论文部分内容阅读
摘 要：本文从教学实践出发，在人才培养目标、教学内容和教学方法等几个方面探讨了嵌入式开发与应用课程教学的具体措施和方法。
关键词：计算机科学与技术专业；嵌入式开发；教学；实践
一、嵌入式应用背景
随着物联网、云计算等新技术的发展，嵌入式系统作为其中最核心的部分，受到了普遍关注。当前，嵌入式已逐渐告别电子技术领域的单片机时代，迈入微电子学科、计算机学科、通信学科、电子技术学科等多学科交叉融合的嵌入式系统时代。
二、人才培养目标
目前，各所高校的不同专业相继开设了嵌入式开发的相关课程。对于嵌入式开发与应用的教学，高校应根据学生所在的专业综合考虑，选择相应的教学内容及教学方法。本文讨论的嵌入式开发与应用教学探索主要是针对计算机科学与技术专业的学生，目的是培养学生进行嵌入式系统应用程序设计和开发的能力。我校主要以ARM嵌入式微处理器为核心，以嵌入式Linux为软件开发平台，培养学生应用开发嵌入式系统的能力。
三、嵌入式教学内容
1. 嵌入式系统硬件体系结构。要求学生熟悉嵌入式硬件平台，掌握嵌入式硬件相关的基础知识，了解嵌入式硬件平台的组成。
2. 嵌入式Linux设计。（1）掌握Linux的基本概念、Linux的常用操作命令，掌握嵌入式Linux程序开发基础和嵌入式系统开发环境的建立；（2）熟悉Linux引导程序bootloader，理解和掌握bootloader的作用、启动流程和bootloader的烧写；（3）熟悉文件系统的作用，掌握Linux系统下文件系统的创建、挂载与卸载的方法；（4）掌握嵌入式Linux的网络应用开发的基础知识。
3. 嵌入式设备驱动程序设计。掌握设备驱动程序的基础知识、开发方法和步骤。以常用的嵌入式设备为例，掌握通用I/O接口驱动程序设计、7-Segment 设备驱动程序设计、TextLCD 设备驱动程序设计、键盘驱动设计和LCD显示屏驱动设计。
四、教学方法和实例
1. 课堂授课。课堂授课主要是由教师讲解嵌入式的基本知识和相关实验环境构建，要求学生掌握基本概念、原理，建立实验环境和实验设备的基本概念，掌握硬件平台的基本构建、软件开发环境的建立等基础知识。
2. 实验训练。实验训练是让学生通过实验课掌握嵌入式开发的基本技能和方法。我们在课内主要开设了Linux常用的指令实验、Bootloader的编译与下载、内核的编译与下载、文件系统的编译与下载以及网络编程等实验。
3. 综合实践应用。在理论教学过程中，学生往往感到枯燥，不知从何下手。这主要是因为嵌入式开发本身就是一门实践性很强的课程，纸上谈兵并不能让学生建立直观的印象。而实验训练后，学生会对嵌入式的交叉编译有更深入的理解。学生通过相关操作得到正确的反馈后，能极大地增强自信心，对嵌入式开发也更感兴趣，从而形成良性循环，有助于提高教学效果。
但是，实验训练往往是针对某个具体的目标设计的内容。学生若要完成一个嵌入式应用开发，仅仅依靠实验训练是远远不够的。在课程教学方法上，除了基础的理论教学和实验训练外，我们还安排了综合实践应用这个环节。
以远程安防监控系统为例，在这个综合实践项目中，我们采用了华清远见FS4412实验平台，要求学生基于该实验平台，设计一个能进行环境监控和视频监控的嵌入式系统；视频监控要以嵌入式视频 web 服务器为核心，采用嵌入式实时多任务操作系统；能利用摄像头采集图片信息并经过压缩，通过内部总线送到内置的web 服务器。而基于web服务器的架构，用户可以直接用浏览器观看web 服务器上的由摄像头采集的图像。同时，该系统还可增加若干传感器节点，节点可以进行温度、湿度数据的采集以及LED灯或风扇的控制等。这个项目综合了多线程编程、WEB服务器、视频压缩、系統移植、短距离无线通信和网络通信等多方面知识，可以综合考查学生对知识的掌握和灵活应用能力。
需要注意的是，指导教师在综合实践训练过程中，应根据课题的特点、难易程度采用灵活多样的指导方式，鼓励学生大胆设想，引导学生发现和解决问题。同时，我们还鼓励学有余力的学生通过参加大学生创新活动等提高实际应用能力。
五、效果和结论
嵌入式开发与应用课程教学必须采取多样化的教学手段，多为学生提供实验和实践训练机会，激发学生的学习热情，提高他们的自主开发能力，以达到更好的教学效果。
参考文献：
[1]牛玉军，张敏，秦静. 基于Linux的嵌入式系统课程建设[J].软件导刊，2015（9）.
[2]孙伟，李严，崔晓晗，等.面向应用的嵌入式系统教学改革与探索[J].工业和信息化教育，2016（1）.
基金项目：上海市重点课程建设项目（No.B1022416004001）；上海电机学院重点课程建设项目（No.A102241701038）。
关键词：计算机科学与技术专业；嵌入式开发；教学；实践
一、嵌入式应用背景
随着物联网、云计算等新技术的发展，嵌入式系统作为其中最核心的部分，受到了普遍关注。当前，嵌入式已逐渐告别电子技术领域的单片机时代，迈入微电子学科、计算机学科、通信学科、电子技术学科等多学科交叉融合的嵌入式系统时代。
二、人才培养目标
目前，各所高校的不同专业相继开设了嵌入式开发的相关课程。对于嵌入式开发与应用的教学，高校应根据学生所在的专业综合考虑，选择相应的教学内容及教学方法。本文讨论的嵌入式开发与应用教学探索主要是针对计算机科学与技术专业的学生，目的是培养学生进行嵌入式系统应用程序设计和开发的能力。我校主要以ARM嵌入式微处理器为核心，以嵌入式Linux为软件开发平台，培养学生应用开发嵌入式系统的能力。
三、嵌入式教学内容
1. 嵌入式系统硬件体系结构。要求学生熟悉嵌入式硬件平台，掌握嵌入式硬件相关的基础知识，了解嵌入式硬件平台的组成。
2. 嵌入式Linux设计。（1）掌握Linux的基本概念、Linux的常用操作命令，掌握嵌入式Linux程序开发基础和嵌入式系统开发环境的建立；（2）熟悉Linux引导程序bootloader，理解和掌握bootloader的作用、启动流程和bootloader的烧写；（3）熟悉文件系统的作用，掌握Linux系统下文件系统的创建、挂载与卸载的方法；（4）掌握嵌入式Linux的网络应用开发的基础知识。
3. 嵌入式设备驱动程序设计。掌握设备驱动程序的基础知识、开发方法和步骤。以常用的嵌入式设备为例，掌握通用I/O接口驱动程序设计、7-Segment 设备驱动程序设计、TextLCD 设备驱动程序设计、键盘驱动设计和LCD显示屏驱动设计。
四、教学方法和实例
1. 课堂授课。课堂授课主要是由教师讲解嵌入式的基本知识和相关实验环境构建，要求学生掌握基本概念、原理，建立实验环境和实验设备的基本概念，掌握硬件平台的基本构建、软件开发环境的建立等基础知识。
2. 实验训练。实验训练是让学生通过实验课掌握嵌入式开发的基本技能和方法。我们在课内主要开设了Linux常用的指令实验、Bootloader的编译与下载、内核的编译与下载、文件系统的编译与下载以及网络编程等实验。
3. 综合实践应用。在理论教学过程中，学生往往感到枯燥，不知从何下手。这主要是因为嵌入式开发本身就是一门实践性很强的课程，纸上谈兵并不能让学生建立直观的印象。而实验训练后，学生会对嵌入式的交叉编译有更深入的理解。学生通过相关操作得到正确的反馈后，能极大地增强自信心，对嵌入式开发也更感兴趣，从而形成良性循环，有助于提高教学效果。
但是，实验训练往往是针对某个具体的目标设计的内容。学生若要完成一个嵌入式应用开发，仅仅依靠实验训练是远远不够的。在课程教学方法上，除了基础的理论教学和实验训练外，我们还安排了综合实践应用这个环节。
以远程安防监控系统为例，在这个综合实践项目中，我们采用了华清远见FS4412实验平台，要求学生基于该实验平台，设计一个能进行环境监控和视频监控的嵌入式系统；视频监控要以嵌入式视频 web 服务器为核心，采用嵌入式实时多任务操作系统；能利用摄像头采集图片信息并经过压缩，通过内部总线送到内置的web 服务器。而基于web服务器的架构，用户可以直接用浏览器观看web 服务器上的由摄像头采集的图像。同时，该系统还可增加若干传感器节点，节点可以进行温度、湿度数据的采集以及LED灯或风扇的控制等。这个项目综合了多线程编程、WEB服务器、视频压缩、系統移植、短距离无线通信和网络通信等多方面知识，可以综合考查学生对知识的掌握和灵活应用能力。
需要注意的是，指导教师在综合实践训练过程中，应根据课题的特点、难易程度采用灵活多样的指导方式，鼓励学生大胆设想，引导学生发现和解决问题。同时，我们还鼓励学有余力的学生通过参加大学生创新活动等提高实际应用能力。
五、效果和结论
嵌入式开发与应用课程教学必须采取多样化的教学手段，多为学生提供实验和实践训练机会，激发学生的学习热情，提高他们的自主开发能力，以达到更好的教学效果。
参考文献：
[1]牛玉军，张敏，秦静. 基于Linux的嵌入式系统课程建设[J].软件导刊，2015（9）.
[2]孙伟，李严，崔晓晗，等.面向应用的嵌入式系统教学改革与探索[J].工业和信息化教育，2016（1）.
基金项目：上海市重点课程建设项目（No.B1022416004001）；上海电机学院重点课程建设项目（No.A102241701038）。