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關于高職院校嵌入式系統課程的改革探索
[論文摘要]文章研究了在高職高專中開設嵌入式系統課程的必要性及可行性，提出了高職高專開設嵌入式系統課程的教學課程改革及實驗實訓建設的方法，明確了嵌入式系統課程進一步改革的思想。
[論文關鍵詞]高職院校 嵌入式系統 課程改革
一、專業人才需求及職業崗位分析
國家的發展形成了對信息工程人才的巨大需求。而電子信息產業需要的人才是多層次的，不僅需要本科、碩士等高學歷人才，也需要大量技能型、應用型人才。隨著國內經濟的快速發展和生活水平的不斷提高，人們對家電產品的功能提出了更高的要求，家電智能化已成為國內家電發展的一個趨勢，在家電產品開發中使用嵌入式技術也越來越廣泛。同時隨著3G網絡的建設及手機智能化程度的提高，現在的手機不但功能越來越強，而通常在智能手機上都安裝了相應的操作系統，可以在操作系統平臺上開發手機軟件，并且還能通過3G網絡完成更多更強的功能，因此對嵌入式手機的軟件開發人員需求十分強烈。嵌入式手機編程開發平臺是集合技術、嵌入式技術、電子技術、軟件工程、操作系統等理論的軟硬件開發平臺，嵌入式手機屬嵌入式系統的一個分支。目前國內人才市場急需嵌入式系統、嵌入式手機軟件的專業技術人才，而且缺口有逐年加大的趨勢。
二、國內嵌入式系統及手機軟件課程教學的現狀
目前許多高校都已經認識到開設嵌入式系統課程的重要性，但國內開設嵌入式課程的院校不多，開設嵌入式及手機軟件課程的高職院校更少，高職學校對嵌入式系統的課程還處在探索階段。
筆者認為現階段我國嵌入式教學存在以下的問題：一是定位不明確。從分析收集到的資料看，當前許多高校都已經認識到開設嵌入式系統的重要性，但很多高職院校的嵌入式課程只是研究生、本科課程的縮減，沒有體現出高職的課程特點，而嵌入手機軟件類課程很多高校都還未開設。二是教學更新不快。嵌入式系統技術更新快，而目前不少高校嵌入式課程講授的內容卻沒有跟上，出現教學內容陳舊、教學深度不夠的現象。三是課程體系設置不合理。沒有根據不同專業知識點設置教學內容。四是缺少系列教材。嵌入式技術往往和行業背景結合緊密，由于嵌入式系統技術更新較快，很難找到針對高職教育特點的系列教材。五是目前很多高校都設有軟件、網絡專業，但大多是基于PC平臺和傳統網絡，沒有開設針對嵌入式平臺的軟件課程和基于3G網絡的軟件及網絡專業課程。
三、嵌入式系統課程教學改革
(一)課程設計理念和思路
通過調研，我們認清對開設課程的需求，理清嵌入式系統和手機軟件的知識點，確定教學內容，明確教學改革方向。密切跟蹤國內外職業標準，以工作任務為載體，結合地方經濟，以實際工作崗位的技能要求重構課程內容。理論內容以“必需”和“夠用”為準則，合理刪除原有教學內容中的落后技術，使教學內容、教學目標與實際工作崗位的要求相對接。根據職業能力要求，按照工作過程的實際需要設計、組織和實施課程，盡早讓學生進入工作實踐，實現從學習者到工作者角色的轉換。
(二)課程教學的改革
秉承“實用、夠用”的原則，下力氣組織適合崗位技能需求的、符合高職學生認知特點的理論教學內容，突出應用主線。
1.在課程內容上，嵌入式課程針對不同專業的學生，調整授課內容。針對計算機專業的學生，由于該類學生已學過計算機編程、操作系統原理及面向對象程序開發等課程，對軟件開發及操作系統有了較深入的了解，而且社會對高職學生在嵌入式系統的應用程序的開發有較大需求，因此嵌入式課程內容的重點應放在嵌入式軟件的開發上。一般高職計算機專業的學生都學過c語言和c++，嵌入式軟件開發可以采用c或者c++；而對已學過Java軟件開發的學生，可以采用J2ME的開發。
針對電子信息類專業的學生，學過電子電路的很大一部分知識，而計算機程序軟件和操作系統所學的內容較少，因此，嵌入式課程中首先講解ARM7中的LPC2000系列芯片，利用電子信息專業的學生學過單片機課程的條件，對LPC2000系列芯片先不移植操作系統，將LPC2000系列首先當成高級單片機來使用，將學生原來課程中的單片機項目移植到LPC2000系列芯片中來，使學生對嵌入式知識的學習有更好的連貫性。同時嵌入式系統不再講解嵌入式Linux，而是講解uCOS／II、WindowsCE嵌入式操作系統的軟件開發。μCOS操作系統是開源的，可以將μCOS／II的內核源碼作為教學案例，講解嵌入式操作系統內核的實現機制和原理。同時將前面所做的把LPC2000系列當高級單片機使用無操作系統的項目通過μCOS操作系統的任務來，使學生明白操作系統的特點并使后面的學習有繼承性。Windows CE課程體現為學生掌握在Windows CE操作系統應用程序開發的能力。Windows CE操作系統應用程序的開發語言選擇Visual Studio.NET的C#，能夠激發學生進一步學習的熱情。
2.在教學中采用“教、學、做”一體的教學模式�；诟呗毶膶W習特點，以典型案例引導、分析工作任務為主線，重構課程教學內容，學生邊學習、邊實踐、邊提問。
3.通過“企業引入、教師TT、專家進�！钡榷喾N形式，完善“雙師結構”教學團隊建設。建立一套符合結合、頂崗教學規律的配套制度，創建新型體制平臺。
4.通過科研項目及競賽提高教師與學生的嵌入式開發能力。課程組以科研項目的開展、產業化工作的推進為支撐，不斷跟蹤嵌入式系統尤其是基礎軟件領域的最新發展和應用情況，用科研、產業的成果豐富和完善嵌入式系統理論與實踐教學。利用教學、科研、產業化相結合促進的新型模式，將科研優勢轉化為教學優勢，在課程內容和實踐教學體系的設置上不斷調整，力求帶給學生最新的知識與技能。課程內容的時效性與先進性非常強，能激發學生廣泛與深入的學習興趣，取得很好的教學效果。參與科研項目、科技競賽活動對提高學生的創新能力、科學思維能力和實踐能力非常重要。
5.產學研結合，校企聯合辦學。積極推動科研成果的轉化，通過科研項目的產業化工作密切聯系學校與企業。桂林理工大學南寧分校(以下簡稱“學�！�)教師參與的2009年南寧市科學研究與技術開發計劃市校合作專項——“中國一東盟多國互譯系統研制開發”就是與南寧高新區企業“申能達智能技術有限公司”合作共同開發生產的。
四、實驗、實訓的建設與改革
實驗實訓課程的設置可以考慮建立嵌入式實驗室。在購置實驗設備時，除考慮滿足嵌入式的實驗需要外，在ARM實驗箱的基礎上還可以增加CPRS、FPGA等擴展模塊，為以后新增的移動技術、EDA技術等課程開設無線通信、手機軟硬件開發、芯片電路設計等實驗課程，提高購買實驗設備的費效比。
為了讓學生通過實驗體會嵌入式系統硬件平臺多樣性的特點，嵌入式系統課程計劃要配置以下幾種類型的嵌入式目標硬件平臺：嵌入式仿真(Pc平臺)。Proteus是一種功能強大的電子設計自動化軟件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(單片機應用系統、ARM應用系統)的仿真實驗，這也是其他任何仿真軟件無力所及的。Proteus仿真主要用于LPC2000系列芯片的實驗與實訓，可以分為不帶操作系統和帶UCOS操作系統兩大部分，并且兩部分的實驗與實訓要有一定的關聯性。
基于ARM9的嵌入式硬件平臺。ARM9的硬件平臺可以采用博創2410S實驗箱。通過ARM9實驗箱完成WinCE的系統定制、內核下載等操作系統的相關實驗。ARM9的實驗平臺具有較高的性價比。ARM9既可完成ADS、IAR等無操作系統以及UCOS等深度嵌入式操作系統的實驗，還能進行完整操作系統的安裝、移植(如WinCE、Linux操作系統)，實驗平臺可以進行系統的定制、內核下載等操作系統的相關實驗，還可以開發運行基于系統平臺上的軟件。
五、嵌入式系統課程繼續改革的思考
嵌入式系統課程建設取得了一定成效，但還有待進一步完善。
(一)嵌入式系統課程教學內容的擴展
可以考慮在嵌入式系統課程中增加嵌入式手機內容。對于手機基本上可以分成兩種，即傳統手機和智能手機。智能手機除具有傳統手機的基本功能外，還具有開放的操作系統、硬件和軟件的可擴充性和支持第三方的二次開發等。智能手機以其強大的功能和便捷的操作越來越得到人們的青睞，逐漸成為的一種潮流。手機操作系統當前主要包括以下幾種系統：諾基亞的Symbian、微軟的Windows Mobile、蘋果手機的iOS、google手機的安卓系統(Android)和Linux Mobile等。
在選擇程序講解的手機操作系統時，通過對需求和嵌入式系統課程內容的關聯性考慮，手機系統講解采用微軟的Windows Mobile和google手機的安卓系統。微軟的WindowsMobile手機操作系統與嵌入式的Windows CE操作系統是基于相同的操作系統內核，應用軟件的開發可以采用相同的應用開發程序C#。而google手機的安卓系統在目前發展處于快速增長的階段，其系統內核是基于Linux系統的，而應用軟件的開發又是采用Java軟件，與嵌入式系統的J2ME一樣都可以采用Ja—va進行軟件的開發。
手機軟件課程可以分為手機系統的維護與手機軟件的開發兩部分。前者又包含以下幾個部分：一是手機操作系統的升級與更新，二是手機網絡的連接設置，三是手機與PC電腦的同步連接及手機數據備份等，四是手機常用軟件的下載及安裝。
(二)手機系統的實驗平臺建設
由于智能手機更新很快，并且建設嵌入式實驗平臺與手機實驗平臺投入高，根據手機操作系統的特點，可以利用虛擬機、虛擬設備的軟件平臺完成手機操作系統的教學，如通過安裝運行Windows Mobile模擬器，完成WM手機通過ActiveSync與PC同步；通過Windows Mobile模擬器綁定網絡適配器完成WM手機的網絡設置及相關上網軟件的安裝、運行等實驗。
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