龍林波 劉人萍

（重慶郵電大學計算機科學與技術(shù)學院 重慶 400000）

1 背景

伴隨社會數(shù)字化、信息化與智能化的快速發(fā)展，嵌入式設(shè)備不斷與航天航空、國防軍事、工業(yè)制造、儀器儀表、辦公自動化、智能家居、智能交通、智慧城市與環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域深度融合，成為物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等應(yīng)用技術(shù)的重要出入口及組成部分，是計算機行業(yè)發(fā)展的新趨勢與內(nèi)在需求[1]。根據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達1.36萬億美元，其聯(lián)網(wǎng)的嵌入式設(shè)備數(shù)量高達126億，預(yù)計在2025年將達到246億。然而，嵌入式人才緊缺與嵌入式人才培養(yǎng)難的問題，也伴隨嵌入式應(yīng)用的廣泛普及而愈加嚴重。根據(jù)2020年新基金產(chǎn)業(yè)人才發(fā)展報告，嵌入式軟件開發(fā)的CIER指數(shù)高達1.77，在所有技術(shù)崗位中排名前10。為此，打造嵌入式人才培養(yǎng)的金課，加快嵌入式人才的培養(yǎng)，助力國家新基建建設(shè)，已成為當前計算機技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計是計算機專業(yè)培養(yǎng)嵌入式人才的關(guān)鍵課程，是以特定應(yīng)用對象為中心，滿足特定功能、能耗、成本、可靠性等方面的需求，對計算機軟件、硬件進行裁剪的一系列技術(shù)[2]。目前，該課程的建設(shè)普遍存在以下幾個問題：（1）課程目標不明確，未體現(xiàn)學生具體能力的培養(yǎng)。（2）知識能力素質(zhì)未能有機融合，難以支撐學生解決復雜工程問題的能力，不能有效體現(xiàn)課程的“高階性”。（3）嵌入式技術(shù)發(fā)展快，教材內(nèi)容、課程內(nèi)容以及教學形式陳舊，難以支撐學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。（4）對于學生和教師，嵌入式課程極具挑戰(zhàn)，為此面向計算機專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程，大部分集中于實時操作系統(tǒng)或者嵌入式軟件開發(fā)的介紹，降低了課程難度，導致該門課的挑戰(zhàn)度不足。綜上所述，把握實現(xiàn)嵌入式高質(zhì)量人才培養(yǎng)的關(guān)鍵目標，針對嵌入式人才培養(yǎng)的核心課程“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”的課程目標不明確、高階性不明顯、創(chuàng)新性不夠、挑戰(zhàn)度低等不利因素，綜合考慮計算機專業(yè)學生的培養(yǎng)體系與課程背景等情況，論文進一步明確嵌入式系統(tǒng)設(shè)計金課建設(shè)目標，并設(shè)計課程的“兩性一度”，以此促進培養(yǎng)市場需求的嵌入式專業(yè)人才，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型、社會信息化建設(shè)、新興產(chǎn)業(yè)及新經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計金課建設(shè)目標

該課程的建設(shè)目標：一是保持基礎(chǔ)理論體系相對穩(wěn)定的同時，注重課程內(nèi)容的前沿性，始終保持對國際嵌入式系統(tǒng)研究發(fā)展的動向進行跟蹤（如FPGA、SOC、RSIC-V、3D Flash等前沿技術(shù)），有針對性地調(diào)整授課內(nèi)容；二是要增強課程的應(yīng)用性，知識點講授與主流嵌入式系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合。三是圍繞嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)，從開源嵌入式Linux程序設(shè)計到驅(qū)動程序開發(fā)，加強學生在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方面的綜合實踐能力；四是依據(jù)企業(yè)和市場發(fā)展要求，及時調(diào)整嵌入式系統(tǒng)方向和相應(yīng)的課程內(nèi)容，培養(yǎng)符合市場需求的嵌入式專業(yè)人才。五是課程思政，推進創(chuàng)新理論，提升育人質(zhì)量，將課程設(shè)計、教案制作向人文素質(zhì)、職業(yè)勝任力、社會責任感等多維度延伸。

培養(yǎng)學生的知識和能力要求如下：一是培養(yǎng)學生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基本知識儲備，掌握嵌入式“軟件+系統(tǒng)+硬件”一體的知識體系，同時具備軟硬件協(xié)同設(shè)計的創(chuàng)新思維。二是能夠根據(jù)實際應(yīng)用需求，裁剪嵌入式Linux內(nèi)核、移植常用的bootloader、移植根文件系統(tǒng)、選擇合適的嵌入式文件系統(tǒng)，以實現(xiàn)嵌入式必要系統(tǒng)軟件的設(shè)計。三是運用工具的能力，能夠運用合適的編程工具，包括 GCC、GDB、MAKE工具等、交叉編譯環(huán)境、主從通信機制、交叉調(diào)試環(huán)境等，對嵌入式系統(tǒng)軟件進行開發(fā)。四是能夠把握嵌入式技術(shù)對信息行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵作用，及其對社會各行各業(yè)發(fā)展的重要意義，能夠運用先進存儲技術(shù)、低功耗設(shè)計、安全管理、創(chuàng)新能力等方法與技術(shù)提升工程質(zhì)量，在工程實踐中自覺遵守規(guī)范；五是團隊協(xié)作能力，能夠根據(jù)嵌入式實際的應(yīng)用需求，結(jié)合嵌入式開發(fā)過程中的任務(wù)類別及開發(fā)角色，團隊協(xié)同完成小型的嵌入式實踐項目。

3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計金課的“兩性一度”設(shè)計

立足于計算機專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程，梳理和探究先進課程內(nèi)容與創(chuàng)新教學模式，進行金課建設(shè)的“兩性一度”設(shè)計，充分實現(xiàn)嵌入式設(shè)計課程的高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度。

3.1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的高階性分析與設(shè)計

傳統(tǒng)的課程內(nèi)容設(shè)計未與計算機專業(yè)的其它專業(yè)課程有機結(jié)合，以典型操作系統(tǒng)UCOS、RTOS或其它嵌入式Linux系統(tǒng)為例的一門操作系統(tǒng)實踐課程，涉及內(nèi)容單一、知識體系匱乏、知識片面，無法培養(yǎng)學生解決嵌入式領(lǐng)域?qū)嶋H的復雜工程問題。具體改進措施：（1）深入計算機專業(yè)的知識體系，結(jié)合專業(yè)的培養(yǎng)目標與能力要求，并以此為基礎(chǔ)進行嵌入式領(lǐng)域知識延伸，實現(xiàn)課程內(nèi)容的高階性，同時以專業(yè)培養(yǎng)方案的復雜工程能力培養(yǎng)向嵌入式領(lǐng)域的復雜工程能力延伸。（2）創(chuàng)新教學方法，以計算機專業(yè)的操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、組成原理、編譯原理為基礎(chǔ)，采用專題化、研討式教學模式，立足于專業(yè)知識逐漸接入嵌入式領(lǐng)域的知識點。

3.2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的創(chuàng)新性分析與設(shè)計

根據(jù)嵌入式設(shè)備的特定應(yīng)用對象，嵌入式工程師進行軟件、硬件、系統(tǒng)的定制化開發(fā)，涉及的工作內(nèi)容本身需要創(chuàng)新設(shè)計思維。然而，傳統(tǒng)的課程教學內(nèi)容固定、教學方法單一，難以充分調(diào)動學生的創(chuàng)新思維。同時，課程內(nèi)容的陳舊，無法匹配嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，進一步阻礙了學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。具體改進措施：（1）新的教學內(nèi)容。每學期定期更新授課內(nèi)容，圍繞嵌入式日新月異的技術(shù)發(fā)展進行分析總結(jié)，讓學生掌握最新的知識。（2）新的思維方式。嵌入式領(lǐng)域知識面廣泛，課程更多的體現(xiàn)思維方式的新，傳統(tǒng)固定答案的課后習題替換為無固定答案的思考題，讓學生充分調(diào)動能動性去思考嵌入式技術(shù)的發(fā)展。（3）新的課內(nèi)外實踐方式。充分調(diào)動學生課內(nèi)課外時間，設(shè)置開放的實踐課題供學生自主選擇，實現(xiàn)課內(nèi)輔導課外完成為主。

3.3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程的挑戰(zhàn)度分析與設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)涉及的知識面廣，課程本身極具挑戰(zhàn)性。但是，為了更好的讓學生理解，早期大部分嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程都進行了簡化，集中于嵌入式系統(tǒng)層面或者嵌入式軟件開發(fā)層面的講解，裁剪了大部分重要知識，在降低挑戰(zhàn)性的同時也降低了對學生的能力培養(yǎng)。具體改進措施：（1）充分考慮計算機專業(yè)的培養(yǎng)方案，以早期的學習課程為基礎(chǔ)，進一步延伸到嵌入式領(lǐng)域，形成嵌入式的一體化知識體系，提高課程挑戰(zhàn)度的同時將課程難度與整個專業(yè)培養(yǎng)方案有機結(jié)合。（2）實踐課程受限于時間，以至于降低實踐內(nèi)容的挑戰(zhàn)度，將課內(nèi)實踐的時間延伸到課外，充分利用學生學習時間，完成有難度的實踐內(nèi)容。

4 結(jié)語

論文結(jié)合嵌入式人才需求的能力要求，圍繞計算機專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程，梳理了該金課建設(shè)的目標，同時把握金課“兩性一度”的關(guān)鍵，對課程高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度進行了現(xiàn)狀分析與設(shè)計，為本門課程金課建設(shè)提供參考。然而，嵌入式人才的培養(yǎng)還需要更多的教學資料、實踐資源、創(chuàng)新教學理念的支撐，我們將在后期工作進一步細化與豐富，以此促進嵌入式人才的培養(yǎng)，助力嵌入式行業(yè)的快速發(fā)展。