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论文关键词:通信工程;本科专业;新疆;塔里木
目前新疆维吾尔自治区普通本科院校共计11所,其中综合类院校3所,即新疆大学、石河子大学和塔里木大学。新疆大学、石河子大学是新疆维吾尔自治区的“211工程”本科院校,位于新疆维吾尔自治区的北疆。塔里木大学是排位仅次于这两所大学的在新疆维吾尔自治区综合实力排名第三的本科院校,也是新疆维吾尔自治区南疆地区唯一的一所综合性大学。
塔里木大学原名塔里木农垦大学,位于塔里木河畔的阿拉尔市,创建于1958年,2004年5月经教育部批准更名为塔里木大学。塔里木大学原为农业部直属院校,现为中央和新疆生产建设兵团共建。塔里木大学信息工程学院成立于2003年9月,现有教职工76人,专任教师65人,副高以上职称占17%,硕士学位的教师占64%。学院包括5个教研室:计算机应用基础教研室、计算机软件教研室、计算机硬件教研室、通信工程教研室、数学教研室以及1个计算机实验室。目前该学院有计算机科学与技术及通信工程2个本科专业。其中通信工程本科专业于2009年开始招生,每届两个班,每班30余人,该专业现有专业任课教师7人。
一、专业课程设置
1.专业必修课
塔里木大学信息工程学院通信工程专业人才培养方案中所设置的专业必修课有:高等数学、大学物理、线性代数、概率论与数理统计、大学计算机基础、c语言程序设计、电路分析、现代电子技术、信号与系统、通信原理、通信电子线路、微波技术与天线、信息论与编码技术、单片机与外围电路、计算机网络、数字信号处理、光纤通信、移动通信、现代交换原理与技术、嵌入式系统原理及应用等。
与中央民族大学通信工程本科专业培养方案(2010年版)相比,其多开设的专业必修课有大学计算机基础(由于中央民族大学生源较好,因此没必要开设该门课程)。中央民族大学按照专业选修课开设、塔里木大学按照专业必修课开设的课程有:计算机网络、光纤通信、移动通信、现代交换原理与技术、嵌入式系统原理及应用等(由于中央民族大学通信工程本科专业是按照两个主要专业方向培养学生,即无线通信和通信网络,因此这种设置是合理的)。塔里木大学通信工程本科专业未开设的专业必修课有:机械制图、数学物理方法、电磁场与电磁波、通信网理论基础等。
2.专业选修课
塔里木大学通信工程本科专业大一上学期开设的专业选修课:通信工程专业导论。大二?上学期开设的专业选修课:数据库原理。大二下学期开设的专业选修课:通信仿真技术eda。大三上学期开设的专业选修课:matlab及仿真应用、综合布线技术。大三下学期开设的专业选修课:web系统与开发技术、现代传输技术、dsp原理与应用。大四上学期开设的专业选修课:通信工程专业英语、多媒体通信技术、前沿技术专题讲座、宽带无线通信、图像处理与通信。四学年开设的专业选修课共计13门。
中央民族大学通信工程本科专业所开设的专业选修课分布如下:大二下学期开设专业选修课3门,大三上学期开设专业选修课5门,大三下学期开设的专业选修课8门,大四上学期开设的专业选修课16门(由于大部分学生专业选修课的学分在前三学年已选够,且到了大四很多学生要考研究生、找工作、忙着联系出国等,故大四上学期能够真正开设的专业选修课寥寥无几)。四学年开设专业选修课共计32门。
通过以上数据可看出,中央民族大学通信工程本科专业所开设的专业选修课数量远远多于塔里木大学通信工程本科专业所开设的专业选修课数量。但在塔里木大学通信工程本科专业所开设的专业选修课中也不乏颇具特色的课程,如综合布线技术就是一门实用性很强的课程。
二、其他专业教学环节
1.实验与实践教学
塔里木大学信息工程学院的实验教学楼建筑面积8800平方米,拥有10个多媒体教室、10个公共机房和8个专业实验室(计算机组成原理、计算机硬件、计算机软件、计算机网络、自动控制、通信工程、数学建模、计算机创新)。通信工程专业所开设的实验课有:电路分析实验、现代电子技术实验、信号与系统实验、单片机与外围电路实验、c语言程序设计实验、通信电子线路实验、通信原理实验、matlab及应用实验、数据库原理实验、通信仿真技术实验、现代交换原理与技术实验、计算机网络实验、光纤通信实验、移动通信系统实验、嵌入式系统原理及应用实验等。专业实践性教学环节包括信号与系统课程设计、现代电子技术课程设计、通信原理课程设计、通信电子线路课程设计、嵌入式系统课程设计、专业认知实习、计算机网络实习等。
2.专业实习
塔里木大学信息工程学院通信工程专业的专业实习安排在第六学期暑假进行,时间为8周(4学分)。塔里木大学信息工程学院十分重视学生的专业实习,为学生联系了多个新疆维吾尔自治区与通信工程专业有关的实习单位,如新疆阿克苏移动通信公司在通信工程专业建设、实习基地建设、教师实践锻炼、实验通信机房建设等方面都给予了塔里木大学信息工程学院大力支持。为了保证专业实习的效果及真实性,每个实习点都有学院专业教师带队,发现问题随时解决,并保持和学院的经常联系。这种保质保量的专业实习为学生们毕业后走向社会并尽快融入企业打下了良好的基础。
3.毕业设计
塔里木大学的毕业设计安排在第8学期进行,时间为12周(6学分)。为了保证毕业设计质量,塔里木大学信息工程学院严把开题关,提倡毕业设计内容与实际工程相联系,避免学生在毕业设计中弄虚作假。为了鼓励教师搞好毕业设计工作,带一个本科生毕业设计给10个课时的工作量;若所带的学生毕业设计成绩优秀,则工作量加倍。为了使学生的毕业设计成绩公平、公正,塔里木大学信息工程学院制定了一系列严格的毕业设计成绩评定程序与标准。
4.学科竞赛
塔里木大学信息工程学院非常鼓励与支持学生参加新疆维吾尔自治区及全国举办的各项学科竞赛,并取得了不错的成绩。如在2011年的全国大学生数学建模竞赛中,通信工程专业有两名同学分别获得了国家的二等奖,一名同学获得了新疆维吾尔自治区的一等奖,三名同学分别获得了自治区的二等奖,还有两名同学获得了自治区的三等奖。全国大学生数学建模竞赛由教育部高等教育司和中国工业与应用数学学会共同主办,是教育部重点支持的全国大学生四大竞赛之一,目前已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛,也是世界上规模最大的数学建模竞赛。作为创办时间很短的塔里木大学信息工程学院通信工程本科专业,能在这样的大赛上取得如此成绩实为不易。
此外,为了使学生能够较早地对所从事职业有所认知并做好就业准备,塔里木大学信息工程学院为学生还安排有职业规划与就业指导课程。
关键词:嵌入式系统 课程体系 课程设置
20世纪末,随着计算机技术、集成电路技术和智能控制技术的发展,单片级嵌入式系统迅速发展,企业对嵌入式开发人员的需求量极大,因此嵌入式系统课程在高校设置势在必行。同时,由于近年来物联网产业的发展,嵌入式系统更是备受关注。而嵌入式系统良好的发展潜力和发展机遇也预示着对相关技术人才的巨大需求。但由于嵌入式系统涉及的相关知识多、硬件和软件结合紧密等特点,嵌入式系统的开发难度很大,培养这样的人才对高校也是个挑战。
嵌入式系统以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。本文针对学校的教学现状,总结目前通信工程专业的嵌入式系统课程教学的变化特点,依据课程培养方案,从课程的预备课程体系、教学内容规划和设置等方面入手,讨论课程的整体系统建设的内容。
一、我院嵌入式课程教学的特点
2007年电子、通信工程专业在全院率先开设了嵌入式系统课程,并将其定为电子信息类专业的一门重要的专业技术课程,同年引进了适合教学使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式实验开发平台(基于ARM7架构的Samsung 3C44B0x和ARM9架构Samsung3C2410x嵌入式芯片,实时、开放源码的多操作系统μC/OS-II、μCLinux和Linux)。经过几年的教学实践,课程的培养计划也随着课程的教学要求和学校“技术立校,应用为本”的办学指导方针做了一定的调整,以培养21世纪电子信息类高水平技术人才为目的,将嵌入式开发与应用课程建设成为我院具有特色的专业课程。在教学实践中发现存在一定的问题。
(1)课程的体系规划不断变化
自嵌入式系统课程开课以来,课程的培养计划也在不断的变化中,以适应专业的培养目标和学校人才培养的需求。几经调整之后,课程的设置基本稳定。因为典型的软硬件结合的特点,课程的设置主要从理论和实践两方面考虑,理论内容安排48课时3学分的内容,实践内容安排了32课时1学分的实验,这些是必修的嵌入式教学内容。此外,还可以在学生科创项目和毕业设计中加入相应的选修实践内容。课程具体内容规划如图1所示。
图1 课程体系规划
教学课时调整的同时,教学内容和教学方法也在不断的变化和改进,以适应教学目标的实现。
(2)课程实践内容设置不合理
开发与应用课程典型的特点就是实践性强,如何让学生在掌握理论的基础上形成实践能力,是该类课程的教学难点,并且要做到和专业培养结合。主要考虑的就是实验教学内容如何设置,才能和理论有机结合,达到培养目标。
二、课程系统的建设内容
1.建立合理的预备课程体系
嵌入式系统课程内容涉及广泛,系统性和综合性强,嵌入式系统本身就是一个包含软件和硬件的完整微型计算机系统。因此,嵌入式系统的原理和应用技术不是一两门课程就能讲授的,首先需要建立一个合理的嵌入式系统课程预备知识体系的教学来支撑嵌入式系统教学。
结合嵌入式系统的教学要求,需要有两部分的预备知识储备。一是硬件部分需要模拟电路、数字电路、计算机系统结构和微机原理课程的支持;二是软件部分需要C语言、汇编语言、数据结构和操作系统的课程支持。这些课程不是为了嵌入式系统而重复开设的,而是结合嵌入式系统重新调整和优化,以便于嵌入式系统的课程学习。
2.根据专业培养目标设置课程教学内容
嵌入式系统课程目前已经是各大工科高校必不可少的课程。课程教学的培养目标有两方面:一是学生通过课程的学习能够了解嵌入式系统的基本原理,熟悉嵌入式系统开发的整体概貌,掌握某种嵌入式系统开发环境的搭建方法,熟悉嵌入式系统开发的完整流程。这一部分是嵌入式教学的基本要求目标。二是在专业知识背景下能够完成一个相对完整的小型应用系统的开发,为毕业后求职或创业提供一定的基础。
针对专业培养目标与课程的性质,教学内容的设置主要分为两部分:理论和实践,这两部分应该相辅相成,实践内容帮助理论内容的理解,并且理论可在实践中得到验证和发展。如何设置两者的内容就成了教学过程中的关键问题。
(1)理论教学环节
嵌入式系统内容多而泛,需要理论教学内容与实践环境一致,才能使教学达到目标要求。依据实验环境的配备以及与嵌入式主流技术一致的原则,确定理论教学环节一是掌握ARM嵌入式处理器的体系结构,汇编指令集以及在ARM体系下的嵌入式编程,使学生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式处理器的硬件开发平台,硬件接口开发;二是Linux嵌入式操作系统,嵌入式软件设计,以及Linux嵌入式系统开发举例;三、系统设计过程中电磁兼容特性的影响和改善的措施。
(2)实践教学环节
实践教学的内容设置不仅要做到对理论教学的支持,还需要能够调动学生的主动意识,更好的帮助教学目标的实现,同时兼顾学生的特点和专业方向,达到“由浅入深,由简单到复杂”的多层次实践教学内容。
首先是实验课程教学,内容依照对比验证、设计扩展和综合应用三个层次来设置,这是实践课程的必修环节。对比验证实践内容主要根据实验室的标准配置,掌握嵌入式系统的基本结构、编程方法和开发环境的使用等内容。设计扩展实践内容和项目指实验环境有扩展的空间,给学生发挥的空间。锻炼学生独立思考,独立解决问题的能力。综合应用实践内容随着理论知识的积累和基础实践的锻炼,实践内容应该以综合性、系统级的为主,目的是锻炼学生综合运用知识的能力。
其次是可以通过科创、竞赛或毕业设计等实践环节,此为选修环节,针对基础好的同学可以在通信专业方向上设置实践内容,在这个阶段,应该在工程和企业层面来要求学生,要引入设计说明书、设计流程图、开发进度表、软件工程控制文档和测试报告等概念。
嵌入式系统课程体系的建立要从专业的培养目标出发,结合学校资源,建立符合相关专业培养方向的课程体系,以及适当的应用环境,体现课程的综合性,经过几届学生的教学活动,该课程体系可以基本达到培养目标的要求。但由于师资和实验设备等的局限,我们的课程体系还存在很多的不足,今后需要在师资培养和实验环境上加大重视,将课程体系不断完善,培养出有开发能力的嵌入式人才。
基金项目:嵌入式开发与应用课程建设(2012KCJS-11);上海电机学院校级重点课程建设项目。
参考文献:
1.引言
目前,国内开设有关嵌入式系统课程的独立学院极少,培养出的基于Linux平台上的嵌入式软件开发人员更是凤毛麟角。所以,注重应用能力培养的独立院校,特别是有计算机、电子技术等相关专业的工科独立院校,应该尽早引入嵌入式系统的教育,结合自己专业特点,大力开展嵌入式系统的教学工作。
2.嵌入式系统简介
嵌入式系统一般指非PC系统,而是指小型、专用的计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起,应用程序控制着系统的运作和行为;操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
3.国内嵌入式系统教学的现状
国内教育界将嵌入式系统的教学大致分为三类:软件学院专业嵌入式教学;计算机专业嵌入式教学;电子、自动化等相关专业嵌入式教学,对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。
4.嵌入式系统教学模式的探讨
综观国内外,长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置,从事该领域的研发人员都来自不同专业背景,例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求,需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。嵌入式系统教育给传统计算机、电子信息工程教育带来了巨大的冲击和挑战,也带来了历史的发展机遇。嵌入式系统工程(ESE)是一个全新的专业,需要企业和社会的认知过程,课程体系需要经历设计、发展、完善的过程。
通过与国内其他高校的专家的探讨与学习,结合西部高校普遍存在的资金非常缺乏,实验条件的局限,以及电子信息工程专业学生的特点,我们积累和总结出关于嵌入式系统教育教学模式的一些想法,列举如下:
关键词:应用型本科;嵌入式软件;课程体系
中图分类号:G 文献标识码:B
文章编号:1672-5913 (2007) 07-0035-03
嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器等众多领域,“嵌入式无处不在”已成为现实。而社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求,使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。2004年6月,美国电气及电子工程师学会计算机协会(IEEE-CS)和美国计算机学会(ACM)公布了“计算教程2004”(Computing Curriculum 2004,简称CC2004)。CC2004对原“计算教程CC2001”四个专业方向进行了修改和扩充,并给出了新的评述,其中在计算机工程专业课程中将嵌入式系统作为一门核心课程,分两个学期进行学习。可见,国内外将嵌入式技术人才的培养已经作为一个重点方向。本文根据江苏技术师范学院以培养应用型本科人才的教学体系,对在计算机科学与技术专业中增设嵌入式软件专业方向进行探讨。
1 增设嵌入式软件专业方向的可行性
20世纪70年代,随着微处理器的出现,计算机的发展出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点,迅速应用在智能化控制领域中,这使计算机失去了原来的形态与通用计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统,把嵌入到对象体系中,实现对象体系智能化控制的计算机,称为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统。
嵌入式系统所涉及到的知识有电子工程、通信工程和计算机技术等多种学科。在嵌入式系统应用领域中,人才可分为两类,一类主要是搞硬件设计,他们大多数在本科阶段学习电子类或通信类专业;另一类主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发,他们大多数在本科阶段学习计算机专业。嵌入式产品硬件设计完成后,后期工作主要靠软件技术人员进行开发与设计,不同的软件体现不同的功能,在嵌入式系统设计中软件开发与设计占总工作量的80%左右,所以在嵌入式系统设计和开发中需要更多的嵌入式软件开发人才。
目前,我校从事嵌入式应用方向研究的教师有16人,其中副高以上5人,讲师5人,助教6人,获得硕士以上学位的教师有8人,在读研究生4人。与嵌入式相关的实验室有计算机组成、接口实验室,以51序列为主的嵌入式实验室,以ARM7为主的嵌入式实验室,正在筹备的以ARM9为核心的嵌入式实验室。
从社会需求、师资力量、实验室建设等多方面可得出,在我校计算机科学与技术专业中增设嵌入式软件专业方向是可行的。
2 嵌入式软件人才培养目标与规格
2.1 培养目标
嵌入式软件专业方向是以应用为主的专业,其培养目标是:德、智、体、美全面发展,掌握计算机基础理论和软件开发的过程,掌握必需的嵌入式软件理论、主流嵌入式系统硬件架构,和嵌入式软件编程的技术、方法和工具,基本具备本领域分析问题解决问题的能力,具备一定的工程实践能力,并具备良好外语运用能力,从事嵌入式软件设计与开发的应用型人才。
2.2 培养规格
计算机科学与技术专业(嵌入式软件方向)的学制一般为4年,授予工学学士学位。学生在专业知识的学习、实践能力以及职业素质的培养过程中,逐步提高自身的获取知识的能力、应用知识能力、创新能力以及团队合作的能力。
(1)职业素质
现代企业需要的人才是职业化的专业人才,企业选拔、考核人才主要从德、能、勤、绩四个方面考核,德排在首位,因此,职业素质是培养嵌入式软件人才的基础。在计算教程CC2004报告中,各专业方向的知识领域中都包含社会和职业生涯方面的知识,涉及与计算相关的哲学、历史、社会、职业和道德责任、知识产权、隐私和公民自由、计算机犯罪等内容。通过这些知识体培养学生的思想品德、职业道德和社会责任。一个合格的人才首先要具备良好的职业素质。
(2)专业能力
嵌入式系统专业方向知识结构比较庞大,为了在本科阶段培养出合格的嵌入式软件专业人才,需要将计算机知识、嵌入式系统知识、相关交叉学科(电子、通信)基础知识结合起来,形成嵌入式软件专业方向领域知识。
(3)实践能力
培养嵌入式软件人才,工程实践能力非常重要,因为嵌入式系统是以应用为中心,要求学生能借助于硬件开发平台进行实际的研究与开发,并且要求学生具有独立设计产品的能力,同时也要求学生具有团队合作的能力,这就需要在实践技能训练过程中,加强学生的动手能力、团队合作能力的培养。
3 课程体系结构
从企业实际用人需求出发,分析现阶段嵌入式相关产业领域、行业人才需求特点及发展趋势,合理地安排课程,是培养优秀人才的关键。根据培养嵌入式人才的能力构成将所学课程归纳为如下五个模块:
人文社科模块(A模块):在于强化学生的思想道德素质、文化素质和职业素质,让学生对社会环境有所认识和了解。可安排政治思想、形势与政策、法律等人文社科方面的课程,大学语文、英语、体育、心理学、经营管理等方面的课程,以及培养学生团队合作精神和沟通能力相关的课程也放在该模块中。
基础学科模块(B模块):在于为学生打下扎实的基础知识,主要安排高等数学、大学物理、计算机基础等方面的基础课程。
专业知识模块(C模块):是体现本专业业务能力和素质的核心、涉及专业基础课程、专业核心课程。
专业基础课程主要有离散数学、电路与电子学、逻辑设计、计算机组成原理、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、数据结构、嵌入式系统概论和学科前沿讲座。
专业核心课程主要有操作系统、数据库系统原理、嵌入式微处理器原理与接口技术、计算机网络、算法设计与分析、软件工程方法学、Java 语言程序设计。
实践教学模块(D模块):培养学生实际工作能力和操作技能,主要安排为实验、实习、课程设计、实训、毕业设计、职前培训或案例分析等环节。
专业扩展模块(E模块):是培养学生专业知识和职业适应能力,该模块课程设置为选修课程,可分为专业必修课程和专业任选课程。必修课程主要有嵌入式实时操作系统、嵌入式网络技术、嵌入式系统设计方法、嵌入式系统体系结构、DSP软件开发技术、单片机原理与应用。专业任选课程可安排多种不同要求的选修课,任选课有 Windows 环境与编程、面向对象技术、无线局域网、计算机控制系统、计算机安全技术、J2ME、移动通信、家庭网关技术、计算机系统结构、WinCE 操作系统、嵌入式Linux操作系统、传感器概论等。
4 实验室建设
为了让学生能够深入地理解和掌握嵌入式软件开发与设计技术,必须建立嵌入式软件实验室,在建立嵌入式软件实验实之前,首先要对嵌入式实验课程内容、实验体系、实验室师资队伍等诸多方面进行详细设计和规划,以保证嵌入式软件实验室能够满足学生掌握嵌入式软件开发与设计的要求。根据培养目标,实验室要配备相应的硬件开发环境和软件。硬件包括开发板、仿真器等必须的硬件设备,最好采用以ARM9为核心的实验开发平台,软件包括常用的Linux、μC/OS、VxWorks、WinCE等常用操作系统,以及相应的软件开发工具。实验室要有经验丰富的、具有项目开发经验的教师进行实验指导。
5 结束语
在计算机科学与技术专业中设置嵌入式软件专业方向是可行的,它符合社会发展的需要。由于嵌入式系统将多种学科交织在一起,所以在制订教学计划,专业知识结构和课程体系时要充分考虑各学科的知识点,形成嵌入式软件专业方向人才培养的独特体系。
参考文献:
[1] 魏洪兴,王田苗. 软件专业嵌入式系统课程体系研究[C].第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会论文集,北京:清华大学出版社,2005.
[2] IEEE Computer Society/ACM Task Force on Computing Curriculum. Computing Curricula-Computer Enginnering “Iron-Man Draft”. June 8,2004 (/ece/CCCE/).
[3] 康一梅. 嵌入式软件工程人才系统化教育探索[C].第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会论文集.北京:清华大学出版社,2005.
[4] 2006年第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会第一届全国嵌入式系统学术交流会论文集.北京:北京航空航天大学出版社,2006.
明确办学指导思想、办学定位和人才培养目标是通信工程专业建设的首要目标。在专业建设上,受师资、教学条件的限制,专业发展方向上不可能面面俱到,因此考虑到地方经济发展对人才的需求和专业特点,通信工程专业人才培养的目标定位为:培养能够掌握通信工程专业的基本理论、基本知识、基本技能的,具有通信系统开发、应用、维护和工程管理能力的,具有较强的实践能力和创新精神的,能够从事通信工程方面的教学、科研和应用开发工作的应用型工程技术人才和工程管理人才。在专业发展的方向上,把“通信网与交换”及“移动通信”作为专业建设方向的突破点。
二、通信工程专业建设的方案及策略
(一)重构课程体系,突出实践创新与工程能力
培养紧密结合学校“培养具有社会主义觉悟,扎实理论基础,较强实践能力、创新精神的应用型高级工程技术人才和管理人才”的人才培养目标,突出专业能力、工程实践能力、创新意识的培养;通过修订培养方案、优化课程体系,科学合理设置理论教学、实践教学和创新教育三个模块,具有以下特点:科学设计课程体系,课程的设置既体现学科专业特点,也充分体现了本专业人才培养目标的要求;优化课程内容,改革教学方法,加强学生“三个能力”,即学习能力、实践能力、创新能力的培养;加强实践环节,完善实践教学体系,增加工程实践训练及综合性、设计性、创新性实验、实习、课程设计和毕业设计等实践教学环节学分比例;将创新教育纳入教学体系,提高学生的创新意识和工程实践能力。
(二)优化教学内容,加强工程意识与工程应用能力
培养技术基础课程。对原有课程陈旧内容进行删减,对内容重复交叉的相关课程进行重新整合;压缩理论教学学时,增加实验教学比重,由原来的25%增加到35%。专业成组课程。《专业成组选修课》的设置是根据专业方向〈通信网络与交换〉而设置的。《现代交换原理》主要讲述了现代通信网的几种交换方式,即电路交换,分组交换原理。电路交换主要以程控数字电话交换原理为例,分组交换原理主要讲述了以IP分组交换为代表的交换原理,符合当今电信网的发展。《光纤通信》主要讲述了通信网络的主要传输技术,即讲述了光纤通信系统,同时讲述了SDH同步数字系列传输技术,配合综合通信平成SDH光网络的设计与实现。《计算机网络与通信》主要配合当今通信网的发展趋势是IP通信,课程主要讲述了TCP/IP协议,路由设置等,符合专业的发展要求。选修课程。对于学科技术基础选修课,结合企业生产的需要,实施了专业选修课改革。专业选修课不是固定不变的,而是跟踪通信前沿技术,不断更新选修课的设置,如2013年开设了无线通信新技术。实验课程。对于实践性较强的专业课程实验,采取独立设课方式,如通信原理、高频电子线路课程的实验内容独立设课;对原有陈旧、老化的实验项目进行优化整合,更新实验内容,增加与工程实践相关的实验项目;增加综合性、设计性实验比例。
(三)改革教学方法,注重学生创新创业能力综合素质的培养
1.理论教学方法改革。基础课程采用引导启发式教学方法;专业课程根据课程的性质和特点,采用项目驱动和工程案例等教学方法;选修课程聘请企业高级技术人员讲授有关新知识、新技术方面的专业知识,采用讨论式和任务布置式教学方法。通过搭建网络教学平台,拓宽学生的专业知识面,加强教师与学生的沟通与交流。
2.考试方法改革。重要基础课及专业主干课程采用“平时+期中+期末”的模式进行考核,通过题库建设,实现教考分离,有利于提高学生的学习能力;应用性较强的专业课程根据实验室条件分别采用“笔试+实验技能测试”和“笔试+设计+答辩”的模式进行考核;选修课程采用与工程实践相关的小论文和技能测试方式评定成绩。
(四)重构实践教学体系,改革实践教学方法,强化实践创新与工程应用能力培养
1.实验教学方法改革。采用“仿真+操作”的实验方法。学生先在计算机上利用相关软件对实验内容进行仿真,得到正确结果后,再到实验设备上进行实际验证;采用多媒体辅助的教学手段,加强计算机技术及网络信息技术在实验教学中的应用;积极开放实验室,做到“时间开放、内容开放”,让学生自主选择和预约实验时间和项目。
2.课程设计。针对课程内容,引入工程项目作为课程设计题目来源,加大工程实践类题目所占比例;结合实验室设备,对课程设计内容进行建模、仿真和数据分析;完成实物制作与调试,通过答辩的方式对课程设计进行考核。
3.毕业设计。指导教师由校内和外聘的企业高级工程技术人员组成;毕业设计题目主要由合作企业的实际工程项目和教师科研项目组成;部分学生的毕业设计在合作企业完成,由外聘教师和校内教师联合指导,参与企业实际项目的研发。
4.生产实习和毕业实习。生产实习:依托锦州航星集团有限公司和辽工维森光电公司,将学生安排到企业,熟悉产品生产的各个环节,将所学知识与生产实践相结合,增强工程实践意识,引导后续专业课程的学习。通过参与企业的生产,提高学生的实际动手能力。毕业实习:安排学生分批去联通公司和移动公司及锦州航星集团,以企业研发项目和实际产品作为毕业设计题目来源,根据毕业设计题目和设计内容,组织学生有针对性地去企业进行调研和实习。
(五)构建大学生科技创新教育体系,进一步提升工程应用能力与创新精神
1.将创新学分纳入教学体系。创新学分获取途径广泛。通过参加开放性实验项目、学科竞赛、大学生创新创业训练项目、教师的科研项目、发表学术论文、获取资格认证等方式获取创新学分,进一步提升学生的创新精神和创新能力。
2.建立大学生科技创新教育机制。根据专业制定的人才培养方案和规格,结合专业服务领域对专业人才的要求、专业特点以及生源质量的具体情况,科学合理地选择各层次各类科技创新活动,构成本专业的课外科技创新教育机制。
3.搭建大学生科技创新平台。以实验室开放课题、大学生创新创业训练项目和大学生科技竞赛等为牵引,以培养学生应用能力和创新能力为目标,结合专业导师制与创新团队搭建多层次、多形式的大学生创新平台。
4.专业导师制。遴选具有一定工程背景的教师和企业技术人员作为本科生专业导师。吸纳大三、大四专业排名前20%及具有专业特长的学生,因材施教,使部分学有余力的学生更深入地研究专业知识、提高工程实践能力。
5.创新团队。结合专业特点和企业发展需求,充分利用校企资源,外聘企业高级技术人员为校外指导教师,建立“通信工程”创新团队。以项目为驱动,通过“小型授课”、“分组讨论”等方式,在巩固基础课程的同时,加深专业知识学习,提高学生理论水平,扩展学生的知识面,提高学生的工程实践能力和创新能力。
6.大学生科技创新活动。实验室开放项目。以工程实践为背景,结合专业知识内容,设置多项开放性实验课题,吸收学有余力的学生进行工程实际训练,引导学生在实践中学习通信工程领域的专业知识,系统掌握本专业领域必须的设计、计算、仿真、编程和调试操作的基本技能。基础课程竞赛。开展英语技能、数学建模、计算机能力、程序设计、电工电子等竞赛活动,激发学生学习的积极性和主动性,掌握扎实的基础理论知识,使学生具有较好的科技写作、外语应用和计算机应用能力。专业技能竞赛。开展EDA应用、数字信号处理、单片机应用、通信网络设计与调试、嵌入式应用、软件编程等竞赛活动,将理论与实践紧密结合,掌握扎实的专业理论知识,培养学生具有初步工程设计能力。创新创业训练项目。通过校级、省级、国家级创新项目的申报和实施,引导学生参与实际工程项目的全过程,接受实际的演练,培养学生所学知识和技能的综合运用能力,提高学生的创新能力、实际动手能力和团队协作精神。大学生科技竞赛。积极组织学生参加国家级、省级的各类科技竞赛,如全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”竞赛、全国大学生“嵌入式”设计竞赛,计算机能力竞赛等,进一步提高学生的实践能力和创新能力。
(六)深化教学改革,提高中青年教师工程实践能力
坚持年轻教师企业工程实践能力的培养制度,逐步提高教师的工程实践能力,侧重考核教师在工程项目设计、产学合作和技术服务等方面的能力和成果。有计划地组织中青年教师外出学习培训,深入企业调研、实习,参与企业生产与实践,丰富教师的实践经验,提升教师的整体教学能力与科研水平;通过参加院校两级举办的青年教师讲课大赛和教师专业综合能力竞赛,进一步提升教师的理论授课水平和工程实践指导能力;引进高水平的学科、学术带头人,鼓励青年教师攻读更高学历,提高教师自身的理论水平和工程实践能力;聘请企业的高级工程技术人员作为本专业的客座教授,提高本专业教学团队整体的工程实践教学能力。
(七)建立校企合作培养机制,产学对接,培养学生工程实践能力
以学校为主体,根据专业发展方向,结合企业的人才需求,联合建立学生的培养机制。聘请行业内资深专家和企业高级技术人员组成专业指导委员会,对专业培养目标、课程体系、课程内容设置、培养过程及人才培养质量标准等一系列问题进行分析和研究,共同制定专业建设规划。根据本专业的特点,确定毕业生应具备的专业技能结构和要素,进行人才培养的“顶层设计”。
三、结束语
关键词:通信工程专业 教学改革 措施
中图分类号:G642.3 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.046
1 普通高校教育中通信工程专业存在的教学问题
1.1 教学方法和观念陈旧
当前,国内普通高校大约300余所院校均设置了通信工程专业,但是随着高等教育的不断发展存在参差不齐的现状[1]。作为历史悠久的传统学科,通信工程专业的内容也在不断丰富,但是已有的学科惯性影响了教师教学方法以及理念的更新,在陈旧的教学方法之上,部分学校的教学结构以及教学内容无法形成独立运作的教学模式,教学体系不健全,无法与当下社会经济的发展相适应。
1.2 缺乏专业特色
不同高校间该专业的区别度较为单一,多数未能形成自身的专业特色,主要体现在两个方面:其一,教学内容较为片面,教学内容不够精细,未能深入探讨,无法囊括教学必备的知识点,存在两难情况;其二,教学实效性较低,在信息快速发展的社会中,高校教材仍单纯停留在对旧知识点的讲解基础上,无法有效融入高科技知识,学生进入社会后常感到很多理论知识无法发挥作用,而由于部分教师过于重视完成教学任务,忽视通信工程的实践操作,学生偏重理论,实践能力较低情况普遍存在。
1.3 通信工程专业改革目标的确定
在进行通信工程专业改革时,须首先明确改革目标,保证改革的方向[2]。改革需坚持实践性、时代性以及专业性原则:专业性即加强教学的模块化改革,从实际出发确定改革方向,并不断细化目标,加强科学调研,为电子通信技术的发展提供智力支持;时代性即与时展保持同步,结合社会需要及时更新教学内容,更新知识体系;实践性即以社会需求为导向,加强理论转化为实际生产力的力度,提升高校学生服务社会、服务企业的水平。
2 高校通信工程专业的改革措施探析
2.1 加强教学内容、教学方法的改革
高校教学制定教学方法的载体在于教学内容,因此需对专业课程体系进行合理、科学设置,加强因材施教的研究,避免空谈教学方法[3]。通信工程专业在教学内容改革方面,加强基础知识合理比例的教学,并与当前的先进技术结合,同时,在教材中增加实践教学内容的比例,例如,可通过社会实践以及实验的方法增加教学内容,实验需在特定实验室完成,是对学生运用知识能力的考察,可将实验教学主要安排在大一、大二学年内完成;大三、大四学年可重点增加实用教学内容,锻炼学生的实践能力。
在教育方法的改革中,应明确教学方法并非通过口授、书本以及黑板等方式完成,通讯工程本身的特性要求对计算机媒体技术进行充分利用,并且将“嵌入式教学系统”引入到教学课程改革中,以计算机技术为前提,以实际应用为中心,实现硬件软件可裁剪、加强应用系统教学方法的探讨。
2.2 建立多层次、立体化的实践教学体系
通信工程专业完成实践教学,主要环节包括:课程实验课程设计企业实习毕业设计,在不同的环节均具有不用的教学计划以及培养方案,但各个环节独立性较强,整体仍然偏重理论,学生仅仅能够完成对孤立知识点的学习,无法全面掌握知识。在全面型人才培养方面,需加强教学整体目标的改革,向实践教学不同环节细化,确保整体教学目标的完成。
实践教学体系的构建,突出实践教学环节,将教学与行业要求、企业发展需求结合,发展了“订单式”教学[4]。为了提升学生的实践能力,加强不同实践环节间的联系,在提升学生工程素质方面,可设计构建校内外结合的7大实践教学模块,共同构成高校通信工程专业的实践教学机制(如下图),加强各个环节的融合,全面提升学生综合能力。
图2-1通信工程专业实践教学结构示意图
2.3 加强教学模式的创新
工程通信专业进行改革,须对实践实验教学模式进行改革,加强设计性、综合性较强的教学模式的应用,培养学生的应用能力[5]。
为了应对高校实践教学资源与多元化的教学需求间存在的问题,满足当前通信工程专业的启发式教育、个性化教育需求,可以逐步构建网上互动教学系统,使教学课堂不仅局限于教室内,还可以通过计算机加强学生的自主学习能力。这一教学改革措施旨在提升学生兴趣以及对专业问题的自主探索基础上,促使学生自主通过网络进行实例对比解决问题,提升学生问题解决能力。同时,还可鼓励专业任课教师积极兴建个人网站,建立课程网页以及网络自助教学体系,利用网络强大的资源优势完成互动教学目标。
3 结语
通信工程专业是一个知识爆炸特点突出的专业,在进行高校教学改革的过程中,必须及时更新教学理念以及教学思想,对未来社会人才的智能结构、知识体系的需求状况进行分析,对更新专业课程内容给予重视,加强实践教学的改革,重视高校科研与教学的结合,构建科学合理的教学管理机制,如此才能发挥高等教育的作用,为社会培养高层次人才。
参考文献:
[1]葛耀峥,周永明,金一平.工程教育高级班工程实践的新思维[J].世界华商经济年鉴·高校教育研究,2008,(11):23-24.
【论文摘要】介绍嵌入式系统的概念和发展状况,以及目前国内外嵌入式系统在独立学院教育的现状,根据多年的教学实践,结合目前本校开展嵌入式系统教学的教学经验,总结出适合我国独立学院开展嵌入式系统课程的教学模式。
1.引言
目前,国内开设有关嵌入式系统课程的独立学院极少,培养出的基于Linux平台上的嵌入式软件开发人员更是凤毛麟角。所以,注重应用能力培养的独立院校,特别是有计算机、电子技术等相关专业的工科独立院校,应该尽早引入嵌入式系统的教育,结合自己专业特点,大力开展嵌入式系统的教学工作。
2.嵌入式系统简介
嵌入式系统一般指非PC系统,而是指小型、专用的计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起,应用程序控制着系统的运作和行为;操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
3.国内嵌入式系统教学的现状
国内教育界将嵌入式系统的教学大致分为三类:软件学院专业嵌入式教学;计算机专业嵌入式教学;电子、自动化等相关专业嵌入式教学,对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。
4.嵌入式系统教学模式的探讨
综观国内外,长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置,从事该领域的研发人员都来自不同专业背景,例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求,需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。嵌入式系统教育给传统计算机、电子信息工程教育带来了巨大的冲击和挑战,也带来了历史的发展机遇。嵌入式系统工程(ESE)是一个全新的专业,需要企业和社会的认知过程,课程体系需要经历设计、发展、完善的过程。
通过与国内其他高校的专家的探讨与学习,结合西部高校普遍存在的资金非常缺乏,实验条件的局限,以及电子信息工程专业学生的特点,我们积累和总结出关于嵌入式系统教育教学模式的一些想法,列举如下:
4.1 建立一套适合学校特点的课程体系
嵌入式课程是近几年来建立的一门新课程,有它自身的特点、规律。嵌入式的课牵扯面很广,包括研究生的课程、本科生的课程、技能课程的培训等。由于该课程与实际结合得非常紧密,容易教成短期培训,而作为一门课程要有自己的规律,不要把这个课程做成嵌入式系统教学的技能培训,要结合独立学院的自身培养目标特点制定出相应的教学计划以及实施方案。例如在我校,针对电子信息工程专业,目前师资力量等都不能满足直接建立一个嵌入式系统的专业,设想把嵌入式系统设定为电子信息工程专业本科主修方向,在低年级时开设相关的专业选修课,让有意于此方向的学生打好基础,在本科高年级进一步学习。作为电子信息工程专业,在教学中一定不能光注重应用,也要将清楚计算机本身的规律在什么地方,为什么发展嵌入式,有什么原理进行探讨,从而建立一套适合我们特点的课程体系。
4.2 课程应该分层次
嵌入式系统教学的层面应不同,有研究生、本科生高年级、重点大学、普通大学、独立学院等的分别,在授课时有所区别。在本学院推行这门课,考虑到针对的是电子信息工程专业,和其他学院的侧重点是不同的,但作为电子信息专业中的一个主修方向,在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点,在教材的选定上应该包括有关嵌入式处理器、操作系统(linux或ubantu)、开发平台和应用,重点学习原理及相关应用。
4.3 主动去获得更多的支持
由于学校在技术、经验、资金等方面有很多的困难,所以应该主动寻求以获得更多的帮助,例如主动跟国内外相关公司索取资料、设备,要求一些技术支持等,积极组织教师参加全国范围的各种嵌入式系统教学研讨会、及到各知名企业进修,让教师深入了解技术发展。
4.4 可利用仿真软件、书籍内容辅助实验教学
如果让理论知识能让学生达到所见即所得是本课程教学的重点和难点,由于资金的缺乏,现成的实验板很昂贵,应采用仿真和实验相结合的方法,一部分学生在SkyEye、microwindows仿真环境下做实验,一部分学生在实验板上面做实验,在实验之后再一起互相讨论。
4.5 利用互联网进行教学交流
由于教师对嵌入式系统课程不熟悉,在教学中要自己一边学习一边讲课,应该充分利用极其丰富的网络资源,例如教学课件及背景资料都可以从网站上下载,教师和学生均可通过论坛交流。
4.6 全国高校大学生电子竞赛及行业相关竞赛
通过组织学生参加全国高校大学生电子竞赛来深入了解和学习嵌入式系统。虽现在的电子竞赛还没有直接用到嵌入式系统,但是我们必须现在开始在思想上有所改变,主要是使学生多搞创新想法,而不仅仅是产品创新。
5.结语
嵌入式系统工程是一个全新的专业,目前的关键是怎样与现有专业学科融合,以及怎样进行现有课程体系的改革和调整。我国在嵌入式系统教育方面起步较早的是北京大学软件与微电子学院的嵌入式系统系,他们已经形成了较为完善的课程体系、专业水平较高的师资队伍和与国际技术接轨的嵌入式系统工程实践环境,目前,嵌入式系统系在我院本科生达到480人。独立学院由于很多因素的制约在教育上也比较落后,但已经积极行动起来,投身到嵌入式系统教育中去,为我国嵌入式系统的发展输送更多的优秀人才。
参考文献
[1]马忠梅.嵌入式系统教学模式探讨[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(11):5-37.
关键词:虚实结合 嵌入式系统 单片机 应用创新
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)10(b)-0078-02
随着近年来大众创新创业的发展,高校创新创业竞赛也层出不穷。以单片机为首的嵌入式系统课程是完成许多创新创业大赛的基本技能,学生们迫切需求掌握单片机一类的技术,不少学生大一刚进校就寻求该方面的技能学习,拥有了一定基础后,参加各类比赛,为自己的创新创业计划添加砝码。
而这类课程出于整体教学计划的安排及前驱后续课程的衔接考虑,一般学校都安排在第5学期,而此时已有不少学生参加了各类比赛,对单片机技术多少有了一定的了解和掌握,甚至有个别同学十分精通。这部分人在第5学期选修该课程无疑是浪费时间,而不选的话又没有这科在就业中份量较重的成绩。
综上考虑,在有限的课时内,让学生了解更多的知识,使课堂上的内容融入现实生产生活中,使有嵌入式基础的学生更能发挥其能力,无基础的学生也能快速地学到单片机技术的基本技能,笔者学校嵌入式系统课程进行了课程改革,突破传统的教学模式,探索新的教学方法,切实提高学生的独立动手和解决问题的能力。
1 教改方案
1.1 以案例引导的课堂讲解
单片机原理及应用是一门只有在探索、实践中才能学到东西的课程。在课堂上一味地灌输,不仅无法达到培养学生能力的目的,还会使学生提不起兴趣。
把具体的时尚创意产品拿到课堂上讲解,让学生对实际的单片机应用系统有一个感性认识,同时让学生经历单片机产品设计开发的过程,掌握单片机设计开发过程中用到的各种软件及其工具,这对培养学生的设计能力、与实际联系的能力是大有益处的,使学生真正地应用所学的知识去设计一个应用系统。
采用实体产品演示,另一目的是给学生引入市场价格观念。单片机在电子行业应用极其广泛,该课程又属于应用设计类课程,与实际紧密结合,所以一定要有市场和成本观念。在讲授有关设计方面内容时,应注重使学生树立起经济效益、性能价格比的观念,这对于工科的学生是十分重要的。不能只讲授设计而没有经济效益观点,要把几种设计方案加以比较, 注重工程上的可行性、性能价格比。
1.2 以虚实结合的半实物仿真教学平台
以笔者学校国家级“电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心”建设为契机,结合通信工程专业实验室资源,建立一个全方位的网络化单片机学习环境,包括一个拥有30套单片机最小开发系统板的硬件实验室,实验室计算机和学生电脑都配备Proteus仿真软件,同时建立一个学习网站和一个答疑提问QQ/微信群。
课程初期,学生可以通过Proteus仿真软件进行纯计算机仿真,满足一些基本概念和软件操作的练习;课程中期,学生可以在实验室完成基础的硬件实验,认识基本硬件的组成和功能;课程后期,学生在实验室独立完成综合设计实验,培养单片机综合应用能力。而在整个过程中,学生可以通过校内电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心、学习网站、QQ群/微信群随时地学习课程内容,与老师、学生进行信息交流,提供及时的帮助,让学生学有参考、问有答案、练有指导的全程陪护学习。
1.3 以学生独立自主的课后大型综合设计实验
单片机课程有一个显著特点,就是以兴趣为引导的立即求知性。当学生看到案例演示时,只要激发起兴趣,那么他马上就想学习,马上会自己动手去做,更想知道下一次课还能学到什么。而原本课程的安排一周一次,一次2学时,花4个月去学习,这无疑大大削弱了学生的积极性。
该课程整合授课时间,每周两次课4学时,8周时间讲完,紧凑的课时安排,让学生迅速地学完该课程,并立即开展应用。而后8周时间,由学生利用课余时间,经过独立思考和动手,完成一个贴近实际的项目,真正地做到学以致用。
大型综合设计项目以创新设计能力为主要培养目标,综合考察全面应用单片机各个知识点的能力,将原来分散的小型演示验证实验集成为一个大型的系统设计项目。首先,实验室准备大量的备选项目(2~3人1组,题目不重),并制订项目设计任务书,给出设计目标、总体设计思路、软硬件资源以及最后要_到的效果等。同时鼓励学生自创项目(需老师认可所应用到的知识点是否全面)。
学生分组选择项目后,组织学生讨论,使学生充分发挥想象力,引导学生思考并提出项目解决方案,描绘出设计蓝图;然后开始查找资料、论证方案、设计电路、焊接硬件、编写程序、最后调试,整个过程以学生为主,教师指导点拨为辅,注重培养学生的自学能力、单片机软硬件设计能力和团队协作能力。
1.4 因材施教,分层次地进行教学
该课程安排在第三学年第5学期,有不少学生已在大一大二时参加了一些培训或自学完了单片机,并参加了各类比赛。针对这样的学生,开展分层次教学法,引导有能力的学生不仅仅局限于51单片机技术,对AVR、K60、STM32、ARM等高端单片机进行学习,同时,在完成大型综合设计实验项目的时候,认可不同类型的单片机出现,使学生真正地活学活用,不拘泥于教材与课堂的约束。
1.5 建立考核新模式
打破原有笔试考核方式,注重考核学生的实践能力和创新意识,以改变学生的学习方法和思维方式。考核主要突出对知识的理解能力、综合应用能力以及解决问题的实践能力的考察,促进学生认真学习,以达到教学的主要目的。
考核的能力主要有:(1)专业知识应用能力,包括电路分析、电子技术、检测技术、计算机高级语言、计算机辅助设计、电路设计与制作。(2)实际应用能力,包括硬件焊接能力、各类技术文档撰写能力、PPT汇报与口头表达能力、团队协作能力。
另外,不同的项目,制作难度肯定存在差异,这就需要兼顾公平性,在出题阶段,就要考虑调整设计方案来减小不同题目间差异;在口试时,主要考察学生基础知识的掌握程度,避免演示操作看起来很好,一问却什么也不会的情况,同样,口试也要设定可量化的问题,以示公平。
2 结语
通过课后项目的方式,学生能将单片机的各个知识点融合到一个大型综合设计实验项目中,这样既巩固了相关知识点,同时提高了单片机的实践操作能力,为后续专业综合实验、毕业设计等环节奠定了一定的基础。更重要的是,让学生经历了单片机产品设计开发的全过程,知道了一个产品从无到有的设计与制作过程,开拓了学生在创业方面的眼界,培养学生的创新设计能力和强化现代工程意识,有助于大学生对创新创业的正确认识。
以学科竞赛为激励和培养目标,激发有基础的学生自主探索更高层次的单片机应用,参加更高级别的竞赛,更多地给学生展示自己的机会,这样不仅能激发学生的学习热情,还锻炼了能力,增强了自信心。几年来,该校学生在电子设计大赛、挑战杯创业大赛等各类学科竞赛中,屡获佳绩,收到了很好的效果,为走入社会工作打下很好的基础,提高了就业竞争力。
参考文献
[1] 张玉伽.虚拟实验平台在嵌入式系统教学改革中的应用[J].科学中国人,2016(3):341.
关键词:嵌入式系统;项目驱动;能力培养;创新实践
作者简介:彭道刚(1977-),男,重庆人,上海电力学院自动化工程学院,教授;李辉(1979-),男,新疆乌鲁木齐人,上海电力学院自动化工程学院,副教授。(上海 200090)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0092-02
嵌入式系统是一个新兴且非常热门的专业技术领域,由于掌握嵌入式系统专业技术人才的严重匮乏,使得嵌入式硬件和软件研发的工程师成为了近年来较为热门的职业之一。因此,目前在全国各高校都掀起了一股嵌入式系统教学与实践的热潮。由于具有较强的技术性、实践性和综合性等特点,因此,有的高校也将其作为卓越工程师创新人才培养的突破口。
针对上海电力学院(以下简称“我校”)自动化(含电站自动化方向)、测控技术与仪器(含电站测控方向)等专业本科学生,我校嵌入式系统课程组老师就该门课程的教学过程进行了有益的探索和尝试。借鉴国外先进教学方法和国内市场上嵌入式专业培训公司的教学经验,采用讲座式的教育教学方式对学生进行教学培训,并采用项目驱动的方法,为学生提供自动化与测控技术专业方面的设计性、综合性等课题,让学生掌握面向本专业应用的嵌入式系统项目设计和开发的全过程;不仅培养了学生动手操作能力和实践创新能力,还培养了学生通过工程项目开发过程中的团队协作能力,从而解决理论教学与实践相互脱节的问题,避免出现学生只会读书而缺乏实践的高分低能的情况。
一、嵌入式系统教学过程中的主要问题
开设嵌入式系统课程的目的是为了培养能从事设计和研发具有数字化、网络化、智能化的电子产品的创新型大学生。但由于嵌入式技术是一门新兴技术,目前市面上适合该课程教学的教材偏少,而且大部分教材中的理论知识偏多,从概念、原理讲起,缺乏实例和直观性,不适合应用型人才的培养。学生感到抽象、枯燥,课后参考资料又极少,因此学生起初热情大,到后来越学越不懂,最后导致学生不爱听,教师教学也困难。
此外,由于大部分院校所开设的嵌入式系统课程都是针对各自学科特点,授课知识量大,实验课程内容也较多,使得授课教师往往会将各种知识点“填鸭式”地灌输给学生,忽视了学生的接受能力和对学生创新实践能力的培养,导致无法调动学生学习的主动性和积极性,影响了该门课程培养创新型大学生教学目标的实现。
二、嵌入式系统创新教学实践平台的建设
由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征,目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域,嵌入式系统取代单片机将成为历史的必然选择。所以,嵌入式系统创新教学实践平台的建设显得格外重要。该平台不仅可适用于我校自动化、测控技术与仪器等专业,也适合电气工程及其自动化、电子信息工程、网络与通信工程、计算机科学与技术等专业的高年级本科生嵌入式系统相关课程教学与实验、课程设计和毕业设计等内容,还可适用于硕士研究生和部分优秀本科生参加省(市)或全国大学生嵌入式类竞赛。因此,本平台采用目前流行的嵌入式ARM微处理器,操作上选用嵌入式Linux系统和Window CE操作系统,实验平台提供开放式的程序接口,可为使用者预留丰富的开发、扩展空间,通过具体的实践操作,让使用者掌握嵌入式系统设计与应用系统的开发。图1所示为嵌入式系统创新教学实践平台。
三、提高大学生创新能力培养的改革与实践
嵌入式系统课程在大学生的创新教育方面具有非常重要的地位和作用,教师必须在教学的各个环节中结合专业学科情况而不断更新教学方法和实践内容,只有这样才能将新的知识点和创新设计方法渗透到教学的各个环节,进而培养出创新实践的优秀人才。本成果通过以下几个方面的改革与实践来提高大学生创新能力的培养:
1.合理规划和设计教学内容,理论与实践充分结合
在嵌入式系统的教学方法和内容上,借鉴国外先进教学方法和国内市场上嵌入式专业培训公司的经验,采用讲座式的教育教学方式对学生进行基本知识点的教学培训,每次理论课程教学时,选取最基本、最重要的概念和知识点进行讲解。理论课后,给学生充足的时间消化、吸收和参考网上及其他图书资料。待学生掌握这些基本知识后,结合自动化和测控技术的嵌入式应用领域,采用项目驱动的方法,将学生按2~3人一组,为每组学生提供设计性、综合性课题,让其初步掌握面向本专业应用的嵌入式系统项目设计和开发的全过程,这样操作起到了很好的效果。
在实践教学内容上,由于嵌入式系统课程的技术特殊性,以及我校电力行业的学科和专业特色,市面上适合专业教学的教材或参考书籍又非常少,而且实验平台所对应的参考资料仅是针对具体实验设计,所以课程组老师出版了《基于工业网络的嵌入式发电设备状态监测》(北京:中国电力出版社.2009)作为课程在电力行业应用开发的参考案例和教材,并编制了适合电力行业自动化专业教学的嵌入式计算机系统讲义,内容十分丰富。
2.以学生为认知的主体,变被动学习为主动学习
在嵌入式系统的教学和实践中,强调以学生为认知的主体。教学中要尽量选择一些学生在平时生活和专业知识学习中的应用问题作为引起其感兴趣的内容,打破传统课堂教学的弊端,以实例和实验为主线,实行讲授与实验实践充分相结合的教学方式。根据课程知识体系,设计相适应的实验内容,通过一些简单的实验应用,先让学生看到实验的过程及结果,变抽象为具体,变枯燥为有趣,进而激起学生对嵌入式系统的学习兴趣;然后再让学生自己动手实验,在实验中逐渐加深理解内容,体会在实验实践中所学到的知识。
3.采用项目驱动提高学生兴趣,培养学生创新意识
为提高学生创新实践能力,教学过程中采用项目驱动教学方式,教师在此过程中通过实践引导学生自己去通过实践来寻求答案,让学生由被动学习变为主动学习,从而达到培养能力的目的。项目驱动教学方式是通过引入具体的实例开展教学,在这过程中,授课教师通过给学生分析项目的需求、设计方法等,一步一步地引导学生进行嵌入式系统实例项目的学习,进而激发学生的学习兴趣,让学生进行有目的的学习。实施过程中,将2~3名学生组成某一个嵌入式实例应用开发的兴趣小组,每个学生都将分担具体的工作,履行各自的责任,共同完成项目,不仅能发挥学生的个性,更有利于培养学生的创造性。
此外,充分利用实验室建立的嵌入式系统创新教学实践平台,把实验室向所有学生开放,只要学生有时间和兴趣,就可以随时到实验室进行实验与实践,指导教师在课外时间也给予学生一些必要的指导。同时,鼓励学生积极申报或参与学校和市级大学生科创类项目,部分特别优秀学生也参与指导老师承担的国家、省部级纵向课题和企业委托横向项目。这样可以让有能力的同学进行拓展性实践,极大地提高了学生从事科学研究与技术开发的能力。
4.选择合适的应用项目,作为项目驱动实践的主线
如何选择合适且有意义的实例项目是采用项目驱动教学方法首先需要考虑的问题。针对嵌入式系统的特点,实例项目应该来自能满足某种行业和学科专业需求,也可以来自于教师的科研项目或者各类创新研究课题和竞赛项目,对其难度要求适中,能满足教学实践要求即可。对于自动化、测控技术与仪器等专业,实例项目内容会侧重于工业控制、数据采集、数据通信、智能仪表、DCS控制系统等。在课程教学时,如果教学条件具备,可以首先展示实例样品,让学生有感性认识,以调动其学习兴趣和积极性;然后根据实践要求划分项目模块,让学生了解具体需要开展哪些工作和解决哪些技术问题。实践过程中,各个小组之间可以互相交流和学习借鉴,最终完成从系统需求分析到研究设计,再到最终产品样机的开发全过程。在这样的教学过程中,学生通过亲自动手验证所学的知识,理论与实际应用充分相结合,真正掌握了嵌入式系统设计与研究开发的能力。
5.改革课程考核方法,突出项目驱动实践过程成绩
课程考核是整个教学过程的重要组成部分,也是直接检验教学成果和成效的方式。在项目驱动的嵌入式系统教学实践中,必须突出学生动手实践能力和创新研究能力的重要性。此外,嵌入式系统这门课程的综合性和实践性也决定了不能用通常的闭卷考试方式来衡量学生的成绩,必须通过大量的实验和实践环节来加深学生对嵌入式系统知识的理解和掌握。因此,需要改变传统期末试卷考试的做法,改为注重学生的平时成绩和实验实践过程成绩,将平时成绩和项目实践过程成绩二者结合起来的考核方式显得更加灵活和有效。平时成绩以学生出勤和在项目实施过程中提出问题、解决问题的情况为标准,项目实践过程成绩以课程后期实例项目中的效果以及答辩的情况为标准。实践考核采取过关制,执行实践过程成绩不及格,该门课程的总成绩就应为不合格的考核制度,进而从思想深处来改变学生在其他课程中重理论轻实践的现象。由此可见,该考核方式是对项目实施全过程的考核,而并非仅对最终结果进行考核,可以更加全面地考核学生在实例项目学习中的表现。
四、结束语
根据我校电力行业的学科和专业特色,结合嵌入式系统课程的技术特点,通过开展项目驱动的嵌入式系统教学改革与实践,采用讲座式的教学方法,强调以学生为认知的主体,变被动学习为主动学习。教学内容上理论与实践相结合,通过学生和教师的互动,使学生在实践过程中学习理论知识,掌握实践操作技能,提高了学生分析问题和解决问题的能力。通过采用项目驱动的实践方法,使学生在课外实践中强化知识训练,锻炼综合实践能力。同时,我校鼓励学生开展各类科技创新项目,极大地提高了学生从事科学研究与技术开发的能力。
参考文献:
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