基于产学研协同育人模式的嵌入式系统课程改革

计划”重大改革项目的推出以及信息技术的快速发展，对嵌入式人才有了更高的要求。现在的行业内需要的是具有扎实的嵌入式专业理论基础、实践能力、创新能力以及团队合作能力的嵌入式综合人才。为了培养适合社会需求的嵌人式综合人才，笔者对本校的嵌人式系统的教学进行了深人的研究，并发现教学中存在的几大问题：

1）没有形成嵌入式系统课程体系。嵌入式系统课程是计算机专业学生第六学期开设的一门专业选修课，课程共48课时。课程设置不合理，实验课时少，课程设置与前期先修课程联系不密切，学生软硬件基础没打好，学习进度跟不上，后期没有相对应的实践体系对所学知识进行巩固和提升，导致学生的学习效果不理想。

2）教学内容与社会需求脱节。课程理论内容包括嵌入式系统的体系结构、嵌入式处理器结构（ARM架构为主）、异常处理、存储处理、系统控制过程、流水线作业及各种I/O接口、嵌入式系统开发应用方法、嵌入式操作系统、实时多任务操作系统以及在嵌入式0S支持下的开发应用方法;实验平台则采用ARM9的芯片，开发环境为ADS1.2，由于实验课时的限制，实验方式为实验演示，包括裸机下的LED灯、蜂鸣器、PWM实验、串口实验等基础实验。教学内容偏理论，与社会实际需求脱节，学生缺乏学习兴趣。

3）人才培养方式。学院对嵌入式系统人才培养的方式，采用传统的教师课堂教授为主，分理论课及实验课。理论课程以基础硬件知识为主线，学生容易感到枯燥，而且在校内的课堂上很难感受到企业的氛围。实验课程主要通过实验箱进行演示或操作，学生实验只能进行验证性实验，无法培养学生的设计、开发及创新能力。

2课程改革

通过对本校嵌入式系统课程教学现状及学生的学习水平分析，本校深入探索嵌入式系统课程改革，提出产学研协同育人模式，并与粤嵌合作教学，从课程体系、理论教学及实验教学方面进行一系列教学研究及改革。

2.1产学研协同育人模式

产学研协同育人是指大学、企业单位和科研机构充分利用教学情景、生产环境和科研资源等不同优势，实现产学研合作创新主体之间的深度合作，通过资源共享、优势互补，共同研发共享成果，形成集生产开发、人才培养、科学研究于一体的产学研协同创新系统，是实现新工科教育目标的重要途径嘲。产学研协同育人模式是把传统的校内教师课堂讲授理论知识的间接性教育与在公司实际实践过程中的直接教育相结合，强调学生的解决实际问题能力以及工程项目实践能力，从根本上缩小甚至解决学校与社会对人才培养与需求脱节的差距，增强学生的自主学习、适应工作、乐于钻研创新等方面的能力，这是解决学生与社会需求脱节的最好方法。

2.2产学研协同育人模式实施方法

学院以广州粤嵌通信科技股份有限公司（简称粤嵌）为依托，采用聘请企业工程师到学校授课、安排专业教师到企业培训、安排学生到企业实习等三种方式来实现产学研协同育人的目标。在理论课的后期及实验课部分，聘请粤嵌的优秀人才给学生上课，让学生接受来自企业的新的技术和不同的学习方法，实验采用验证性实验一开发性实验的从易到难的学习过程，有利于提高学生的实践能力。在学生的专业实践课教学部分，让学生跟粤嵌的工程师一起实践研究，让学生切身体会公司的文化氛围，增长岗位技能，加深对嵌入式技术的行业认识，让学生体验分析、设计、实践、开发的整个项目开发过程，激发学生的学习主动性，为学生在后期的学习中明确学习目标和方向。

在寒暑假，学院组织专业教师到企业参加培训，教师与企业人员联合进行项目开发，在学习中了解企业对人才的真实需求，为以后的课程教学提供更好的思路。粤嵌与学院共同建立“众创空间”实验室，给学生提供更好的实践及自主创业的平台。

2.3课程体系改革

产学研协同育人的过程中，发现学生的嵌入式专业基础知识及实践部分较薄弱，适时地修改嵌入式系统的课程体系。新的课程体系包括软件基础课、硬件基础课程、嵌入式系统和专业选修实践课程。软件基础课注重对学生程序设计能力的培养，让学生掌握软件设计思想，掌握程序的基本设计方法，为后面的专业课打下坚实的基础。硬件基础课程让学生掌握硬件基础、接口技术及硬件编程技术，而选修专业实践课程则能较好地提高学生的实践及开发项目的能力。在培养计划中，软件基础课程开设c语言、数据结构、离散数学、Linux操作系统等课程;硬件基础课开设数字逻辑电路、微機原理与接口、计算机组成与应用、硬件编程语言（辅修）等课程。软件基础及硬件基础课程分别在大学一年级及二年级开设，作为嵌入式系统课程的先修课程，在嵌入式课程的前期要对这些先修课程与嵌入式技术相关的知识内容进行必要回顾及讲述。选修专业实践课程是嵌入式系统的后续课程，包括外出培训、比赛、科研项目以及创新创业等，目的是进一步提高学生的实践及开发项目的能力。

为了解决学生实践能力薄弱的问题，在新的教学方案中增加嵌入式课程的实验课时，理论课时为48学时，实验课程为24学时。

2.4理论教学改革

为了切合社会需求，在教学中采用基于Cortex-A53内核的GEC-6818开发板作为教学平台。结合嵌入式系统的课程需要以及开发平台的特点，对嵌入课程理论教学内容进行修改，以下为理论教学的主要内容：

第1部分嵌入式系统基础理论。包括嵌入式系统的概念、嵌入式处理器以及与嵌入式技术相关的软件、硬件知识回顾。

第2部分ARM处理器体系结构。包括Cortex-A8的处理器架构及异常处理、开发工具简介。

第3部分ARM指令集。包括指令系统，其中穿插开发工具的使用、基本指令及混合编程的应用练习。

第4部分微处理器与接口。包括Cortex-A8处理器的UART、GPIO、异步通信等接口设计，穿插演示LED灯，UART、MD转换实验。

第5部分嵌人式Linux。包括嵌入式Linux的特点及文件系统、Linux的使用及嵌入式Linux系统移植及调试。

第6部分实例应用。包括设备驱动程序设计、Qt图形界面应用程序开发基础、SQLite数据库、嵌入式系统的开发设计案例。

2.5实验教学改革

基于产学研协同育人机制下的嵌入式系统实验改变了以往只注重验证性实验的方法，强化实验过程，培养创新能力，从“验证性实验”转为“验证性实验与开发研究性实验”相并重的教学方式。为了学生有更好的学习效果，设置了从易到难、从简单到复杂的渐进式的实验模式。在实验教学中，根据学生的接受能力安排合理实验内容。基础实验要求学生务必掌握，基础实验也可作为其他实验的参考。如Linux下的综合实验中的LED流水灯实验就可以结合裸机基础实验中的LED流水灯实验以及Linux的基础实验来完成，有层次地深入学习嵌人式系统知识。

具体的实验内容及要求如下：

1）基础实验。包括开发环境的熟悉，基本指令系统，汇编练习。

2）裸机基础实验。包括LED流水灯实验、蜂鸣器实验、LED按键实验。要求学生独立完成，并完成相关的实验报告。

3）Linux操作系统下的基础实验。包括Linux操作系统的搭建、简单的操作系统的开发练习以及Linux GUI的安装应用。

4）Linux下的综合实验。包括Linux下的GPIO、UART、LCD等实验。学生以3-5人为小组，根据老师的要求进行实验并修改程序，完成实验报告。

5）嵌入式综合实验。主要包括模拟电子琴设计、无线音频传输设计、智能家居监控系统等，要求学生根据企业老师给出的项目题目及基本要求，以小组形式进行分析、设计，在企业老师的辅导下對项目进行开发、调试、移植，最后根据所做的项目完成项目文档及答辩，并以此作为实验考核的重要标准。

3结束语

为了培养适合社会需求的嵌入式综合人才，基于产学研协同育人的合作教学模式，校企联合对嵌入式系统课程进行了深入的改革。改革一年多来，学生在嵌入式学术竞赛及创新创业实践项目上取得了较好的成绩，部分同学依托“众创空间”实现了自主创业。实践证明该项改革能激发学生对嵌入式系统课程的兴趣，调动学生们学习的积极性和主动性，提高学生们分析和解决问题的能力，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力以及团队合作能力，更重要的是培养学生的创新创业能力。

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