[word doc]嵌入式系统课程体系的组织探索

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1、嵌入式系统课程体系的组织探索嵌入式系统课程体系的组织探索嵌入式系统课程体系的组织探索殷伟凤方跃峰孙德超(1.浙江传媒学院电子信息学院,2.浙江万里学院计算机与信息学院,孙荣高万忠浙江杭州310018:浙江宁波315100)摘要嵌入式系统涉及范围非常广,嵌入式技术涉及多门学科,而不同专业,不同层次的学生其教学重点也不一样.因此应根据工科类应用型人才的培养目标及计算机科学与技术专业的现状及特点,加强嵌入式系统课程群建设,建立开放实践的活动机制,以嵌入式实验室为平台,辅以工程实训项目,进而达到培养学生应用嵌入式技术的目标.关键词嵌入式系统;课程体系;课程群;开放实践;合作式教学中图分类号G642.0

2、文献标识码AOnCurriculumofEmbeddedSystemYINWeifeng,FANGYuefeng,SUNDechao,SUNRonggao.WANZhong(1.SchoolofElectronicInformation,ZhejiangUniversityofMediaandCommunications,Hangzhou,310018,China;2.SchoolofComputerScienceandInformationTechnology,ZhejiangWanliUniversity,Ningbo.315100,China)Abstract:Inviewofthewi

3、deapplicationofembeddedsystemandtechnologytoavarietyofdisciplines,andthedifferenceinteachingemphasisofdifferentspecialtiesandforstudentsatdifferentlevels,theconstructionofcoursegroupofembeddedsystemshouldbeenhanced,andthepracticemechanismofopenextra.curricularexperimentshouldbeestablished,inaccordan

4、cewiththepracticeorientedtalenttraininggoal,currentsituationandcharacteristicsofComputerScienceandTechnologyspecialty,SOthatthegoalofcuhivatingstudentsapplicationabilityofembeddedtechnologycanbereached,bycreatingtheplatformofembed.dedlaboratories,andprovidingsomepracticeopportunitiesforstudentsasasu

5、pplementtotheexperiments.Keywords:embeddedsystem;curriculumsystem;coursegroup;openextracurricularexperiment;cooperativeteaching收稿日期20081208作者简介殷伟凤(1967一)女,浙江龙泉人,副教授,主要从事嵌入式系统研究高等理科微育HIGHEREDUCATIONOFSCIENCES2010年第6期(总第94期)嵌入式系统课程是一门多学科交叉的课程,涉及微机原理与接口,计算机组成原理,操作系统,程序设计,编译技术,网络通信,人机交互,软件测试等学科领域的诸多知识点.

6、随着软硬件技术快速发展,嵌入式系统不再是-17课程就可以介绍清晰的,而逐步成为一个课程群.目前国内外各高校对嵌入式系统教学也都非常重视,针对嵌入式系统教学体系,教学内容和实验实践进行了探讨J.但与嵌入式系统普遍应用的趋势相比,嵌入式系统涉及的课程零散,无系统性,各课程的内容存在很多重复,相互间没有连贯性,没有形成统一的教学体系和人才培养模式.一,现状分析目前,我国已经开始逐步重视对嵌入式系统的教学,大部分高校的计算机专业都开设了嵌入式系统相关课程,但因嵌入式系统涉及面广,目前对嵌入式系统课程还没有统一的定论,因此各校嵌入式系统课程的内容也差异较大,嵌入式系统教学内容和技术都未能跟上快速发展的嵌

7、人式技术,学生所学内容与社会需求相距甚远.我院自2000年开始设置计算机科学与技术专业,根据计算机科技的主流发展方向和社会人才需求类型,至2006年,将计算机应用方向模块更名为嵌入式方向,更加明确了此方向的定位和目标,在此过程中课程也相应的做了调整,在原来开设的计算机接口技术,单片机技术,数字系统EDA设计基础等课程的基础上,增设嵌入式系统为选修课程,之后设为嵌入式方向模块的必修课程,主要讲解ARM基础知识.从方向的课程设置可看出,只是为了适应技术的发展趋势更改或增设了一两门课程,课程之间没有形成相关体系,所设置的课程远远未能体现嵌入式系统技术发展的特点,教学内容未及时更新,学生的实践环节也受

8、限于教学内容和实验设备,大多只能做些验证性实验,造成了学生的知识结构不够完善及创新能力与开发能力的欠缺?82?二,嵌入式系统课程体系组织(一)围绕嵌入式课程群形成嵌入式系统方向课程体系嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式计算机技术的应用按照所使用处理器的不同可分为:嵌入式微处理器系统,嵌入式微控制器系统,嵌入式DSP处理器系统,嵌入式片上系统J,因此嵌入式系统课程群即以核心部件技术为中心,以MCU,EDA,DSP,MPU等嵌入式相关技术的掌握和应用为目标,形成相关的嵌入式课程群,以培养嵌入式系统所需要的软硬件系统人才.围绕着嵌入式课程群及目前计算机科学与技术专业的课程体系中所设

9、置的许多专业基础课,建立一个嵌入式方向的课程体系,整个课程体系分成专业基础课,专业核心课,嵌入式系统方向课程群和专业综合应用四个层次(见表1).(二)嵌入式课程群建设在嵌入式方向课程体系中,嵌入式课程群涉及单片机及接口技术,嵌入式系统应用开发基础,嵌入式系统设计,DSP技术及其应用,可编程逻辑器件及应用,SOPC技术及其应用和达芬奇平台及应用.课程间相互关系如图1所示.可编程逻辑r_-器件及其应用,IARM嵌入式.l嵌入式1应用开发基础l系统|殳计III:图1课程群内课程间相互关系单片机及接口技术课程介绍以8051为内核的8位CPU的体系结构和指令系统,汇编语言程序设计,以及并口,串口,I2C

10、,CAN等计算机的基本接口概念,原理和应用.该课程是嵌入式系统课程群的基础课程,通过该课程的学习使学生掌握嵌入式系统的低端应用和开发,并为理解和掌握后续的32位机打下基础.ARM嵌入式系统应用开发基础是嵌入式课程群中最核心的一嵌入式系统课程体系的组织探索门课程,在方向体系中是一门举足轻重,承上启下的课程,因此我们以此课程作为重点课程进行建设,朝着精品课程的目标努力,并以此课程为主线衔接课程群课程.在本课程中重在建立嵌入式系统的基本概念,主要介绍嵌入式系统的基本构成和开发方法,并以主流32位ARM为内核介绍其体系结构,选用CotexM3内核的STM32芯片作为应用开发平台,使学生掌握嵌入式c语言

11、的程序设计,掌握ARM集成开发平台及相关开发软件工具的使用,并侧重于嵌入式系统的底层开发.后续的嵌人式系统设计主要介绍嵌入式操作系统的基本原理,使学生掌握基于嵌入式表1操作系统层上的应用开发.可编程逻辑器件及其应用主要涉及可编程逻辑器件的应用领域,分类和结构,硬件描述语言及其在逻辑设计中的应用.SOPC技术及其应用主要介绍片上可编程系统的基本原理和设计方法,内容涉及在可编程芯片上的部件定制和系统构成,基于nios软核和嵌入式linux的SOPC应用系统的开发.DSP技术及其应用主要让学生掌握DSP工具的使用和利用DSP进行图像,音频处理的应用.而达芬奇平台及其应用可以使学生了解目前的新技术,理

12、解ARM加DSP的双核概念,了解达芬奇芯片在视频处理中的应用.嵌入式方向课程体系层次理论体系实践体系专业电子技术基础(4学时,第3学期)电子设计基础课程序设计语言(4学时,第2学期)程序设计综合训练网络技术(4学时,第4软件工程(3学时,第3数据结构及算法设计专业学期)学期)(4学时,第3学期)软件项目开发核心课计算机组成与系统结构操作系统原理(3学时,数据库原理及应用(4学(4学时,第4学期)第4学期)时,第4学期)单片机及接口技术(4学时,第4学期)ARM嵌入式应用开发基可编程逻辑器件及其应用DSP技术及其应用(2学嵌入式嵌入式系础(4学时,第5学期)(3学时,第5学期)时,第6学期)系统

13、工程统课程群嵌入式系统设计(4学SOPC应用系统设计(3达芬奇平台及应用(2学实训时,第6学期)学时,第7学期)时,第7学期)专业综合应用毕业设计,毕业实习(智能家居,远程视频监控,工业控制等领域应用)(三)以基于平台的思想建设嵌入式系统实验室嵌入式系统人才培养的物质基础是实验室,而应用型本科院校所要培养的是能在已有硬软件平台上开发嵌入式系统的应用性人才.根据人才培养目标定位,我们提出了三个方面的嵌入式系统实验室建设方案:建设ARM嵌入式系统为核心的实验教学平台;建设视频嵌入式应用特色的开放实验平台;建设嵌人式相关电子产品的基本制作与测试平台.根据建设方案,将实验设备分成四个层次:ARM嵌入式

14、系统实践教学平台,数字视频嵌入式开发平台,电子产品开发一体化配套设备,开放式工程实训项目.在已有的自制的模块化单片机实验仪的基础上,再续置ARM嵌人式系统教学设备,数字视频嵌入式开发系统,SOPC开发系统,嵌人式网络通信模块,WinCE操作系统,AhiumDesigner,示波器,逻辑分析仪,印制板快速制作设备,SMT贴装设?83?高等理科教育HIGHEREDUCATIONOFSCIENCES2010年第6期(总第94期)备等.此建设方案得到了浙江省财政厅省属高校实验室建设专项资金资助,实验室正在建设中.三,嵌入式人才培养的实践机制(一)形成基础技能训练,专业技能训练和专业综合技能训练三个层次

15、的实验课程体系在实验教学环节中,各门课程均有配套的课程实验,实验内容分为验证性实验,综合性实验和设计性实验.另外在每个学年都设置有两周的集中实践时间,根据课程体系,我们相应地设置了三个层次的实践内容,第一层次是基础技能训练,主要强化学生对嵌入式的软硬件的基础,因此将此实践分成:电子设计训练,以培养学生对硬件知识的综合运用和技术的掌握;程序设计综合训练,以打好学生基本的软件编程基础,为嵌入式软件开发做好技能铺垫.第二层次是专业技能训练,主要培养学生对项目的开发能力及项目管理能力,形成团队合作.第三层次是专业综合技能训练,这一阶段主要以毕业设计,毕业实习的形式开展.一方面,我们在建设实验室时,购置

16、了多套工程实训项目,如智能家居等,学生可在此基础上进行创新开发应用,另一方面,与企业联合,让学生参与到企业实际项目中,或者参加教师的科研项目.(二)形成开放性实践机制,开展开放性实验活动我院对实验室实行了全面开放,使学生的实践活动不再限定于特定的时间,地点和特定的内容.为了保障开放实验室的良好运作,我们申报并完成了校级教改项目”计算机开放实验室的改革与探索”,提出了针对我院自身条件的开放实验室的建设方案,开放实验室的管理机制,开放实验室的实践活动形式以及开放实验室的评价考核机制.在财政厅资助的嵌入式系统实验室建设中,除专业教学实验室的建设外,特别包含了开放实验室建设方案,建设有专用的开放实验室

17、及为开放创新活动提供的一系列设备和条件.学校还设立了开放实验室专项基金,给予经费上的?84?支持和保证,并建立创新实验项目申报机制,以保证开放实践活动具有长效机制.(三)积极开展专业素质拓展和学科竞赛活动鼓励学生参加专业素质拓展和学科竞赛活动,学校将素质拓展和学科竞赛纳入实践课程体系之中,每个学生由教师申报专业素质拓展项目,学生自觉报名参加,素质拓展项目主要是教师的科研项目,学生完成规定的任务后可获得相应的学分.另外每一学年各专业方向都举办校级学科竞赛活动,一方面培养学生的专业兴趣,另一方面为参加省市级及国家级的学科竞赛进行相关的培训和人员选拔,学校给予积极鼓励政策,除物质奖励外,对获得省级及

18、以上奖的学生可作为优秀毕业生的评选条件或破格获得学位.(四)合作式教学方式为了确保学生在课堂上发挥主动性,需要使用合作性学习小组.根据嵌入式系统涉及内容广泛,课时少,工程性强的特点,理论教学采用对基本理论,知识点进行精讲,对大信息量采用讲座式多媒体教学方法,而对课程中的重点,难点以讨论思考题的形式提供给学生,由学生在课后以小组为单位进行研讨交流,并形成讨论报告,然后在讨论课上宣讲讨论结果及提出存在的问题,教师对其思路进行整理,引导并解决他们讨论过程中遇到的疑难问题.参考文献:1马义德,汤书森,张北斗,等,嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养J.高等理科教育,2008,78(2):2325.2殷伟凤,李继芳,毕春跃.嵌入式系统方向课程体系设置的研究与探索c/.陈火旺.高校计算机教学与研究(第一辑).北京:科学出版社,2007:9.3韩德强,孙燕英.北京工业大学”嵌入式系统”精品课程建设J.计算机教育,2006(8):1416.4凌明,王学香,钟锐.电子类专业嵌入式系统课程体系建设探索J.电气电子教学,2007,29(5):46,10.5刘映杰,马义德,张新国.嵌入式计算机技术的发展与教学应对策略探讨J.高等理科教育,2002,42(3):7678.