耿淑琴 汪金輝 侯立剛 袁 穎 彭曉宏

北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

隨著物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品在全球各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但我國嵌入式人才一方面市場供不應(yīng)求、企業(yè)選人難；一方面高校畢業(yè)生就業(yè)難。主要問題是畢業(yè)生不能滿足市場對人才的要求，校企合作不夠緊密。這種現(xiàn)象不僅存在于本科畢業(yè)生中。隨著研究生的擴(kuò)招，提高研究生就業(yè)率也提上了議事日程。學(xué)校不能向?qū)W生提供足夠的實踐機(jī)會，有些教學(xué)只有理論講解，沒有實踐操作，或者學(xué)生做實驗僅僅是基于實驗箱的步驟完成實驗，不能提高學(xué)生的動手能力和實際工程項目研發(fā)能力，故不能滿足嵌入式研發(fā)企業(yè)對于人才的要求。對于微電子專業(yè)而言，芯片設(shè)計更新?lián)Q代很快，系統(tǒng)集成、片上系統(tǒng)甚至片上可編程系統(tǒng)需求大批既懂芯片設(shè)計又懂嵌入式系統(tǒng)的復(fù)合人才，這方面與國際同行業(yè)先進(jìn)企業(yè)對人才的要求還有很大的差距。因此，如何破解這些問題，形成適應(yīng)市場對嵌入式系統(tǒng)人才需求培養(yǎng)的新模式，是微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)面臨的一個重要課題。

國內(nèi)外很多高校和實驗室都對嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和嘗試，如英國雷丁大學(xué)、德國波恩-萊茵-錫格大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)和加拿大卡爾頓大學(xué)等；國內(nèi)有清華大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、江西理工大學(xué)和華中理工科技大學(xué)等。上述研究往往涉及計算機(jī)專業(yè)或電子工程專業(yè)較多，但是對微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)改革研究報道較少，并且大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革主要是實驗部分的改革。

為了貫徹落實《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的精神，不斷深化本科生、研究生教學(xué)改革，提高本科生、研究生教育質(zhì)量和就業(yè)率。旨在探索研究微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)教育新模式，走出一條將實際科研項目、教學(xué)環(huán)節(jié)和企業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合的特色之路。以市場甚至國際市場為導(dǎo)向、以企業(yè)甚至跨國公司為依托、學(xué)研產(chǎn)相結(jié)合的新模式，把微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)科學(xué)研究、企業(yè)技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)緊密結(jié)合起來。尤其是對微電子專業(yè)研究生的教育，與企業(yè)甚至跨國公司合作進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，提高人才的創(chuàng)新能力、解決工程實際問題的能力和專業(yè)工程素養(yǎng)，培養(yǎng)出基礎(chǔ)較扎實、實踐能力強(qiáng)、專業(yè)工程素養(yǎng)較高和企業(yè)歡迎的微電子專業(yè)畢業(yè)生。為破解高校學(xué)生就業(yè)難、企業(yè)選人難的問題；為縮小我國與先進(jìn)國家微電子專業(yè)復(fù)合人才的差距，具有重要的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)的社會意義。

1 建立微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)平臺

嵌入式系統(tǒng)是微電子專業(yè)研究生和本科生的一門專業(yè)選修課。微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)的特點是緊跟芯片和軟件前沿發(fā)展動向、涉及學(xué)科多、國際性器件多且更新?lián)Q代快。該課程要求理論與實踐緊密結(jié)合，企業(yè)需求解決工程實際問題的嵌入式人才，這些都促進(jìn)了微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)教育新模式的開展，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際和工程項目研發(fā)能力。我校已與北京華芯微特科技有限公司、深圳仙苗科技有限公司和北京飛漫軟件有限公司等單位合作，建立了嵌入式聯(lián)合實驗室，正在與跨國公司相關(guān)人士洽談；另外，本研究室在科學(xué)研究中已初步建立了小型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、光柵測量系統(tǒng)、火炮發(fā)射計數(shù)系統(tǒng)、煙霧報警系統(tǒng)和完成芯片設(shè)計并成功流片的項目等，這些為該課程學(xué)研產(chǎn)新模式的探索和研究搭建了很好的基礎(chǔ)和平臺。部分學(xué)生在華芯微特公司運用所學(xué)的ARM匯編語言進(jìn)行指令集的測試設(shè)計和應(yīng)用設(shè)計。部分學(xué)生運用所學(xué)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計方法，設(shè)計和制作出電子產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已應(yīng)用于企業(yè)。微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)新模式的建立，很重要的一項內(nèi)容就是教學(xué)方法和考試方法改革。以實際工程項目驅(qū)動為主要形式，以實際課題研究、技術(shù)開發(fā)為主要內(nèi)容，整合校企優(yōu)質(zhì)資源，優(yōu)化微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與考試方法，提高學(xué)生的知識水平、學(xué)習(xí)、動手和實際工程實踐項目的研發(fā)能力，實現(xiàn)與企業(yè)的緊密合作，為學(xué)生成功走向市場，進(jìn)入企業(yè)增加一份較強(qiáng)勁的推動力。

2 實際項目驅(qū)動教學(xué)方法改革

基于嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)平臺，緊跟嵌入式學(xué)術(shù)前沿的發(fā)展動向，不斷改進(jìn)企業(yè)所需的產(chǎn)品功能，并將實際的研發(fā)項目和研發(fā)過程引入到嵌入式系統(tǒng)課堂，采用課內(nèi)外學(xué)習(xí)、作業(yè)和實驗相結(jié)合的方法，使學(xué)生能完成嵌入式系統(tǒng)的實際硬件電路設(shè)計、程序編制、調(diào)試環(huán)境搭建、板級調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)通訊、系統(tǒng)集成和文檔編寫等環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的工程項目研發(fā)和實際動手能力。將企業(yè)一線專家請到校內(nèi)，使學(xué)生近距離聆聽企業(yè)嵌入式專家的報告和指導(dǎo)，提高學(xué)生工程項目經(jīng)驗、創(chuàng)新能力、實踐能力，豐富學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，也可以提高學(xué)生的就業(yè)率。同時也為企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)提供人才保障。另外，也使學(xué)生和教師及時了解企業(yè)對畢業(yè)生的要求、對課程內(nèi)容的建議和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的需求等，緊跟嵌入式市場的發(fā)展需求，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和規(guī)劃，培養(yǎng)符合市場及企業(yè)一線需求的微電子嵌入式人才。切實建立以國際市場為導(dǎo)向，以國內(nèi)企業(yè)和國際企業(yè)為依托、學(xué)研產(chǎn)緊密結(jié)合的微電子專業(yè)嵌入式系統(tǒng)教育新模式。同時進(jìn)一步加深與企業(yè)之間長期緊密的學(xué)研產(chǎn)用合作關(guān)系，使平臺成為企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和我校微電子專業(yè)嵌入式人才培養(yǎng)的重要基地。

3 結(jié)合市場和微電子專業(yè)特點細(xì)分方向

基于微電子專業(yè)的特點，一部分學(xué)生今后主要從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和研發(fā)工作。從事嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的學(xué)生，重點學(xué)習(xí)硬件電路設(shè)計和軟件編程，通過需求分析、方案論證、資料搜集、系統(tǒng)設(shè)計、電路調(diào)試、軟件編程、系統(tǒng)測試、文檔寫作等全過程，完成一個標(biāo)準(zhǔn)工程項目的嵌入式系統(tǒng)研發(fā)。另一部分學(xué)生今后主要從事器件或芯片的設(shè)計研發(fā)工作。隨著芯片集成度的不斷提高，電子元器件朝著深亞微米方向發(fā)展，芯片設(shè)計朝著系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，即SoC片上系統(tǒng)甚至片上可編程系統(tǒng)(SoPC)設(shè)計。這部分學(xué)生需要學(xué)習(xí)和掌握嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、處理器的架構(gòu)體系、內(nèi)部器件和單元模塊的工作原理等。如ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)和外圍接口的總線設(shè)計以及 ARM的匯編語言等。在芯片設(shè)計中，匯編語言被大量應(yīng)用于芯片測試中，如指令集的測試，通過匯編語言完成指令的操作，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，通過查看寄存器來驗證流水線的設(shè)計是否正確；另外，匯編語言也被應(yīng)用于芯片設(shè)計，運用匯編語言可以完成ARM source的準(zhǔn)備等。學(xué)生掌握了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理有利于進(jìn)行系統(tǒng)集成的設(shè)計和應(yīng)用。

4 實際項目驅(qū)動知識點分解

實際項目驅(qū)動教學(xué)要求通過一個或多個項目來貫穿整個課程教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生分析實際工程項目問題和解決實際問題的能力，提高工程素養(yǎng)和團(tuán)隊合作精神。通過深入研究實際項目、知識點分解、大綱要求、企業(yè)指導(dǎo)、課程考核等內(nèi)容。如硬件層面：從電子技術(shù)的基礎(chǔ)開始，逐步深入到集成電路設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)所涉及的硬件知識體系等。教學(xué)的中心是提升學(xué)生電路分析、設(shè)計和實際應(yīng)用的能力，滿足根據(jù)工程項目需要，獨立或合作完成嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、制作、調(diào)試等環(huán)節(jié)，為學(xué)生從事或?qū)韽氖缕舷到y(tǒng)(SoC)或片上可編程(SoPC)打下堅實的基礎(chǔ)。計算機(jī)軟件系統(tǒng)層面：主要涉及計算機(jī)相關(guān)的知識和技術(shù)，如從嵌入式操作系統(tǒng)到匯編語言、C/C++程序設(shè)計和軟硬件協(xié)同設(shè)計等內(nèi)容。這些課程學(xué)生以前學(xué)過，在實際工程項目實踐中，邊復(fù)習(xí)，邊將所學(xué)知識應(yīng)用于項目研發(fā)中，學(xué)習(xí)效率要比單純的理論教學(xué)效率高很多。

5 改革考試考核方法

對應(yīng)于工程項目教學(xué)過程不同階段的內(nèi)容，采用階段性綜合測試方法，即在每個學(xué)習(xí)階段進(jìn)行一次有針對性的開放式測試。如處理器體系架構(gòu)分析、硬件設(shè)計、實際動手演示、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試或文檔寫作等內(nèi)容。目的在于通過測試考查學(xué)生的設(shè)計、制作與綜合應(yīng)用能力，允許學(xué)生在測試過程中查找資料?？荚嚂r間根據(jù)需要由幾個小時到幾天不定。根據(jù)具體內(nèi)容，考試的對象有時會是個人，有時會是小組，鍛煉學(xué)生的獨立思考和團(tuán)隊協(xié)作能力。

6 培養(yǎng)和鍛煉年輕教師

通過嵌入式系統(tǒng)學(xué)研產(chǎn)新模式的研究和建設(shè)，使我校微電子專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)和學(xué)研產(chǎn)平臺建設(shè)與課程建設(shè)相互促進(jìn)，培養(yǎng)和鍛煉微電子專業(yè)的年輕教師，提高年輕教師解決工程實際問題的能力和經(jīng)驗，建立面向北京嵌入式系統(tǒng)業(yè)服務(wù)的北京市學(xué)術(shù)創(chuàng)新和研究小團(tuán)隊。

嵌入式產(chǎn)品的研制和應(yīng)用已經(jīng)成為我國信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進(jìn)信息化發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長因素。培養(yǎng)微電子專業(yè)嵌入式人才，要堅持面向市場、面向企業(yè)、面向國際和面向未來的指導(dǎo)思想，以市場為導(dǎo)向、以國內(nèi)企業(yè)和國際公司為依托，實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的緊密合作，大膽進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和考核方法改革，為破解高校就業(yè)難、企業(yè)選人難的局面，實現(xiàn)校企雙贏具有重要的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)的社會意義。

[1] Mitch. R.J., Grimb.J.B., Loader R.J., Kam. C. Modular embedded system for teaching real-time control[C]. International Conference on Control '94 (Conf. Publ. No.389), 1994, (1):471-5.

[2] Mosterman, P.J.1; Ghidella, J.R.1; O'Brien, E.M. Model coverage as a quality measure and teaching tool for embedded control system design[C]. 37th Annual Frontiers in Education Conference - Global Engineering, 2007

[3] Lop. D.1, Cedazo R.1, Sanchez F.1. A remote laboratory for teaching embedded real time systems[C]. 2007 IEEE International Symposium on Industrial Electronics.

[4] 羅嗣海,周立功.新型校企合作培養(yǎng)零適應(yīng)期應(yīng)用型人才探討[J].江西理工大學(xué)學(xué)報, 2009,30(2):57-60.

[5] 李文生,鄧春健,呂燚.案例驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革探索[J].計算機(jī)教育,2011(2):22-25.

[6] 閆群民,提高電氣工程類本科畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的研究與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(17):57-58.