工程教育認(rèn)證背景下嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的建設(shè)

牛玉軍 王東 周東生

摘要：以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，以企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目驅(qū)動為載體，對本校軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了改革。對該課程的教學(xué)項(xiàng)目的收集、教學(xué)的組織與實(shí)施、績效評估和教學(xué)項(xiàng)目庫的完善進(jìn)行了全面的建設(shè)和探索。實(shí)際教學(xué)應(yīng)用后，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新實(shí)踐能力都得到了提高，更加符合企業(yè)的用人要求。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證;嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì);教學(xué)改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）17-0140-02

1 引言

工程教育認(rèn)證是對工程技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的工程教育質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)、認(rèn)可并提出改進(jìn)意見的過程。旨在促進(jìn)高校的相關(guān)專業(yè)制定符合自身定位和社會需求的培養(yǎng)目標(biāo)，最終達(dá)到提高工程教育質(zhì)量的目的[1-2]。作為地方性高校，本校以工程教育認(rèn)證為指引，正在向應(yīng)用技術(shù)類型大學(xué)發(fā)展[3-4]。在新一輪2019版培養(yǎng)方案的修改過程中，制定的指導(dǎo)思想是，以新時(shí)代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，貫徹黨的教育方針，落實(shí)新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會議和全國教育大會精神，堅(jiān)持立德樹人，推進(jìn)“四個回歸”，遵循高等教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，圍繞創(chuàng)建全國一流教學(xué)研究型地方大學(xué)的戰(zhàn)略目標(biāo)，發(fā)揮綜合性、地方性大學(xué)優(yōu)勢，深化人才培養(yǎng)模式和教學(xué)模式改革，以學(xué)生發(fā)展為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，激勵學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，引導(dǎo)教師潛心育人，為培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人奠定基礎(chǔ)。

在新編教學(xué)方案指導(dǎo)思想的指導(dǎo)下，結(jié)合我們專業(yè)的特色和師資隊(duì)伍、教學(xué)設(shè)備等教學(xué)資源的實(shí)際情況，對軟件工程專業(yè)2014版的培養(yǎng)方案進(jìn)行了全面的修改。其中，作為軟件工程專業(yè)必修課的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程具有如下特點(diǎn)[5-9]：1）內(nèi)容覆蓋面廣，包括計(jì)算機(jī)、電子、通信等諸多技術(shù);2）難度大，要求學(xué)生有數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理等課程知識的儲備;3）對于軟件工程專業(yè)的學(xué)生，偏硬件方面的課程多有畏懼心理。所以軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的建設(shè)具有較大難度。

2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的建設(shè)

本校這一次修改培養(yǎng)方案的指導(dǎo)思想和原則，充分地體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)、對教學(xué)效果進(jìn)行評估和評價(jià)的工程教育認(rèn)證的主旨[1]。根據(jù)這一指導(dǎo)思想，軟件工程專業(yè)發(fā)揮自身的專業(yè)特色，明確本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)：面向大連軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，強(qiáng)調(diào)軟件的工程性，以培養(yǎng)軟件工程能力為核心、培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型軟件人才。

根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，我們制定了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)，1）知識目標(biāo)：能夠運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，包括嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺、開發(fā)方法和應(yīng)用等，判斷嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)劣。2）能力目標(biāo)：具備嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，利用Qt Creator語言進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)、測試與應(yīng)用。能夠正確的使用嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法和工具進(jìn)行嵌入式工程的實(shí)施與管理。3）素質(zhì)目標(biāo)：基于嵌入式產(chǎn)品的分析與設(shè)計(jì)資料，判斷嵌入式產(chǎn)品可能對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。

按照工程教育認(rèn)證的要求，教學(xué)目標(biāo)要支撐畢業(yè)要求。這一門課程教學(xué)目標(biāo)對于畢業(yè)要求的支撐為：1）工程知識：掌握軟件工程在應(yīng)用領(lǐng)域的基本知識和實(shí)踐方法，了解計(jì)算機(jī)軟硬件原理、技術(shù)和方法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，了解項(xiàng)目管理的基本知識，認(rèn)識某個具體軟件工程的實(shí)施與管理過程;2）工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力：具有能夠設(shè)計(jì)針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。具有能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，掌握基本創(chuàng)新方法，并得到實(shí)際運(yùn)用;3）政治與道德素質(zhì)：具有能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任的能力。

相應(yīng)的，我們以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，以項(xiàng)目驅(qū)動為載體，對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)項(xiàng)目的收集、教學(xué)的組織與實(shí)施、績效評估和教學(xué)項(xiàng)目庫的完善進(jìn)行了建設(shè)，并在教學(xué)實(shí)施過程中逐步地修改與完善，獲得了較好的教學(xué)效果。

2.1以市場需求為導(dǎo)向的教學(xué)項(xiàng)目收集

工程教育認(rèn)證要求，高等教育為企業(yè)輸送的人才要滿足企業(yè)的用人要求，也就是以企業(yè)需求為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)。為了達(dá)到這一要求，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的全部教學(xué)項(xiàng)目全部來自合作企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目。由教師到合作企業(yè)學(xué)習(xí)和收集相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，并結(jié)合本門課程的教學(xué)大綱進(jìn)行修改和整理，在教學(xué)的每個階段設(shè)置一個或多個綜合項(xiàng)目，劃分為多個相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系的子項(xiàng)目。根據(jù)課堂需求通過設(shè)置相應(yīng)的問題情景引出，達(dá)到理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。同時(shí)，學(xué)生能夠清楚地知道自己畢業(yè)時(shí)，需要掌握哪些知識和技術(shù)，明確企業(yè)的用人需求，通過學(xué)習(xí)達(dá)到這一目標(biāo)，從而最大程度上保證了教育結(jié)果與用人需求的一致性。

軟件工程專業(yè)已經(jīng)與多家企業(yè)建立了校企合作關(guān)系，有些課程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了校企共同建設(shè)。本專業(yè)的老師可以到合作的企業(yè)學(xué)習(xí)和教學(xué)項(xiàng)目的收集。這些項(xiàng)目一般應(yīng)用型、綜合性較強(qiáng)。要符合教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)項(xiàng)目的選擇不能太大，以防止在教學(xué)大綱規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)無法完成項(xiàng)目的開發(fā)。如果選擇的項(xiàng)目太小，就無法激起學(xué)生開發(fā)的熱情，也不能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

2.2以學(xué)生為中心的教學(xué)組織與實(shí)施

在教學(xué)的組織和實(shí)施過程中，我們充分考慮了工程教育認(rèn)證中以學(xué)生為中心這一點(diǎn)。收集來的教學(xué)項(xiàng)目需要進(jìn)一步分解，才能應(yīng)用于實(shí)際的教學(xué)中。一個綜合的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目可以根據(jù)功能分解為多個模塊，一般可以分為前端的交互部分，核心算法部分，接口的驅(qū)動部分等。這樣學(xué)生可以根據(jù)自己的知識水平、能力和興趣選擇不同的功能模塊。功能模塊的知識點(diǎn)可能被劃分成不同的教學(xué)單元，學(xué)生帶著自己的任務(wù)目標(biāo)去學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用相關(guān)的知識點(diǎn)來完成自己的模塊開發(fā)任務(wù)，該課程的教學(xué)以實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目模塊的開發(fā)和實(shí)施為主。

（1）老師的職責(zé)

在教學(xué)的實(shí)施過程中，老師的主要是承擔(dān)項(xiàng)目經(jīng)理的角色。最初是組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)模塊的分配。一個綜合性的項(xiàng)目一般包括5、6個模塊，一個模塊由1個學(xué)生來完成，特別大的模塊由2個學(xué)生來完成，一個項(xiàng)目的學(xué)生組成一個開發(fā)小組。在任務(wù)模塊分配完成后，老師和學(xué)生一起制定各個小組的項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，處理各個開發(fā)小組的矛盾。在后期，學(xué)生已經(jīng)掌握了開發(fā)的知識和技術(shù)，開發(fā)小組內(nèi)各個成員之間的默契也形成了，老師主要是掌控項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)度和指導(dǎo)項(xiàng)目開發(fā)文檔的書寫。項(xiàng)目開發(fā)完成后，由老師負(fù)責(zé)項(xiàng)目的驗(yàn)收，并給每個開發(fā)小組評分。

（2）學(xué)生的組織

在項(xiàng)目的實(shí)施過程中主要是以學(xué)生為中心，要求每個學(xué)生必須按照P（Plan）、D（Do）、C（Check）、A（Action）的流程和要求去執(zhí)行。即，確定自己的開發(fā)任務(wù)和制定開發(fā)計(jì)劃;嚴(yán)格按照開發(fā)計(jì)劃來執(zhí)行開發(fā)任務(wù);接受來自老師和開發(fā)組長的監(jiān)督和檢查，并完成相關(guān)文檔的撰寫;對開發(fā)過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)及時(shí)總結(jié)、分享，提高項(xiàng)目開發(fā)效率。

在項(xiàng)目的開發(fā)過程中，我們還采取了一些激勵措施：1）學(xué)生可以利用課外時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目的開發(fā)，并給學(xué)生提供開發(fā)的場地和環(huán)境;2）學(xué)生根據(jù)自己的能力，可以在完成開發(fā)任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加功能;3）好的項(xiàng)目作品，可以參加合作企業(yè)或相關(guān)部門的大學(xué)生競賽，或者大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目;4）對于開發(fā)過程中，表現(xiàn)突出和創(chuàng)新能力強(qiáng)的同學(xué)，推薦到相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí);5）組織帶領(lǐng)學(xué)生到合作企業(yè)去參觀大型的嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目展示或相關(guān)活動。

2.3 以成果為導(dǎo)向的績效評估

根據(jù)工程教育認(rèn)證中以成果為導(dǎo)向的原則，進(jìn)行本門課程的績效評估。績效評估分為平時(shí)成績和項(xiàng)目評分。平時(shí)成績主要是根據(jù)平時(shí)提交的各個階段的各種文檔，包括開發(fā)文檔，實(shí)現(xiàn)功能的測試說明、使用操作說明、學(xué)習(xí)或調(diào)試資料、開發(fā)任務(wù)進(jìn)度表。平時(shí)成績主要體現(xiàn)的是開發(fā)過程中對學(xué)生的監(jiān)督和反饋，能夠使開發(fā)小組明確自己的開發(fā)情況、督促開發(fā)小組規(guī)范撰寫開發(fā)文檔，適當(dāng)調(diào)節(jié)開發(fā)進(jìn)度，使開發(fā)小組能夠按照計(jì)劃完成開發(fā)任務(wù)。

整體項(xiàng)目完成后，各個開發(fā)小組要逐個的展示自己的項(xiàng)目成果，包括項(xiàng)目的功能演示、所用技術(shù)說明、改進(jìn)或創(chuàng)新說明、參加競賽項(xiàng)目的成果等，并提交項(xiàng)目的完整代碼和全部項(xiàng)目文檔。每個小組要進(jìn)行自己項(xiàng)目的評價(jià)和互評，老師要進(jìn)行相應(yīng)的評價(jià)和解答，并進(jìn)行總結(jié)，以便進(jìn)一步完善以后的教學(xué)活動。

2.4以持續(xù)改進(jìn)為理念的項(xiàng)目庫完善

根據(jù)工程教育認(rèn)證中持續(xù)改進(jìn)的理念，我們對本課程的應(yīng)用項(xiàng)目庫不斷完善。主要體現(xiàn)在如下方面：1）對于過時(shí)開發(fā)技術(shù)的項(xiàng)目，及時(shí)刪除;2）對于學(xué)生在開發(fā)過程中反應(yīng)有不妥的項(xiàng)目進(jìn)行修改和完善;3）保持與相關(guān)企業(yè)的溝通和聯(lián)系，緊跟嵌入式開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，及時(shí)收集補(bǔ)充新技術(shù)的項(xiàng)目。

3 結(jié)論

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程知識是物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等智能應(yīng)用的基礎(chǔ)。軟件工程專業(yè)如何以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，以項(xiàng)目驅(qū)動為載體，與企業(yè)緊密合作，培養(yǎng)出真正滿足社會需求的畢設(shè)生，是一個非常值得研究的教育課題。我們對本校軟件工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了全面的建設(shè)與探索，形成了以市場需求為導(dǎo)向的教學(xué)項(xiàng)目收集、以學(xué)生為中心的教學(xué)組織與實(shí)施、以成果為導(dǎo)向的績效評估和以持續(xù)改進(jìn)為理念的項(xiàng)目庫的完善。在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用后，取得了較好的效果，希望對其他高校相關(guān)課程的建設(shè)能起到一定的借鑒作用。

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【通聯(lián)編輯：王力】