1嵌入式教學與科研現(xiàn)狀
嵌入式系統(tǒng)是以應用為目標而進行定制的專用計算機系統(tǒng)。它自出現(xiàn)以來就得到了廣泛的應用,使用領域遠遠超過了傳統(tǒng)的通用計算機系統(tǒng),既應用在航空航天、工業(yè)控制等工業(yè)領域,也應用在汽車電子、移動通信等生活領域[1]。近年來,隨著半導體技術的進步,嵌入式系統(tǒng)的成本不斷降低,性能不斷提高,應用范圍也隨之擴大,成為無處不在的計算系統(tǒng)。
盡管嵌入式系統(tǒng)的計算能力越來越強,功能越來越豐富,但是由于應用本身的差異性和技術上的快速發(fā)展,使面向嵌入式系統(tǒng)的科研和教育面臨較大挑戰(zhàn)。對于高校來說,如何在已有嵌入式系統(tǒng)課程的基礎上,將新的發(fā)展融入到科研與教學當中,更是亟待解決的關鍵問題[2]。
基于對嵌入式系統(tǒng)的重視,我國高校普遍開設了嵌入式系統(tǒng)及相關課程[3-6]。各高校根據對嵌入式系統(tǒng)的理解、學校的科研和教學基礎、產業(yè)發(fā)展的需要等多方面因素來開展嵌入式系統(tǒng)課程的設計與實施。武漢大學是國內較早進行嵌入式系統(tǒng)課程建設的學校,在課程建設方面積累了一定經驗。在課程設置上,武漢大學充分考慮到學生對課程內容的接受能力,課程教學的重心以基本理論為骨干、實踐環(huán)節(jié)為主體、各類項目為擴展。課程目標是使學生初步掌握嵌入式系統(tǒng)的理論知識,通過實驗和項目開發(fā)獲得實際的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗,具備較強的可持續(xù)發(fā)展能力。為了達到教學目標,武漢大學設置了面向本科生的“嵌入式系統(tǒng)”課程。該課程將理論與實踐相結合,通過理論教學與實踐教學的疊加,加強學生對課程內容的學習,使理論與實踐相互促進,達到較好的教學效果。同時,鑒于嵌入式系統(tǒng)是一門與產業(yè)發(fā)展關系密切的課程,自課程開設起,武漢大學即與嵌入式系統(tǒng)方向上的領先企業(yè)進行了合作,開展嵌入式系統(tǒng)前沿的科研工作,及時把握
產業(yè)發(fā)展的趨勢,了解企業(yè)對人才的需求,不斷改進教學,確保課程的持續(xù)發(fā)展。
2校企合作,英特爾嵌入式大學計劃助力教學
嵌入式系統(tǒng)課程是對實踐要求較高的課程,在課程建設過程中,高校需要將科研、教學與產業(yè)發(fā)展三者有機地結合起來,才能更好地開展教學工作,這就需要高校與企業(yè)在相關領域開展緊密合作。武漢大學嵌入式系統(tǒng)課程建設的主要經驗之一就是與企業(yè)的合作。學校較早與業(yè)界領先企業(yè)之一的英特爾公司開展合作,英特爾公司專門為中國嵌入式教育的發(fā)展設立了“英特爾嵌入式大學合作計劃[7]”,武漢大學是最早加入該計劃的種子學校之一,雙方的合作涵蓋教學、科研等多個方面,包括課程建設、師資培養(yǎng)、共建實驗室、學生競賽和科研項目等。
1) 課程建設。
嵌入式系統(tǒng)的特點之一是技術發(fā)展迅速,應用領域擴展速度快。在課程建設過程中,一個重要的問題是如何根據嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,將最新的技術進展與課程教學內容相結合。這首先要求教師能夠了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,同時也要能夠對相關技術進行適當?shù)娜∩岚才牛阌趯W生的學習。
武漢大學與英特爾公司合作,開展嵌入式系統(tǒng)課程的教學探索。武漢大學具有長期的嵌入式系統(tǒng)課程建設經驗,在校內相關領域教育方面具有豐富的經驗。而英特爾公司作為業(yè)界領先企業(yè)之一,在嵌入式系統(tǒng)的科研和工程方面具有極大的優(yōu)勢。雙方的合作使武漢大學將教學經驗與英特爾公司的相關積累相結合,從而推動課程建設。
在雙方合作過程中,武漢大學嵌入式系統(tǒng)課程組定期與英特爾公司的工程師和研究人員交流,雙方在嵌入式技術研究方面進行深入探討;同時,武漢大學也與英特爾軟件學院的資深培訓師進行嵌入式系統(tǒng)教育培養(yǎng)方面的經驗交流。通過多種交流合作,武漢大學一方面從業(yè)界獲得了嵌入式技術的最新進展,另一方面也了解了來自業(yè)界的對嵌入式人才的要求。學校將從與英特爾公司合作所獲得的技術、信息與自身的科研、教學相結合。例如,在嵌入式系統(tǒng)中逐漸開始應用雙核處理器。而傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)課程中則沒有多核相關內容。通過與英特爾公司的合作,武漢大學將Atom雙核處理器作為多核嵌入式處理器實例引入課程內容中,實現(xiàn)了課程內容的即時更新。
2) 師資培養(yǎng)。
嵌入式系統(tǒng)課程建設離不開優(yōu)秀的師資隊伍。武漢大學非常重視師資隊伍建設,致力于培養(yǎng)優(yōu)秀師資。學校建立了一支包括教授、副教授、講師和實驗輔導人員在內的師資隊伍。課程組成人員定期進行交流,提出教學改進計劃,提高教學質量。為了進一步提高師資水平,學校從課程組選派青年教師到英特爾公司進行參觀交流和學習,獲得第一手信息。同時每年選派教師,參加由英特爾公司主辦的嵌入式師資培訓班,并參加同期的嵌入式教學研討會,與兄弟院校交流教學經驗。
與此同時,武漢大學還致力于推動國內的嵌入式系統(tǒng)課程建設。在與英特爾公司的合作過程中,雙方建立了以師資培養(yǎng)和教學研討為核心的師資培養(yǎng)計劃。在該計劃中,武漢大學以華中地區(qū)為基礎,組織高校開展嵌入式師資培養(yǎng),并開展多個學校之間的嵌入式教學交流,推動整個地區(qū)的嵌入式課程建設。在師資培養(yǎng)計劃中,學校與英特爾公司合作,將學校的嵌入式系統(tǒng)課程大綱、教學計劃、教學內容和課件等課程資料與華中地區(qū)高校共享。在與兄弟高校的長期交流中,得到來自各方的反饋,更進一步地改進本校的課程建設。目前,隨著合作計劃的進展,嵌入式師資培訓已經擴展到整個華中地區(qū),覆蓋學校達到了近百所。
3) 共建實驗室。
嵌入式系統(tǒng)課程對實驗設備的要求很高,并且設備更新很快。武漢大學多次進行了課程中實驗硬件設備的更新。英特爾嵌入式大學合作計劃為武漢大學提供了課程實驗設備方面的支持,譬如華北工控的LAB-8902嵌入式實驗平臺等。
為了培養(yǎng)學生的實踐動手能力,武漢大學設計了形式多樣的實踐方式。首先,學校基于實驗設備設計了相關的課程實驗;包括基礎實驗和綜合實驗,作為課程內的實踐方式。其次,學校與英特爾公司合作,設計了適合于本科生的科研與實踐項目,作為擴展的實踐方式。這樣的項目由武漢大學發(fā)布,并提供相關的設備和技術支持。而英特爾公司則派出資深工程師,為學生提供講座,進行項目指導。
4) 學生競賽。
學生競賽也是培養(yǎng)學生實踐能力的一種重要方式。武漢大學鼓勵學生參加各種類型的學生競賽,并積極參與學生競賽的組織與承辦。在參賽的過程中,學生學習獨立地完成一個完整項目的設計、實現(xiàn)和演示等;而課程組有專門的教師負責指導參賽學生。學生參加競賽要在賽前認真進行課程內容學習和實踐。在競賽過程中,學生將逐步學會方案的分析和設計,并實現(xiàn)方案。課程組指導教師將引導學生進行創(chuàng)新性設計,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
作為英特爾公司的重要合作伙伴,武漢大學受大賽組委會的邀請,參與歷屆英特爾杯大學生電子設計大賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽。該比賽是針對國內高校的嵌入式方向專題競賽,是與嵌入式系統(tǒng)課程緊密相關的主題競賽,對于學生在嵌入式系統(tǒng)知識方面的學習和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到重要的促進和激勵作用。武漢大學積極組織相關學生訓練并參賽,在歷屆比賽中均取得了優(yōu)異的成績。今年,武漢大學還組織學生積極參與第四屆英特爾杯全國大學生軟件創(chuàng)新大賽(MeeGo應用開發(fā)邀請賽),旨在積極推動嵌入式系統(tǒng)教學相長,提高學生實踐能力。
5) 科研項目。
科研是教學發(fā)展的重要基礎與延伸。武漢大學嵌入式系統(tǒng)課程組正是將整個課程的建設建立在科研成果之上,以教學促進科研,以科研指導教學。課程組教師均是長期在科研第一線開展研究工作的骨干科研人員,也是一個具有長期合作關系、充分具備了團隊合作精神的科研團隊。這就使得課程組在進行課程建設時,能夠實現(xiàn)科研與教學團隊的一致性,在貫徹教學任務、實現(xiàn)教學目標上具備了更為充分的條件。武漢大學承擔了多項國家級、省級的嵌入式課題,同時在與英特爾公司的合作過程中,也承擔了部分來自英特爾公司資助的科研工作。課程組通過承擔這些前沿工作,更多了解到了嵌入式系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢,對于調整課程、改進教學大有裨益。
此外,為了更好地鍛煉學生的實踐能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神,武漢大學鼓勵學生參加到相關的科研項目當中。學生參加科研項目,并不意味著學生完全獨立地開展科研活動,而是讓學生在這個過程中開展實踐,并了解如何發(fā)現(xiàn)與解決問題。例如,在面向湖泊的環(huán)境監(jiān)測項目中,課程組將項目的一部分進行拆解,分成不同的微課題。然后引導學
生發(fā)現(xiàn)微課題中的關鍵問題,進而提出解決方法,實現(xiàn)解決方案。在這個過程中,學生逐步學會了利用所學知識實踐創(chuàng)新。
3總結與展望
嵌入式系統(tǒng)應用廣泛,且發(fā)展迅速。這既是高校嵌入式教學面臨的挑戰(zhàn),也是一個重大機遇。嵌入式系統(tǒng)及相關課程需要在課程建設上不斷改進,實現(xiàn)課程的可持續(xù)發(fā)展。筆者以武漢大學的嵌入式系統(tǒng)課程建設為例,對嵌入式系統(tǒng)課程的課程設計、教學科研等方面進行了分析和闡述,分享了校企合作共同開展嵌入式領域教育合作的經驗。
盡管武漢大學嵌入式系統(tǒng)課程建設已取得了初步成效,但由于嵌入式技術在不斷發(fā)展,課程建設也必將是持續(xù)不斷的長期工作。在課程設計、內容安排、實驗設計、設備更新、科研探索等多個方面,我們仍然需要不斷改進完善,堅持并加強與英特爾公司等業(yè)界領先企業(yè)的交流合作,將嵌入式系統(tǒng)理論及實踐更好地融入到課程當中,培養(yǎng)出更多符合時代要求的創(chuàng)新型、實用型嵌入式人才。
參考文獻:
[1]P. Ca