增设Capstone顶石课程的嵌入式系统课程体系改革与探索

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　　【摘要】目前，嵌入式系统已为现今电子科技产品其内部控制器的主流，特别是针对低功耗、高效能、有网络需求的便携式电子产品而言，嵌入式系统更是最佳解决之道。然而，由于嵌入式系统涉及领域较多，如果课程设置和教学方法不得当，就会影响学生的掌握程度和实操水平。本文针对嵌入式系统课程体系的改革和Capstone顶石课程的设置进行深入的探讨和研究，以促进教学质量和学生综合能力的提高。
　　【关键词】嵌入式系统  Capstone顶石课程  课程体系改革
　　【中图分类号】G212 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）16-0031-02
　　引言
　　随着当今电子、工控、软件以及通信技术的发展，嵌入式系统应用人才成为目前最急需的专业人才之一，很多应用型高校为了适应社会需求，开设了嵌入式课程教学。但是大部分高校只开设了嵌入式系统与专业相关的一、两门课程，有的甚至没有设置前导课程，直接进入嵌入式理论课程。这样的课程设置，不但没有形成有效的人才培养模式，在一定程度上还影响了学生学习的积极性，使学生产生困惑。因此，构建合理的嵌入式系统课程体系成为亟待解决的问题。
　　本文通过对企业需求、嵌入式系统学习特点、高校人才培养目标的深入研究，将嵌入式系统的课程体系分为理论课程体系和实践课程体系进行科学合理的规划。
　　一、理论课程体系建设
　　将理论课程体系分为核心类课程和选修类课程，分别进行设置。
　　1.嵌入式系统核心类课程的设置。
　　如嵌入式系统原理与应用，该课程主要教授学生掌握微控制器的体系结构、指令系统、开发平台、开发流程，掌握上层应用程序编写、arm 嵌入式操作系统系统配置、应用开发等。
　　嵌入式系统专业核心类课程的教学方式是按照课程大纲的安排，结合教材的章节内容，在学期的前段进行理论教学，在学期后段按照教学计划安排实验实训。
　　2.嵌入式系统选修类课程的设置。
　　如操作系统、数据结构、高级编程语言（JAVA）、基于安卓系统的应用开发等，这类课程主要是为嵌入式系统专业核心类课程服务，对学生专业能力的全面提升起到辅助作用。
　　因此，专业选修类课程的开设必须本着“针对性、实用性、有效性、补充性”的原则，为提高教学质量和用人单位满意度提供保障。
　　二、实践课程体系建设
　　将实践课程体系分为核心实践类课程和Capstone顶石课程，分别进行设置。
　　1.嵌入式系统核心实践类课程的设置。
　　嵌入式系统课程体系具有涉及领域广、专业综合性强的鲜明特点。为了培养应用型技术人才，教学的重点要放在以实践充实理论、证明理论，加强课程设计、综合设计及创新项目实训等方面。
　　所以，我们将嵌入式系统核心实践类课程分为课内实验和课程设计二部分。课内实验为验证性实验，根据老师的指导，按着指定的步骤进行实验，便于对理论知识形成更深层次的理解。课程设计根据具体专业的需求，用一到两周的时间，进一步巩固所学知识，并结合相关专业知识，进行综合性课程实践或设计。
　　2.Capstone顶石课程的设置。
　　为了培养学生的专业素质，强调团队交流、国际视野和解决复杂工程问题的能力，培养终身学习的能力和职业规范，2017年，我校的电子科学与技术专業申请参加台湾地区“中华工程教育学会”（Institute of Engineering Education Taiwan，简称IEET）的工程及科技教育认证（EAC2010），该认证范围对应的是华盛顿协定（Washington Accord），以培养专业工程师为目的，协助学校及专业提升教育内涵建设及教育质量，增加竞争力。
　　IEET工程教育认证最重要的一项考核指标就是capstone course，顾名思义，就是“顶石课程”。这个课程一般开设在实用性很强的专业中，是一门让学生整合所学领域的知识，并充分利用这些知识解决实际工程问题，同时培养相关技能和态度的课程。
　　顶石课程主要针对高年级学生，特别是为临近毕业的学生开设的一门综合性课程。该课程主要有两个特点：①为学生提供整合已学习到的知识，并掌握技能和职业态度的机会;②为学生进入真正的职场做准备，即通过要求学生完成一些应用性的项目，如：短期实习、实战练习等，为学生提供参与“实战演练”的机会，让学生把此前所学知识和技能应用于解决实际问题，为学生进入职场做好铺垫。
　　三、改革方案实施
　　嵌入式系统课程体系结合了嵌入式硬件与操作系统软件的发展概念，为使学生能由浅入深，并有系统的学习;在原有《嵌入式系统与应用》课程体系的架构下，提出了一套可执行的改革方案。
　　首先，将嵌入式系统分为三个层次：底层是嵌入式系统的硬件设备和相关的软件驱动程序;中间层是各种操作系统，例如uc/os实时操作系统、linux操作系统、Android系统、ISO操作系统等;上层是基于不同操作系统的应用软件包。其次，针对这三个层次，将嵌入式系统课程体系改革的内容分为三个阶段。
　　1.针对嵌入式系统底层和基础的内容，如微控制器的体系结构、指令系统、硬件设备、基于C或汇编的驱动程序设计等，课程内容着重于嵌入式系统的软硬件基本架构和基础应用开发，介绍最新的ARM系统微处理器技术，通过紧密结合嵌入式基础和现代最新技术，使学生打好嵌入式硬件设计和软件驱动开发的基础。此阶段的理论内容大部分安排在嵌入式系统与应用课程中讲授，实践内容部分由嵌入式系统课程设计完成。要求强化升级至32位的ARM Cortex-M4，以迎合企业实际产品开发的技术需求，并结合实务的训练，以奠定嵌入式技术的学习基础。
　　2.针对嵌入式系统选修类课程的内容，如操作系统、数据结构、高级编程语言（JAVA）、基于安卓系统的应用开发等，课程内容主要是为嵌入式系统专业核心类课程服务，对学生专业能力的全面提升起到辅助作用。因此，专业选修类课程的开设必须为专业核心类课程的高质量教学提供有效的补充。
　　3.设置Capstone实训课程。在吸取传统教学优势的基础上，进行教学方式改革，采用“教师指导—学生分组—项目开发”的集中实践教学模式。让学生在教师的指导下，以3—5人为一个项目小组，模仿企业工程项目开发的完整流程，针对Cortex-M4和Cortex-A53+双平台双系统，对业界广泛使用的嵌入式技术进行全面深入的学习和项目实践;使学生可以在电视机机顶盒、多媒体广告机、平板电脑、手持移动终端、通信服务器、网络摄像头、流媒体服务器、四轴飞行器、车载导航、车辆行驶记录仪、智能机器人、工业现场控制等行业大显身手。使学生在学习过程中，通过实际操作对本行业嵌入式技术有了深刻的理解和掌握。
　　四、结束语
　　嵌入式系统课程由嵌入式硬件和软件两部分组成，课程体系设置的目的是培养软、硬件相结合的复合型人才，引入Capstone实训课程，以行业内某个具体应用为项目任务，制定项目计划，各小组成员分工协作、按时提交进程报告，教师将课程的知识点有机融合在项目开发全过程中，学生在系统学习课程知识点的同时，也熟悉了嵌入式系统行业项目开发的整个流程，更重要的是培养了学生的团队合作精神，有效地提升了学生的实践动手能力。
　　参考文献：
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　　[2]吴银琴，陈锟.电子类本科专业嵌入式系统实验教学改革探讨[J].计算机教育.2015（09）.
　　[3]周金和.电子信息工程专业嵌入式教学改革尝试[J].计算机教育.2007（12）.
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