STM32開發(fā)板，我們在此基礎(chǔ)上開發(fā)了配套模塊，以滿足工程實踐案例教學(xué)的需要。

1）加熱與散熱模塊。

該模塊由NTC熱敏電阻、大功率加熱電阻及帶轉(zhuǎn)速反饋的直流風(fēng)扇組成，可實現(xiàn)溫度測量、加熱控制、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測量與控制，涉及AD、定時器、PWM、ICP等基本知識點，主要用于溫度控制系統(tǒng)和散熱控制系統(tǒng)的案例教學(xué)。

2）環(huán)境傳感模塊。

該模塊由SHT11溫濕度傳感器、BMP085大氣壓力傳感器、夏普GP2Y1010AUOF灰塵傳感器、光敏電阻、雨量傳感器組成，可實現(xiàn)相應(yīng)環(huán)境參數(shù)的測量，涉及GPIO、12C、AD等基本知識點，主要用于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和家庭氣象站的案例教學(xué)。

3）運動檢測模塊。

該模塊由L3G4200D三軸數(shù)字陀螺儀、LSM303DLHC三軸加速度/地磁傳感器、uBloxNEO-6M GPS模塊組成，可實現(xiàn)角速度、加速度、地磁場、速度、位置及時間的測量，涉及SPI、12C、UART等知識點，主要用于三維固態(tài)電子羅盤和運動檢測系統(tǒng)的案例教學(xué)。

此外，作為終極挑戰(zhàn)，我們還開發(fā)了由STM32F103微控制器、ADISl6405慣性傳感器、Novatel OEMV GPS、SRF02聲納高度計、CC2500無線模塊及相應(yīng)機電模塊組成的四旋翼無人飛行器，用于學(xué)生科研課題的實施。作為教學(xué)平臺，該飛行器可有效綜合單片機、嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、自動控制原理、信號與系統(tǒng)、程序設(shè)計等多門課程，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)觀念與綜合能力的提升。如圖2所示。

篇3

關(guān)鍵詞：項目驅(qū)動；嵌入式系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)改革

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0101-02

隨著現(xiàn)代電子制造水平和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車電子、家電控制和消費類電子等產(chǎn)品的重要組成部分，由于其硬件部分體積小、價格便宜、集成度高，并且軟硬件都可以進(jìn)行“按需定制”可裁剪，嵌入式系統(tǒng)有著十分廣闊的發(fā)展前景。

同時嵌入式系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化系統(tǒng)控制技術(shù)的日益成熟，把傳感器得到的各種數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)的手段傳輸出去，使得世界的聯(lián)系從人與人的聯(lián)系，逐步轉(zhuǎn)變成物與人的聯(lián)系，物與物的聯(lián)系；使得現(xiàn)實世界與信息網(wǎng)絡(luò)更加的緊密結(jié)合。通過物聯(lián)網(wǎng)項目的開發(fā)，更好的促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)項目的載體的教學(xué)和改革工作。

1嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀

關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程中的課程定位、相關(guān)先導(dǎo)課程與基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)備、教學(xué)內(nèi)容（包括硬件平臺和軟件平臺）的選擇、實踐教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)組織等問題，在目前，仍然存在爭論和探索。本環(huán)節(jié)就以下幾個方面進(jìn)行分析：

1）嵌入式系統(tǒng)的課程定位

由于各個院校對于嵌入式系統(tǒng)的課程定位的不同，不同的院校對于本課程的應(yīng)用方向也不同。有的院校更加側(cè)重于底層硬件和系統(tǒng)文件的裁剪，偏向于基于單片機的應(yīng)用；有的院校更加側(cè)重于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，偏向于軟件開發(fā)與調(diào)試。

2）嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的先導(dǎo)課程

基于上述不同院校之間課程定位的不同，嵌入式系統(tǒng)課程的先導(dǎo)課程也有所不同，針對偏硬件設(shè)計方向的，硬件電路設(shè)計作為重點。針對偏軟件設(shè)計方向的，則是把程序設(shè)計語言作為重點。

3）嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的學(xué)時分配

不同院校的不同專業(yè)對于嵌入式系統(tǒng)課程的要求不同，有的專業(yè)是作為專業(yè)核心類課程，有的專業(yè)是作為專業(yè)通識類課程，有的專業(yè)是作為專業(yè)選修類課程。因此，對于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的學(xué)時，有著很大的不同。

4）嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的選擇

嵌入式系統(tǒng)課程由于對前期課程的要求較高，同時現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容中，理論偏多，各種概念和模型較難理解，學(xué)生動手去實踐相對較少，學(xué)生學(xué)習(xí)起來非常抽象和枯燥，無法形成自己的知識體系結(jié)構(gòu)，缺乏直觀性，因此學(xué)生學(xué)習(xí)積極性會隨著課程的深入，逐步降低。

同時嵌入式系統(tǒng)教學(xué)需結(jié)合教學(xué)平臺設(shè)備來進(jìn)行開展。在現(xiàn)有市場上，嵌入式系統(tǒng)教學(xué)平臺種類繁多，并且配套的軟件操作系統(tǒng)也有所不同，不同院校都根據(jù)自身的實際情況進(jìn)行相應(yīng)選擇。

2嵌入式系統(tǒng)教學(xué)組織

根據(jù)本學(xué)院“5-3-3”課程體系構(gòu)建的思想，再結(jié)合江蘇省蘇州市吳江區(qū)地方經(jīng)濟具體特點的基礎(chǔ)上，以近年來國際工程教育改革CDIO工程教育模式為思路，將構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作貫穿在整個課程體系之中，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在不同的行業(yè)、企業(yè)及應(yīng)用背景下，將物聯(lián)網(wǎng)的項目案例，和嵌入式系統(tǒng)的課程體系融會貫通，強調(diào)職業(yè)教育教學(xué)行動的過程屬性，將典型物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計案例引入到教學(xué)中并進(jìn)行重構(gòu)，編排模塊化課程教學(xué)內(nèi)容，組織教學(xué)過程。使得學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅能了解嵌入式系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計方法，同時能對嵌入式系統(tǒng)中的ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM指令系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)根據(jù)不同的需求進(jìn)行相應(yīng)的裁剪、交叉編譯開發(fā)和移植應(yīng)用，同時根據(jù)學(xué)生的實際情況進(jìn)行應(yīng)用程序和驅(qū)動程序開發(fā)，服務(wù)地方經(jīng)濟。

3傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)過程中通常以教師講授為主，以教材對應(yīng)章節(jié)和知識點作為講授單元，理論基礎(chǔ)和實踐環(huán)節(jié)分離，無法做到“理實一體化”。在有限的課程授課時間內(nèi)，設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容配套的實踐環(huán)節(jié)，通過課后實踐來強化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的能力比較有限。

嵌入式操作系統(tǒng)選擇非常多，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中常用的軟件中間件，比如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、嵌入式平臺下的根文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、媒體壓縮與解壓縮庫、各種加密算法與協(xié)議等，更是令人眼花繚亂。

同時，作為授課對象的學(xué)生，由于來自不同的專業(yè)方向，前導(dǎo)課程的基礎(chǔ)知識參差不齊。具體表現(xiàn)為：電子類專業(yè)方向的學(xué)生，軟件基礎(chǔ)較為薄弱，計算機類專業(yè)方向的學(xué)生，電路與硬件基礎(chǔ)弱。

4基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)

以職業(yè)崗位能力為主線的高職教育體系需要構(gòu)建項目化教學(xué)課程體系，同時在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，嵌入式系統(tǒng)的課程體系確實應(yīng)當(dāng)有所調(diào)整，以適應(yīng)時代的發(fā)展和社會的需求。

項目驅(qū)動教學(xué)的理念認(rèn)為：學(xué)生知識的積累和構(gòu)建，是在一定的條件下自主構(gòu)建而成的；學(xué)習(xí)是知識、技能與行為、態(tài)度與價值觀等方面的長進(jìn)。

同時，以企業(yè)中真實的生產(chǎn)、研發(fā)和具有實際應(yīng)用價值的案例作為教學(xué)內(nèi)容的選擇，要求學(xué)生能夠通過自身的特點，獲取相關(guān)的資訊，指定真實的計劃，通過自身的決策和實施，并且進(jìn)行檢查和互查來對項目進(jìn)行評價。

1）項目的具體構(gòu)建

將嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程知識點進(jìn)行碎片化和重組，以本院的校企合作單位物聯(lián)網(wǎng)智能家居企業(yè)真實案例為基礎(chǔ)，將整個教學(xué)過程以項目的形式開展教學(xué)，再將物聯(lián)網(wǎng)智能家居項目中分成相應(yīng)子項目，對相應(yīng)子項目再進(jìn)行具體的任務(wù)分解。在整個過程中，要求學(xué)生能夠以教學(xué)主體的身份參與進(jìn)來，對真實案例從總體上進(jìn)行把握，明確學(xué)習(xí)和構(gòu)建的內(nèi)容。

2）項目驅(qū)動教學(xué)組織形式

本院該課程在采用小班化教學(xué)的基礎(chǔ)上，對學(xué)生進(jìn)行項目分組，將4～5名學(xué)生分配到一個項目團(tuán)隊。在不同的項目中扮演企業(yè)開發(fā)過程中的不同角色，同時在不同的子項目中，學(xué)生的角色進(jìn)行輪轉(zhuǎn)或互換，使得學(xué)生在完成本課程的學(xué)習(xí)之后，能對項目開發(fā)的整個過程相對熟悉。

學(xué)生在不同的子項目中，可以對項目團(tuán)隊的不同角色進(jìn)行體驗，根據(jù)自身的實際情況，為更好的走上工作崗位，融入企業(yè)項目團(tuán)隊做準(zhǔn)備。

3）具體項目教學(xué)的實施

在每一個具體項目教學(xué)的實施過程中，以本院的2014級計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為例，該專業(yè)有40人，將學(xué)生以5個學(xué)生為項目小組進(jìn)行分組，共8個小組，根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和實際情況進(jìn)行項目任務(wù)書下發(fā)，將CDIO中的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）融入進(jìn)來。

以物聯(lián)網(wǎng)智能家居企業(yè)真實案例中的智能窗簾子項目為例，通過任務(wù)分解，如下圖所示，可以分為嵌入式Linux系統(tǒng)裁剪、直流電機控制、交叉編譯、驅(qū)動文件加載和嵌入式平臺下移植應(yīng)用等五個子任務(wù)，同時針對模塊化教學(xué)，進(jìn)行相應(yīng)學(xué)習(xí)情境設(shè)計和教學(xué)方案設(shè)計，整合現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，使得老師的教和學(xué)生的學(xué)都體現(xiàn)項目驅(qū)動模式下理實一體化的緊密結(jié)合。

首先要求每個項目小組的學(xué)生進(jìn)行項目分析，將構(gòu)思（Conceive）采用行動導(dǎo)向中資訊的形式展現(xiàn)出來，給出工作任務(wù)，提出任務(wù)要求，要求學(xué)生應(yīng)當(dāng)把前導(dǎo)課程以及已做過的項目中已掌握的知識點和即將開展的項目中需要的知識點進(jìn)行融合，使得學(xué)生溫故知新，同時也學(xué)會綜合運用新舊知識的技能；其次要通過實踐的方式，項目和任務(wù)必須能夠通過實踐來完成及驗證。

對于設(shè)計（Design）則要求學(xué)生在項目小組中指定相應(yīng)計劃，安排時間進(jìn)度。

而實現(xiàn)（Implement），要求各小組通過決策和實施的方式，分別提出完成該項目的設(shè)計方案說明書，每個小組推選1名同學(xué)上臺進(jìn)行本組實施方案的具體表述，授課教師與項目小組成員共同討論，進(jìn)行分析和優(yōu)化，最終確定相對合理、科學(xué)的最佳方案，并進(jìn)行下一步的實施。

運作（Operate），則是在之前所做工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目方案說明書，對于項目內(nèi)容對照完成。在項目完成之后，對照最初提出的工作任務(wù)要求，逐項檢查項目完成情況。如存在不符的情況，進(jìn)行分析和修改，直至滿足相應(yīng)要求。同時要求項目小組內(nèi)的同學(xué)和不同小組的同學(xué)進(jìn)行自評和互評，進(jìn)行相應(yīng)總結(jié)和考核。

5總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的技術(shù)和應(yīng)用背景，如何精簡嵌入式系統(tǒng)課程的理論教學(xué)內(nèi)容，并擴寬學(xué)生的知識面，讓學(xué)生掌握設(shè)計與思考的方法，重點把與真實項目案例密切相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)與設(shè)計，同時進(jìn)行層次化的實踐設(shè)計，在實踐環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生真正參與到前沿發(fā)展的企業(yè)課題和項目中去，這是在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革中要研究和具體實踐的方向。

基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革實踐教學(xué)過程中，學(xué)生對于企業(yè)項目開發(fā)的整個過程更加熟悉，學(xué)生參與項目團(tuán)隊開發(fā)的積極性和主動性得到提高，同時，通過項目驅(qū)動的學(xué)習(xí)方法，學(xué)生也認(rèn)識到團(tuán)隊合作的重要性。項目驅(qū)動教學(xué)改革的實施，使學(xué)生學(xué)習(xí)的方式發(fā)生了很大的變化，學(xué)生能夠主動地去學(xué)習(xí)，更加善于發(fā)現(xiàn)問題和思考問題，解決問題的能力也得到了很大提高，學(xué)生的專業(yè)技能能力得到系統(tǒng)的鍛煉。項目驅(qū)動教學(xué)改革，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識的養(yǎng)成和從學(xué)校到畢業(yè)頂崗實習(xí)、就業(yè)更好的“無縫”對接提供了保障。

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篇4

1.物聯(lián)網(wǎng)背景下的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程

1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)的概念始于20世紀(jì)90年代末期。當(dāng)時的物聯(lián)網(wǎng)，主要是針對物與物、人與人之間的互聯(lián)互通，提供技術(shù)支持。這個新型的概念和技術(shù)出現(xiàn)后得到了理論和工業(yè)界的充分關(guān)注。

1.2嵌入式系統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容

嵌入式理論教學(xué)內(nèi)容主要包括ARMffC：入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用和前沿發(fā)展等內(nèi)容。以嵌入式開發(fā)技術(shù)掌握為教學(xué)目的。具體的授課內(nèi)容包括；系統(tǒng)概述、微處理器的原理；實用操作、移植交叉開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用背景下的嵌入式課程體系框架如圖1所示。

2.物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)實驗概述

2.1理論結(jié)合實踐

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)實驗設(shè)計采用的是層次化的實驗環(huán)節(jié)，包含基礎(chǔ)知識、動手能力、創(chuàng)造性思維等等。例如，嵌入式實驗開發(fā)平臺上，主流的串行接口和以太網(wǎng)接口，GPS全球定位系統(tǒng)模塊，總線接口等等。這些接口和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景是通過層次化的實驗設(shè)計展開的。內(nèi)部包含了實驗的要求和實踐階段的不同設(shè)置，整體層次的設(shè)計從淺顯到深入，實驗層次不同，對應(yīng)的組織形式也不同。例如基礎(chǔ)性實驗的目的用于熟悉物聯(lián)網(wǎng)，實驗層次的循序漸進(jìn)，為了實踐的開發(fā)和設(shè)計打下了基礎(chǔ)。而綜合性的實驗和實踐是為了提高物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能力。

2.2實踐與合作相結(jié)合

在物聯(lián)網(wǎng)中間層的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計中，根據(jù)模塊接口的采集，終端的經(jīng)緯度信息得到無線數(shù)據(jù)手法模塊中的傳感器的溫度和日照等的環(huán)境信息，通過ARM處理器打包成UDP數(shù)據(jù)包，將之通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口傳送到基站的服務(wù)器中。

整個流程為，從以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入，將數(shù)據(jù)傳送到嵌入式處理器，通過GPs模塊接口進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的收發(fā)，再傳送到嵌入式處理器中，最后到達(dá)外部存儲器。

在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支持下，學(xué)校組織學(xué)生成立了第二課堂，組成了以物聯(lián)網(wǎng)為主題的學(xué)習(xí)小組，對項目進(jìn)行模擬實踐和開發(fā)。例如GPS數(shù)據(jù)采集和處理的課題小組，要對操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的移植、多任務(wù)的GPS模塊的接口數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)等眾多內(nèi)容進(jìn)行實踐。在團(tuán)結(jié)合作中，興趣小組的同學(xué)各自有分工合作，最終實現(xiàn)了將終端傳感器傳送了了基站的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的實驗?zāi)繕?biāo)。

3.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀

堅持對嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)的創(chuàng)新進(jìn)行探索，包括課程設(shè)置、基礎(chǔ)知識的傳授、教學(xué)軟硬件平臺的搭設(shè)、實踐教學(xué)的組織等等。目前在教學(xué)中存在以下特點。

在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中，課程定位的方向以及應(yīng)用不同。有的院校側(cè)重于底層和系統(tǒng)文件的構(gòu)建，有的院校側(cè)重于應(yīng)用以及軟件的開發(fā)。

在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的課程中，由于院校課程定位的不同，因此在課程設(shè)置上也有所不同，有的偏重于硬件的設(shè)計，有的以電路設(shè)計為主，有的偏重語言程序的設(shè)計。

在嵌入式教學(xué)的學(xué)時分配上，有的院校側(cè)重于課程的要求，有的院校側(cè)重專業(yè)的核心課程，有的院校側(cè)重專業(yè)的通識課程設(shè)置，有的院校將其作為輔修課程，因此在學(xué)時的安排上各有不同。

在教學(xué)內(nèi)容上。嵌入式系統(tǒng)課程中理論和概念較多，因此學(xué)生容易感到枯燥，對于知識體系的架構(gòu)來說，積極性不高會導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳，同時嵌入式教學(xué)平臺目前的種類偏多，但是配套的操作系統(tǒng)卻沒有跟上。

嵌入式教學(xué)體系具有若干缺點，首先，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師的主導(dǎo)性地位過強，教師只會將教材中的章節(jié)進(jìn)行講解。但是基礎(chǔ)理論往往于實踐脫鉤，使得理實一體化難以實現(xiàn)。有限的課程中，教學(xué)內(nèi)容多用于理論學(xué)習(xí)，能夠強化學(xué)生實踐能力的實踐課程較少。

嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中以網(wǎng)路協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、媒體壓縮和解壓縮系統(tǒng)等等的數(shù)據(jù)實驗平臺眾多，但是真正能夠以為學(xué)生提高學(xué)習(xí)成效，加強軟件基礎(chǔ)為目標(biāo)的課程設(shè)置不多。

4.基于物聯(lián)網(wǎng)項目驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)架構(gòu)

當(dāng)前，高等院校的教育體系中，對教學(xué)項目進(jìn)行構(gòu)建，對教學(xué)課程進(jìn)行設(shè)置，往往是圍繞著工程能力的培養(yǎng)展開的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展背景下，嵌入式系統(tǒng)的課程教學(xué)體系必須也有相應(yīng)的調(diào)整，才能應(yīng)對當(dāng)今時代和社會發(fā)展的需要。

企業(yè)的生產(chǎn)過程以及實際的應(yīng)用價值，是教學(xué)內(nèi)容在選擇上參照的依據(jù)。高等院校培育的學(xué)生，必須要獲取實踐機會，提升決策和實施的能力，并且能夠制定物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃，培養(yǎng)對物聯(lián)網(wǎng)項目的u估能力。

嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的知識點一般較為碎片化，通過學(xué)校與企業(yè)合作的形式，將這些碎片加以重組。例如，在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的要求下，教學(xué)項目設(shè)立了一個以某企業(yè)的產(chǎn)品為主項目的子項目，在子項目中將任務(wù)具體化，分解到每個學(xué)生身上，學(xué)生參與到項目中，成為教學(xué)的主體，在真實的企業(yè)生產(chǎn)情景下，感受到物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的氛圍以及學(xué)習(xí)內(nèi)容。

項目啟動后，課程被分解為小組學(xué)習(xí)的模式，學(xué)生擔(dān)任項目中的角色，大約4～5個學(xué)生分為一個項目團(tuán)隊。項目中，學(xué)生成為企業(yè)員工，擔(dān)任開發(fā)程序中的角色。在實習(xí)中，學(xué)生的角色可以進(jìn)行輪轉(zhuǎn)和互換，以便于課程結(jié)束后，學(xué)生能夠?qū)椖康娜苛鞒逃猩羁陶J(rèn)識。

在項目進(jìn)行過程中，學(xué)生的實際能力表現(xiàn)都是項目考核和評價的內(nèi)容。每個學(xué)生在團(tuán)隊中的表現(xiàn)以及工作成果都被記錄下來作為將來接受課程評價的依據(jù)，學(xué)生的能力也通過項目的開展不斷提高，為將來進(jìn)入社會成為工作崗位的中堅力量打下了牢固的基礎(chǔ)。

在具體的項目教學(xué)中，學(xué)生以開發(fā)成員的身份進(jìn)入項目小組中，根據(jù)實際項目設(shè)計目標(biāo)研究項目任務(wù)書，進(jìn)行項目的需求分析、項目的設(shè)計、項目的實現(xiàn)和系統(tǒng)測試。

以具體的項目內(nèi)容為例，實踐項目要求通過嵌入式uNux系統(tǒng)，進(jìn)行各個計算機流程的操作，包括系統(tǒng)裁剪、電機控制、驅(qū)動文件加載、交叉下移，平臺嵌入式編譯等等。在模塊化教學(xué)的情景下，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接口，在理實一體化的模式下將項目軟硬件系統(tǒng)通過設(shè)計和編碼進(jìn)行實現(xiàn)。

在項目完成之后，教師、企業(yè)、學(xué)校組成專門的評價小組，對照工作任務(wù)要求，逐項檢查項目完成情況。對不足的部分要求學(xué)生進(jìn)行分析和修改，并要求項目小組內(nèi)的同學(xué)和不同小組的同學(xué)開展互相評價、總結(jié)，以綜合的考評成績作為對學(xué)生的考核結(jié)論。

篇5

【關(guān)鍵詞】 CDIO模式 計算機 硬件嵌入式技術(shù)

近年來，嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器及航空航天等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能家居等都以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在這樣的背景下，市場對嵌入式人才的需求越來越重視。但就目前來看，當(dāng)前高校計算機專業(yè)關(guān)于嵌入式技術(shù)方面的教學(xué)還存在一定問題，往往過于注重軟件方面的程序開發(fā)，忽略了硬件嵌入式技術(shù)的研究和教學(xué)。

在這樣的背景下，本文以CDIO功課教學(xué)模式為基礎(chǔ)，探討了計算機硬件嵌入式技術(shù)的發(fā)展方向和人才培養(yǎng)內(nèi)容與方法，旨在為相關(guān)研究與實踐提供參考。

一、CDIO模式概述

CDIO模式屬于一種工程教育模式，是國家工程教育改革的一項突破性成果，由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的研究團(tuán)隊歷時四年研究獲得。CDIO模式代表構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作四個過程，以產(chǎn)品整個生命周期為載體，讓學(xué)生對產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行各個階段進(jìn)行學(xué)習(xí)，實踐性較強。

CDIO理念繼承了歐美先進(jìn)工程教育改革觀念，創(chuàng)新性的提出了可操作性的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對于提升功課教學(xué)質(zhì)量有著重要的意義，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展方向和趨勢[1]。

就我國來看，工科教育體系需要積極培養(yǎng)出與世界接軌的工程師，但我國工科教育實踐還存在著諸多問題，過于注重理論和輕視實踐，過于注重學(xué)習(xí)而忽略創(chuàng)新，在這樣的背景下，應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)并應(yīng)用CDIO工程教育模式。

二、基于CDIO理念分析計算機硬件課程存在的問題

CDIO的核心為構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作，強調(diào)實踐性和創(chuàng)新性，基于這一理念，分析我國計算機課程中存在的主要問題。

2.1缺乏設(shè)計能力培養(yǎng)

近年來計算機技術(shù)發(fā)展較快，應(yīng)用越來越廣泛，使得計算機系統(tǒng)復(fù)雜度提升，傳統(tǒng)軟硬件相隔離的設(shè)計方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代計算機系統(tǒng)要求。計算機系統(tǒng)平臺搭建、軟硬件協(xié)同設(shè)計等成為主流設(shè)計思想，但當(dāng)前計算機硬件技術(shù)相關(guān)課程缺乏對學(xué)生這種先進(jìn)設(shè)計能力的有效培養(yǎng)。

2.2缺乏可編程芯片設(shè)計能力培養(yǎng)

我國工科高校開設(shè)計算機硬件課程很少涉及到關(guān)于芯片編程的實驗課程，僅有的實驗安排在大肆，但受到教育體制的影響，許多學(xué)生畢業(yè)設(shè)計不涉及到芯片編程就不會認(rèn)真學(xué)習(xí)，這就大大弱化了對學(xué)生可編程芯片設(shè)計能力的培養(yǎng)。

2.3缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)

收到實驗條件等因素的影響，現(xiàn)有計算機硬件實驗大多針對的是純硬件邏輯，缺乏橫向功能拓展和縱向功能延伸，給予學(xué)生的創(chuàng)新空間較少，學(xué)生在現(xiàn)有條件下難以完成綜合性和創(chuàng)新性的設(shè)計。

三、嵌入式技g發(fā)展現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，其以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，以具體應(yīng)用為核心，軟硬件可進(jìn)行裁剪來滿足應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)要求，例如功能要求、穩(wěn)定性要求、功耗要求、成本要求及體積大小要求等[2]。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)計算機技術(shù)、電子技術(shù)與各行各業(yè)應(yīng)用的有效結(jié)合，其應(yīng)用前景廣泛。

嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用使得計算機分類模式發(fā)生了改變，從傳統(tǒng)的按體積進(jìn)行分來變化為通用型和嵌入型兩類，涉及到的領(lǐng)域十分廣泛，例如醫(yī)療領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域及金融領(lǐng)域中都能夠看到嵌入式系統(tǒng)的身影。嵌入式系統(tǒng)中軟硬件結(jié)合，要想從事此項工作，需要具備較高的計算機技能水平，具體來說如下：

一方面，是電子工程、通信工程等硬件專業(yè)方面的人才，這些人才以硬件設(shè)計和開發(fā)為主，開發(fā)硬件驅(qū)動程序，對硬件原理掌握較為清楚，但這些人才對復(fù)雜的軟件系統(tǒng)往往能力較差，例如復(fù)雜應(yīng)用軟件、嵌入式操作系統(tǒng)的程序設(shè)計等。

另一方面，是偏軟件專業(yè)的人才，這些人才在軟件開發(fā)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)上造詣較高，且如果軟件方面人才掌握了相關(guān)硬件原理，完全可以自主開發(fā)硬件驅(qū)動程序，硬件設(shè)計完成后則需要依賴于軟件實現(xiàn)系統(tǒng)功能。但就目前來看，許多企業(yè)將硬件設(shè)計部分外包，硬件設(shè)計能力較弱，對硬件有所忽視，這就造成市場上對硬件嵌入式技術(shù)方面的人才短缺。

四、基于CDIO模式計算機硬件嵌入式技術(shù)發(fā)展方向

4.1無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

近年來，移動設(shè)備發(fā)展快速，無線網(wǎng)絡(luò)也隨之發(fā)展起來，人們對無線網(wǎng)的需求也越來越大，而軟件系統(tǒng)是否能夠支持無線網(wǎng)絡(luò)也成為了嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵所在[3]。因此，在今后的一段時期內(nèi)，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將成為嵌入式技術(shù)的重要發(fā)展方向，就目前來看，WIFI、藍(lán)牙技術(shù)及無線傳輸技術(shù)等的應(yīng)用越來越成熟，但需要注意的是，這些技術(shù)有著一定的局限性，其傳輸距離大多較近，這就需要在未來研發(fā)的過程中著重解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，例如3G協(xié)議棧的開發(fā)等。

4.2網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)

在嵌入式系統(tǒng)不斷發(fā)展和應(yīng)用的背景下，各種互聯(lián)網(wǎng)接口受到關(guān)注，傳統(tǒng)的單片機難以滿足對互聯(lián)網(wǎng)接口的要求，從而催生了各種新型的嵌入式系統(tǒng)，例如微型處理器，從互聯(lián)網(wǎng)接口方面來看，嵌入式處理器能夠支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多種通信接口，一些先進(jìn)的嵌入式處理器甚至能夠同時支持幾種接口，但同時也需要一些硬件驅(qū)動程序，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)輕松上網(wǎng)，打破眾多用戶上網(wǎng)的時空限制。

4.3人工智能技術(shù)

歸根結(jié)底，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用就是滿足人類相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，人工智能化的發(fā)展和使用則能夠提升嵌入式技術(shù)的服務(wù)水平，將人工智能技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)或產(chǎn)品相結(jié)合，實現(xiàn)人機交互，擴展嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)應(yīng)用范圍。就目前來看，人工智能技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，能夠降低手術(shù)病人受到的傷害[4]。

而隨著技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍將會得到進(jìn)一步拓展，例如自動控壓裝置、自動控溫裝置等智能化儀表的應(yīng)用越來越多，這都會促進(jìn)人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

五、基于CDIO模式的計算機硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)

計算機硬件嵌入式技術(shù)課程的學(xué)習(xí)是一個系統(tǒng)性、長期性的過程，需要循序漸進(jìn)，不僅涉及到原油的硬件課程，還涉及到后續(xù)嵌入式技術(shù)理論知識和嵌入式設(shè)計開發(fā)等。本文結(jié)合CDIO工程教育模式和理念，探討計算機硬件嵌入式技術(shù)的人才培養(yǎng)方向和方法，具體來說如下。

5.1學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)基本知識

CDIO工程教育模式強調(diào)對構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作等產(chǎn)品整個生命周期的研究和學(xué)習(xí)，而對于嵌入式系統(tǒng)來說，其構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作都離不開嵌入式系統(tǒng)的基本知識，因此，在計算機硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)過程中，嵌入式基本知識的學(xué)校至關(guān)重要。

嵌入式系統(tǒng)大體可以分為三類，其一為傳統(tǒng)的實時多任務(wù)系統(tǒng)，即RTOS系統(tǒng)，主要包括Vxworks操作系統(tǒng)、Tornado開發(fā)平臺等；其二為嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其不僅可以作為服務(wù)器的操作系統(tǒng)，在嵌入式領(lǐng)域也有著良好的應(yīng)用前景，系統(tǒng)免費，支持的軟件眾多，這會大大降低嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)成本；其三為Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，如Microsoft等，其進(jìn)入嵌入式市場前景良好，Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)雖然于近幾年才被研發(fā)出來，但卻能夠迅速搶占市場，尤其對于智能手機、顯示儀表等對界面要求較高，Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用有著良好的效果。通過對嵌入式系統(tǒng)這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生全面掌握嵌入式軟件整體開發(fā)環(huán)境情況和開發(fā)平臺，形成對系統(tǒng)開發(fā)理性、直觀的認(rèn)識[5]。

5.2 ARM技術(shù)及嵌入式微處理器

當(dāng)前嵌入式處理器種類較多，例如ARM處理器、MIPS處理器及PowerPC處理器等，其中應(yīng)用最為廣泛的處理器當(dāng)屬ARM，ARM有著四個通用處理器系列，不同系列能夠提供的性能有所差異，但基本覆蓋了大多應(yīng)用領(lǐng)域，有效滿足了不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用需求。以SecurCore系列為例，其專門應(yīng)用于對安全等級要求較高的場合。因此，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生積極學(xué)習(xí)ARM技術(shù)及相關(guān)嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)實踐奠定基礎(chǔ)。

5.3指令系統(tǒng)與硬件電路設(shè)計

一般來說，ARM微處理器有兩種工作狀態(tài)，且其能夠在兩種工作狀態(tài)之間隨時切換，第一種工作狀態(tài)為ARM狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)下，處理器執(zhí)行的ARM指令為32位字對齊指令[6]；第二種工作狀態(tài)為Thumb狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)下，處理器執(zhí)行的是Thumb指令，屬于16位半字對齊指令。兩種狀態(tài)下指令有著一定的關(guān)系，即Thumb指令集合為ARM指令集合的功能子集，但相較于等價ARM代碼來說，其能夠有效節(jié)省存儲空間，節(jié)省比例能夠達(dá)到30%-40%之間。

對于嵌入式技術(shù)來說，其軟硬件可以裁剪，因此應(yīng)當(dāng)做好硬件電路設(shè)計工作，通過有效的硬件電路設(shè)計來獲取最優(yōu)硬件組合，提升嵌入式系統(tǒng)的硬件性能。

除了上述提到的說那個方面之外，數(shù)字電路、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法及匯編語言和編程語言等也較為重要，需要在計算機硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)中有所側(cè)重。

六、結(jié)論

綜上所述，在計算機領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，計算機硬件嵌入式技術(shù)越來越受到關(guān)注，計算機嵌入式技術(shù)人才的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)以CDIO模式為指導(dǎo)，以市場需求為導(dǎo)向，以嵌入式技術(shù)發(fā)展趨勢為依據(jù)，合理選擇教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)先進(jìn)的計算機硬件嵌入式技術(shù)人才。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蘇英.基于CDIO的微機原理與接口技術(shù)教學(xué)研究[J].中國管理信息化，2016（10）：218-219.

[2]楊偉力 李偉民 楊盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系統(tǒng)課程改革實踐[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2016（06）：56-57.

[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室建設(shè)研究[J].中國電力教育，2012（19）：98-99.

[4]王偉 王楊 孟煒 李明.變電站自動化IED設(shè)備嵌入式通信模塊的開發(fā)[J].科技資訊，2014（24）：9-10.