韩德强:谈北工大计算机专业嵌入式课程体系构建

      北工大计算机学院实验中心主任韩德强的发言《谈北工大计算机专业嵌入式课程体系构建》介绍了与微软、英特尔高新企业的合作经验和成果，认为参加大学电子竞赛可以提升学生学习的热情。

      韩德强 北京工业大学计算机学院、试验中心主任

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      以下是演讲实录：

      各位专家上午好，我今天在这里主要是给大家汇报一下我们北工大计算机专业嵌入式课程体系是怎样构建的。希望各位专家能提出宝贵意见。我的汇报主要是这样几个（内容）：一是现在嵌入式教学的基本情况；我们课程体系的建立；再就是我们跟高新技术企业合作；学生的科技竞赛。我这儿PPT写的比较多，我会捡主要内容讲。

      现在嵌入式这块课程开展的语言越来越多，国际上和国内对嵌入式课程都做了一些规划。像IEEE这一块在04年就制定了在计算机类的课程体系里把嵌入式系统已列入核心类课程。06年我们教育部高组委计算机专业高组委也把嵌入式系统列为计算机工程专业方向的核心课程。我们在构建嵌入式课程体系时，主要考虑这样几个方面：一是不同专业培养学生的目标不同，针对这个不同，课程体系的构建会有些区别。比如说，像电子工程专业的会侧重一些硬件平台的设计；而像自动化专业可能更侧重于控制这些内容的介绍；像软件专业则会侧重嵌入式应用软件的开发；而对于我们计算机专业，则主要从系统的角度构建教育体系，也就是说，主要要发挥计算机专业的特点，即软硬件协同工作的特点。就是说，我们在构建这个体系时，不能把嵌入式系统单独的看成一门课，也是要把它作为一个系统，把它做成一条线，跟前面章的课衔接起来。所以我们在01级，也就是在04年开设的嵌入式的课程早期只是选修课，经过几年的建设，现在已发展到有一百多个学时。在研究生里面现在也开设了嵌入式系统设计技术这门课，还有一门主要讲嵌入式原理，主要有软件学院来开这门课。课程设计时在03级时在我们计算机专业里又设定了几个方向，有网络工程、软件工程和嵌入式。我们在这块像刚才说的，我们把计算机硬件，或者说在嵌入式这块把课程体系看做一条非常严谨的逻辑线，我们把一个课程体系做充分的设计，从最基本的数字逻辑、数字系统设计到计算机组成原理这样一些基础课，还有像x86的一些微机原理像申老师刚才说的，还有高档微机，在这条线上，我们x86这种主流上一些应用的一些系统；在一个就是基于RISC架构的一些相当于ARM的体系结构，简单的说来就是嵌入式系统。我们计算机专业出了嵌入式专业方向还有软件和网络这块儿，包括申老师刚才提到的微机原理和接口这一块儿，因为现在我们也正在做改革，准备从数字逻辑的的基础开始，到组成原理，到微机接口，到嵌入式，我们准备现在给它合并成这样的一个实验平台。包括x86这一块儿，我们现在在做一个教材，把x86和FPGA结合起来，让学生能更深层次地了解x86的架构。昨天学校公布了，我现在申报的一个主题教材就是这一块儿已经批下来了。

　　在这上面像我刚刚说的除了在开始的时候有一32学时的选修课，现在我们主要有一个以单片机为主的计算机控制的这门课，还有一个以ARM还有微软的Windows CE为基础的嵌入式系统原理和技术的一门课，这是64个学时；再一个就是以SOPC为基础的嵌入式系统公共设计方法，这是32个学时。我们上述这三门课，包括前面的基础课，在最后又一课程设计，这个课程设计可有大家自主地选题，比如做一个相应的工程项目。今年我们把这课程又做了相应的一个课程细分，把原来的原理和技术拆分成了两门课：嵌入式体系结构还有它的应用开发技术。我们今年得到Intel凌动的支持，在体系结构中讲两个体系结构，除了原来的ARM结构，还有现在的x86凌动的这种体系结构都要给学生加进去。教学方法也是刚才申老师提出的，过去给学生讲完之后学生再去做会忘，现在教学方法跟原来教学方法改动比较大，我们的嵌入式课程不是在教室上而是在实验室上。这样老师一边讲学生一边动手跟着做，避免了过去老师讲完之后很长时间学生再做实验，都忘记了。这是借鉴了美国卡内基梅隆大学的教学理念。考核方面，我们认为嵌入式方面没有必要让学生背概念，主要还是实践这块儿，我们的成绩一方面是卷面的成绩，主要还是由实验和课程设计这些动手的项目来评定。这块是我们的实验环境，除了一会儿要介绍的国外的一些公司的投资，北京市政府专款里从05年到今年共投资了300多万，我们购置了各种大批量的设备，像EDA的FPGA的实验平台，像Xscale的ARM的平台，还有SOPC。现在有些学校（我也去了很多学校）感觉硬件用的开发等级比较低。我认为硬件的开发等级配置应该相当高，甚至比软件还要高。所以这两年我们一直在更新实验设备，今年我们又购置了一批近百台的4核的机子来做嵌入式的开发，刚好我在负责我们实验中心这一块。除了我们在北京市教委这块的支持以外，也得到了一些高新技术企业的支持。

      我觉得现在的技术不是在学校而是在企业里面，所以从04年我接手实验中心以后，申请了多个国际知名企业的大学计划。04年我们收到了Intel捐赠的Xscale的实验平台，成立了联合实验室；今年11月份我们又成为第一批Intel凌动的联合实验室；包括Alteral EDA/SOPC的联合实验室，目前也是国内最大的一个联合实验室。当时是他们美国的老总直接来做的剪彩，中央电视台也做了相应的报道。并且我们这块儿跟微软在嵌入式（比如Windows Embedded方面）也有相应的合作，也是他的认证培训中心。经过前面的建设在05年和06年跨年度申请了批准了之后，我这门课就入选了教育部——微软精品课程。除了课堂教学以外，在学生的科技竞赛里学校也给了很大的支持。在04年和08年的全国大学生电子竞赛嵌入式专题邀请赛Intel杯里面我们都取得了比较好的成绩。04年得了一个三等奖，08年做了一个跟奥运相关的体感健身器，获得了二等奖。然后包括在国际上参加微软的一些跟嵌入式相关的比赛并进入了之后的总决赛（在微软总部举行的决赛）；包括进入了IEEE举办的CSIDC的决赛，这是在05年我们中国的代表队第一次进入比赛的前十名。这个比赛不仅局限于嵌入式而是所有的计算机类，所有的学生包括博士生都可以参加，在第六届时我们进入了它的前十名，这是当时比赛的情景（在美国华盛顿做的决赛）；在Alteral关于软核的嵌入式比赛里我们也获得了一些成绩。由于我们学校对嵌入式这一块，尤其对工程实践这一块儿比较重视，在06年就申报了60万（批下来是59万）建立了学院的一个科技竞赛训练基地。

　　前面我主要讲了我们学院的课程的构建和执行情况。通过这几年的教学（学院的研究生本科教学都是由我来承担），有几点体会想要跟大家分享，希望大家能给我更多的建议。一是在教材选择上，我们怎样去选择教材内容。考虑到不同的专业，为什么我们选择ARM这个平台，选择Win CE这个平台。我感觉大家在这块儿有一个误区，邵老师知道，像uc/os-II它只是源码是公开的并不是免费的，我看到有的学生写的论文说它是免费的，实际上这是一个误区。因为在教学、科研上搞研究它是免费的，如果一旦形成产品就不免费了。不能灌输给学生这样一个概念——这个产品就是免费的，以后你做产品时也可以白拿人家的。所以在嵌入式系统这一块儿为了前面的课程的继承，选择微软的嵌入式系统。再一个就是教材的选择，我这门课开了6年了，没有选一门教材，因为我觉得不能束缚学生的思想。我只是提供给学生一系列的参考书，他们可以去看。然后就是教师的这块儿，我觉得这门课最好是教师有一些工程实践，因为毕竟嵌入式主要是以工程这一块儿为主，所以教师不能说我没有做过工程项目，光看书本，靠背来上这门课。第二个体会就是要与高新技术产业有紧密的结合，能够把最新的知识传授给学生。再有就是你有工程经验，不能说我上这门课，就不再去做工程项目，所以说主讲教师还要多参与些工程项目的。再有就是我们参加学生的这种科技竞赛，主要就是要起到一个以点带面（的作用）。大家知道，对学生参加竞赛会有一些鼓励的，通过这样的一些竞赛，来带动学生的兴趣，是更多的学生能对嵌入式系统更有兴趣。像我们现在嵌入式这块儿学生越来越多，也是因为前几年我们在科技竞赛中取得了比较好的成绩，学生从里面得到了一些实惠。

　　这就是我在教学上和科技竞赛上的一些体会。谢谢各位，希望各位多提宝贵意见！（掌声）

      (感谢嵌入式系统联谊会提供录音资料整理工作)