基于卓越工程師計(jì)劃的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)改革

孫偉　楊松　劉青山　朱建棟　張小瑞　周宏運(yùn)

摘要：針對(duì)教育部提出的“卓越工程師教育培訓(xùn)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱為“卓越計(jì)劃”），在總結(jié)我院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)改革實(shí)踐和嵌入式系統(tǒng)目前教學(xué)狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合“卓越工程師計(jì)劃”中的培養(yǎng)要求，提出一種重在培養(yǎng)具備寬廣的知識(shí)面、扎實(shí)的基礎(chǔ)，較強(qiáng)動(dòng)手操作能力的未來工程師的教改方案。同時(shí)，通過嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革，證明該教學(xué)改革思路有很好發(fā)展空間和實(shí)踐能力，并對(duì)“卓越計(jì)劃”的實(shí)施和推廣有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)工程；卓越工程師；嵌入式系統(tǒng)；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將成為今后一項(xiàng)具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的重要決策[1]，物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)后又一個(gè)信息技術(shù)綜合應(yīng)用的代名詞，掀起信息產(chǎn)業(yè)第三浪潮，其重要性顯而易見，因此國(guó)家2011年在全國(guó)55所高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，該專業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)急需的且指定大力發(fā)展的電子信息類專業(yè)，未來有著很大的需求和發(fā)展空間。從2012年開始，我校實(shí)施了教育部制定的“卓越工程師教育培訓(xùn)計(jì)劃”，該計(jì)劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)[2]。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是我校特色專業(yè)之一，我校將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為“卓越計(jì)劃”重點(diǎn)培養(yǎng)專業(yè)之一，因此，結(jié)合“卓越計(jì)劃”的要求，深入進(jìn)行“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)改革勢(shì)在必行，以學(xué)生為中心，以開拓知識(shí)視野、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)實(shí)踐能力為目的，為國(guó)家提供大批動(dòng)手能力強(qiáng)，滿足企業(yè)發(fā)展要求，適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

目前嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存與許多其它工科專業(yè)共存的問題[3]。比如，課時(shí)安排不合理，實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少；重傳統(tǒng)理論教學(xué)，輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式比較單一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺乏創(chuàng)新性，跟不上目前嵌入式發(fā)展水平；實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺少對(duì)非智力能力和綜合能力的訓(xùn)練；實(shí)驗(yàn)室嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備過于陳舊，實(shí)驗(yàn)室管理制度不完善；不能利用校外有效的合作資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的拓展[4]；課程考核方式不完善，往往單純從理論考試成績(jī)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)判，忽略實(shí)驗(yàn)過程，上述種種問題，導(dǎo)致目前許多學(xué)生學(xué)完嵌入式系統(tǒng)課程之后，即使考到高分，依然不能獨(dú)自完成教學(xué)大綱要求之內(nèi)的相對(duì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目的開發(fā)，學(xué)生完全處于紙上談兵階段，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生不符合卓越工程師的要求，更不符合企業(yè)和國(guó)家所需要的復(fù)合型工程技術(shù)人才的要求。

二、以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為原則的改革

1. 開展研究性學(xué)習(xí)

在理論教學(xué)中，改變傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)方法，老師不再只是對(duì)著現(xiàn)有的課本或者PPT直接講解嵌入式系統(tǒng)的理論知識(shí)，而是通過提出目前實(shí)際嵌入式系統(tǒng)研究和開發(fā)過程中遇到的問題，或者將已有嵌入式產(chǎn)品中存在的問題作為探究背景，通過設(shè)置讓學(xué)生和老師之間展開開放式討論和自由提問的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生積極參加到課堂活動(dòng)中來，最后，將老師的點(diǎn)評(píng)總結(jié)作為課堂內(nèi)容的點(diǎn)睛環(huán)節(jié)，旨在將枯燥的基礎(chǔ)理論知識(shí)是如何運(yùn)用到實(shí)際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中、以及如何解決實(shí)際問題的過程講解給學(xué)生。通過這種研究性的學(xué)習(xí)方式，給學(xué)生留下更加深刻的印象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的興趣，使學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的理論知識(shí)的本質(zhì)有更加深刻的認(rèn)識(shí)，在以后的學(xué)習(xí)過程中將知識(shí)熟練運(yùn)用到實(shí)踐開發(fā)項(xiàng)目中去。

2. 開放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

去除以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果單一，過程機(jī)械化，沒有拓展性，缺乏綜合型和研究型的基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)[5]。改用內(nèi)容比較新穎，又不太復(fù)雜的開放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，比如，當(dāng)前智能手機(jī)和游戲開發(fā)是一個(gè)很流行的研究方向，智能手機(jī)中簡(jiǎn)單游戲就是一個(gè)很好的嵌入式具體應(yīng)用的例子，所以我們可以選取一些相對(duì)簡(jiǎn)單、開放性強(qiáng)、形式新穎、吸引力足的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的游戲案例來取代已經(jīng)沿用多年的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容真正做到來源于實(shí)際案例，又促進(jìn)實(shí)際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的功能。開放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不僅豐富嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且使實(shí)驗(yàn)本身更加有趣、貼近生活。更重要的是在進(jìn)行上述開放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生可以親身體會(huì)到實(shí)踐是如何檢驗(yàn)真理、理論與實(shí)踐之間如何相互促進(jìn)的道理，在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新、敢于探索、不怕困難的科研精神。

3. 以競(jìng)促學(xué)

學(xué)科競(jìng)賽是學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的一種重要方式，競(jìng)賽是對(duì)學(xué)生更高一層次的要求，是考察學(xué)生綜合能力的一個(gè)重要方法[6]。目前諸如博創(chuàng)杯嵌入式比賽，“ZLG杯”中國(guó)大學(xué)生ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，微軟嵌入式大賽，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等都是含金量較高的比賽，通過參加競(jìng)賽可以發(fā)掘出嵌入式系統(tǒng)這門課程真正的魅力所在，解決嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)中缺乏挑戰(zhàn)與創(chuàng)新的不足，真正提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作解決特定問題的能力，提高實(shí)踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量。在比賽過程中不僅對(duì)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)及其它學(xué)科知識(shí)的拓展有所幫助，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)和配合意識(shí)。

4. 嵌入式系統(tǒng)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為“卓越計(jì)劃”重點(diǎn)培養(yǎng)專業(yè)之一，對(duì)于實(shí)踐訓(xùn)練要求自然極高，改變以往實(shí)習(xí)完全以老師講解為主導(dǎo)，動(dòng)手環(huán)節(jié)較少，完全違背實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)方式，將學(xué)生帶到當(dāng)?shù)貙?duì)嵌入式研究具有一定規(guī)模的企業(yè)公司參加實(shí)習(xí)培訓(xùn)，了解目前企業(yè)嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)流程和水平。同時(shí)將實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的主導(dǎo)權(quán)下放給學(xué)生，鍛煉學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力，以一種學(xué)生為主，老師為輔的實(shí)訓(xùn)方式讓學(xué)生真正融入到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中來。

5. 改革考核方式， 體現(xiàn)綜合能力

事實(shí)證明“一張?jiān)嚲泶蛱煜隆钡目己朔绞酵⒉荒苷嬲从吵鰧W(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握和運(yùn)用情況。為了督促學(xué)生認(rèn)真做好嵌入式實(shí)驗(yàn)，真正考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手和實(shí)驗(yàn)觀察能力[7]。可將嵌入式系統(tǒng)課程成績(jī)分為： ①筆試?yán)碚摮煽?jī)，該項(xiàng)占40%，主要考察嵌入式操作系統(tǒng)概述、微處理器與調(diào)試技術(shù)、ARM體系結(jié)構(gòu)和指令集、ARM開發(fā)工具和匯編程序設(shè)計(jì)、嵌入式存儲(chǔ)器和接口技術(shù)等； ②開放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，該項(xiàng)占40%，主要考察每次實(shí)驗(yàn)課學(xué)生出勤次數(shù)，具體操作步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成情況以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告；③課外創(chuàng)新成績(jī)，該項(xiàng)占10%，主要考察學(xué)生參加各種嵌入式比賽、實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目開發(fā)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)的獲獎(jiǎng)情況；④學(xué)期末的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)成績(jī)，該項(xiàng)占10%，主要考察在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)階段指定項(xiàng)目開發(fā)的完成情況。

結(jié)語

工程師是未來世界的塑造者[8]。嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此采用課內(nèi)外、校內(nèi)外相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，以卓越工程師的基本要求為導(dǎo)向，使學(xué)生能熟悉掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，掌握一種開發(fā)工具，熟悉一種調(diào)試方法，使學(xué)生在學(xué)完嵌入式系統(tǒng)課程后，能真正掌握最基本的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，成為一名合格優(yōu)秀的卓越工程師。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

孫偉（1980-），男，河南南陽人，講師，博士，從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，測(cè)控技術(shù)方面的研究；楊松（1992-），男，江蘇淮安人，本科生，從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，傳感與控制技術(shù)方面的研究；劉青山（1974-），男，山東臨沂人，博士后，教授，從事模式識(shí)別與智能系統(tǒng)，超聲檢測(cè)與信號(hào)處理，精密機(jī)械與儀器方面的研究；朱建棟（1992-），男，江蘇興化人，本科生，從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，傳感與控制技術(shù)方面的研究。