物聯網工程嵌入式培養精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇物聯網工程嵌入式培養，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵字：物聯網工程；卓越工程師；嵌入式系統；人才培養

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

大力發展物聯網產業將成為今后一項具有國家戰略意義的重要決策[1]，物聯網是繼計算機，互聯網后又一個信息技術綜合應用的代名詞，掀起信息產業第三浪潮，其重要性顯而易見，因此國家2011年在全國55所高校開設物聯網專業，該專業是國家戰略型新興產業急需的且指定大力發展的電子信息類專業，未來有著很大的需求和發展空間。從2012年開始，我校實施了教育部制定的“卓越工程師教育培訓計劃”，該計劃旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[2]。

物聯網工程專業是我校特色專業之一，我校將物聯網工程專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一，因此，結合“卓越計劃”的要求，深入進行“嵌入式系統”課程教學改革勢在必行，以學生為中心，以開拓知識視野、激發學習熱情、培養實踐能力為目的，為國家提供大批動手能力強，滿足企業發展要求，適應社會經濟發展需求的高質量各類型工程技術人才。

一、教學現狀

目前嵌入式系統教學存與許多其它工科專業共存的問題[3]。比如，課時安排不合理，實驗課時較少；重傳統理論教學，輕實驗教學；實驗教學方式比較單一、實驗內容陳舊，缺乏創新性，跟不上目前嵌入式發展水平；實驗教學缺少對非智力能力和綜合能力的訓練；實驗室嵌入式系統實驗的設備過于陳舊，實驗室管理制度不完善；不能利用校外有效的合作資源進行實驗教學內容的拓展[4]；課程考核方式不完善，往往單純從理論考試成績和實驗結果評判，忽略實驗過程，上述種種問題，導致目前許多學生學完嵌入式系統課程之后，即使考到高分，依然不能獨自完成教學大綱要求之內的相對簡單、容易實現的嵌入式系統項目的開發，學生完全處于紙上談兵階段，這樣培養出來的學生不符合卓越工程師的要求，更不符合企業和國家所需要的復合型工程技術人才的要求。

二、以創新實踐能力培養為原則的改革

1. 開展研究性學習

在理論教學中，改變傳統填鴨式教學方法，老師不再只是對著現有的課本或者PPT直接講解嵌入式系統的理論知識，而是通過提出目前實際嵌入式系統研究和開發過程中遇到的問題，或者將已有嵌入式產品中存在的問題作為探究背景，通過設置讓學生和老師之間展開開放式討論和自由提問的環節，讓學生積極參加到課堂活動中來，最后，將老師的點評總結作為課堂內容的點睛環節，旨在將枯燥的基礎理論知識是如何運用到實際嵌入式系統開發中、以及如何解決實際問題的過程講解給學生。通過這種研究性的學習方式，給學生留下更加深刻的印象，激發學生學習嵌入式系統開發的興趣，使學生對嵌入式系統的理論知識的本質有更加深刻的認識，在以后的學習過程中將知識熟練運用到實踐開發項目中去。

2. 開放設計性實驗

去除以往實驗結果單一，過程機械化，沒有拓展性，缺乏綜合型和研究型的基礎驗證型實驗[5]。改用內容比較新穎，又不太復雜的開放設計性實驗，比如，當前智能手機和游戲開發是一個很流行的研究方向，智能手機中簡單游戲就是一個很好的嵌入式具體應用的例子，所以我們可以選取一些相對簡單、開放性強、形式新穎、吸引力足的嵌入式系統開發的游戲案例來取代已經沿用多年的實驗內容，使實驗課的內容真正做到來源于實際案例，又促進實際嵌入式系統開發的功能。開放性設計實驗不僅豐富嵌入式系統的實驗內容，而且使實驗本身更加有趣、貼近生活。更重要的是在進行上述開放性設計實驗的過程中，學生可以親身體會到實踐是如何檢驗真理、理論與實踐之間如何相互促進的道理，在一定程度上可以激發學生學習嵌入式系統的興趣，培養學生敢于創新、敢于探索、不怕困難的科研精神。

3. 以競促學

學科競賽是學生實踐能力培養的一種重要方式，競賽是對學生更高一層次的要求，是考察學生綜合能力的一個重要方法[6]。目前諸如博創杯嵌入式比賽，“ZLG杯”中國大學生ARM嵌入式系統電子設計競賽，微軟嵌入式大賽，全國大學生電子設計競賽等都是含金量較高的比賽，通過參加競賽可以發掘出嵌入式系統這門課程真正的魅力所在，解決嵌入式系統實踐環節中缺乏挑戰與創新的不足，真正提升學生實際動手操作解決特定問題的能力，提高實踐環節的質量。在比賽過程中不僅對學生嵌入式系統及其它學科知識的拓展有所幫助，而且能夠培養學生團隊競爭和配合意識。

4. 嵌入式系統實習實訓

物聯網專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一，對于實踐訓練要求自然極高，改變以往實習完全以老師講解為主導，動手環節較少，完全違背實習實訓方式，將學生帶到當地對嵌入式研究具有一定規模的企業公司參加實習培訓，了解目前企業嵌入式系統的研發流程和水平。同時將實習實訓的主導權下放給學生，鍛煉學生實際動手操作能力，以一種學生為主，老師為輔的實訓方式讓學生真正融入到嵌入式系統開發中來。

5. 改革考核方式， 體現綜合能力

事實證明“一張試卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出學生對于知識的掌握和運用情況。為了督促學生認真做好嵌入式實驗，真正考核學生實驗動手和實驗觀察能力[7]。可將嵌入式系統課程成績分為： ①筆試理論成績，該項占40%，主要考察嵌入式操作系統概述、微處理器與調試技術、ARM體系結構和指令集、ARM開發工具和匯編程序設計、嵌入式存儲器和接口技術等； ②開放設計性實驗的成績，該項占40%，主要考察每次實驗課學生出勤次數，具體操作步驟，實驗結果完成情況以及實驗報告；③課外創新成績，該項占10%，主要考察學生參加各種嵌入式比賽、實戰項目開發和創新實驗實踐活動的獲獎情況；④學期末的實習實訓成績，該項占10%，主要考察在實習實訓階段指定項目開發的完成情況。

結語

工程師是未來世界的塑造者[8]。嵌入式系統是一門實踐性很強的課程，因此采用課內外、校內外相結合的實踐教學體系，以卓越工程師的基本要求為導向，使學生能熟悉掌握嵌入式系統設計方法，掌握一種開發工具，熟悉一種調試方法，使學生在學完嵌入式系統課程后，能真正掌握最基本的嵌入式系統開發，成為一名合格優秀的卓越工程師。

參考文獻

[1] 2009年11月3日總理向首都科技界發表了題為《讓科技引領中國可持續發展》的講話.

[2] 王娜君， 王杰， 李旦， 高勝東. 基于工程能力培養的實驗教學改革探索[J]. 教育探索， 2011，（10）： 49-50.

[3] 冼進， 賈德良， 畢盛. 嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J]. 實驗室研究與探索， 2010， 30（8）： 282-284.

[4] 周愛國. 大學生實踐能力培養存在的問題及對策[J]. 教育探索， 2009， （1）：74-75.

[5] 李秀娟， 張曉東， 魯可， 張杰. “嵌入式系統”開放實驗室建設與實踐[J]. 實驗室研究與探索， 2011， 30（5）： 156-158.

[6] 殷建軍， 張明武， 萬軍洲. 競教結合的嵌入式系統實踐教學改革[J]. 計算機教育， 2011， （6）： 1-4.

[7] 俞建新. 略論嵌入式系統的實驗教學[J]. 實驗室研究與探索， 2006. 25（7）： 741-745.

[8] 龔克. 轉變觀念大膽試驗建立卓越工程師教育培養的中國模式[J]. 中國高等教育， 2010， （18）： 10-12.

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關鍵詞：嵌入式系統；實踐教學；CDIO工程教育

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統，在工業控制、交通管理、智能家居、環境監測、信息家電、網絡通訊、安防等領域有著非常廣泛的應用前景。近年來物聯網的發展給嵌入式技術提供了新的應用領域，物聯網所需設備將達1012數量級，其中絕大部分設備將由嵌入式系統實現。可見未來對于嵌入式系統開發人員的需求非常大，因此，改革嵌入式系統課程使之適應就業市場需要對于學生就業具有重要意義。文章針對計算機科學與技術專業，根據應用型本科嵌入式系統課程的特點，基于CDIO工程教育理念對嵌入式系統的實踐教學進行改革，并開發相應的實踐教學設備，以滿足培養嵌入式應用、開發人才的需要。

1 嵌入式系統課程的特點與現狀

1.1 嵌入式系統課程的特點

1）實踐性。

嵌人式系統面向應用進行軟硬件協同設計，這決定了嵌入式系統課程是理論與實踐緊密結合、偏重動手能力與實踐能力培養的特點。因此，實踐教學是嵌入式系統課程的重要環節，是培養學生實踐能力的關鍵，重理論而偏實驗的教學將是紙上談兵。

2）綜合性。

嵌入式系統是一門多學科交叉的課程，涉及數字電路、模擬電路、c語言程序設計、單片機原理、傳感器與檢測技術、信號與系統等多門前導課程，并通過應用可關聯到機電、控制、網絡等專業相關的課程。因此嵌入式系統教學需與諸多課程相融合，以促進學生綜合能力的培養。

3）發展性。

嵌入式技術的發展非常迅速，嵌入式系統的應用需求也不斷變化，這要求嵌入式系統課程密切跟蹤嵌入式技術與應用的新發展，及時更新教學內容，以適應就業市場的需求變化。

1.2 嵌入式系統課程的教學現狀

目前嵌入式系統課程在教學內容上尚無統一規范，各高校的嵌入式系統課程或注重概念性、基礎性的入門教學，或側重ARM體系結構、指令系統，或偏重嵌入式操作系統，以Linux或uC/OS-Ⅱ的基本原理為主講內容，這樣的內容安排與嵌入式系統以應用為中心的特點難以相符。嵌入式系統應用開發人才不僅要具有扎實的學科與專業基礎知識，更應具備很強的技術與工程實踐能力，顯然以理論教學為主、實驗教學為輔的教學方式難以滿足這類人才的培養需要。

溫州大學是地方性本科院校，其人才培養目標是為本地經濟發展服務，這就要求嵌入式系統課程需緊密結合地方特色，培養應用型人才。因此，我們將傳統的強調理論化、知識化的教學思路，轉變為面向應用，強調工程實踐訓練，重視培養動手能力與實踐能力，為學生從事嵌入式系統應用開發工作打下堅實基礎。

2 CDIO模式下的實踐教學改革

CDIO代表構思、設計、實現、運行，以產品從構思、研發、運行到廢棄和再利用的全生命過程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有機聯系的方式學習和獲取工程能力，符合工程人才培養的規律。針對嵌入式系統課程實踐性強的特點和應用型人才培養的需求，我們在CDIO工程教育模式下從以下幾個方面出發，對嵌入式系統實踐教學進行改革。

1）培養學生主動學習能力。

主動學習方法將重點放在讓學生致力于對問題的思考和解決。在課堂上我們運用項目驅動教學法，先給學生演示工程實踐案例的運行效果，然后組織學生討論系統的功能需求與實現系統所需的技術，最后將相關內容分解進行教學。通過教學方法的轉變，可以激發學生興趣，將以教師為主的“聽中學”消極學習模式轉變為以學生為主的“做中學”主動學習模式。例如在講解嵌入式操作系統時，以物聯網嵌入式網關的開發為目標，通過對功能需求、系統組成的討論，逐步引導學生主動深入學習Bootloader、內核與文件系統、驅動程序、Socket網絡通訊、串口通訊、嵌入式Web服務器與CGI編程、QT圖形界面的知識點，最終實現系統。實驗分3個層次進行，第1個層次，與Bootloader、內核與文件系統、驅動程序相關的教學內容設計成驗證性實驗，在理論課堂上邊授課邊驗證；第2個層次，與Socket網絡通訊、串口通訊、嵌入式Web服務器與CGI編程、QT圖形界面相關的教學內容設計成綜合性實驗，在實驗課上由學生獨立完成，每個實驗都涉及驗證性實驗的內容；第3個層次，要求學生綜合所有實驗內容構建完整的物聯網嵌人式網關。學生在驗證性實驗、綜合實驗與實驗考核中逐步獲得成就感并建立自信心，進一步激發學習興趣。

2）實施課內外緊密結合的實踐教學模式。

嵌入式應用開發人才應具備較強的工程實踐能力，理論指導下分析與解決實際工程問題的能力以及運用工程技術參與工程項目開發與設計的能力。顯然傳統課堂“理論+實驗”的教學方式已不能滿足此類人才的培養要求，因此我們嘗試實施由多個課內外環節構成的實踐教學模式，以逐步培養學生的基本實踐技能、綜合實踐技能及應用創新技能。其中理論與實驗教學面向全體學生，由工程實踐案例驅動，讓學生“做中學、學中做、邊學邊做”，培養基本實踐技能；課程設計以大型的綜合實踐項目鞏固學生的基本實踐技能，培養綜合實踐技能。如圖1所示。學生課題和開放性實驗項目面向對嵌入式系統感興趣的學生，進一步培養學生的綜合實踐能力；學科競賽主要參加全國電子專業人才設計與技能大賽和飛思卡爾智能車競賽，鞏固學生的綜合實踐能力，培養應用創新能力；企業實習和畢業設計注重培養學生的自主開發能力與應用創新能力。

3）建立工程實踐案例庫。

工程實踐案例庫是實施工程教育的基礎，隨著嵌入式技術的發展，工程實踐案例庫要不斷地更新與完善。案例庫建設以教師和學生為實施主體，一方面，教師通過自身的科研項目、對企業進行的行業調研、掛職鍛煉及產學研過程。溝通跟蹤技術動態，并從中提煉工程實踐案例；另一方面，學生通過企業實習和就業后的反饋充實案例，不斷地對工程實踐案例庫進行更新和完善，使教學能跟上嵌入式系統行業的最新技術動態。目前我們已建成韻工程實踐案例主要有物聯網嵌入式網關、溫度控制系統、散熱控制系統、環境監測系統、家庭氣象站、三維固態電子羅盤、運動檢測系統、四旋翼無人飛行器等。在物聯網嵌入式網關案例中，我們以武漢創維特信息技術有限公司的JX2410 ARM9嵌入式實驗箱為硬件平臺，通過串口采集MicaZ無線傳感器網絡匯聚節點的信息，將網絡各節點的信息顯示在彩色液晶屏幕上，并構建嵌入式Wcbserver，通過CGI動態網頁技術將采集的傳感器信息在網絡上。

4）加強與其他專業課程的結合。

在實際應用中，嵌入式系統要與上位機或其他設備相結合構成完整的產品，因此在工程實踐案例建設中我們要注重與其他專業課程的結合。例如在溫度控制系統案例中，強調與桌面應用程序開發及數據庫相關課程的結合，要求學生實現上位機的監控軟件與過程數據在數據庫中存儲及可視化查看；在家庭氣象站中，則要求實現Android智能手機與嵌入式系統的網絡通訊。

5）改進考核方式。

對于強調實踐能力培養的課程，傳統的以考試為主的考核方式已不適用，我們采用以綜合設計作品為主的考核方式，以學生的課堂研討表現、綜合作品實物演示效果、作品設計報告、答辯表現為依據，通過綜合評判給出課程成績，使成績能合理反映學生的工程實踐能力、技術寫作能力、口頭表達及人際交流能力。

3 實踐教學設備開發

實踐教學設備主要采用、ARM技術的神州Ⅳ號STM32開發板，我們在此基礎上開發了配套模塊，以滿足工程實踐案例教學的需要。

1）加熱與散熱模塊。

該模塊由NTC熱敏電阻、大功率加熱電阻及帶轉速反饋的直流風扇組成，可實現溫度測量、加熱控制、風扇轉速測量與控制，涉及AD、定時器、PWM、ICP等基本知識點，主要用于溫度控制系統和散熱控制系統的案例教學。

2）環境傳感模塊。

該模塊由SHT11溫濕度傳感器、BMP085大氣壓力傳感器、夏普GP2Y1010AUOF灰塵傳感器、光敏電阻、雨量傳感器組成，可實現相應環境參數的測量，涉及GPIO、12C、AD等基本知識點，主要用于環境監測系統和家庭氣象站的案例教學。

3）運動檢測模塊。

該模塊由L3G4200D三軸數字陀螺儀、LSM303DLHC三軸加速度/地磁傳感器、uBloxNEO-6M GPS模塊組成，可實現角速度、加速度、地磁場、速度、位置及時間的測量，涉及SPI、12C、UART等知識點，主要用于三維固態電子羅盤和運動檢測系統的案例教學。

此外，作為終極挑戰，我們還開發了由STM32F103微控制器、ADISl6405慣性傳感器、Novatel OEMV GPS、SRF02聲納高度計、CC2500無線模塊及相應機電模塊組成的四旋翼無人飛行器，用于學生科研課題的實施。作為教學平臺，該飛行器可有效綜合單片機、嵌入式系統、傳感器技術、自動控制原理、信號與系統、程序設計等多門課程，促進學生系統觀念與綜合能力的提升。如圖2所示。

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關鍵詞：項目驅動；嵌入式系統；物聯網；教學改革

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0101-02

隨著現代電子制造水平和網絡技術的飛速發展，嵌入式系統已經成為汽車電子、家電控制和消費類電子等產品的重要組成部分，由于其硬件部分體積小、價格便宜、集成度高，并且軟硬件都可以進行“按需定制”可裁剪，嵌入式系統有著十分廣闊的發展前景。

同時嵌入式系統中的無線通信技術、傳感器技術和自動化系統控制技術的日益成熟，把傳感器得到的各種數據，通過互聯網的手段傳輸出去，使得世界的聯系從人與人的聯系，逐步轉變成物與人的聯系，物與物的聯系；使得現實世界與信息網絡更加的緊密結合。通過物聯網項目的開發，更好的促進嵌入式系統作為物聯網項目的載體的教學和改革工作。

1嵌入式系統教學的現狀

關于嵌入式系統教學過程中的課程定位、相關先導課程與基礎知識的準備、教學內容（包括硬件平臺和軟件平臺）的選擇、實踐教學與實踐環節組織等問題，在目前，仍然存在爭論和探索。本環節就以下幾個方面進行分析：

1）嵌入式系統的課程定位

由于各個院校對于嵌入式系統的課程定位的不同，不同的院校對于本課程的應用方向也不同。有的院校更加側重于底層硬件和系統文件的裁剪，偏向于基于單片機的應用；有的院校更加側重于嵌入式系統的應用，偏向于軟件開發與調試。

2）嵌入式系統教學的先導課程

基于上述不同院校之間課程定位的不同，嵌入式系統課程的先導課程也有所不同，針對偏硬件設計方向的，硬件電路設計作為重點。針對偏軟件設計方向的，則是把程序設計語言作為重點。

3）嵌入式系統教學的學時分配

不同院校的不同專業對于嵌入式系統課程的要求不同，有的專業是作為專業核心類課程，有的專業是作為專業通識類課程，有的專業是作為專業選修類課程。因此，對于嵌入式系統教學的學時，有著很大的不同。

4）嵌入式系統教學內容的選擇

嵌入式系統課程由于對前期課程的要求較高，同時現有教學內容中，理論偏多，各種概念和模型較難理解，學生動手去實踐相對較少，學生學習起來非常抽象和枯燥，無法形成自己的知識體系結構，缺乏直觀性，因此學生學習積極性會隨著課程的深入，逐步降低。

同時嵌入式系統教學需結合教學平臺設備來進行開展。在現有市場上，嵌入式系統教學平臺種類繁多，并且配套的軟件操作系統也有所不同，不同院校都根據自身的實際情況進行相應選擇。

2嵌入式系統教學組織

根據本學院“5-3-3”課程體系構建的思想，再結合江蘇省蘇州市吳江區地方經濟具體特點的基礎上，以近年來國際工程教育改革CDIO工程教育模式為思路，將構思、設計、實現和運作貫穿在整個課程體系之中，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，結合物聯網的發展，在不同的行業、企業及應用背景下，將物聯網的項目案例，和嵌入式系統的課程體系融會貫通，強調職業教育教學行動的過程屬性，將典型物聯網產品設計案例引入到教學中并進行重構，編排模塊化課程教學內容，組織教學過程。使得學生通過本課程的學習，不僅能了解嵌入式系統的基本原理和設計方法，同時能對嵌入式系統中的ARM體系結構、ARM指令系統進行應用，選擇嵌入式Linux操作系統根據不同的需求進行相應的裁剪、交叉編譯開發和移植應用，同時根據學生的實際情況進行應用程序和驅動程序開發，服務地方經濟。

3傳統教學中存在的問題

傳統教學過程中通常以教師講授為主，以教材對應章節和知識點作為講授單元，理論基礎和實踐環節分離，無法做到“理實一體化”。在有限的課程授課時間內，設置與教學內容配套的實踐環節，通過課后實踐來強化教學內容，激發學生創造性的能力比較有限。

嵌入式操作系統選擇非常多，在嵌入式系統應用中常用的軟件中間件，比如網絡協議棧、嵌入式平臺下的根文件系統和數據庫管理系統、媒體壓縮與解壓縮庫、各種加密算法與協議等，更是令人眼花繚亂。

同時，作為授課對象的學生，由于來自不同的專業方向，前導課程的基礎知識參差不齊。具體表現為：電子類專業方向的學生，軟件基礎較為薄弱，計算機類專業方向的學生，電路與硬件基礎弱。

4基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學

以職業崗位能力為主線的高職教育體系需要構建項目化教學課程體系，同時在物聯網技術快速發展的大背景下，嵌入式系統的課程體系確實應當有所調整，以適應時代的發展和社會的需求。

項目驅動教學的理念認為：學生知識的積累和構建，是在一定的條件下自主構建而成的；學習是知識、技能與行為、態度與價值觀等方面的長進。

同時，以企業中真實的生產、研發和具有實際應用價值的案例作為教學內容的選擇，要求學生能夠通過自身的特點，獲取相關的資訊，指定真實的計劃，通過自身的決策和實施，并且進行檢查和互查來對項目進行評價。

1）項目的具體構建

將嵌入式系統教學課程知識點進行碎片化和重組，以本院的校企合作單位物聯網智能家居企業真實案例為基礎，將整個教學過程以項目的形式開展教學，再將物聯網智能家居項目中分成相應子項目，對相應子項目再進行具體的任務分解。在整個過程中，要求學生能夠以教學主體的身份參與進來，對真實案例從總體上進行把握，明確學習和構建的內容。

2）項目驅動教學組織形式

本院該課程在采用小班化教學的基礎上，對學生進行項目分組，將4～5名學生分配到一個項目團隊。在不同的項目中扮演企業開發過程中的不同角色，同時在不同的子項目中，學生的角色進行輪轉或互換，使得學生在完成本課程的學習之后，能對項目開發的整個過程相對熟悉。

學生在不同的子項目中，可以對項目團隊的不同角色進行體驗，根據自身的實際情況，為更好的走上工作崗位，融入企業項目團隊做準備。

3）具體項目教學的實施

在每一個具體項目教學的實施過程中，以本院的2014級計算機應用技術專業為例，該專業有40人，將學生以5個學生為項目小組進行分組，共8個小組，根據學生的學情和實際情況進行項目任務書下發，將CDIO中的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）融入進來。

以物聯網智能家居企業真實案例中的智能窗簾子項目為例，通過任務分解，如下圖所示，可以分為嵌入式Linux系統裁剪、直流電機控制、交叉編譯、驅動文件加載和嵌入式平臺下移植應用等五個子任務，同時針對模塊化教學，進行相應學習情境設計和教學方案設計，整合現有教學內容，使得老師的教和學生的學都體現項目驅動模式下理實一體化的緊密結合。

首先要求每個項目小組的學生進行項目分析，將構思（Conceive）采用行動導向中資訊的形式展現出來，給出工作任務，提出任務要求，要求學生應當把前導課程以及已做過的項目中已掌握的知識點和即將開展的項目中需要的知識點進行融合，使得學生溫故知新，同時也學會綜合運用新舊知識的技能；其次要通過實踐的方式，項目和任務必須能夠通過實踐來完成及驗證。

對于設計（Design）則要求學生在項目小組中指定相應計劃，安排時間進度。

而實現（Implement），要求各小組通過決策和實施的方式，分別提出完成該項目的設計方案說明書，每個小組推選1名同學上臺進行本組實施方案的具體表述，授課教師與項目小組成員共同討論，進行分析和優化，最終確定相對合理、科學的最佳方案，并進行下一步的實施。

運作（Operate），則是在之前所做工作的基礎上，結合項目方案說明書，對于項目內容對照完成。在項目完成之后，對照最初提出的工作任務要求，逐項檢查項目完成情況。如存在不符的情況，進行分析和修改，直至滿足相應要求。同時要求項目小組內的同學和不同小組的同學進行自評和互評，進行相應總結和考核。

5總結

基于物聯網飛速發展的技術和應用背景，如何精簡嵌入式系統課程的理論教學內容，并擴寬學生的知識面，讓學生掌握設計與思考的方法，重點把與真實項目案例密切相關的內容進行重構與設計，同時進行層次化的實踐設計，在實踐環節中，讓學生真正參與到前沿發展的企業課題和項目中去，這是在嵌入式系統課程教學改革中要研究和具體實踐的方向。

基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學改革實踐教學過程中，學生對于企業項目開發的整個過程更加熟悉，學生參與項目團隊開發的積極性和主動性得到提高，同時，通過項目驅動的學習方法，學生也認識到團隊合作的重要性。項目驅動教學改革的實施，使學生學習的方式發生了很大的變化，學生能夠主動地去學習，更加善于發現問題和思考問題，解決問題的能力也得到了很大提高，學生的專業技能能力得到系統的鍛煉。項目驅動教學改革，為學生自主學習意識的養成和從學校到畢業頂崗實習、就業更好的“無縫”對接提供了保障。

參考文獻：

[1] 陳承歡.軟件工程項目驅動式教程[M].清華大學出版社，2015.

[2] 丁金昌.高職教育人才培養理論研究與實踐[M].國防工業出版社，2011.

[3] 童加斌.高職教學改革[M].東南大學出版社，2010.

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1.物聯網背景下的嵌入式系統教學課程

1.1物聯網的概念

物聯網的概念始于20世紀90年代末期。當時的物聯網，主要是針對物與物、人與人之間的互聯互通，提供技術支持。這個新型的概念和技術出現后得到了理論和工業界的充分關注。

1.2嵌入式系統的理論教學內容

嵌入式理論教學內容主要包括ARMffC：入式微處理器、嵌入式操作系統、應用和前沿發展等內容。以嵌入式開發技術掌握為教學目的。具體的授課內容包括；系統概述、微處理器的原理；實用操作、移植交叉開發、物聯網在嵌入式系統教學中的應用等。物聯網應用背景下的嵌入式課程體系框架如圖1所示。

2.物聯網基礎上的嵌入式系統實驗概述

2.1理論結合實踐

物聯網基礎上的嵌入式系統實驗設計采用的是層次化的實驗環節，包含基礎知識、動手能力、創造性思維等等。例如，嵌入式實驗開發平臺上，主流的串行接口和以太網接口，GPS全球定位系統模塊，總線接口等等。這些接口和物聯網的應用背景是通過層次化的實驗設計展開的。內部包含了實驗的要求和實踐階段的不同設置，整體層次的設計從淺顯到深入，實驗層次不同，對應的組織形式也不同。例如基礎性實驗的目的用于熟悉物聯網，實驗層次的循序漸進，為了實踐的開發和設計打下了基礎。而綜合性的實驗和實踐是為了提高物聯網的應用能力。

2.2實踐與合作相結合

在物聯網中間層的嵌入式網關設計中，根據模塊接口的采集，終端的經緯度信息得到無線數據手法模塊中的傳感器的溫度和日照等的環境信息，通過ARM處理器打包成UDP數據包，將之通過以太網網絡接口傳送到基站的服務器中。

整個流程為，從以太網網絡進行接入，將數據傳送到嵌入式處理器，通過GPs模塊接口進行無線數據的收發，再傳送到嵌入式處理器中，最后到達外部存儲器。

在物聯網的技術支持下，學校組織學生成立了第二課堂，組成了以物聯網為主題的學習小組，對項目進行模擬實踐和開發。例如GPS數據采集和處理的課題小組，要對操作系統、網絡協議棧的移植、多任務的GPS模塊的接口數據進行打包，UDP數據包發送到網絡等眾多內容進行實踐。在團結合作中，興趣小組的同學各自有分工合作，最終實現了將終端傳感器傳送了了基站的網絡服務器的實驗目標。

3.嵌入式系統教學的現狀

堅持對嵌入式系統的教學的創新進行探索，包括課程設置、基礎知識的傳授、教學軟硬件平臺的搭設、實踐教學的組織等等。目前在教學中存在以下特點。

在嵌入式系統的教學中，課程定位的方向以及應用不同。有的院校側重于底層和系統文件的構建，有的院校側重于應用以及軟件的開發。

在嵌入式系統教學的課程中，由于院校課程定位的不同，因此在課程設置上也有所不同，有的偏重于硬件的設計，有的以電路設計為主，有的偏重語言程序的設計。

在嵌入式教學的學時分配上，有的院校側重于課程的要求，有的院校側重專業的核心課程，有的院校側重專業的通識課程設置，有的院校將其作為輔修課程，因此在學時的安排上各有不同。

在教學內容上。嵌入式系統課程中理論和概念較多，因此學生容易感到枯燥，對于知識體系的架構來說，積極性不高會導致學習效果不佳，同時嵌入式教學平臺目前的種類偏多，但是配套的操作系統卻沒有跟上。

嵌入式教學體系具有若干缺點，首先，在傳統的教學模式中，教師的主導性地位過強，教師只會將教材中的章節進行講解。但是基礎理論往往于實踐脫鉤，使得理實一體化難以實現。有限的課程中，教學內容多用于理論學習，能夠強化學生實踐能力的實踐課程較少。

嵌入式系統教學中以網路協議棧、文件系統、數據庫管理系統、媒體壓縮和解壓縮系統等等的數據實驗平臺眾多，但是真正能夠以為學生提高學習成效，加強軟件基礎為目標的課程設置不多。

4.基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學架構

當前，高等院校的教育體系中，對教學項目進行構建，對教學課程進行設置，往往是圍繞著工程能力的培養展開的。物聯網技術的發展背景下，嵌入式系統的課程教學體系必須也有相應的調整，才能應對當今時代和社會發展的需要。

企業的生產過程以及實際的應用價值，是教學內容在選擇上參照的依據。高等院校培育的學生，必須要獲取實踐機會，提升決策和實施的能力，并且能夠制定物聯網系統規劃，培養對物聯網項目的u估能力。

嵌入式系統教學的知識點一般較為碎片化，通過學校與企業合作的形式，將這些碎片加以重組。例如，在物聯網企業的要求下，教學項目設立了一個以某企業的產品為主項目的子項目，在子項目中將任務具體化，分解到每個學生身上，學生參與到項目中，成為教學的主體，在真實的企業生產情景下，感受到物聯網學習的氛圍以及學習內容。

項目啟動后，課程被分解為小組學習的模式，學生擔任項目中的角色，大約4～5個學生分為一個項目團隊。項目中，學生成為企業員工，擔任開發程序中的角色。在實習中，學生的角色可以進行輪轉和互換，以便于課程結束后，學生能夠對項目的全部流程有深刻認識。

在項目進行過程中，學生的實際能力表現都是項目考核和評價的內容。每個學生在團隊中的表現以及工作成果都被記錄下來作為將來接受課程評價的依據，學生的能力也通過項目的開展不斷提高，為將來進入社會成為工作崗位的中堅力量打下了牢固的基礎。

在具體的項目教學中，學生以開發成員的身份進入項目小組中，根據實際項目設計目標研究項目任務書，進行項目的需求分析、項目的設計、項目的實現和系統測試。

以具體的項目內容為例，實踐項目要求通過嵌入式uNux系統，進行各個計算機流程的操作，包括系統裁剪、電機控制、驅動文件加載、交叉下移，平臺嵌入式編譯等等。在模塊化教學的情景下，學生可以學習如何設計系統結構和接口，在理實一體化的模式下將項目軟硬件系統通過設計和編碼進行實現。

在項目完成之后，教師、企業、學校組成專門的評價小組，對照工作任務要求，逐項檢查項目完成情況。對不足的部分要求學生進行分析和修改，并要求項目小組內的同學和不同小組的同學開展互相評價、總結，以綜合的考評成績作為對學生的考核結論。

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【關鍵詞】 CDIO模式 計算機 硬件嵌入式技術

近年來，嵌入式技術在工業控制、通信設備、醫療儀器及航空航天等領域中的應用越來越廣泛，新興的物聯網技術、智能家居等都以嵌入式系統為基礎，在這樣的背景下，市場對嵌入式人才的需求越來越重視。但就目前來看，當前高校計算機專業關于嵌入式技術方面的教學還存在一定問題，往往過于注重軟件方面的程序開發，忽略了硬件嵌入式技術的研究和教學。

在這樣的背景下，本文以CDIO功課教學模式為基礎，探討了計算機硬件嵌入式技術的發展方向和人才培養內容與方法，旨在為相關研究與實踐提供參考。

一、CDIO模式概述

CDIO模式屬于一種工程教育模式，是國家工程教育改革的一項突破性成果，由麻省理工學院等四所大學組成的研究團隊歷時四年研究獲得。CDIO模式代表構思、設計、實現及運作四個過程，以產品整個生命周期為載體，讓學生對產品研發到產品運行各個階段進行學習，實踐性較強。

CDIO理念繼承了歐美先進工程教育改革觀念，創新性的提出了可操作性的教學標準，對于提升功課教學質量有著重要的意義，代表了當代工程教育的發展方向和趨勢[1]。

就我國來看，工科教育體系需要積極培養出與世界接軌的工程師，但我國工科教育實踐還存在著諸多問題，過于注重理論和輕視實踐，過于注重學習而忽略創新，在這樣的背景下，應當積極學習并應用CDIO工程教育模式。

二、基于CDIO理念分析計算機硬件課程存在的問題

CDIO的核心為構思、設計、實現及運作，強調實踐性和創新性，基于這一理念，分析我國計算機課程中存在的主要問題。

2.1缺乏設計能力培養

近年來計算機技術發展較快，應用越來越廣泛，使得計算機系統復雜度提升，傳統軟硬件相隔離的設計方式已經難以滿足現代計算機系統要求。計算機系統平臺搭建、軟硬件協同設計等成為主流設計思想，但當前計算機硬件技術相關課程缺乏對學生這種先進設計能力的有效培養。

2.2缺乏可編程芯片設計能力培養

我國工科高校開設計算機硬件課程很少涉及到關于芯片編程的實驗課程，僅有的實驗安排在大肆，但受到教育體制的影響，許多學生畢業設計不涉及到芯片編程就不會認真學習，這就大大弱化了對學生可編程芯片設計能力的培養。

2.3缺乏創新能力培養

收到實驗條件等因素的影響，現有計算機硬件實驗大多針對的是純硬件邏輯，缺乏橫向功能拓展和縱向功能延伸，給予學生的創新空間較少，學生在現有條件下難以完成綜合性和創新性的設計。

三、嵌入式技g發展現狀

嵌入式系統是一種專用的計算機系統，其以計算機技術為基礎，以具體應用為核心，軟硬件可進行裁剪來滿足應用系統的相關要求，例如功能要求、穩定性要求、功耗要求、成本要求及體積大小要求等[2]。嵌入式系統的應用能夠實現計算機技術、電子技術與各行各業應用的有效結合，其應用前景廣泛。

嵌入式技術的快速發展和應用使得計算機分類模式發生了改變，從傳統的按體積進行分來變化為通用型和嵌入型兩類，涉及到的領域十分廣泛，例如醫療領域、航天航空領域、軍事領域、工業控制領域及金融領域中都能夠看到嵌入式系統的身影。嵌入式系統中軟硬件結合，要想從事此項工作，需要具備較高的計算機技能水平，具體來說如下：

一方面，是電子工程、通信工程等硬件專業方面的人才，這些人才以硬件設計和開發為主，開發硬件驅動程序，對硬件原理掌握較為清楚，但這些人才對復雜的軟件系統往往能力較差，例如復雜應用軟件、嵌入式操作系統的程序設計等。

另一方面，是偏軟件專業的人才，這些人才在軟件開發和嵌入式系統開發上造詣較高，且如果軟件方面人才掌握了相關硬件原理，完全可以自主開發硬件驅動程序，硬件設計完成后則需要依賴于軟件實現系統功能。但就目前來看，許多企業將硬件設計部分外包，硬件設計能力較弱，對硬件有所忽視，這就造成市場上對硬件嵌入式技術方面的人才短缺。

四、基于CDIO模式計算機硬件嵌入式技術發展方向

4.1無線網絡技術

近年來，移動設備發展快速，無線網絡也隨之發展起來，人們對無線網的需求也越來越大，而軟件系統是否能夠支持無線網絡也成為了嵌入式系統發展的關鍵所在[3]。因此，在今后的一段時期內，無線網絡應用將成為嵌入式技術的重要發展方向，就目前來看，WIFI、藍牙技術及無線傳輸技術等的應用越來越成熟，但需要注意的是，這些技術有著一定的局限性，其傳輸距離大多較近，這就需要在未來研發的過程中著重解決遠距離傳輸的問題，例如3G協議棧的開發等。

4.2網絡互連技術

在嵌入式系統不斷發展和應用的背景下，各種互聯網接口受到關注，傳統的單片機難以滿足對互聯網接口的要求，從而催生了各種新型的嵌入式系統，例如微型處理器，從互聯網接口方面來看，嵌入式處理器能夠支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多種通信接口，一些先進的嵌入式處理器甚至能夠同時支持幾種接口，但同時也需要一些硬件驅動程序，只有這樣才能夠實現輕松上網，打破眾多用戶上網的時空限制。

4.3人工智能技術

歸根結底，嵌入式技術的應用就是滿足人類相關的應用服務，人工智能化的發展和使用則能夠提升嵌入式技術的服務水平，將人工智能技術與嵌入式系統或產品相結合，實現人機交互，擴展嵌入式系統的服務應用范圍。就目前來看，人工智能技術與嵌入式系統的結合在醫療衛生領域應用較為成熟，能夠降低手術病人受到的傷害[4]。

而隨著技術的發展和社會的進步，人工智能技術的應用范圍將會得到進一步拓展，例如自動控壓裝置、自動控溫裝置等智能化儀表的應用越來越多，這都會促進人工智能技術的進一步發展。

五、基于CDIO模式的計算機硬件嵌入式技術人才培養

計算機硬件嵌入式技術課程的學習是一個系統性、長期性的過程，需要循序漸進，不僅涉及到原油的硬件課程，還涉及到后續嵌入式技術理論知識和嵌入式設計開發等。本文結合CDIO工程教育模式和理念，探討計算機硬件嵌入式技術的人才培養方向和方法，具體來說如下。

5.1學習嵌入式系統基本知識

CDIO工程教育模式強調對構思、設計、實現及運作等產品整個生命周期的研究和學習，而對于嵌入式系統來說，其構思、設計、實現及運作都離不開嵌入式系統的基本知識，因此，在計算機硬件嵌入式技術人才培養過程中，嵌入式基本知識的學校至關重要。

嵌入式系統大體可以分為三類，其一為傳統的實時多任務系統，即RTOS系統，主要包括Vxworks操作系統、Tornado開發平臺等；其二為嵌入式Linux操作系統，其不僅可以作為服務器的操作系統，在嵌入式領域也有著良好的應用前景，系統免費，支持的軟件眾多，這會大大降低嵌入式產品的開發成本；其三為Windows CE嵌入式操作系統，如Microsoft等，其進入嵌入式市場前景良好，Windows CE嵌入式操作系統雖然于近幾年才被研發出來，但卻能夠迅速搶占市場，尤其對于智能手機、顯示儀表等對界面要求較高，Windows CE嵌入式操作系統的應用有著良好的效果。通過對嵌入式系統這些基礎知識的學習，能夠讓學生全面掌握嵌入式軟件整體開發環境情況和開發平臺，形成對系統開發理性、直觀的認識[5]。

5.2 ARM技術及嵌入式微處理器

當前嵌入式處理器種類較多，例如ARM處理器、MIPS處理器及PowerPC處理器等，其中應用最為廣泛的處理器當屬ARM，ARM有著四個通用處理器系列，不同系列能夠提供的性能有所差異，但基本覆蓋了大多應用領域，有效滿足了不同應用領域的應用需求。以SecurCore系列為例，其專門應用于對安全等級要求較高的場合。因此，應當讓學生積極學習ARM技術及相關嵌入式微處理器結構，為后續產品設計研發實踐奠定基礎。

5.3指令系統與硬件電路設計

一般來說，ARM微處理器有兩種工作狀態，且其能夠在兩種工作狀態之間隨時切換，第一種工作狀態為ARM狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的ARM指令為32位字對齊指令[6]；第二種工作狀態為Thumb狀態，在這種工作狀態下，處理器執行的是Thumb指令，屬于16位半字對齊指令。兩種狀態下指令有著一定的關系，即Thumb指令集合為ARM指令集合的功能子集，但相較于等價ARM代碼來說，其能夠有效節省存儲空間，節省比例能夠達到30%-40%之間。

對于嵌入式技術來說，其軟硬件可以裁剪，因此應當做好硬件電路設計工作，通過有效的硬件電路設計來獲取最優硬件組合，提升嵌入式系統的硬件性能。

除了上述提到的說那個方面之外，數字電路、數據結構算法及匯編語言和編程語言等也較為重要，需要在計算機硬件嵌入式技術人才培養中有所側重。

六、結論

綜上所述，在計算機領域，嵌入式系統的應用越來越廣泛，計算機硬件嵌入式技術越來越受到關注，計算機嵌入式技術人才的培養應當以CDIO模式為指導，以市場需求為導向，以嵌入式技術發展趨勢為依據，合理選擇教學內容，培養先進的計算機硬件嵌入式技術人才。

參 考 文 獻

[1]蘇英.基于CDIO的微機原理與接口技術教學研究[J].中國管理信息化，2016（10）：218-219.

[2]楊偉力 李偉民 楊盛毅.基于CDIO理念的嵌入式系統課程改革實踐[J].科教導刊（上旬刊），2016（06）：56-57.

[3]徐武雄.基于CDIO的地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設研究[J].中國電力教育，2012（19）：98-99.

[4]王偉 王楊 孟煒 李明.變電站自動化IED設備嵌入式通信模塊的開發[J].科技資訊，2014（24）：9-10.