物联网背景下嵌入式系统课程教学的改革探究

杨峰

【摘 要】分析了物联网和嵌入式的关系，针对传统嵌入式系统教学存在的课时少、教学手段单一的现状，结合嵌入式系统的教学经验，从理论、实践、实习等方面探讨一种改进的教学模式，以符合物联网的时代要求。

【关键词】物联网；嵌入式；教学改革

“十三五”时期是我国物联网加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段，越来越多的嵌入式开发企业开始向物联网开发企业转型，随之而来的是对物联网相关人才的海量需求。为适应社会人才需求，不少高校也对培养课程进行了调整，有的高校直接开设了新的物联网课程，有的高校则将原有的相关课程改革，向物联网靠拢。文中探讨了嵌入式系统课程教学在物联网背景下的改革模式。

一、嵌入式技术在物联网的地位

自计算机与集成电路诞生以来，我们先后经历了单片机和嵌入式系统时代，如今，物联网正推动着一场新的信息技术产业革命。单片机可以称之为嵌入式系统的子类，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗都有严格要求的专用计算机系统。物联网则是在计算机互联网的基础上，利用传感器技术、嵌入式技术、无线数据通信技术，构造一个覆盖万事万物的“Internet of things”。在这个网络中，嵌入式技术扮演着关键的角色，正是嵌入式技术，才能把传感器的信息数据接收至处理单元，再把经处理后的信息通过无线通信网络传送到顶层，从而形成万物相联的信息网。

二、现阶段嵌入式系统教学分析

嵌入式系统课程是一门多学科交叉的课程，知识内容涵盖了计算机、电子技术和信息科学等。嵌入式系统的设计既包含硬件部分也包含软件部分，随着嵌入式新技术的不断涌现，软硬件复杂程度也不断增加，这让原本就让高校大学生觉得难学的课程变得难度更大，要学的内容更多，教师也觉得教学任务重，压力大。总结起来，当前的嵌入式系统教学一般存在着以下三个方面的问题。

（1）课时少。目前，高校的嵌入式技术课程理论课时基本在40个左右，实践课时在10个左右。而该门课程的知识体系相对来说是偏复杂的，加之内容甚多，课时量偏少的，尤其是实践课时，对于这样一门实践性很强的学科来说，10个课时显然不能达到培养学生能力的要求。

（2）软硬件教学失衡。受专业方向要求的限制，在内容选材方面，有的高校侧重于硬件，有的则侧重于软件。而嵌入式系统的开发则要求软硬兼具，缺一不可；嵌入式技术的发展也是硬件发展和软件发展相互促进的过程。授课的失衡必然带来学生能力上的失衡，制约了学生独立设计能力的发展。

（3）教学手段单一与师资素质不高。当前的嵌入式课程教学大多还是传统PPT模式，学生的兴趣普遍低下，启发式与项目式等具有活力的教学方法始终缺乏。同时，授课教师大多没有企业工作经验，无法给学生提供开发经验。

三、物联网对嵌入式系统教学的影响

物联网的兴起已经促使大部分相关企业进入转型的轨道，企业的转型意味着对技术人才需求的转型。单纯的嵌入式教学体系已经不能满足时代的需求，物联网技术是包括嵌入式技术、传感器技术、无线通信技术、移动计算技术、先进数据处理技术在内的多种技术综合体，这就要求高校必须顺应时代的趋势，调整培养方案，提升教学质量，以企业需求为导向，注重对学生的专业素质培养。对于嵌入式系统设计人员，要不断更新自己的知识体系，接受物联网应用带来的新要求、新挑战和新技术。

四、物联网背景下嵌入式教学的改革思路

（1）理论课程计划设置

物联网技术是多跨领域的技术，需要在原有的嵌入式课程体系基础上增设面向物联网的新学科。面向物联网的学科既涉及到传感器技术、射频技术、通信组网技术等基础学科也涉及到包括网络安全和系统开发等应用学科。受培养计划课时限制，大多数高校的理论课时已经饱和，增设新的课程涉及到培养计划以及教学大纲的修改，客观阻力不小。

（2）实践教学体系调整

实验的目的是使学生增强理解，学会基本运用。实验的内容取决于实验的平台。传统的嵌入式实验平台虽然比单片机平台功能多得多，但要符合物联网能力培养的要求，还需在功能上进一步扩展。物联网的架构包括感知层、网络层和应用层，嵌入式技术应用于感知层与网络层。实验平台除了基本的处理器、显示、按键、电机模块，还应具备传感器模块、RFID射频模块、二维码识别模块、zigbee模块、WIFI模块等。

为便于学生理解物联网工程的实施过程，组织实验时应打破原有体系，按照物联网的层次关系，将实验内容划分为感知识别实验、无线通信实验、应用实验。感知实验旨在让学生了解常见传感器的工作方式、掌握网络节点实现方法，对传感设备的数据进行处理。通信实验包括WIFI、Zigbee、蓝牙等无线组网，目标是让学生掌握多种手段搭建网络。应用实验主要包括手机终端开发和数据库程序设计，此部分实验需要学生拥有一定软件设计能力基础，而大部分电子信息专业的学生在该项能力储备上都存在不足。

课程设计是实践的重要环节。只有通过课程设计学生才能将课堂知识与实际工程需求相结合，提升分析问题与解决问题的能力。课程设计题目要具有代表性，要能够覆盖物联网的各个主要技术环节。课程设计的组织应以小组为单位，要求每个小组的成员通过分工协作，在规定的时间里完成项目。课程设计过程的管理是保證效果的关键。指导教师负责过程的指导与监督，可以通过网络平台的形式与学生交流、分享资料。

（3）校外实习拓展

校外实习是校内教学的延伸。让学生走出校门，到企业一线直接感受并参与实际工程的实施，有利于了解现状与趋势、开阔视野，同时也使学生认识到自身能力与企业需求水平间所存在的距离，对意志是一次良好的锻炼。近年来，校外的实习教育越来越受到重视，许多高校纷纷与企业开展合作办学，在企业设立实习基地，学生也乐意在新的环境下学习和工作，企业则可以对人才进行预备性培养。

五、结语

嵌入式系统课程本身知识结构复杂、实践性较强，教与学都面临着不小的困难。在物联网的背景下，嵌入式系统课程须要注重多学科融合，综合性更强，难度变得更大。文中给出了一种改进的教学模式，从理论教学、实践活动、校外拓展等方面契合了物联网的时代需求。从实践的情况看，获得了使学生把更多的压力转换为动力的效果，兴趣和能力都获得显性提升。物联网的发展仍需要大量人才，推动嵌入式系统教学的改革，提升人才素质基础还需要广大教育工作者的不懈努力。

【参考文献】

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