基于教學實踐本質的一體化實踐教學體系構建與實施研究

譚 海 湯 彬

摘要:本文針對擴招后生源狀況的變化,以嵌入式學科專業為例,基于教學實踐本質學說理論提出以應用性和實踐性為基本特點,以實驗、實訓和研發相結合,通用職業能力與專業素養相結合,校內、企業相結合的教學體系構架;構建了培養學生的綜合素質、技術實踐與應用能力、創新與合作精神的三學期教學體系,提高學習內功、做足功課,有效緩解當前企業用人單位與學校培訓學生之間的矛盾。

關鍵詞:三學期;創新學分;嵌入式系統;教學實踐本質;能力素質模型

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1基于教學實踐本質學說的理論基礎

教學實踐本質學說是關注教學活動從師生展開活動、學生獲得一定的收獲,到學生發生某種成長性變化的最終結果這一系列邏輯鏈條中的過程和最終結果的意義,作為中間環節的認識或意義獲得只是達到最終發展目的的手段,盡管這一手段的獲得本身也是作為過程的最初或顯在的目的而存在的。本課題在深刻理解教學實踐本質說和充分調研的基礎上,采取科學分析的手段和方法,注意實際數據的收集、積累和分析,對各實踐教學環節進行整合,把培養學生綜合實踐能力的實踐教學作為一個整體考慮,單獨制定實踐教學計劃與大綱,構建綜合實踐能力整體培養目標體系,通過各實踐教學環節的落實來保證整體目標的實現。這里實踐教學計劃的單獨制定,是把實踐教學體系與理論教學體系綜合考慮,使兩者相互補充,緊密配合,共同完成對學生整體培養目標的實現。

2專業培養目標

2.1嵌入式專業的現狀

嵌入式系統是軟硬結合的電子設備,所涉及的專業知識涵蓋了計算機、電子、通信和控制等多個領域?，F有傳統高校對于嵌入式人才的專業培養基本上還是空白,只有部分大學的軟件工程碩士開設了嵌入式方向,或者是在相關專業的職業選修課里增加幾十學時的嵌入式系統概述課程,這樣的培養體系無論是從質還是量上都無法滿足社會對于嵌入式人才的需求。

目前從事嵌入式開發的人員主要由以下兩類構成。

一類是學電子工程、通信工程等偏硬件專業出身的人,他們主要是搞硬件設計,有時要開發一些與硬件關系最密切的底層軟件:如引導程序(Bootloader)、板級支持包(BSP)和最初級的硬件驅動程序等,他們的優勢是對硬件原理非常清楚,不足的是他們更擅長定義各種硬件接口,但對復雜軟件系統往往力不從心。例如嵌入式操作系統原理和復雜應用軟件等。

另一類是學軟件工程、計算機專業出身的人員,主要從事嵌入式操作系統和應用軟件的開發,他們往往比較擅長基于固定的開發平臺進行軟件的編程,不足的是對硬件原理和接口了解較少,很難實現與硬件相關的編程,如BSP和硬件驅動程序等。另外,目前市場上的嵌入式技術培訓已成為IT職業教育的熱點之一,但這些培訓大多都是基于某一固定開發平臺,通用性比較差,造成培訓出來的學員缺少相應的專業背景知識,很難適應繁多的嵌入式產品開發領域。

從以上分析可以看出,目前嵌入式職業培訓以及高校培養的電子、計算機等專業人才在從事嵌入式系統開發時雖然有其特定的專業優勢,但嵌入式系統屬于一個交叉學科,涵蓋了微電子技術、電子信息技術、計算機軟件和硬件等多項技術領域的應用,有足夠的課程背景作支撐,很難掌握嵌入式系統的開發原理,這也是開設嵌入式系統課程困難的原因之一。

2.2培養目標

嵌入式系統工程面向電子與信息產業培養嵌入式系統,尤其是嵌入式軟件工程、技術開發和項目管理所需的高層次、實用型、復合交叉型國際化人才。通過課堂教學與實驗、綜合項目練習、工業實習以及前沿技術講座等多種形式,學生將接受扎實的嵌入式系統設計與開發的基本訓練,重在培養學生的開拓創新精神與個性發展,同時培養學生了解嵌入式行業、適應嵌入式行業和具備良好職業行為的能力,畢業學生有能力適應嵌入式系統各類產品的市場需求。這種能力包括以下這個方面內容:

(1) 掌握嵌入式系統的基本理論、基本知識;

(2) 掌握嵌入式系統理論、技術及主流開發、調試和測試工具;

(3) 具有嵌入式系統軟件、中間件、應用軟件及硬件的研究開發能力,以及在移動通信服務終端、家庭網絡和數字家電等領域的嵌入式系統開發能力;

(4) 了解軟件工程相關法規;

(5) 熟練掌握一門外語,能順利閱讀一般外文資料和專業文獻,具有較流利的聽、說、寫、譯的能力,達到學校外語學位考試標準;

(6) 具有嚴謹的治學態度,艱苦奮斗、實干創新的精神和熱愛勞動、遵紀守法、自律謙讓、團結合作的品質。有較好的文化、道德修養和健康的心理素質,養成良好的生活和學習習慣。

3主要課程與學位課程

3.1嵌入式系統人才能力素質模型

嵌入式系統人才應是適合企業環境,具有專業知識和工程實踐能力的復合型人才,圖1描述嵌入式系統人才需要具備的能力素質模型。

3.1.1職業素質

傳統的高等教育注重的是專業知識的傳授,培養的是專業人才,而現代企業需要的是職業化的專業人才。企業選拔人才、考核人才主要是從德、能、勤、績四個方面考核,德排在首位。因此,職業素質的培訓應是培養嵌入式系統人才的基礎,主要培訓學生的職業道德、團隊合作精神以及溝通能力。

3.1.2知識結構

嵌入式系統融合了微電子、計算機硬件、通信和電子工程等多種技術,嵌入式系統的開發也是一個基于多種技術、工具和應用域專業知識的軟件工程,嵌入式系統的開發同樣要經歷軟件工程的需求分析、系統設計、編碼、測試、維護等過程,因此,嵌入式系統專業人才的培養不同于傳統的計算機軟件人才的培養,除了系統學習軟件工程的開發方法、項目管理等知識,硬件知識、應用域專業知識、嵌入式系統的開發技術與工具也都需要了解,但又不可能在有限的時間內對各個領域的知識進行全面深入的學習,于是,對硬件、應用域專業基礎、開發技術與工具的知識點、范圍與深度的選擇變得非常重要。

3.1.3工程能力

對于嵌入式系統人才而言,工程能力是非常重要的。因為他們要去創建一個實際的系統,在這個過程中,他們要不斷學習新的開發平臺與工具,需要有軟件、硬件的集成能力,也需要過程控制、項目管理的能力。

3.2課程體系

拋開應用域的差異,分析嵌入式系統開發的技術、平臺、工具與開發方法,嵌入式系統專業課程體系設置如圖2所示。

3.2.1公共基礎課

公共基礎課主要是本科生必修的基礎課程,如政治、英語、數學及科技協作與溝通技巧。

3.2.2專業基礎課

“嵌入式系統概論”使學生了解(認識)嵌入式軟件和硬件的一般開發環境與流程,并掌握一種實驗開發工具;“嵌入式系統高級C語言編程”使學生掌握針對嵌入式系統的基于C語言的軟件項目開發的流程,掌握較為復雜的C語言編程知識和技巧,培養學生良好的編程風格和調試習慣,并通過對一個具體的軟件模塊(ASIX Window GUI)的分析,使學生掌握分析代碼的方法以及設計軟件系統需要考慮的各要素;“軟件項目管理”是學生掌握軟件和項目開發基本流程、基本角色。

3.2.3專業方向基礎課

通過專業方向基礎課的學習,學生可以基本掌握嵌入式系統設計的方法與技術?！扒度胧讲僮飨到y”使學生了解各種嵌入式操作系統的發展與現狀,現代操作系統原理,并重點掌握Linux操作系統及在嵌入式系統中的裁剪與選擇;“嵌入式軟件設計”將基于Linux操作系統,使學生掌握嵌入式軟件設計的要點與方法、軟件開發調試的工具與方法等;“DSP軟件開發技術”使學生了解DSP的基本結構及工作原理,理解和掌握基本的數字信號處理算法的基礎知識,掌握嵌入式DSP系統的軟件設計開發實用技術。

3.2.4專業選修課

專業選修課是拓寬學生知識面,針對嵌入式系統開發行業,面對就業和實際需求市場所開設的一些課程。

3.2.5工程實踐、企業實習

整個學習過程由實踐貫穿始終,工程實踐、企業實習是一級一級地,由基礎到專業、由簡單到復雜、由個體到團隊逐步強化訓練的過程。

3.3主干課程

軟件項目管理、嵌入式系統高級C語言編程、嵌入式系統概論、微機原理、C語言、Linux/Unix、電路、嵌入式體系結構、嵌入式操作系統、嵌入式軟件設計、DSP軟件開發技術、嵌入式數據庫、單片機開發、基于J2ME架構的嵌入式軟件開發、WinCE與嵌入式軟件開發、VxWorks與嵌入式軟件開發、數據結構與算法設計和編譯原理。

3.4學位課程

4主要實踐環節

培養嵌入式系統人才,工程實踐能力非常重要,我們通過多級實踐、專業的實驗室、企業合作、有實踐經驗的教師等多方位的努力,使學生在畢業時成為一名合格的嵌入式軟件工程師。

4.1多級實踐

每門課程都有大量的實驗,通過實驗與作業掌握所學內容。

(1) 一級工程實踐

通過強化訓練,使學生掌握C、C++編程語言,并獨立完成應用程序設計。

(2) 二級工程實踐

專門設計針對工業控制、通信、移動等應用領域的嵌入式軟件的實踐項目,以及項目要考核學生的知識點與能力標準,并在實踐過程中遵循企業的管理體系,訓練學生項目管理、團隊合作、學習創新的能力。學生組成團隊完成嵌入式系統應用軟件的開發,實踐項目可選擇不同應用領域的項目。

(3) 企業實習

學生將在企業進行一年的實習,參與企業實際項目的開發。

4.2專業實驗室

建立專門的嵌入式軟件專業實驗室,配備相應的軟件、硬件環境,軟件包括常用的VxWorks、uCOS、Linux等操作系統,以及Sybase、Sqlite等常用應用軟件;硬件包括DSP仿真器、開發板、ARM仿真器+開發板以及試驗用的其他模塊。實驗室能同時容納30人進行實驗,每個同學和教師都有自己的PC,并由專業軟件NetOp School管理,實現教師和同學的互動教學。

5專業教學特色

(1) 招生要求:招生時宜從大一學生中通過選拔考試獲得有潛力的生源,并以此帶動學風建設;

(2) 產業化授課方式:嵌入式系統設置專門機房,所有授課環節都在機房進行,教師邊授課邊操作,學生可以當場操作加深理解記憶;

(3) 工業化課程體系:課程開設強調知識的一體性,同學期的課程開設和授課強調知識點的配合,一起為專業知識體系和實訓作鋪墊。

(4) 工業化實訓環節:理論和實驗時間比為2∶1,強調相關課程之間的協調和配合,課程實驗環節實驗的開設為項目實訓做準備,項目實訓不是單門課程的實訓,而是該學期所有課程的整合實訓,強調知識間的聯系和知識體系;

(5) 工業化培養方案:整個教學環節連貫統一,一氣呵成。課程與課程之間、實訓與課程之間、實訓與實訓之間渾然一體,學生實驗和實訓都以工業化項目團隊的形式進行,強調知識能力的溝通和協作;

(6) 雙畢業證:學生可獲得選拔前和嵌入式系統工程的本科畢業證和學位證書;

(7) 科研機構作為強力后盾:軟件工程研究所提供其開發項目:“一卡通”等被作為教學實例進行講解,同時給學生提供實際的項目研發機會;

(8) 產學研結合:鼓勵學生創新和創業,全力支持并要求學生必須參與全國性挑戰杯、電子設計等大賽及其他實際科研項目,有學分要求。實行三學期制(專門安排一學期進行項目實訓,沒有考試等其他事情干擾)、導師制,優秀學生可直接保送本專業研究生。培養的學生將為校區的科研提供工業化的開發團隊,成立項目受控實驗室(孵化室),產學研渾然一體,產學研場所和環境如圖4所示;

(9) 形成省級嵌入式IT實訓中心:面向全省高校、企業進行嵌入式IT行業的培訓,并推薦就業,同時也為我們的產品實業化積累人才和知名度,使產品推廣成為可能。我們在培養人才的同時自己本身也在實踐創業和創新。

6結束語

嵌入式系統專業是一個交叉性專業,不同學校根據自身辦學定位點和辦學資源,會有不同的人才培養定位,我校作為教學型大學,嵌入式系統專業定位于培養側重于嵌入式技術的高素質應用型人才,因此,我們將實踐和實訓要求提到比較高的地位,并按照上述方案進行改革,并取得了比較好的教學效果,為其他高校在提高嵌入式系統專業學生的應用實踐能力方面,提供了一種參考模式,以供同行參考。