北京工业大学“嵌入式系统”

精品课程建设

(本文转自《计算机教育》2006年第8期）      北京工业大学计算机学院 韩德强 孙燕英/文 

“嵌入式系统”是近几年新兴的一门课程，国内外高校在嵌入式方面的教学已经全面展开，我国教育部也十分重视在校大学生在嵌入式系统方面的理论课程与实践，特别在“全国大学生电子设计大赛”中设置了“嵌入式系统专题邀请赛”，并得到了Intel公司的大力支持，国家发改委也十分重视嵌入式系统方面的教学与培训，与微软亚洲研究院共同推出了“国家发改委-微软嵌入式系统教学包”计划。在国际上，像IEEE、Intel、Microsoft、Altera等国际知名组织、企业也推出了与嵌入式系统相关的大学计划和竞赛。

北京工业大学作为以培养“应用型”人才为目标的“211工程”市属重点大学，对嵌入式系统领域的课程建设非常重视，2003年，计算机学院对专业的设置进行了相应的调整，设置了嵌入式系统专业培养方向，调整后的体系结构学科部将以嵌入式体系结构作为教学的重点，2004年在01级本科生专业选修课中开设了“嵌入式系统”课程。

嵌入式系统融合了计算机软、硬件技术、通讯技术和半导体微电子技术，针对实际应用系统需求，将相应的计算机直接嵌入到应用系统中。嵌入式系统设计需要设计者具有较强的综合理论知识和动手能力，是对设计者综合能力，特别是创新能力的考查。因此，“嵌入式系统”课程是本科生前三年基础课和专业课综合能力的延伸。

一、课程特色

北京工业大学计算机学院“嵌入式系统”课程通过近三年的建设已经形成了一定的特色，该课程将在2004级本科生中加大到2门课程，64学时的“嵌入式系统原理与技术”和60学时的“嵌入式系统”课程设计。

1.与国际知名企业联手，提升课程新技术含量

IT领域的新技术发展令人应接不暇，虽然大学生在校期间需要学习的都是一些基础知识，但他们毕业走向社会后，必然要面对这些新技术，如果我们的教学内容陈旧，就会加长学生毕业后的适应周期；如果我们能够提供给学生更多接触这些新知识、新技术的机会，就会使学生毕业后能够迅速地融入到社会实际中。为此，我们就要与这些国际知名的企业联合起来，为学生提供一个接触、学习新技术的环境，同时也能使我们的教学内容与这些新技术基本保持同步。

本课程在开设之初就得到了微软公司、微软亚洲研究院的大力支持，在技术上、开发工具上给予了我们大力的支持，因此，在课程内容上可以将微软最新的技术传授给学生，能够缩短学生毕业后角色转换的时间，尽快地投入到工作中。同时，本课程还得到了Intel公司在硬件实验平台上的支持，使得学生们可以结合硬件平台学习嵌入式系统设计的方法和手段，了解实际工程设计的流程。

本课程涉及目前嵌入式系统最为流行的两项新技术——Intel公司的XScale和Microsoft的Windows CE，本课程以Intel XScale应用处理机PXA255为硬件平台，讲述Windows CE操作系统定制、优化方法以及应用程序的开发手段、方法。

2.课堂教学搬到实验室

“嵌入式系统”是一门以应用开发为主的课程，在应用开发部分要涉及到开发环境、开发工具的介绍，如果按照以往先在课堂讲授，再到实验室做实验的教学方式，不仅使学生感觉到枯燥无味、不易掌握，而且在实验之前还要再花费时间复习。于是，我们在去年尝试了将课堂转移到实验室，主讲教师边讲，学生边做的教学方式，得到了同学们的认可，当同学们顺利地定制出第一个Windows CE操作系统时，脸上露出了灿烂的笑容。

3.课程考核来于实践

为了加强学生动手能力的培养，“嵌入式系统”课程的考核成绩全部来自于实践环节，实验占总成绩的40%，课程设计占总成绩的60%。学生在完成实验基础上，完成指定题目的课程设计。课程设计题目每年不断更新，学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目，分值依据题目难易程度而定。

4.科技竞赛激发学生创新精神

针对那些具有特点的学生进行重点培养，支持他们参加国内外与嵌入式系统相关的竞赛，并取得了优异的成绩。在2004年教育部、信息产业部举办的“全国大学生电子设计竞赛——嵌入式系统专题邀请赛（英特尔杯）”中提交的以WindowsCE.NET开发的作品“无线智能心血管监测诊断系统”首次参赛即获得了全国三等奖。在“2005年微软嵌入式系统全球大学生挑战赛”，入围全球前30名，并参加了在美国西雅图微软总部举行的总决赛，获得“优胜奖”。由于在“微软嵌入式系统全球大学生挑战赛”中提交的作品“运动个人助理”得到了专家评委的一致好评，被微软公司推荐参加了IEEE（国际电子、电气工程师协会）举办的“第六届计算机学会国际设计大赛（CSIDC）”。该项赛事是国际计算机界大学生的顶级赛事，我校代表队经过激烈的角逐最终进入了在美国首都华盛顿举行的全球前10名（TOPTEN）总决赛，并获得优胜奖，这是中国大陆代表队首次进入该项国际计算机界顶级赛事的全球前10名总决赛，为国争了光。

学生们还参加了Altera公司举办的“Nios软核心嵌入式处理器设计大赛”，在2004年获得了优胜奖，2005年获得了“三 等奖”。

这些成绩表明北京工业大学计算机学院在国内外嵌入式系统教学方面，已具有比较明显的优势，这些成绩的取得同时也促进了其他学生对“嵌入式系统”课程的浓厚兴趣。

5.具有实践经验的教师参与教学

从事嵌入式系统理论课程及实践教学任务的教师总计8人，其中：具有正高职称1人，副高职称3人，中级职称4人，形成了老、中、青教学梯队。具有博士学位的3人，具有硕士学位的3人，知识结构合理。

在这支队伍中，多名教师从事过工业控制产品的开发工作，对于嵌入式系统这门强调与应用紧密结合的课程，他们可以将工程设计的理念传授给学生，可以更好地指导学生们的实践。

二、实施办法

1.教学科研并重，加强师资队伍的建设

“嵌入式系统”是一门强调工程实践的课程，因此，就要求教师要参与到相关科研项目中，从项目中积累经验，以达到更好地指导学生实践环节的效果，目前，课程组参与的科研项目主要涉及到医疗仪器、数字社区和汽车电子等领域。

2.不断更新教学内容

嵌入式领域的技术更新换代的速度十分迅猛，以微软公司的Windows CE操作系统为例，基本上每2年推出一个新版本，2004年课程开设之初使用的Windows CE 4.2，2005年推出了Windows CE 5.0；明年将推出Windows CE 6.0，因此，要求我们教师要不断跟踪新技术，更新教学内容。

3.加强竞赛基地建设

由于我们在前两年的学生嵌入式系统科技竞赛中取得了比较优异的成绩，学校在今年的北京市政府专款建设项目中投资近60万元，建立了“嵌入式系统科技竞赛训练基地”。通过搭建一个学生参加科技竞赛、训练的基础平台，形成一个传、帮、带的梯队、达到“以点带面”的良性循环效果，增加学生学习理论课程的兴趣，加强学生创新能力的培养，力争在国内、国际比赛中再创佳绩，培养出社会急需的计算机“应用型”人才。

4.进一步改进计划

在04级的教学计划中增设了“嵌入式系统课程设计”，我们计划在这门强调实践的课程中按工程项目的方式培养学生的动手能力，3～4名学生组成一个项目组，自选题目，自选平台，每名指导教师指导2～3组，通过评审将推荐题目新颖、完成情况较好的项目组参加国内外相关竞赛。

三、教材建设

“嵌入式系统”课程作为一门新兴的课程，教材十分短缺，特别是适合我们教学大纲的教材几乎没有。因此，在前两年主要以教师的讲义为主，再辅以相关的技术参考书。根据04级的教学计划，课程组目前已经在编写课程教材《嵌入式系统原理与开发教程——基于Windows CE及XScale技术》，该书主要以Intel公司XScale 微架构的应用处理机PXA 270为硬件平台，介绍Windows CE 5.0操作系统开发定制的方法以及应用程序、驱动程序的开发方法，预计该书将在2006年10月由电子工业出版社出版。

主讲教师个人简历

韩德强目前是北京工业大学计算机学院体系结构学科部嵌入式系统课程组负责人，实验中心主任，中国软件行业协会嵌入式系统分会理事。曾从事过12年专职工业控制系统产品研制和工程项目的开发，1992年开始从事嵌入式系统产品的研发，作为项目负责人曾研发过PC 104总线8680系统、PC 104总线386EX系统、数字有线电视调制解调器（北京教委资助项目）等。在2000年转入教学工作后，主要从事计算机硬件方面的教学工作，主讲了微机原理与汇编语言、微机接口技术、计算机安全、计算机控制原理与技术、嵌入式系统等多门课程。2001年开始接触微软公司的Windows CE 3.0操作系统，并将该系统所构建的Windows终端应用到了实际工程项目中，取得了较好的经济效益和社会效益。2003年在微软授权的嵌入式系统培训中心——北京美斯比科技有限公司接受了微软嵌入式系统Windows CE.NET4.2和Windows XP Embedded With SP1的培训，2005年接受了微软（中国）公司Windows CE 5.0和Windows XP Embedded With SP2的嵌入式系统培训教师的培训。自2004年负责学校计算机硬件、网络、信息安全实践教学基地的建设以来，与微软公司、英特尔公司和Altera公司均建立了良好的合作关系，建立了与嵌入式系统相关的联合实验室和培训中心，实验室的环境和设备也得到了极大的改观，非常适合嵌入式系统等新兴课程的开设。

2005年作为主要开发人员参加了“国家发改委-微软嵌入式系统教学包”开发工作，该教学包开发组由全国8所重点大学的9位教师组成。

2006年教育部高教司批准作为项目负责人承担了“教育部-微软精品课程”建设项目。

在2004～2005年作为指导教师指导本科生参加的IEEE、教育部、微软公司、Altera公司嵌入式系统相关竞赛取得了优异的 成绩。

五、课程网址

http://windowsembedded.bjut.edu.cn