加強工程素質(zhì)培養(yǎng)的高職嵌入式實踐教學(xué)改革

漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 陳亞麗 楊偉兵

一、專業(yè)人才需求

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對家電產(chǎn)品的功能提出了更高的要求，家電智能化已成為國內(nèi)家電發(fā)展的一個趨勢，在家電產(chǎn)品開發(fā)中使用嵌入式技術(shù)也越來越廣泛。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品在我國非常迅猛，有近千億元的市場效益，而所帶動的相關(guān)工業(yè)產(chǎn)值超過萬億元，與巨大市場潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，嵌入式系統(tǒng)工程人才培養(yǎng)嚴重跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，發(fā)展嵌入式技術(shù)，人才是關(guān)鍵。嵌入式系統(tǒng)工程人才是多層次的，不僅需要本科、碩士等高學(xué)歷人才，也需要大量技能型、應(yīng)用型人才，軟件應(yīng)用平臺開發(fā)適合學(xué)過嵌入式專業(yè)課程的高職學(xué)生。而且缺口有逐年加大的趨勢。培養(yǎng)和培訓(xùn)相關(guān)人才，要在高校中加強嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，這是人才的源頭。目前許多高校都已經(jīng)認識到開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的重要性，但國內(nèi)開設(shè)嵌入式課程的院校不多，開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的高職院校更少，高職學(xué)校對嵌入式系統(tǒng)的課程還處在探索階段。高職教育的特點是突出學(xué)生的實踐能力和專門技能的教育訓(xùn)練，高職教育主要是為當前社會所急需的領(lǐng)域培養(yǎng)專門人才，也就是要培養(yǎng)實用型、技能型人才。這也就確定了高職學(xué)生畢業(yè)后工作崗位將主要定位在嵌入式技術(shù)的應(yīng)用層。高職教育應(yīng)從嵌入式技術(shù)崗位和職業(yè)能力分析來設(shè)計專業(yè)、設(shè)計課程和設(shè)計教學(xué)。

二、嵌入式實驗教學(xué)中存在的問題

圖1 系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)方案圖

目前大學(xué)生就業(yè)難，而許多單位又招聘不到合適的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，國內(nèi)教育與人才需求之間存在不相適應(yīng)的嚴重矛盾。雖然產(chǎn)生這一矛盾的原因很多，最重要的原因是許多學(xué)校的培養(yǎng)體系存在問題，嵌入式系統(tǒng)課程的實踐性非常強，為了加強學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)理論知識的認知，提高學(xué)生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，實驗教學(xué)在嵌入式課程教學(xué)中有著至關(guān)重要的作用。到目前為止，在嵌入式實驗實際教學(xué)體系的設(shè)置問題，已成為影響嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)不到位的重要因素。就目前工科教育而言，存在重知識傳授而輕能力與素質(zhì)培養(yǎng)，重理論講述而輕實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練等眾多問題。這些問題反映在高職院校相關(guān)課程的教學(xué)體系設(shè)置中，就是很多高職院校的嵌入式課程只是研究生、本科課程的縮減，沒有體現(xiàn)出高職教育的課程特點，可以提高學(xué)生自主開發(fā)能力的訓(xùn)練條件不具備，無法滿足日新月異的新技術(shù)變革的需要，反映在實踐教學(xué)過程中，就是沒有一流的、與實際工程應(yīng)用密切結(jié)合的實驗教學(xué)設(shè)施以及相關(guān)實踐性課程內(nèi)容設(shè)計，使得高職院校培養(yǎng)的人才實踐能力不強，與實際工程應(yīng)用需求嚴重脫節(jié)，學(xué)生發(fā)展后勁不足。這些原因可能是當前工科人才培養(yǎng)不能滿足實際工程需要的一個重要因素[1]。

三、以PXA270平臺實現(xiàn)手持式互動電子設(shè)計實驗系統(tǒng)

針對目前實驗教學(xué)存在的問題，一流的、與實際工程應(yīng)用密切結(jié)合的實驗教學(xué)設(shè)施成為培養(yǎng)嵌入式人才的關(guān)鍵，在實際教學(xué)實踐過程中，根據(jù)實驗條件及時調(diào)整教學(xué)和實驗內(nèi)容。在嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實驗室建設(shè)初期，嵌入式教學(xué)基于ARM7和uClinux平臺來進行，選取的主要課程實際題目包括：嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計、基于嵌入式Web服務(wù)器的遠程測控、嵌入式網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸設(shè)計等。使用PXA270和Linux平臺作為實驗平臺后，由于PXA270性能好，實驗開發(fā)板的外圍設(shè)備又很豐富，使得課程設(shè)計選題更加靈活。豐富的接口資源，良好的可擴展性是PXA270平臺的一大特點[2]。

而且隨著高等高職教育的普及化，有限的教學(xué)資源很難承擔日益增多的學(xué)生的教學(xué)任務(wù)。迫切需要設(shè)計出一套高效互動教學(xué)的概念與解決方案[3]，本文提出一套利用PXA270平臺優(yōu)秀的多媒體處理性能實現(xiàn)多媒體教學(xué)的互動電子設(shè)計實驗系統(tǒng)，該教學(xué)實驗系統(tǒng)輔助以PXA270平臺的網(wǎng)絡(luò)通信功能實現(xiàn)互動，使得用戶端（學(xué)生）既可以隨時根據(jù)自己的需要在服務(wù)器端（教師）獲得學(xué)習(xí)資料并自學(xué)，又可以在有疑惑時和教師通過文字、聲音和實時視頻進行交流。作為教學(xué)過程的參與者，學(xué)生如何在有限的教學(xué)資源中更多、更好地獲得知識，是一個亟待解決的問題。在此，本系統(tǒng)特提供一套學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主設(shè)計實驗，自己動手完成實驗的教學(xué)過程方案。這一方面符合培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動手能力的指導(dǎo)思想，另一方面，教師又可以隨時看到學(xué)生的實驗狀況，起到監(jiān)督和因材施教的作用，成為學(xué)生有效的學(xué)習(xí)工具。

教學(xué)一體化的前提是教學(xué)設(shè)備的多功能化。多數(shù)電子類實驗測量儀器都是以A/D轉(zhuǎn)換器作為前端采集電路采集數(shù)據(jù)，再通過微處理器實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和分析功能。換言之，自制一塊采集電路模塊，再配合上PXA270平臺，就可以實現(xiàn)多種測量儀器的功能。更為重要的是，系統(tǒng)還進一步擴展傳統(tǒng)實驗概念的內(nèi)涵，引入EDA仿真軟件環(huán)節(jié)，做到了實踐層面與理論層面的“軟硬結(jié)合”，全面滿足使用者的需求，從而實現(xiàn)了多功能“一站式”的過程服務(wù)。

基于以上的分析，系統(tǒng)給出了一套綜合覆蓋軟硬件的實驗解決方案，使得使用者只用這一套系統(tǒng)就可以滿足電子類大學(xué)生的電路分析基礎(chǔ)、模擬電子電路、電子電路、通信原理與電路等課程實驗。更有意義的是，本系統(tǒng)除了在大學(xué)實驗室實驗外，還可以作為工科大學(xué)遠程教育的客戶端設(shè)備，解決目前在工科大學(xué)的遠程教育中只能開展理數(shù)字論教學(xué)，不易開展實驗教學(xué)的實際問題，做到真正的工科大學(xué)網(wǎng)校。

本系統(tǒng)以服務(wù)器、客戶端互聯(lián)的組織結(jié)構(gòu)實現(xiàn)所有功能。在教師的監(jiān)督和指導(dǎo)下，學(xué)生使用PXA270平臺便可以“一站式”完成上課、討論、實驗、無線上網(wǎng)等功能，并能夠?qū)崟r和教師進行語音視頻交流（如圖1）。

在服務(wù)器端（教師PC機），教師提出相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，并可以實時監(jiān)控到客戶（學(xué)生）端的使用狀態(tài)，對于提出問題的學(xué)生，教師可以及時地給予文字、語音或者視頻的解答。在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程全部結(jié)束之后，服務(wù)器端會保存學(xué)生提交的作業(yè)和實驗數(shù)據(jù)，以便教師審閱。客戶端（PXA270平臺）由學(xué)生操作，“一站式”實現(xiàn)以下學(xué)習(xí)功能：閱讀教師發(fā)布的PPT課件，點播相關(guān)的教學(xué)視頻，上網(wǎng)查閱其他學(xué)習(xí)資料，自主設(shè)計實驗，對實驗方案進行EDA仿真，實際動手制作實驗電路，實際測量電路并得到結(jié)果等，還隨時可以就遇到的問題和教師進行互動交流。隨著教師到企業(yè)學(xué)習(xí)，實踐能力的提高，開發(fā)出與工程實際相結(jié)合具有實踐性的實驗項目。培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力滿足嵌入式系統(tǒng)對應(yīng)用型人才的需求。

四、結(jié)論

以PXA270平臺實現(xiàn)手持式互動電子設(shè)計實驗系統(tǒng)運用在學(xué)院的教學(xué)實踐中發(fā)揮了積極作用，不同的高職院?？筛鶕?jù)自身和學(xué)生的特點，調(diào)整教學(xué)方式，設(shè)計自己教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出大量技能型、應(yīng)用型嵌入式系統(tǒng)人才。

[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[2]符意德.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社,2004.

[3]張偉達.互動電子設(shè)計實驗平臺.全國大學(xué)生嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽優(yōu)秀作品選編[Z],2003.