宋鶯

（湖北經(jīng)濟學(xué)院 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430205）

IT類嵌入式軟件開發(fā)課程教學(xué)研究與實踐

宋鶯

（湖北經(jīng)濟學(xué)院 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430205）

為培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的IT類嵌入式軟件人才，提出符合計算機專業(yè)特點的嵌入式軟件技術(shù)方向人才培養(yǎng)目標。制定一套切實可行的課程體系和教學(xué)模式。同時分析了嵌入式實驗教學(xué)的特點，設(shè)計多層次嵌入式實驗內(nèi)容，嵌入式實驗環(huán)境的設(shè)計除重視硬件平臺的選型外，應(yīng)采用仿真軟件完善實驗、實踐環(huán)境的方法提高實驗效率。

軟件類專業(yè)；嵌入式軟件開發(fā)；教學(xué)研究；教學(xué)實踐

1.引言

目前我國無論是普高和職高，計算機軟件教育普遍以應(yīng)用軟件為主，學(xué)生更多接觸的是.Net、Java之類應(yīng)用層面的東西，使得軟件業(yè)呈現(xiàn)出中低端人才過剩。隨著科技的發(fā)展和社會需求的推動，信息技術(shù)進入到以嵌入式系統(tǒng)為代表的后PC時代，嵌入式系統(tǒng)的市場快速增長，嵌入式人才缺口達到了每年50萬人左右[1]，而開設(shè)嵌入式軟件專業(yè)的學(xué)校很少，并且學(xué)校不能向?qū)W生提供嵌入式系統(tǒng)知識體系和工程實踐有機結(jié)合設(shè)計出來的、注重能力培養(yǎng)的課程體系。由此強調(diào)要以信息技術(shù)為手段，深化教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式改革，如何根據(jù)社會的實際需要，培養(yǎng)具有一定專業(yè)特色的和特定能力強的軟件實用型、復(fù)合型人才是我們學(xué)院應(yīng)首要解決的問題。因此必須深入探究嵌入式系統(tǒng)課程體系結(jié)構(gòu)，尋求各專業(yè)嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)解決方案，積累教學(xué)實踐經(jīng)驗，建立較規(guī)范的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系，使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)更好地融入到教學(xué)與科研活動中，以適應(yīng)社會對嵌入式系統(tǒng)人才的需求[2]。

2.計算機專業(yè)嵌入系統(tǒng)方向的特點和培養(yǎng)目標

由于嵌入式系統(tǒng)涉及的內(nèi)容廣泛，與計算機硬件相關(guān)性很強，對計算機專業(yè)的學(xué)生來說在有限的時間內(nèi)精通各方面的內(nèi)容是相當困難的，我們必須夯實基礎(chǔ)、突出重點。通過走訪武漢軟帝、軟通動力等科技有限公司發(fā)現(xiàn)，公司中嵌入式系統(tǒng)方向的硬件和軟件開發(fā)是分開進行的。目前，本院計算機專業(yè)普遍開設(shè)計算機軟件課程及其實驗和實踐課程，已具備良好的軟件技術(shù)基礎(chǔ)。對于硬件設(shè)計人才，需要掌握較深厚的硬件基礎(chǔ)及硬件接口方面的知識，對于計算機系的學(xué)生難度較大。因此，我們認為結(jié)合本院的實際情況，探索本院計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向培養(yǎng)可以轉(zhuǎn)入面向嵌入式系統(tǒng)定制和嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)工程師的人才培養(yǎng)。學(xué)生在熟悉硬件的基礎(chǔ)上，以軟件為發(fā)展重點，著重培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)中接口驅(qū)動程序、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的設(shè)計與開發(fā)能力。同時，適當增加一些硬件相關(guān)課程及其實踐，加強硬件基礎(chǔ)知識和動手實踐能力培養(yǎng)，從而提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。在實踐體系中以硬件和軟件為基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)中軟件綜合開發(fā)能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生畢業(yè)后將掌握主流嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)、嵌入式軟件理論、嵌入式軟件編程的方法和工具、基本具備本領(lǐng)域分析問題解決問題的能力、具備一定的工程實踐能力、能夠?qū)W以致用并能適合市場需要的嵌入式軟件開發(fā)人才。

3.嵌入式軟件開發(fā)課程教學(xué)體系探究

要達到上述的嵌入式軟件開發(fā)人才培養(yǎng)目標，在課程設(shè)置上，應(yīng)遵循發(fā)揮專業(yè)特長的原則，從企業(yè)的實際用人需求出發(fā)的原則，嵌入式方向課程與主干課程充分融合的原則。計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在現(xiàn)有軟件開發(fā)技術(shù)強優(yōu)勢的情況下，可從調(diào)整專業(yè)課程結(jié)構(gòu)，整合一體化課程，增加嵌入式人才培養(yǎng)所需的專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)核心課程入手，進行課程體系的重構(gòu)。該專業(yè)的課程設(shè)置一般包含以下課程：

（1）嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

在“微機原理與接口”這門課程內(nèi)容上增加對ARM處理器工作原理、ARM的匯編指令系統(tǒng)和接口技術(shù)的內(nèi)容。無論學(xué)生以后的方向是ARM+WinCE、ARM+LINUX、ARM+ VXWORKS中的哪一種，學(xué)習本課程都是非常重要的。

（2）嵌入式操作系統(tǒng)類課程

大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的實時性都很強，目前最重要的實時操作系統(tǒng)主要包括Vxworks操作系統(tǒng)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)課程中增加嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)容。學(xué)生至少須掌握一個嵌入式操作系統(tǒng)。

（3）嵌入式軟件設(shè)計與編程相關(guān)課程

本課程確定具體的專業(yè)應(yīng)用方向，我們根據(jù)需要設(shè)置以“移動通信服務(wù)終端”為主攻方向，本院可以在“Windows CE與嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)”或“嵌入式Linux設(shè)計與開發(fā)”中選擇一種。

（4）嵌入式開發(fā)的相關(guān)軟硬件基礎(chǔ)課程

“數(shù)字電路”、“計算機組成原理”、“匯編語言”、“C/C++”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法”、“軟件工程”等，這些都是軟硬件開發(fā)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)習嵌入式軟件和系統(tǒng)方向的基礎(chǔ)。另外，針對具體的應(yīng)用需求，還可以開設(shè)與該應(yīng)用需求相關(guān)的一些課程。

（5）嵌入式開發(fā)綜合課程設(shè)計該課程綜合運用計算機基本理論及方法、嵌入式系統(tǒng)原理、嵌入式操作系統(tǒng)、特定開發(fā)工具等知識進行一個小型嵌入式軟件的開發(fā)，通過讓學(xué)生參與實際項目的分析與設(shè)計，提高學(xué)生綜合運用知識分析問題的能力和決策能力，掌握如何進行資料查閱搜集以及如何與團隊合作的技巧[3]。

這一體系教學(xué)層次分明、思路清晰，教學(xué)內(nèi)容彼此呼應(yīng)，教學(xué)團隊責任明確，系列課程（實驗）相互配套。由于嵌入式系統(tǒng)將多種學(xué)科交織在一起，所以在制訂課程體系時充分考慮了各學(xué)科的知識點，形成嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)方向人才培養(yǎng)的獨特體系，在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中設(shè)置嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)方向是可行的，它符合社會發(fā)展的需要。

4.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實踐

結(jié)合國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃、大學(xué)生競賽和科研實踐來綜合設(shè)計計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的實踐體系。借鑒美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)率先提出的“Learning by doing”的教學(xué)理念，這種教學(xué)理念旨在強化工程學(xué)科的學(xué)生全面的實踐能力和工程素養(yǎng)。使學(xué)生“從做中學(xué)”，取得到了較好的教學(xué)效果[4]。

（1）實驗內(nèi)容設(shè)計

實驗內(nèi)容突出嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)為重點，將實踐劃分為基礎(chǔ)層、應(yīng)用層和提高層3個層次。以一個實際應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程為例，設(shè)計了下列實驗項目內(nèi)容（如表1）。

表1 ：實驗項目

（2）實驗環(huán)境設(shè)計

實驗環(huán)境是實踐的保障，實驗環(huán)境中硬件及軟件資源是關(guān)鍵。由于ARM芯片不僅價格上可以滿足學(xué)校的要求，還可以得到廠商較好的技術(shù)支持，所以當前選擇嵌入式實驗教學(xué)硬件平臺應(yīng)以ARM微處理器為主，輔以其他芯片。同時選擇一款合適的實驗平臺，除了看其所使用的微處理器外，重要的就是該平臺所支持的功能模塊多少以及它的可擴展性[5]。另外，僅僅依靠學(xué)校在教學(xué)硬件設(shè)備上的投資，很難完全滿足多層次實踐教學(xué)的要求。為此，我們一方面向?qū)W校申請增加設(shè)備投資，擴建和充實必需的實驗設(shè)備，更新和擴充了計算機組成原理、微機接口技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用等實驗室的實驗設(shè)備。另一方面充分利用計算機仿真軟件來實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)試驗教學(xué)。我們已搭建了嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的模擬實驗環(huán)境，實現(xiàn)了部分硬件實驗的軟件化?？梢詽M足嵌入式軟件開發(fā)方向?qū)嶒灲虒W(xué)的需要，節(jié)省大量資金，提高實驗效率。

（3）組織課外研發(fā)活動

學(xué)院為學(xué)習成績較好且對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有濃厚興趣的同學(xué)提供課外研發(fā)活動的條件，組成課外科技活動小組，學(xué)生由4~6人自發(fā)組成多個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)小組，并指派教師在各個階段給予指導(dǎo)和幫助；有相關(guān)課題的教師也將其中一些具備一定開發(fā)能力的同學(xué)納入自己的開發(fā)團隊。此外，鼓勵學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目、大學(xué)生競賽中。

5.小結(jié)

在嵌入式軟件開發(fā)教學(xué)中知識點覆蓋面廣，只有建立合理教學(xué)體系，精心設(shè)計實驗教學(xué)環(huán)境，鼓勵學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新性競賽。這樣就能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，充分挖掘出這些同學(xué)的創(chuàng)造潛能。

（注：本文系湖北經(jīng)濟學(xué)院校級教學(xué)研究項目，項目編號：2011014；湖北省教育廳青年科研項目，項目編號：Q20121906；湖北省教育廳科研項目，項目編號：2011jytq044）

[1]盛鴻宇,魏志光.關(guān)于開展“嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)項目”的設(shè)想[J].實驗室研究與探索，2005，24（5）：60-64.

[2]何劍鋒，姜林，劉琳.軟件類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)探究與實踐[J].計算機教育，2009，（18）：111-113.

[3]張光建，王勇，黃賢英.計算機專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)課程體系的研究與實踐[J].重慶工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)），2008，22（11）：169-172.

[4]何宗健.同濟大學(xué)軟件學(xué)院“嵌入式軟件開發(fā)導(dǎo)論”課程介紹[J].計算機教育，2006，（8）：4-6.

[5]田浩.嵌入式實驗教學(xué)體系研究[J].湖北經(jīng)濟學(xué)院學(xué)報（人文社科版），2011，8（11）：129-130.