應用型本科自動化專業嵌入式課程教改研究

郭　波　羅小青　管菊花

摘要:傳統應用型本科自動化教學體系結構落后,導致畢業生缺乏高新技術工程實踐能力,無法適應企業的用人需求。本文從應用型本科自動化專業嵌入式課程的理論教學和實踐教學兩個角度,分別論述了教學內容、教學方法、考核方式、課外實踐等方面的教改成果。通過對嵌入式系統教學現狀的分析,提出了一套嵌入式系統教學體系的改進方案,為建立較為完善的高新應用型人才培養模式打下基礎。

關鍵詞:嵌入式課程;教學改革;應用型本科;自動化

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

隨著高新技術發展和產業不斷升級,生產、建設、管理、服務第一線對高層次應用型人才的需求更加迫切。應用型本科教育屬于高層次的技術教育,其培養目標應定位在現場工程師崗位群。應用本科教育是針對我國普通本科教育培養單一學術性人才模式進行的教育模式改革,是以培養高等技術應用性專門人才為目標的本科教育類型。自動化專業是一個應用廣、更新快、新技術集中的專業。由于傳統教學課程體系過于陳舊,難以跟上高新科技發展的步伐,因此,經常會出現與該專業相關的高新技術應用人才奇缺的現象。如當前所出現的嵌入式系統應用型人才高薪難求的局面就可見一斑。隨著嵌入式技術迅猛發展以及應用領域的不斷拓寬,社會對嵌入式技術人才的需求越來越強勁。所以,在一般應用型本科人才培養環境下,探討和研究應用型本科自動化專業嵌入式教學改革,建立較為完善的高新應用型人才培養模式成為一個急需研討的課題。

1理論教學的改革

1.1教學內容的改革

將現有“微機原理與應用”課程在教學體系中刪除,添加“嵌入式系統原理與設計”類課程。將其主要背景機由原先的PC機改成嵌入式微型計算機。充分利用先修課程的理論基礎,重點介紹嵌入式系統開發的特點。利用較少的課時,講授嵌入式微型控制器的體系結構、硬件結構與功能、系統設計的理論基礎知識。理論教學的宗旨是:不求內容面面俱到,但求學生基礎扎實,在此基礎上掌握至少一種操作系統的應用。

1.2教學方法的改革

(1) 課堂教學以基礎課程體系為中心,以激發學生興趣為主線

教學大綱是根據課程內容及其體系編寫的教學指導性文件,是進行教學工作的主要依據。課堂教學應堅持以教學大綱規定的基礎課程體系為中心。同時,嵌入式課程有著應用型強,與高新技術產品聯系緊密的特點。學生普遍感興趣的消費類電子產品,如MP4、電子詞典、PDA、GPS汽車導航儀等正是嵌入式技術的典型應用。在課堂教學時,播放本校已完成的嵌入式項目成果錄像,以激發學生學習嵌入式課程的興趣,提高學生進行嵌入式制作與設計的渴望度和期望值。

(2) 現代化教學手段的引入

① 傳統板書教學的優勢

傳統的黑板板書教學,充分協調了教師的主導作用和學生的主體作用。板書教學手段布局簡潔,對教師的教學行為束縛小,具有即時、靈活的特點。教師可以根據課堂教學的實際需要,及時調整原先的課前預設方案,便于隨堂發揮。而且板書內容在黑板上保留時間較長,有的可以貫穿課堂始終,便于學生回顧。

② 現代化教學手段是傳統板書教學的補充

多媒體教學是以流線型特征展現的,便于插入圖片和動畫,使得課堂教學更加生動。基于此,在嵌入式教學中,我們可以借助傳統黑板板書這一教學平臺,把那些不是完整地出現,需要經過動態和逐步演繹推理才能逐步完善、形成整體的板書內容,通過黑板板書的形式講授。同時,我們把那些教學圖片,相關視頻錄像,從網絡下載的優秀教學資源,通過多媒體的形式展現出來,對提高學生興趣、增加授課生動性,都大有裨益。例如,在講授ARM處理器的幾種尋址方式時,我們采用板書的教學方式,風格簡潔清晰,教學效果良好。由于板書保留時間較長,學生學習幾種尋址方式時,便于進行前后對比認知性學習。而我們在講授ARM硬件結構時,一般采取現代化多媒體教學手段。倘若板書教學,繪制硬件電路圖,勢必要花費較多的時間,且與多媒體屏幕展示的電路圖相比,在清晰度和美觀性上都相對欠缺。

(3) 小組答辯式課堂教學組織形式

在每次課程結束前十分鐘,教師布置小組答辯題目。下次課前十分鐘,在分好的答辯小組中任意抽取一組進行答辯。答辯成績計入期末考核成績。這種教學組織形式,既提高了學生學習的積極性和主動性,加深了對以往學習知識的理解,又培養了學生的團隊合作精神。

1.3考核評定的改革

我們在教學改革的過程中,對嵌入式課程的考核方式也進行了大膽探索。理論課程成績和實踐成績各占總成績的50%。理論課程成績主要由小組答辯成績與基礎理論考試成績兩部分組成,分別占理論成績的30%和70%。

2實踐教學的改革

過去開設了很多計算機、控制類的基礎理論課程,自下而上、循序漸進的教育方法使學生無從驗證所學的理論知識。我們不僅依靠課內教學,而采用課內與課外緊密結合的方式來培養學生開發嵌入式系統的能力。根據學生的興趣及社會人才需求的方向,引導課外實踐。嵌入式系統教學應特別注重學生動手能力的培養。學生通過實踐加深對技術的理解,迅速提高技術水平和對技術的領悟。實踐起到了鞏固理論知識的作用。如何加強實踐教學,培養創新人才是當前高等教育學術關注的熱點。

2.1實驗教學內容改革

實驗教學的內容主要依托相應的課程,對學生進行三個方面的基本訓練。一是訓練學生了解基本實驗設備原理、掌握正確的操作方法。二是通過必要的驗證性實驗加深學生對所學基本理論的理解。三是設置綜合性實驗和設計性實驗對學生進行初步工程實踐能力的訓練。我們在實驗教學改革中,一方面要優化實驗教學內容,根據應用型本科自動化專業學生知識結構和能力培養的要求,對原有實驗內容進行了調整和更新,精選內容典型、具有代表性的實驗項目,同時加大綜合性、自主設計性實驗的比重,并根據實際情況開設選擇性實驗,供學生根據個人的興趣和能力選做。在實驗課程設置方面,注重工程能力的培養,突出工程實踐的磨練。通過上述實驗內容的改革,讓學生了解嵌入式系統的原理及特點,掌握硬件平臺和操作系統的相關知識,學會嵌入式軟件和硬件的一般開發方法和開發流程。通過實驗使學生掌握嵌入式操作系統的移植、設備驅動程序的編寫和嵌入式應用項目的開發。

2.2實驗設備多樣性改革

我院自動化專業在嵌入式實驗室平臺建設方面已實現多樣性。我院已和北京精儀達盛科技有限公司聯合建立ARM與嵌入式實驗室,使用面積80平方米。本實驗室包括30臺ARM實驗箱、30臺計算機,可插拔安裝的ARM7、ARM9、ARM10核心板以及GPS、微型打印機、步進電機等多種擴展模塊。與美國德州儀器(TI)、北京合眾達電子技術有限公司聯合建立了DSP嵌入式實驗室,使用面積80平方米。該實驗室現有計算機30臺,DSP教學實驗箱SEED-DTK5502共30臺,TMS320VC5402開發板30套,TMS320VC2812開發板30套。單片機實驗室使用面積60平方米,現有計算機42臺、啟東單片機開發板38套、步進電機38個、液晶顯示38個、溫度傳感器38個。

2.3全面開放實驗室,建立實踐創新基地

應用創新性實踐活動特別是課外科技活動是培養學生創新能力,提高專業素質的基礎。為使學有余力的學生掌握多方面的技能,創造更多的學習機會,我院嵌入式實驗室對學生全面開放。在此基礎上,建立多個學生課外創新實踐基地(如機器人創新實踐基地、SoC創新實踐基地、自主性綜合性設計實踐基地等),鼓勵、指導學生特別是尖子生利用課余時間去實驗室和各種創新實踐基地參加嵌入式系統設計。通過畢業設計和吸納高年級本科生參加教研室科研和實際工程項目,讓學生在嵌入式系統開發技術方面有更深的理解、更大的提高。在條件允許的情況下,積極參加各類嵌入式作品設計大賽,進一步磨礪學生的開發能力。我院學生已在“ZLG”杯中國大學生嵌入式大賽等全國性比賽中多次獲獎。

2.4建立校外實訓基地

應用型本科自動化專業學生畢業后,除部分選擇考研繼續深造外,相當數量的畢業生面臨就業。用人單位對嵌入式人才的需求是應用型本科嵌入式課程培養學生的重要依據。我院自動化系通過長期的校企合作,已成功在北京精儀達盛科技有限公司、北京合眾達電子技術有限公司建立了校外實訓基地。每年都有畢業生赴基地進行學習參觀、課程設計和畢業實習。

2.5實踐成績評定的改革

如前所述,我院對傳統的嵌入式課程傳統的成績評價方式進行了改革,理論課程成績和實踐成績各占總成績的50%。實踐成績包括基礎實驗成績、綜合實驗成績和自主創新實驗成績,各占實踐總成績的三分之一。避免學生一味循規蹈矩,死讀教材,追求考試成績高分,而忽視了對實踐動手能力和創新能力的鍛煉。

3總結

應用型本科自動化專業嵌入式課程的改革旨在培養學生嵌入式系統開發能力,包括51系列8位單片機、ARM、DSP等各種嵌入式系統的調試、測試和開發技術。畢業后,學生將具備初步的嵌入式系統開發能力,能適應嵌入式系統產品市場對人才的需求,成為嵌入式系統產品企業所急需的技術人員。應用型本科自動化專業嵌入式課程教學改革的研究與實踐,增強了學生的嵌入式技術實踐創新能力,使學生具有某方面的嵌入式技術特長,滿足了社會對高新技術應用型人才的需求,提高了應用型本科自動化類專業學生的就業率,促進了培養院校的健康發展,并且推動了學校與高新企業的合作,為定單式教育打下良好的基礎。

參考文獻:

[1] 顧可民. 計算機專業實用型人才培養模式的研究與實踐[J]. 遼寧教育研究,2007(5):11.

[2] 申功璋. 自動化學科專業人才培養分類及其定位研[J]. 中國大學教學,2005(3):19.

[3] 斯榮喜. 獨立學院應用型創新人才培養模式探索[J]. 高等工程教育研究,2005(1):45.

[4] 牛建偉,張炯. 北京航空航天大學嵌入式系統課程建設[J]. 計算機教育,2008(7):21.