應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)嵌入式課程教改研究

郭　波　羅小青　管菊花

摘要:傳統(tǒng)應(yīng)用型本科自動(dòng)化教學(xué)體系結(jié)構(gòu)落后,導(dǎo)致畢業(yè)生缺乏高新技術(shù)工程實(shí)踐能力,無(wú)法適應(yīng)企業(yè)的用人需求。本文從應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)嵌入式課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)角度,分別論述了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、課外實(shí)踐等方面的教改成果。通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀的分析,提出了一套嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系的改進(jìn)方案,為建立較為完善的高新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:嵌入式課程;教學(xué)改革;應(yīng)用型本科;自動(dòng)化

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

隨著高新技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí),生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線對(duì)高層次應(yīng)用型人才的需求更加迫切。應(yīng)用型本科教育屬于高層次的技術(shù)教育,其培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)定位在現(xiàn)場(chǎng)工程師崗位群。應(yīng)用本科教育是針對(duì)我國(guó)普通本科教育培養(yǎng)單一學(xué)術(shù)性人才模式進(jìn)行的教育模式改革,是以培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才為目標(biāo)的本科教育類型。自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)應(yīng)用廣、更新快、新技術(shù)集中的專業(yè)。由于傳統(tǒng)教學(xué)課程體系過(guò)于陳舊,難以跟上高新科技發(fā)展的步伐,因此,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與該專業(yè)相關(guān)的高新技術(shù)應(yīng)用人才奇缺的現(xiàn)象。如當(dāng)前所出現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用型人才高薪難求的局面就可見一斑。隨著嵌入式技術(shù)迅猛發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,社會(huì)對(duì)嵌入式技術(shù)人才的需求越來(lái)越強(qiáng)勁。所以,在一般應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)環(huán)境下,探討和研究應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)嵌入式教學(xué)改革,建立較為完善的高新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式成為一個(gè)急需研討的課題。

1理論教學(xué)的改革

1.1教學(xué)內(nèi)容的改革

將現(xiàn)有“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程在教學(xué)體系中刪除,添加“嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)”類課程。將其主要背景機(jī)由原先的PC機(jī)改成嵌入式微型計(jì)算機(jī)。充分利用先修課程的理論基礎(chǔ),重點(diǎn)介紹嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特點(diǎn)。利用較少的課時(shí),講授嵌入式微型控制器的體系結(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。理論教學(xué)的宗旨是:不求內(nèi)容面面俱到,但求學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí),在此基礎(chǔ)上掌握至少一種操作系統(tǒng)的應(yīng)用。

1.2教學(xué)方法的改革

(1) 課堂教學(xué)以基礎(chǔ)課程體系為中心,以激發(fā)學(xué)生興趣為主線

教學(xué)大綱是根據(jù)課程內(nèi)容及其體系編寫的教學(xué)指導(dǎo)性文件,是進(jìn)行教學(xué)工作的主要依據(jù)。課堂教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持以教學(xué)大綱規(guī)定的基礎(chǔ)課程體系為中心。同時(shí),嵌入式課程有著應(yīng)用型強(qiáng),與高新技術(shù)產(chǎn)品聯(lián)系緊密的特點(diǎn)。學(xué)生普遍感興趣的消費(fèi)類電子產(chǎn)品,如MP4、電子詞典、PDA、GPS汽車導(dǎo)航儀等正是嵌入式技術(shù)的典型應(yīng)用。在課堂教學(xué)時(shí),播放本校已完成的嵌入式項(xiàng)目成果錄像,以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式課程的興趣,提高學(xué)生進(jìn)行嵌入式制作與設(shè)計(jì)的渴望度和期望值。

(2) 現(xiàn)代化教學(xué)手段的引入

① 傳統(tǒng)板書教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的黑板板書教學(xué),充分協(xié)調(diào)了教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。板書教學(xué)手段布局簡(jiǎn)潔,對(duì)教師的教學(xué)行為束縛小,具有即時(shí)、靈活的特點(diǎn)。教師可以根據(jù)課堂教學(xué)的實(shí)際需要,及時(shí)調(diào)整原先的課前預(yù)設(shè)方案,便于隨堂發(fā)揮。而且板書內(nèi)容在黑板上保留時(shí)間較長(zhǎng),有的可以貫穿課堂始終,便于學(xué)生回顧。

② 現(xiàn)代化教學(xué)手段是傳統(tǒng)板書教學(xué)的補(bǔ)充

多媒體教學(xué)是以流線型特征展現(xiàn)的,便于插入圖片和動(dòng)畫,使得課堂教學(xué)更加生動(dòng)?；诖?在嵌入式教學(xué)中,我們可以借助傳統(tǒng)黑板板書這一教學(xué)平臺(tái),把那些不是完整地出現(xiàn),需要經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)和逐步演繹推理才能逐步完善、形成整體的板書內(nèi)容,通過(guò)黑板板書的形式講授。同時(shí),我們把那些教學(xué)圖片,相關(guān)視頻錄像,從網(wǎng)絡(luò)下載的優(yōu)秀教學(xué)資源,通過(guò)多媒體的形式展現(xiàn)出來(lái),對(duì)提高學(xué)生興趣、增加授課生動(dòng)性,都大有裨益。例如,在講授ARM處理器的幾種尋址方式時(shí),我們采用板書的教學(xué)方式,風(fēng)格簡(jiǎn)潔清晰,教學(xué)效果良好。由于板書保留時(shí)間較長(zhǎng),學(xué)生學(xué)習(xí)幾種尋址方式時(shí),便于進(jìn)行前后對(duì)比認(rèn)知性學(xué)習(xí)。而我們?cè)谥v授ARM硬件結(jié)構(gòu)時(shí),一般采取現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段。倘若板書教學(xué),繪制硬件電路圖,勢(shì)必要花費(fèi)較多的時(shí)間,且與多媒體屏幕展示的電路圖相比,在清晰度和美觀性上都相對(duì)欠缺。

(3) 小組答辯式課堂教學(xué)組織形式

在每次課程結(jié)束前十分鐘,教師布置小組答辯題目。下次課前十分鐘,在分好的答辯小組中任意抽取一組進(jìn)行答辯。答辯成績(jī)計(jì)入期末考核成績(jī)。這種教學(xué)組織形式,既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,加深了對(duì)以往學(xué)習(xí)知識(shí)的理解,又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

1.3考核評(píng)定的改革

我們?cè)诮虒W(xué)改革的過(guò)程中,對(duì)嵌入式課程的考核方式也進(jìn)行了大膽探索。理論課程成績(jī)和實(shí)踐成績(jī)各占總成績(jī)的50%。理論課程成績(jī)主要由小組答辯成績(jī)與基礎(chǔ)理論考試成績(jī)兩部分組成,分別占理論成績(jī)的30%和70%。

2實(shí)踐教學(xué)的改革

過(guò)去開設(shè)了很多計(jì)算機(jī)、控制類的基礎(chǔ)理論課程,自下而上、循序漸進(jìn)的教育方法使學(xué)生無(wú)從驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)。我們不僅依靠課內(nèi)教學(xué),而采用課內(nèi)與課外緊密結(jié)合的方式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的能力。根據(jù)學(xué)生的興趣及社會(huì)人才需求的方向,引導(dǎo)課外實(shí)踐。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)特別注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐加深對(duì)技術(shù)的理解,迅速提高技術(shù)水平和對(duì)技術(shù)的領(lǐng)悟。實(shí)踐起到了鞏固理論知識(shí)的作用。如何加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)創(chuàng)新人才是當(dāng)前高等教育學(xué)術(shù)關(guān)注的熱點(diǎn)。

2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容主要依托相應(yīng)的課程,對(duì)學(xué)生進(jìn)行三個(gè)方面的基本訓(xùn)練。一是訓(xùn)練學(xué)生了解基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理、掌握正確的操作方法。二是通過(guò)必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)基本理論的理解。三是設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行初步工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)改革中,一方面要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,根據(jù)應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)的要求,對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和更新,精選內(nèi)容典型、具有代表性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,同時(shí)加大綜合性、自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重,并根據(jù)實(shí)際情況開設(shè)選擇性實(shí)驗(yàn),供學(xué)生根據(jù)個(gè)人的興趣和能力選做。在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置方面,注重工程能力的培養(yǎng),突出工程實(shí)踐的磨練。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革,讓學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的原理及特點(diǎn),掌握硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí),學(xué)會(huì)嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)方法和開發(fā)流程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握嵌入式操作系統(tǒng)的移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫和嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)。

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備多樣性改革

我院自動(dòng)化專業(yè)在嵌入式實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)方面已實(shí)現(xiàn)多樣性。我院已和北京精儀達(dá)盛科技有限公司聯(lián)合建立ARM與嵌入式實(shí)驗(yàn)室,使用面積80平方米。本實(shí)驗(yàn)室包括30臺(tái)ARM實(shí)驗(yàn)箱、30臺(tái)計(jì)算機(jī),可插拔安裝的ARM7、ARM9、ARM10核心板以及GPS、微型打印機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種擴(kuò)展模塊。與美國(guó)德州儀器(TI)、北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司聯(lián)合建立了DSP嵌入式實(shí)驗(yàn)室,使用面積80平方米。該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有計(jì)算機(jī)30臺(tái),DSP教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱SEED-DTK5502共30臺(tái),TMS320VC5402開發(fā)板30套,TMS320VC2812開發(fā)板30套。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用面積60平方米,現(xiàn)有計(jì)算機(jī)42臺(tái)、啟東單片機(jī)開發(fā)板38套、步進(jìn)電機(jī)38個(gè)、液晶顯示38個(gè)、溫度傳感器38個(gè)。

2.3全面開放實(shí)驗(yàn)室,建立實(shí)踐創(chuàng)新基地

應(yīng)用創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)特別是課外科技活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,提高專業(yè)素質(zhì)的基礎(chǔ)。為使學(xué)有余力的學(xué)生掌握多方面的技能,創(chuàng)造更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),我院嵌入式實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生全面開放。在此基礎(chǔ)上,建立多個(gè)學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)踐基地(如機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地、SoC創(chuàng)新實(shí)踐基地、自主性綜合性設(shè)計(jì)實(shí)踐基地等),鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生特別是尖子生利用課余時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室和各種創(chuàng)新實(shí)踐基地參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)和吸納高年級(jí)本科生參加教研室科研和實(shí)際工程項(xiàng)目,讓學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)方面有更深的理解、更大的提高。在條件允許的情況下,積極參加各類嵌入式作品設(shè)計(jì)大賽,進(jìn)一步磨礪學(xué)生的開發(fā)能力。我院學(xué)生已在“ZLG”杯中國(guó)大學(xué)生嵌入式大賽等全國(guó)性比賽中多次獲獎(jiǎng)。

2.4建立校外實(shí)訓(xùn)基地

應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后,除部分選擇考研繼續(xù)深造外,相當(dāng)數(shù)量的畢業(yè)生面臨就業(yè)。用人單位對(duì)嵌入式人才的需求是應(yīng)用型本科嵌入式課程培養(yǎng)學(xué)生的重要依據(jù)。我院自動(dòng)化系通過(guò)長(zhǎng)期的校企合作,已成功在北京精儀達(dá)盛科技有限公司、北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司建立了校外實(shí)訓(xùn)基地。每年都有畢業(yè)生赴基地進(jìn)行學(xué)習(xí)參觀、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)。

2.5實(shí)踐成績(jī)?cè)u(píng)定的改革

如前所述,我院對(duì)傳統(tǒng)的嵌入式課程傳統(tǒng)的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式進(jìn)行了改革,理論課程成績(jī)和實(shí)踐成績(jī)各占總成績(jī)的50%。實(shí)踐成績(jī)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)和自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成績(jī),各占實(shí)踐總成績(jī)的三分之一。避免學(xué)生一味循規(guī)蹈矩,死讀教材,追求考試成績(jī)高分,而忽視了對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的鍛煉。

3總結(jié)

應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)嵌入式課程的改革旨在培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力,包括51系列8位單片機(jī)、ARM、DSP等各種嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試、測(cè)試和開發(fā)技術(shù)。畢業(yè)后,學(xué)生將具備初步的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力,能適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)人才的需求,成為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品企業(yè)所急需的技術(shù)人員。應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)嵌入式課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐,增強(qiáng)了學(xué)生的嵌入式技術(shù)實(shí)踐創(chuàng)新能力,使學(xué)生具有某方面的嵌入式技術(shù)特長(zhǎng),滿足了社會(huì)對(duì)高新技術(shù)應(yīng)用型人才的需求,提高了應(yīng)用型本科自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率,促進(jìn)了培養(yǎng)院校的健康發(fā)展,并且推動(dòng)了學(xué)校與高新企業(yè)的合作,為定單式教育打下良好的基礎(chǔ)。

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