嵌入式系统设计课程教学模式的设计和实施方法的总

《嵌入式系统设计》课程教学模式的设计和实施方法的总结

《研究型大学教师教学丛书》投稿

所属类别

四川大学计算机学院/软件学院 彭舰，赵辉，张磊，陈良银

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相关信息

单位：四川大学计算机学院/软件学院

姓名：彭舰，赵辉，张磊，陈良银 联系电话：

彭舰-13980905589，85468792（O）

附主要作者简介：

1．彭舰：1970年12月生，副教授，博士，现任四川大学计算机学院/软件学院副院长。2006年主持教育部微软精品课程“嵌入式系统设计”的建设，该课程曾先后被批准为四川大学计算机学院精品课程和四川大学精品课程。2007年主持了国家“十一五”规划教材“嵌入式系统设计”的编著工作。

2．赵辉：1976年12月生，在职博士研究生，讲师。曾两次获得四川省科学技术进步奖。2005年获得四川大学双语教学比赛三等奖。2006年获得四川大学计算机学院/软件学院优秀教学质量奖。承担了‘教育部－微软’的精品课程和四川大学精品课程“嵌入式系统设计”的建设工作，参与了国家“十一五”规划教材“嵌入式系统设计”的编写工作。2007年10月－2008年9月，在美国匹兹堡大学做访问学者。

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摘要

本文总结了《嵌入式系统设计》课程的教学模式的设计和具体的实施方法，该课程的教学设计立足于研究型大学本科创新人才的培养目的和教学目标。从实施效果来看，该课程提高了嵌入式方向教学的质量，促进了教学和实践的结合，实现了嵌入式教学从封闭到开放、从知识教育的单向灌输到启发式的能力培养的转变，激发了学生在嵌入式领域中学习和创新的潜力，培养的学生具有较好创新意识和实践能力，达到了预期的目标。

一、《嵌入式系统设计》课程的简介

嵌入式系统是当前发展最快、应用最广、最有发展前景的信息技术领域之一。嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器和智能仪器等众多领域，“嵌入式无处不在”已经成为现实。

2004年6月，美国电气及电子工程师学会计算机协会（IEEE-CS）和美国计算机学会（ACM）公布了“计算教程2004”(Computing Curriculum 2004，简称CC2004)。CC2004对原“计算教程CC2001”给出的四个专业方向进行了修改和扩充，并给出了新的评述，其中在计算机工程专业课程中已将嵌入式系统作为核心课程之一。目前，社会对嵌入式系统技术人才的需求量也在不断增加，各高校为适应社会需求，在计算机类专业中陆续开设了与嵌入式系统相关的课程。四川大学计算机学院/软件学院是率先在国内开设嵌入式系统课程的学院之一。

《嵌入式系统设计》课程是我校四川大学计算机学院/软件学院本科三年级学生的一门必修课程。该课程的总课时为48学时。采用的教材是自己编写的国家“十一五”规划教材《嵌入式系统设计》。该课程是教育部-微软精品课程，也是四川大学精品课程。

二、《嵌入式系统设计》课程的教学模式的设计和实施

2.1注重教学内容选择针对性和合理性

嵌入式系统是一门综合性很强的课程。从工程的角度分析，它是涉及了机械、电子、计算机等多个学科的系统，单个学习者很难掌握当前嵌入式系统开发的全部知识和技能。因此，

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各个专业的嵌入式系统教学所侧重的内容是不同的。比如电子和电气专业的嵌入式课程的教学内容更多的侧重于硬件电路设计。就计算机专业的角度分析，嵌入式系统涉及了计算机体系结构、微机原理和接口技术、实时操作系统和计算机编程等诸多知识内容。而且目前存着多种不同的嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统平台和开发工具，如何在诸多的技术中进行教学内容的选择，是首先需要解决的问题。

在传统的以讲概念说原理为主的教学模式中，学生越学越觉得嵌入式技术高深莫测，必须具有广泛的专业知识，特别是需要掌握很多硬件知识才能学习。我们在《嵌入式系统设计》的教学内容选择上，经过多方面的比较和分析，最终确定了把“ARM硬件平台＋嵌入式Linux开源操作系统＋Win CE商业操作系统”作为系统设计教学的主要内容。经过实践，这个内容的选择降低了嵌入式学习门槛，大大地消除了学生对嵌入式的神秘和惧怕心理，使嵌入式技术被更多学生所掌握，也保证了硬件和软件知识的完整性。

在教学内容的安排上，考虑本学院学生的实际知识背景、市场的具体需求和当前嵌入式技术的发展现状，我们把“ARM硬件平台＋嵌入式Linux开源操作系统＋Win CE商业操作系统”作为主要的教学内容。选择ARM作为硬件平台是因为目前嵌入式CPU中的90％的产品是以ARM作为IP核的，因此它不仅最具有代表性，也最具有实用性。在操作系统方面，嵌入式Linux和Win CE是当前最具有发展潜力的嵌入式操作系统，而且本学院的学生已具有了良好的Linux和Windows平台的知识背景，因此选择它们也符合学院的具体情况。选择两个嵌入式操作系统的好处是可以让学生通过比较，更加充分地理解嵌入式系统的开放流程和特点，而且也给学生提供了更加广泛的就业空间。

2.2加强实践训练教学环节

《嵌入式系统设计》是实践性很强的课程，需要通过实验和课后project训练的形式来加强学生对理论和原理的理解。因此，必须在嵌入式系统的教学中加大实践和操作的环节。

传统的嵌入式教学几乎完全脱离实践操作，只是在课堂上向学生讲解枯燥的原理和概念，没有具体的操作和动手实践。结果，很多原本简单的概念都很难被学生理解，造成了培养出的学生“会考试，不会做”的尴尬局面，导致学生参加工作后走重新从头学起的弯路。而我们现在开设的《嵌入式系统设计》的教学充分体现了目前国际上流行的“Learning by doing”的教学理念。通过学院投入大量资金购买嵌入式实验设备，创建专门的嵌入式课程体系实验室，给学生创造出了一流的实验实施环境。在系统设计教学上，设立了独立的实验课

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时，设置了基本型和开放型的实验内容。实践证明，学生通过实验和课后project训练实践，大大提高了其自学和解决实际问题的能力，显著提高了嵌入式教学质量。

自2005年课程开设以来，学院购买了博创公司和创维特公司的嵌入式实验设备70套，组建了专门的嵌入式实验室，并且对学生全天开放。还组织实验指导老师和任课教师参加了公司的专业培训。这些准备工作为该课程的实验操作和课后project训练提供了基础。本课程设立了单独的实验课程，充分利用嵌入式设备所提供的实验辅导资料，要求学生完成指定的4个实验内容并且提交实验报告。

除了课堂教学和实验课程，还布置了4个课后实践，把学生的课后动手实践作为课程教学的有效补充，这些课后project训练可以让学生利用PC环境或者PC上嵌入式仿真器上独立完成，如分析ADS下的Bootloader程序，嵌入式Linux内核编译和Windows CE操作系统定制等。

通过这些实验环境和课后project训练，学生通过实实在在的动手操作和实践加深了对课堂教学所涉及的理论和知识的理解，通过这种“Learning by doing”的教学方法，大大提高了学生的嵌入式工程参与能力，避免了脱离实际空谈理论的片面教学。

2.3突出开放性的教学理念

嵌入式系统所涉及的知识综合性强，教学内容不可能在有限的学时中完全覆盖完，而且嵌入式系统的技术发展迅速，新的CPU、接口和总线等不断出现或者升级，新的软件协议、标准和开发方法也在不断地发展与更新。因此，在教学内容和教学方法上，必须保持开放性的特点。

传统的嵌入式系统教学中，理论课的教学和学习活动主要限制在课堂，实验课则是限制在实验室并按教师设定的实验程序“依样画葫芦”。这种教学方式限制了学生的发散思维，其结果自然是限制了学生创新思维和创新能力的培养。在新的《嵌入式系统设计》的教学理念中，无论是教学内容的设置、考试题型和内容的布置，还是教学实验环节的开展，我们都采取了一系列的措施来保证其开放性，不断充实和更新教学内容，以长期保持课程的生命力和发展活力。

在教学内容方面，始终和业内技术的发展前沿和趋势保持一致，比如Windows CE教学部分由于得到了微软亚洲技术中心的大力支持，可以把微软的最新技术和方案融入到教学当中来。另外，教师也把在嵌入式科研项目上的一些知识积累有机地融入课程当中，这些都使

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