摘要：嵌入式系统在各领域应用的不断扩大也促使各高校纷纷开设嵌入式系统课程或者专业，嵌入式系统是一个覆盖多学科、多门专业的交叉学科，其涵盖了微电子、电子信息、计算机硬件、计算机软件等多门学科。在课程教学过程中，嵌入式系统教学不但需要学生具有坚实的理论功底还需要具有较强的实践能力，这对于高校的嵌入式系统教学提出了较高的要求。目前我国高校对于嵌入式系统教学一般是以一门课程或者一个教学模块的形式进行教学工作，教学过程中学时短、实践少，同学们既不能获得扎实的理论功底也无法得到良好的实践锻炼，在完成教学过程之后，学生只能对嵌入式系统有一个较为模糊的概念。而嵌入式系统作为一个具有较高应用价值的工具学科，传统的大学课程教学往往无法跟上市场中硬件与软件的快速变化与更迭。因此，构建一套以应用为核心的嵌入式教学模式，让学生在获得坚实理论知识的基础上，能学习到嵌入式系统的前沿知识，提高学生的实践能力。
关键词：嵌入式系统；教学；应用型
引言
本文针对嵌入式系统的教学特点，总结了嵌入式系统教学过程的特点和问题。根据我国高校嵌入式系统教学的特点，以培养应用型人才为教学核心，本文构建了一套嵌入式系统的教学系统。
1嵌入式系统体系特点
梳理、构建多维融合的嵌入式系统知识体系是开展系统化思维与能力培养的重要前提。从系统角度来看，嵌入式系统的知识涵盖了硬件、软件、开发三个主要组成部分，其知识体系组织要以硬件组成与构建、软件组成与构建，以及开发中的调试、测试与仿真等内容为核心体系。从计算系统角度来看，嵌入式系统以计算机技术为基础，呈现出面向特定应用、软硬件可定制且具有非功能性约束等特征，是专用的计算装置。从形态来看，嵌入式系统由不同复杂程度的软硬件构成：电动玩具、冰箱空调中的控制系统以功能较为简单的微控制器为核心，直接部署用于逻辑运算和I/O控制的裸机软件；对于智能手机、数字电视等功能更为复杂且需要多任务并发服务的嵌入式应用，其嵌入式系统通常会采用更为强大的嵌入式处理器，并基于嵌入式操作系统来部署复杂的应用软件；对于虚拟现实、智能驾驶、航空航天等复杂领域应用，则可能需要构建分布式或并行架构的嵌入式系统。显然，嵌入式系统不同于架构较为单一的通用计算系统，其技术本身以及应用都是形态多样、不断演化的。
作为一门强调“系统”的课程，嵌入式系统的知识体系具有高度综合的系统化特质，可结合嵌入式系统的软硬件组成来进行讨论：首先，嵌入式系统硬件本身的知识体系覆盖就非常广泛，涵盖了电路设计基础、数字电路、计算机组成与体系结构、总线与接口以及处理器体系、存储机制与组件、基于最小系统的设计与调试等；其次，嵌入式软件部分具有与硬件密切关联且同样庞大的知识体系，仅系统软件（包）而言，就涉及ROMMonitor（监控程序固件）、BootLoader、BSP、嵌入式（实时）操作系统、驱动软件、通信协议栈、图形库、数据库及中间件等多类组件，这些软件组件在开发或者系统引导、启动的过程中彼此关联；最后，嵌入式系统还包括了开发、集成、调试、测试与部署等相关的知识。由此可见，嵌入式系统课程的知识体系高度综合，必须要首先构建起纵向连通、横向拓展、深度穿透的多维、立体知识体系，这是进行系统化思维和能力培养的基石。
2嵌入式系统教学现状
嵌入式系统做为以计算机技术为基础，以嵌入式系统的工作任务和工作环境为导向，通过硬件的灵活组合和软件的优化实现其本身的控制功能。嵌入式系统本身综合了计算机硬件、计算机软件、半导体等多个学科的知识，其教学过程对教师的综合素质有较高的要求，需要教师在面对不同学科、不同专业背景的学生时能深入浅出进行讲解，提高学生的实践能力。但是在目前的教学过程中，存在着一定的问题需要我们正视。
首先是教材内容较为陈旧，无法反映嵌入式系统目前的研发和生产主流技术，教学内容存在一定的滞后。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高校教材在编制、出版、应用上存在一定的滞后性。教材在编制过程中，一般都是以旧版教材为基础，并适当加入一些新的知识，然后再进行出版，这个过程往往需要一年甚至是更长的时间，而当教材送到学生手中，往往距离教材开始编纂已经过去两三年时间，而由于成本等诸多原因，教材一般会使用多年而不进行更新，这使得教材常常脱离现实生产情况。教学内容滞后的弊端在大部分传统学科上体现并不明显，但是在嵌入式系统领域，无论在硬件还是在软件上，每年都会有大量的新硬件和软件出现，每过几年各生产企业的主要产品就会更新。在这样的背景下，教学内容的滞后会严重影响学生的知识体系，造成学非所用的后果。
其次，目前各高校对于嵌入式系统课程的分配学时较少，对于这门具有较高综合性的课程，较少的授课时间无法保证对课程内容全面详细的讲解。较短的学时分配还直接影响到实验教学的效果。基于较少的实验教学学时，大部分嵌入式系统课程的实验教学都是以验证式的教学案例为主，学生只需要按照教师制定的固定步骤安装几条线，就可以运行给定程序。这样的实验教学过程大大影响了学生的实践能力，更不利于学生对于理论知识的巩固和综合素质的提高。
最后，嵌入式系统课程在教学过程中，以教师教授为主，学生被动接受的“填鸭式教学”依然严重。学生在上课过程中提不起学习兴趣，教师无法引导学生进行思考和学习。
3面向应用的嵌入式系统教学构建
将嵌入式专业培训搬至我们的课堂和实验室，使对嵌入式系统感兴趣的学生有了明确的就业方向，将是消除校企之间的鸿沟，提高嵌入式系统课程教学质量，培养社会需求的高素质嵌入式系统应用开发人才值得探索的创新方式。具体举措为：
（1）组建嵌入式课程教学团队能够促进教师科研动力，为嵌入式专业培训式提供了强大后盾，理论教学与实验教学相互融合，专业教学和实践培训并举，建立学校的专业培养与市场需求间的互通桥梁。
（2）理论教学搬进实验室，将专业培训搬至课堂，搬至实验室，促使学生在“做中学”，让学生主动学习摸索，对理论知识的理解和掌握，也会更加深刻；项目式的课程实训能够使学生掌握如何将所学知识应用到项目开发中，为下一步就业做好知识上和心理上的充分准备，消除校企之间的鸿沟，提高嵌入式系统课程教学质量。
（3）与多家培训机构有长期合作，首先邀请培训机构的专业输送一批年轻教师到企业进行项目式实战的培训，将专业培训后的老师，形成培训团队。
（4）①基于构建的多维知识体系，梳理各知识点的思想、方法、运用内涵，并对学习侧重点进行有效分割；②在课堂讲授思想方法的同时，要引入实例来引导学生主动学习的意识，并通过课后自学来全面掌握运用方法，如“搭积木”式的硬件、软件设计思想，让学生掌握了框架设计及关键技术的原理，但如何将技术“填充”到框架中以形成系统，则需要学生在课外投入大量的精力进行钻研。
近年来的教学反馈表明，学生普遍反映改革后的嵌入式系统课程学习耗时间、“负担”重，但同时也反映学习本课程的收益较之前更大。这说明，这一方法的大趋势是正确的，值得继续探索和优化。
结语
嵌入式系统已经在各领域中占据了重要地位，高等院校应积极探索嵌入式系统的教学方法，夯实学生理论基础，提高学生的实践能力，加强学生嵌入式系统的应用能力。
参考文献：
[1]王立新，蒋烈辉，郭玉东.以嵌入式为核心的计算机课程体系建设[J].计算机教育，2016（2）：66-68.
[2]沈承舒，杨波.嵌入式课程教学方法的改革与探索[J].计算机教育，2015（13）：76-78.
论文作者:孙志杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/6
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