面向卓越工程师系统能力培养的嵌入式方向教学探讨(2)
3 面向系统综合能力培养的教学实践
国内很多应用型本科院校针对卓越工程师培养目标，结合本校的教学特色，在嵌入式系统教学方面做了很多有益的探索[4-7]，尤其是以赛促教、案例式教学、项目式教学等教学方法和教学模式的探索，取得了较好的效果。
嵌入式系统作为本院卓越工程师的专选方向之一，应该将计算机专业前期重要的相关专业课程如高级语言程序设计、计算机组成原理、微机系统与接口技术、操作系统、编译原理等课程知识进行充分集成整合，给学生提供一个能够将系统进行综合的平台。再针对嵌入式系统开发所侧重的底层接口与控制，将计算机系统的软硬件有关知识进行融会贯通，并形成系统及应用，对于提升学生深入理解计算机系统和综合系统设计能力将大有裨益。因此，在制定嵌入式方向的后续专选课程大纲时，明确提出要求在课程内增加综合实践环节，包括课程大作业、团队合作开发等，加强学生的动手能力和团队合作能力；增加案例教学内容，通过具体案例分析促进学生对工程知识的理解。
3.1 案例導学
在ARM体系结构与编程课程中，在学习微控制器体系及片上资源编程与接口之后，设计了两个综合实验案例：第一个案例为结合实验室开发板，实现一个片上资源及接口编程的综合应用程序。该案例通过GPIO、中断、定时器、串口通信的编程，实现将键盘扫描、电机控制、LED显示综合集成的控制程序，属于入门级案例，也是提高学生学习兴趣的一种手段。第二个案例为基于ARM的嵌入式银行排队模拟系统，是相对开放式的综合应用案例。该案例贴近生活实际，功能容易理解。在教学实践中可提前一周左右的时间安排学生先自主进行设计，然后再通过讲解系统的功能分析、硬件总体设计与接口模块化设计、软件总体设计与应用程序开发，让学生有一个对比理解的过程，加深系统设计的理解。
在嵌入式OS及应用课程中，在嵌入式OS内核及嵌入式Linux的学习基础上，设计了两个综合实验案例：第一个案例为基于Linux任务调度、信号互斥和中断控制分别实现控制LED的效果，加深对内核操作的理解；第二个案例为扩展LCD显示及Camera图像采集，掌握基于内核的硬件扩展及I/O管理方法。
3.2 以赛促教
近年来在教育部教学指导委员会的支持下，一些在全国有影响力的竞赛项目也逐渐受到各大高校的重视和学生的热捧。随着物联网及移动互联网的发展，嵌入式系统方向相关的竞赛也逐渐突显巨大的影响力，比如全国大学生物联网设计竞赛、全国智能小车竞赛等，还有一些企业赞助的杯赛项目，如英特尔杯全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题赛、博创杯全国大学生嵌入式物联网设计大赛等。这些竞赛一般都是开放式命题，有利于参赛者自由发挥创意。同时，全国性的竞赛水准也对学生和指导老师提出了更高的要求。
结合卓工班学生的培养计划和目标，在教学中有意识地引导学生组队参加各类竞赛，以参赛来促进专业知识的更深入学习。一方面，通过组队参赛，培养学生的团队合作精神，弥补单纯的课堂和实验教学中对团队配合的训练；另一方面，在理论教学中所涉及的项目案例，也都是预设性和验证性的居多，通过参赛则能更好地培养学生主动创新能力及解决实际问题的能力，对于学生后续的专业深入学习起到巨大的推动作用。
3.3 项目实践
嵌入式系统是非常注重项目实践效果的专业方向之一。结合综合实践课程嵌入式系统综合设计，我们在教学上也做了一些有益的探索，其中比较显著的就是该门课程将由多名老师动态联合授课。在开课的前一学期，我们会发布课程信息，号召承担有嵌入式系统相关实际项目的老师参与进来，课程的主要内容也就是讲解老师所承担的项目内容。例如，笔者在2014年承担了湖北省科技支撑计划项目——基于物联网的国土资源智能监测系统，计划在综合设计课程中申请6个学时，向学生讲解项目中研发的一套基于4G网络传输的用于国土资源监测预警的嵌入式系统平台，让学生能够直接感受到嵌入式系统在实际研发项目中的应用。
4 结 语
嵌入式系统方向知识面涵盖广，教学上面临的系统性问题较多。从工程技术的角度来看，尤其要注重对学生系统综合能力的培养，也是非常适合卓越工程师培养目标的专业方向之一。武汉大学计算机学院卓越工程师班第一届学生目前正步入高年级阶段，对于选择嵌入式系统方向的学生而言，新制定的培养课程大纲的教学实践效果将在他们身上得到体现。面向系统综合能力培养的教学实践是个值得深入探讨的课题，后续也将根据实际教学效果做进一步深入的研究，探索更符合时代发展需求及本学院实际情况的教学模式和教学内容。
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