时间：2022-03-11 03:38:06
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摘要：本文介绍了北京航空航天大学嵌入式系统课程的教学理念、教学内容和教学方法，以及项目实验的管理过程和方法。
关键词：嵌入式系统；项目实验；教学改革
中国分类号：G642
文献标识码：B
1课程内容简介
嵌入式系统设计课程的特点是涉及知识面广、综合性强、实践性强，并且学科发展迅速，这些特点就决定了它必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统，因而学习难度较大，难以形成一个简单明确的知识体系。为了解决这一问题，我们本着“面向市场需求、定位人才培养”的原则，在课件设计上采取统一的知识体系结构，即涵盖“基础知识+基本技能+项目实践+技术讲座”四大模块，突出注重工程能力和创新能力的培养。
通过课程学习和实验，学生应熟悉一种典型的微处理器体系结构，掌握一套主流的开发工具和一种嵌入式操作系统，熟练使用一门开发语言，从而使得学生具备嵌入式系统软、硬件开发设计的基本能力。
本课程设计为：本科48学时(理论24学时，实验课24学时)，2学分；研究生54学时(理论课30学时，实验课24学时)，3学分。为了配合该课程的教学需要，我们自主编写了《嵌入式系统设计实验教程》。
本课程是本硕一体化课程，如果优秀本科生在本科学习期间完成了研究生的课程，则在研究生期间可以免修该课程。本科生的理论教学内容包括：
嵌入式计算技术的基本概念
系统结构设计和描述
嵌入式实时操作系统
嵌入式微处理器和嵌入式计算平台
嵌入式系统设计实例
分布嵌入式系统(扩展内容)
专用接口和硬件加速器(扩展内容)
高可靠性嵌入式系统(扩展内容)
研究生的理论教学内容包括：
嵌入式系统概述
嵌入式硬件基础
ARM微处理器体系结构
ARM指令集
基于ARM的嵌入式I/O接口设计
嵌入式操作系统概述
嵌入式Linux内核分析与移植
嵌入式Linux驱动程序开发
嵌入式系统设计与分析
嵌入式系统设计实例分析
通过理论课的学习，使学生掌握嵌入式系统的基本理论和嵌入式系统的开发过程和方法，以及基于ARM9的教学实验平台组成、嵌入式Linux 和WinCE操作系统的开发原理，为下一步的实验课程打下基础。
我院嵌入式系统课程实验依托北京航空航天大学国家级实验中心的嵌入式系统实验室，该实验室得到了美国Intel、Microsoft、Altera、Mentor Graphics公司、英国ARM公司和芬兰Nokia等公司的支持和赞助。实验室设备先进，软硬件功能齐全，实验理念和技术水平与国际接轨，为学生提供了一个综合设计与开发的实验场所。
本科生的实验课包括基本实验和综合设计实验。基本实验分别提供了Windows CE和Linux两种操作系统下的4个实验。综合设计实验主要培养学生综合设计能力和创新意识，由学生独立提出、设计并实现。
本科生综合设计实验要求学生设计并实现一个嵌入式系统，鼓励学生提出原创性的内容，同时结合实验平台的特点提供以下备选方向：
虚拟仪器(Virtual Instrument)
POS机
游戏机(Game Machine)
ATM机
网络打印机
研究生课程实验课也分为两个部分：专题实验和项目实验。专题实验共有6次，每次4个学时，共24个学时，专题实验内容包括：
实验一：熟悉教学实验平台及其开发环境，编写运行一个简单的ARM汇编程序
实验二：嵌入式Linux串口通信程序设计
实验三：嵌入式Linux内核分析、裁减、移植和烧写
实验四：嵌入式Linux图形程序设计
实验五：触摸屏驱动程序设计
实验六：LED驱动程序设计
在专题实验中，学生自由组合为三人一组，每次实验又分为验证性实验、修改性实验和设计性实验三个层次。硬件平台采用Intel公司提供的EIA嵌入式计算机开发平台和北京博创公司提供的UP-NETARM2410S实验平台。
项目实验可以单人完成，也可以分组合作完成，设计为20个学时。项目实验被安排在开放实验室，学生可以自由安排实验时间。项目实验的题目由教师推荐和学生自选相结合。
在教学模式上，我们采用“责任教授＋主讲教师+实验辅导教师”的教师团队，目前该团队的所有教师都有博士学位。教学方式采用“理论讲授实验指导动手实践”。在教学过程中“点面结合”，以某种平台为重点，兼顾其他系统的特征。授课老师既是主讲老师，又是实验指导老师。采用“理论讲授实验指导动手实践”的教学方式。另外，学院还聘请了国内外行业专家定期为学生介绍相关领域的前沿技术和工程实践经验。
2项目实验的管理过程
针对相应的理论教学内容，本课程给本科生和研究生设计了若干套专题实验和项目实验。针对项目实验，对学生进行“项目式”的实施管理，对于实验中的每个指定环节进行统一的检查，确认达到每个阶段的锻炼目的。在此过程中，并非所有实验小组都能取得实验资格，需要根据其对选定方向所做的调查和准备工作情况来进行评估，合格者方可获得实验资格。为便于上述评估，实验小组应按顺序提供下列实验文档，格式符合相应软件工程文档的规范。
(1) 实验项目申请书(Project Proposal)
实验项目申请书应该是一份描述实验计划的报告，说明实验者选择的实验方向，为何选择该方向，感兴趣的地方何在，可行性如何。该申请需要答辩通过由任课老师及助教组成的评审团的审查。该报告中应该包括如下组成部分：
实验动机(Motivation for the project)
设计目标(Description of what it does)
技术路线(Description of how you plan to do it in brief.)
需要的支持(Help needed)
概要步骤(Possible steps in brief.)
(2) 实验计划
在实验者上述的实验申请获得批准后，应该完成实验项目计划书(Experiment/Project Plan)。
实验项目计划书应该包括：
项目需求(Requirements)
系统结构(Architecture)
测试方案(Testing)
实验时间(Time estimates)
可能的检查点(Checkpoint)
其中，检查点是指实验中的阶段性成果出现时的实验状态。
(3) 实验的仿真验证
因为并不是所有的实验内容都可以并且需要真的完成目标系统的真实功能，所以实验者应进行实验的仿真验证，即通过在EIA平台上以仿真系统的形式来验证实验计划中提出的系统结构。该仿真系统应该包括与目标系统对应的软件和硬件，能够完成目标系统的基本功能，并最终作为本实验的演示系统。
(4) 课程设计实验报告(The Final Report)
完成实验后，实验者应提供关于
实验的课程设计实验报告(The Final Report)，该报告同样必须通过最终的答辩，获得评审团的评价，以便结合实际演示给出实验成绩。具体内容应该包括：
实验环境介绍(Environment)
准备情况(Preparation)
设计流程(Design Process)
难度分析和评估(Difficulty)
实验结论(Conclusion)
经验体会(Experience)
以2007年春季课程本科生第四次实验为例，共60名本科三年级学生参加并完成实验，实验中分为12组，每组5人，实验设备除EIA一套外，每个实验者有独立使用的联网微机一台。参加实验的同学分为12组进行实验，其中11组在课程内完成实验，完整提交了上述所有要求的文档，符合每个检查点的要求。另有一组参加同年度微软嵌入式设计大赛，未能参加所有实验，原拟给予通过的成绩，考虑实际情况，该小组在竞赛中入围全球前32名，最终给予该小组优秀成绩。
4结束语
几年来的教学实践表明，新的教学实验模式实现了教与学的有机结合，理论教学和实践环节的高度统一，改变了学生的知识结构，培养了学生的创新意识，提高了学生的综合设计和工程实践能力。问卷调查结果表明，对教学内容和教学方法，有90％的学生“十分满意”；有86％的同学在以后的工作中从本课程中获益。
另外，学生积极参加校内外各种竞赛，屡创佳绩。我院最近几届本科生和研究生在国内外嵌入式相关比赛中先后获得了全国大学生“课外科技竞赛挑战杯”一等奖、法国“全球智能卡设计大赛”第二名、法国“全球GSM和Java卡开发大赛”第一名、“诺基亚智能应用移动挑战赛”金奖等众多奖项，这也从另外一个侧面显示了教学效果。
参考文献
[1] 柳翔. 嵌入式软件工程人才培养的探索与实践[J]. 研究生教育,2005,(5).
Abstract: To improve the teaching level of college computer fundamental course to meet the social needs, this paper analyzed the existing problems of computer course in local college. Then it provided some suggestions about this course's reform from the aspect of the curriculum design, teaching means and teaching methods.
关键词：计算机基础；教学改革；课程设计
Key words: computer fundamental course; teaching reform; curriculum design
中图分类号：G434 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0262-01
1课程存在的问题分析
1.1 内容与学生特点、社会需求脱节目前《大学计算机基础》课程主要由计算机概论、Windows基本操作、Office办公软件三大部分组成。
计算机概论主要介绍计算机的发展史和软硬件组成，Windows基本操作主要介绍Windows XP的基本操作，Office主要介绍Word、Excel和Powper Point等办公软件的基本操作。然而，由于学生水平参差不齐，有些学生已经掌握这些内容，有些学生连打字都是问题，这就造成内容与学生特点不相符的问题。另外，目前社会对大学生的基本要求是熟练掌握计算机操作，然而所开课程教学内容缺乏比较实用性的操作，导致很多学生大学毕业后操作系统不会安装，电脑故障不会处理，常用的硬件和软件不能熟练操作，造成与社会需求的脱节。
1.2 学生学习热情度不高由于课程内容枯燥，脱离实际应用，同时很多学生或多或少都有部分计算机操作知识，因此很多学生对所开课程热情度不是很高，也不是很重视，上课和上机积极性低，对于布置的作业缺乏自主性和独立完成性。造成的结果是，教师不容易进行教学，学生对很多知识的不熟练，大部分知识都停留在一知半解的地步。
1.3 教学方式单一化目前大部分《大学计算机课程》教学方式采取“老师课堂讲授+学生上机操作”模式，该模式取得了较好的效果，但往往学生上机大部分时间都在完成教师上课的内容，没有阶段性的课程设计，没有真正做过较为完整的具体性项目。另外，由于实验设备有限，很多学生没有亲自动手组装维护过电脑，也没有亲自动手安装过系统，没有真正做过比较实用性的项目。
1.4 考核方式死板目前该课程的考核形式主要有两种，要么以全国计算机等级一级考试内容为主要的考核方式，要么是简单的让学生做一些小作业或纯粹的笔试考试。完全脱离了实际应用和等级考试，这些考核形式较为死板，不利于学生知识的掌握，不符合课程开设的初衷。
2对课程改革的几点建议
针对该课程存在的以上问题，作者根据自己六年来的教学实际经验，对该课程提出了一些改革设想，同时将部分设想已应用到自己的教学实践中，并取得了较理想的成绩。改革建议如下：
2.1 使课程内容设置更加具有实用性使课程的内容设置结合市场和社会的需要，保证内容的新颖性和实用性。可增加一些计算机硬件维护和计算机软件维护，增加一些比较实用性的具体项目的制作。同时要重视办公软件Office实际应用的练习，可以设计比较实用的课题，比如学生就业简历设计、申请书设计、毕业论文设计、书籍排版、企划书设计、课件设计和演讲稿设计等完整的实例。同时要加强考核力度，让学生真正动手进行认真操作。
2.2 调动学生学习自主性，因材施教取消原来所有学生一刀切的策略，根据不同水平学生进行分类教学，因材施教。入学前，对所有学生计算机操作能力进行综合测试，根据不同的水平进行分班教学，基础较差的同学要从最基本的操作开始扎实学习，保证不掉队；对计算机操作水平较高的学生可以免修，或者可以进行更高层次的拔高教学。
2.3 在计算机等级考试的基础上扩充学科内容《全国计算机等级考试》是国家认定一个计算机能力测试，原则上通过《大学计算机基础》的学习，学生可以达到一级水平，但是大部分师生在计算机基础课程教学与计算机等级考试之间的关系的认识和操作上存在一些误区。要么教学内容以计算机等级考试一级考试为大纲，要么与等级考试完全脱离。
应该这样说，《大学计算机基础》的内容和一级考试是紧密相连的，它是一级考试的基础，但内容比一级考试更广泛、更系统、更实用。因此，教师在教授《大学计算机基础》这门课程时，必须按该课程的大纲进行教授，保证内容的系统性和完整性，同时也可以适当穿插一些一级考试的内容。在课程的结束时，可以拿出部分课时，让学生再针对计算机等级考试一级的相关内容进行有针对性的练习和操作。
2.4 改善教学环境，真正加大学生动手实践能力培养大部分地方高校只能保证学生上机时有一台微机，并且有的微机性能也比较差，几乎没有其他相关环节的实验设备。这就要求高校增加相关实验设备的投入，比如建立计算机软硬件维护实验室、视频图形实验室等基础实验室，让学生真正完成动手能力的培养，包括软硬件操作能力的培养、软硬件设备维护能力的培养、基本软件操作和使用能力的培养。
2.5 考核方式灵活化，分阶段进行《计算机基础》课程设计对大学计算机考核方式应该比较灵活，平时要分阶段的布置一些实用性的课程设计，比如包括：计算机的组装与维护、操作系统的安装与维护、Windows注册表的维护、个人简历的制作、本科毕业论文排版、学生成绩表的制作和个人先进事迹汇报幻灯片制作等课程设计，每一次课程作为考试成绩的一个重要组成部分，分次计入总成绩，要求每个学生都要参与和完成。期末考试可以再布置一个比较大的操作练习，让学生系统掌握这门课程。
3总结
本文首先对地方高校目前《大学计算机基础》课程存在的问题进行比较系统的分析，指出存在的问题，之后根据这些问题，提出一些建设性的改革建议，希望为决策者进行课程设置和高校教师进行教学提供一个较好的参考。
参考文献：
[1]曾静.高职院校《计算机基础》课程的改革与思考[J].职业技术教育（教学版），2005，32：40-43.
[2]林先津.计算机基础实验教学的改革与探索[J].电脑知识与技术，2009，5（34）：9749-9750.
Q1：非常荣幸你选择了药学院作为转入的学院，请你谈谈你为什么想转到这里，并谈谈你上一年的学习生活。
A1：我出生于一个医学世家，爷爷是外科医生，奶奶是儿科+妇产科医生。他们退休后在家里开了一个小诊所，我便是在这种环境下长大的。说实话，他们给了我很大的触动。进入初中高中，我对化学和生物产生了浓厚兴趣，化学生物成绩也一直很优异。在我看来，药学是一个跨学科的综合大学问，是化学生物理论的具体应用。我觉得它即结合了我的化学生物优势，又能实现我小时候的理想，就是为人类健康作出贡献。所以我很适合药学。（这些内容申请书里面都有，所以讲的很简略）
至于上一年的学习生活，在过去的一年里，我参加了学生会，主持了一个大型校友论坛。我也是院羽毛球队的队员，自行车协会的会员，上学期从珠海骑车骑到了广州。（被打断：你骑了多久？）10个小时（
一片惊叹声，个人觉得其实这也没什么啦），这学期从珠海骑到了深圳，骑了13个小时。同时，我还是蓝信封留守儿童关爱组织的爱心大使。说这么多并不是想证明我在这些领域做的有多出色，我只是想说我是一个很喜欢尝试的人，尝试去做各种新的事物。我觉得这个品质在药物研发过程中应该很重要。虽然参加了那么多活动，但我并没有把学习放下，我的绩点正说明了这一点。这也并不证明我有多么多么聪明，只是说明我很善于安排利用时间。
Q2：你是化学院的学生，请你对自己的实验能力做个评价。
A2：我觉得我的实验操作能力一般般啦，还可以，不算特别好，也不是特别差（莫拍我，我承认这句话有假）。
Q3：你这一年做了多少实验？
A3：我们每个星期都要做4个小时以上的实验。
Q4：药学院这边是要做很多实验的，种类非常多，也要求学生能耐得住实验室的寂寞。你对研发实验有多少了解？
A4：听从广州来的化学教授们讲过，科研是一件很辛苦的事情，从实验的准备，实验原理的学习，到实验操作，每一步都是非常严谨的，不能出任何差错。这方面化学实验和药学实验有很大的相似之处。当然，药学实验会更加的辛苦。不像一些化工产品，药学研发的产品是直接作用于人体的，所以它的周期会更加漫长。通过这一年在化学院的学习，我觉得我可以在实验室坐得住。
Q5：请具体介绍一个让你印象深刻的实验。
A5：具体实验嘛，我就讲一下我前段时间做的吸光光度法测铁浓度的实验。（具体内容省略，主要讲原理很难懂，过程很繁琐，出了各种各样的错误，从下午2点做到晚上7点40，体会到严谨的作风，实验结果很强大，很有成就感）
Q6：请问你对你的未来有什么打算，未来想做什么？
A6：首先我要读研，因为我觉得药学是一门很难的学科，单凭本科四年的学习是远远不够的。研究生之后，我想从事新药研发工作，实现我小时候的理想。要不在药厂，要不留在学校，这个我还没想好。
Q7：既然你喜欢药学，为什么高考志愿没有填药学？
A7：（-_-|||
我填了的，只是悲剧了）我第一志愿报了药学，没录上（对面恍然大悟状，喃喃自语“化院录取分比我们这里低”）
Q8：你在化学院成绩挺好的，都是八九十分，你又为什么不想学现在这个专业了呢？
A8：虽然我的化学成绩挺好的，但在我心里面，化学只是一个工具，工具而已，对于研究它的理论，我并没有兴趣，而且也感觉很困难。我希望利用化学这个工具，去实现一些其他我想做的事情，我也相信我能利用好这个工具。（也就是说你强调化学的应用性？）是的。
Q9：转到这边来之后需要留级一年。对于你来说有很多课可以免修，尤其是第一学期。如果第一学期你很悠闲地过了的话，这种懒散的状态会直接影响到你今后的学习。你有过什么规划吗？
A9：我看了药学院的课程表，第一学期的课实在少的恐怖，不过我已经有了一个很详细的规划。我想利用这些时间去完成一些我专业之外的理想。因为药学院的课非常多，到了大二大三我没有时间去实现它们了。所以这一学期对我来说同样很重要。
补充Q9：其实你可以进一些教授的实验室，去当教授的助手，接触一些前沿的东西，增强你的实验及科研能力。
A9：
啊？大一就可以进实验室了？化学院这边大三才可能进实验室的。而且我很多基础知识都没有学，我觉得能力方面可能欠缺。
补充Q9：这没什么，可以在实验室边做边学嘛！你完全可以走一条非常规的学习路径，提前接触一些东西，对你的将来很有好处。我觉得你在学习方式上面完全可以放开一些，不要拘泥于常规的上课。（醍醐灌顶啊，不过此事尚需斟酌
）
A9：我有一个很详尽的计划，不会让这一学期白白度过的，不过进实验室我还真没考虑过。
结语：非常欢迎你下学期来到药学院学习，我希望你能很快适应这里的新环境，坚持自己的理想，好好安排自己的时间。
就这样，我轻而易举地转专业成功了（在期末考试不挂科的前提下），纠结了一个多月的转专业告一段落。暴雨下的广州，丝毫影响不了我喜悦的心情。
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