基于教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)的一體化實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)施研究

譚 海 湯 彬

摘要:本文針對(duì)擴(kuò)招后生源狀況的變化,以嵌入式學(xué)科專業(yè)為例,基于教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說理論提出以應(yīng)用性和實(shí)踐性為基本特點(diǎn),以實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和研發(fā)相結(jié)合,通用職業(yè)能力與專業(yè)素養(yǎng)相結(jié)合,校內(nèi)、企業(yè)相結(jié)合的教學(xué)體系構(gòu)架;構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用能力、創(chuàng)新與合作精神的三學(xué)期教學(xué)體系,提高學(xué)習(xí)內(nèi)功、做足功課,有效緩解當(dāng)前企業(yè)用人單位與學(xué)校培訓(xùn)學(xué)生之間的矛盾。

關(guān)鍵詞:三學(xué)期;創(chuàng)新學(xué)分;嵌入式系統(tǒng);教學(xué)實(shí)踐本質(zhì);能力素質(zhì)模型

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1基于教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說的理論基礎(chǔ)

教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說是關(guān)注教學(xué)活動(dòng)從師生展開活動(dòng)、學(xué)生獲得一定的收獲,到學(xué)生發(fā)生某種成長(zhǎng)性變化的最終結(jié)果這一系列邏輯鏈條中的過程和最終結(jié)果的意義,作為中間環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)或意義獲得只是達(dá)到最終發(fā)展目的的手段,盡管這一手段的獲得本身也是作為過程的最初或顯在的目的而存在的。本課題在深刻理解教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)說和充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,采取科學(xué)分析的手段和方法,注意實(shí)際數(shù)據(jù)的收集、積累和分析,對(duì)各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合,把培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的實(shí)踐教學(xué)作為一個(gè)整體考慮,單獨(dú)制定實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃與大綱,構(gòu)建綜合實(shí)踐能力整體培養(yǎng)目標(biāo)體系,通過各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的落實(shí)來保證整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。這里實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃的單獨(dú)制定,是把實(shí)踐教學(xué)體系與理論教學(xué)體系綜合考慮,使兩者相互補(bǔ)充,緊密配合,共同完成對(duì)學(xué)生整體培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

2.1嵌入式專業(yè)的現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的電子設(shè)備,所涉及的專業(yè)知識(shí)涵蓋了計(jì)算機(jī)、電子、通信和控制等多個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)有傳統(tǒng)高校對(duì)于嵌入式人才的專業(yè)培養(yǎng)基本上還是空白,只有部分大學(xué)的軟件工程碩士開設(shè)了嵌入式方向,或者是在相關(guān)專業(yè)的職業(yè)選修課里增加幾十學(xué)時(shí)的嵌入式系統(tǒng)概述課程,這樣的培養(yǎng)體系無論是從質(zhì)還是量上都無法滿足社會(huì)對(duì)于嵌入式人才的需求。

目前從事嵌入式開發(fā)的人員主要由以下兩類構(gòu)成。

一類是學(xué)電子工程、通信工程等偏硬件專業(yè)出身的人,他們主要是搞硬件設(shè)計(jì),有時(shí)要開發(fā)一些與硬件關(guān)系最密切的底層軟件:如引導(dǎo)程序(Bootloader)、板級(jí)支持包(BSP)和最初級(jí)的硬件驅(qū)動(dòng)程序等,他們的優(yōu)勢(shì)是對(duì)硬件原理非常清楚,不足的是他們更擅長(zhǎng)定義各種硬件接口,但對(duì)復(fù)雜軟件系統(tǒng)往往力不從心。例如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復(fù)雜應(yīng)用軟件等。

另一類是學(xué)軟件工程、計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的人員,主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開發(fā),他們往往比較擅長(zhǎng)基于固定的開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件的編程,不足的是對(duì)硬件原理和接口了解較少,很難實(shí)現(xiàn)與硬件相關(guān)的編程,如BSP和硬件驅(qū)動(dòng)程序等。另外,目前市場(chǎng)上的嵌入式技術(shù)培訓(xùn)已成為IT職業(yè)教育的熱點(diǎn)之一,但這些培訓(xùn)大多都是基于某一固定開發(fā)平臺(tái),通用性比較差,造成培訓(xùn)出來的學(xué)員缺少相應(yīng)的專業(yè)背景知識(shí),很難適應(yīng)繁多的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。

從以上分析可以看出,目前嵌入式職業(yè)培訓(xùn)以及高校培養(yǎng)的電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)人才在從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時(shí)雖然有其特定的專業(yè)優(yōu)勢(shì),但嵌入式系統(tǒng)屬于一個(gè)交叉學(xué)科,涵蓋了微電子技術(shù)、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,有足夠的課程背景作支撐,很難掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)原理,這也是開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程困難的原因之一。

2.2培養(yǎng)目標(biāo)

嵌入式系統(tǒng)工程面向電子與信息產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng),尤其是嵌入式軟件工程、技術(shù)開發(fā)和項(xiàng)目管理所需的高層次、實(shí)用型、復(fù)合交叉型國(guó)際化人才。通過課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)、綜合項(xiàng)目練習(xí)、工業(yè)實(shí)習(xí)以及前沿技術(shù)講座等多種形式,學(xué)生將接受扎實(shí)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的基本訓(xùn)練,重在培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新精神與個(gè)性發(fā)展,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生了解嵌入式行業(yè)、適應(yīng)嵌入式行業(yè)和具備良好職業(yè)行為的能力,畢業(yè)學(xué)生有能力適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)各類產(chǎn)品的市場(chǎng)需求。這種能力包括以下這個(gè)方面內(nèi)容:

(1) 掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論、基本知識(shí);

(2) 掌握嵌入式系統(tǒng)理論、技術(shù)及主流開發(fā)、調(diào)試和測(cè)試工具;

(3) 具有嵌入式系統(tǒng)軟件、中間件、應(yīng)用軟件及硬件的研究開發(fā)能力,以及在移動(dòng)通信服務(wù)終端、家庭網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字家電等領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力;

(4) 了解軟件工程相關(guān)法規(guī);

(5) 熟練掌握一門外語(yǔ),能順利閱讀一般外文資料和專業(yè)文獻(xiàn),具有較流利的聽、說、寫、譯的能力,達(dá)到學(xué)校外語(yǔ)學(xué)位考試標(biāo)準(zhǔn);

(6) 具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,艱苦奮斗、實(shí)干創(chuàng)新的精神和熱愛勞動(dòng)、遵紀(jì)守法、自律謙讓、團(tuán)結(jié)合作的品質(zhì)。有較好的文化、道德修養(yǎng)和健康的心理素質(zhì),養(yǎng)成良好的生活和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3主要課程與學(xué)位課程

3.1嵌入式系統(tǒng)人才能力素質(zhì)模型

嵌入式系統(tǒng)人才應(yīng)是適合企業(yè)環(huán)境,具有專業(yè)知識(shí)和工程實(shí)踐能力的復(fù)合型人才,圖1描述嵌入式系統(tǒng)人才需要具備的能力素質(zhì)模型。

3.1.1職業(yè)素質(zhì)

傳統(tǒng)的高等教育注重的是專業(yè)知識(shí)的傳授,培養(yǎng)的是專業(yè)人才,而現(xiàn)代企業(yè)需要的是職業(yè)化的專業(yè)人才。企業(yè)選拔人才、考核人才主要是從德、能、勤、績(jī)四個(gè)方面考核,德排在首位。因此,職業(yè)素質(zhì)的培訓(xùn)應(yīng)是培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才的基礎(chǔ),主要培訓(xùn)學(xué)生的職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)合作精神以及溝通能力。

3.1.2知識(shí)結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)融合了微電子、計(jì)算機(jī)硬件、通信和電子工程等多種技術(shù),嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)也是一個(gè)基于多種技術(shù)、工具和應(yīng)用域?qū)I(yè)知識(shí)的軟件工程,嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)同樣要經(jīng)歷軟件工程的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、維護(hù)等過程,因此,嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人才的培養(yǎng)不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件人才的培養(yǎng),除了系統(tǒng)學(xué)習(xí)軟件工程的開發(fā)方法、項(xiàng)目管理等知識(shí),硬件知識(shí)、應(yīng)用域?qū)I(yè)知識(shí)、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)與工具也都需要了解,但又不可能在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行全面深入的學(xué)習(xí),于是,對(duì)硬件、應(yīng)用域?qū)I(yè)基礎(chǔ)、開發(fā)技術(shù)與工具的知識(shí)點(diǎn)、范圍與深度的選擇變得非常重要。

3.1.3工程能力

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)人才而言,工程能力是非常重要的。因?yàn)樗麄円?chuàng)建一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng),在這個(gè)過程中,他們要不斷學(xué)習(xí)新的開發(fā)平臺(tái)與工具,需要有軟件、硬件的集成能力,也需要過程控制、項(xiàng)目管理的能力。

3.2課程體系

拋開應(yīng)用域的差異,分析嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)、平臺(tái)、工具與開發(fā)方法,嵌入式系統(tǒng)專業(yè)課程體系設(shè)置如圖2所示。

3.2.1公共基礎(chǔ)課

公共基礎(chǔ)課主要是本科生必修的基礎(chǔ)課程,如政治、英語(yǔ)、數(shù)學(xué)及科技協(xié)作與溝通技巧。

3.2.2專業(yè)基礎(chǔ)課

“嵌入式系統(tǒng)概論”使學(xué)生了解(認(rèn)識(shí))嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程,并掌握一種實(shí)驗(yàn)開發(fā)工具;“嵌入式系統(tǒng)高級(jí)C語(yǔ)言編程”使學(xué)生掌握針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的基于C語(yǔ)言的軟件項(xiàng)目開發(fā)的流程,掌握較為復(fù)雜的C語(yǔ)言編程知識(shí)和技巧,培養(yǎng)學(xué)生良好的編程風(fēng)格和調(diào)試習(xí)慣,并通過對(duì)一個(gè)具體的軟件模塊(ASIX Window GUI)的分析,使學(xué)生掌握分析代碼的方法以及設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)需要考慮的各要素;“軟件項(xiàng)目管理”是學(xué)生掌握軟件和項(xiàng)目開發(fā)基本流程、基本角色。

3.2.3專業(yè)方向基礎(chǔ)課

通過專業(yè)方向基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí),學(xué)生可以基本掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)?！扒度胧讲僮飨到y(tǒng)”使學(xué)生了解各種嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀,現(xiàn)代操作系統(tǒng)原理,并重點(diǎn)掌握Linux操作系統(tǒng)及在嵌入式系統(tǒng)中的裁剪與選擇;“嵌入式軟件設(shè)計(jì)”將基于Linux操作系統(tǒng),使學(xué)生掌握嵌入式軟件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與方法、軟件開發(fā)調(diào)試的工具與方法等;“DSP軟件開發(fā)技術(shù)”使學(xué)生了解DSP的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,理解和掌握基本的數(shù)字信號(hào)處理算法的基礎(chǔ)知識(shí),掌握嵌入式DSP系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)用技術(shù)。

3.2.4專業(yè)選修課

專業(yè)選修課是拓寬學(xué)生知識(shí)面,針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)行業(yè),面對(duì)就業(yè)和實(shí)際需求市場(chǎng)所開設(shè)的一些課程。

3.2.5工程實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)

整個(gè)學(xué)習(xí)過程由實(shí)踐貫穿始終,工程實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)是一級(jí)一級(jí)地,由基礎(chǔ)到專業(yè)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由個(gè)體到團(tuán)隊(duì)逐步強(qiáng)化訓(xùn)練的過程。

3.3主干課程

軟件項(xiàng)目管理、嵌入式系統(tǒng)高級(jí)C語(yǔ)言編程、嵌入式系統(tǒng)概論、微機(jī)原理、C語(yǔ)言、Linux/Unix、電路、嵌入式體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、DSP軟件開發(fā)技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、單片機(jī)開發(fā)、基于J2ME架構(gòu)的嵌入式軟件開發(fā)、WinCE與嵌入式軟件開發(fā)、VxWorks與嵌入式軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)和編譯原理。

3.4學(xué)位課程

4主要實(shí)踐環(huán)節(jié)

培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才,工程實(shí)踐能力非常重要,我們通過多級(jí)實(shí)踐、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)合作、有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師等多方位的努力,使學(xué)生在畢業(yè)時(shí)成為一名合格的嵌入式軟件工程師。

4.1多級(jí)實(shí)踐

每門課程都有大量的實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)與作業(yè)掌握所學(xué)內(nèi)容。

(1) 一級(jí)工程實(shí)踐

通過強(qiáng)化訓(xùn)練,使學(xué)生掌握C、C++編程語(yǔ)言,并獨(dú)立完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

(2) 二級(jí)工程實(shí)踐

專門設(shè)計(jì)針對(duì)工業(yè)控制、通信、移動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式軟件的實(shí)踐項(xiàng)目,以及項(xiàng)目要考核學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)與能力標(biāo)準(zhǔn),并在實(shí)踐過程中遵循企業(yè)的管理體系,訓(xùn)練學(xué)生項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)習(xí)創(chuàng)新的能力。學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)完成嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā),實(shí)踐項(xiàng)目可選擇不同應(yīng)用領(lǐng)域的項(xiàng)目。

(3) 企業(yè)實(shí)習(xí)

學(xué)生將在企業(yè)進(jìn)行一年的實(shí)習(xí),參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)。

4.2專業(yè)實(shí)驗(yàn)室

建立專門的嵌入式軟件專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,配備相應(yīng)的軟件、硬件環(huán)境,軟件包括常用的VxWorks、uCOS、Linux等操作系統(tǒng),以及Sybase、Sqlite等常用應(yīng)用軟件;硬件包括DSP仿真器、開發(fā)板、ARM仿真器+開發(fā)板以及試驗(yàn)用的其他模塊。實(shí)驗(yàn)室能同時(shí)容納30人進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每個(gè)同學(xué)和教師都有自己的PC,并由專業(yè)軟件NetOp School管理,實(shí)現(xiàn)教師和同學(xué)的互動(dòng)教學(xué)。

5專業(yè)教學(xué)特色

(1) 招生要求:招生時(shí)宜從大一學(xué)生中通過選拔考試獲得有潛力的生源,并以此帶動(dòng)學(xué)風(fēng)建設(shè);

(2) 產(chǎn)業(yè)化授課方式:嵌入式系統(tǒng)設(shè)置專門機(jī)房,所有授課環(huán)節(jié)都在機(jī)房進(jìn)行,教師邊授課邊操作,學(xué)生可以當(dāng)場(chǎng)操作加深理解記憶;

(3) 工業(yè)化課程體系:課程開設(shè)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的一體性,同學(xué)期的課程開設(shè)和授課強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的配合,一起為專業(yè)知識(shí)體系和實(shí)訓(xùn)作鋪墊。

(4) 工業(yè)化實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié):理論和實(shí)驗(yàn)時(shí)間比為2∶1,強(qiáng)調(diào)相關(guān)課程之間的協(xié)調(diào)和配合,課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)為項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)做準(zhǔn)備,項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)不是單門課程的實(shí)訓(xùn),而是該學(xué)期所有課程的整合實(shí)訓(xùn),強(qiáng)調(diào)知識(shí)間的聯(lián)系和知識(shí)體系;

(5) 工業(yè)化培養(yǎng)方案:整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)連貫統(tǒng)一,一氣呵成。課程與課程之間、實(shí)訓(xùn)與課程之間、實(shí)訓(xùn)與實(shí)訓(xùn)之間渾然一體,學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)都以工業(yè)化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行,強(qiáng)調(diào)知識(shí)能力的溝通和協(xié)作;

(6) 雙畢業(yè)證:學(xué)生可獲得選拔前和嵌入式系統(tǒng)工程的本科畢業(yè)證和學(xué)位證書;

(7) 科研機(jī)構(gòu)作為強(qiáng)力后盾:軟件工程研究所提供其開發(fā)項(xiàng)目:“一卡通”等被作為教學(xué)實(shí)例進(jìn)行講解,同時(shí)給學(xué)生提供實(shí)際的項(xiàng)目研發(fā)機(jī)會(huì);

(8) 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合:鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè),全力支持并要求學(xué)生必須參與全國(guó)性挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)等大賽及其他實(shí)際科研項(xiàng)目,有學(xué)分要求。實(shí)行三學(xué)期制(專門安排一學(xué)期進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),沒有考試等其他事情干擾)、導(dǎo)師制,優(yōu)秀學(xué)生可直接保送本專業(yè)研究生。培養(yǎng)的學(xué)生將為校區(qū)的科研提供工業(yè)化的開發(fā)團(tuán)隊(duì),成立項(xiàng)目受控實(shí)驗(yàn)室(孵化室),產(chǎn)學(xué)研渾然一體,產(chǎn)學(xué)研場(chǎng)所和環(huán)境如圖4所示;

(9) 形成省級(jí)嵌入式IT實(shí)訓(xùn)中心:面向全省高校、企業(yè)進(jìn)行嵌入式IT行業(yè)的培訓(xùn),并推薦就業(yè),同時(shí)也為我們的產(chǎn)品實(shí)業(yè)化積累人才和知名度,使產(chǎn)品推廣成為可能。我們?cè)谂囵B(yǎng)人才的同時(shí)自己本身也在實(shí)踐創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新。

6結(jié)束語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)交叉性專業(yè),不同學(xué)校根據(jù)自身辦學(xué)定位點(diǎn)和辦學(xué)資源,會(huì)有不同的人才培養(yǎng)定位,我校作為教學(xué)型大學(xué),嵌入式系統(tǒng)專業(yè)定位于培養(yǎng)側(cè)重于嵌入式技術(shù)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才,因此,我們將實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)要求提到比較高的地位,并按照上述方案進(jìn)行改革,并取得了比較好的教學(xué)效果,為其他高校在提高嵌入式系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力方面,提供了一種參考模式,以供同行參考。