實踐驅動教學在獨立學院應用型人才培養中的探索

高巍+蔣偉鋼++鐘梅+胡旭昶+張戰

［摘要］獨立學院的理工類學生，整體上存在文化基礎弱、學習主動性缺乏等“先天不足”，可同時又表現出個性強、思維活躍等特點，因此，獨立學院應從學生自身特點和培養定位來改革傳統的教學模式。本文以獨立學院軟件工程系下的“嵌入式系統”課程為例，探索一種以應用為目標，以學以致用為原則，以實踐環節為核心的培養模式，優化課程內容，去繁就簡,側重提高學生的工程開發能力，由此來培養理論適用、技能過硬的應用型工程人才。

［關鍵詞］獨立學院應用性人才嵌入式課程實踐教學

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0004-03一、嵌入式系統課程教學現狀和問題

在21世紀的后PC時代，嵌入式技術及產品已成為信息產業研究和應用的熱點。近年來許多高校的電子、自動化及計算機、通信等專業針對市場需求紛紛開設了針對32位處理器的嵌入式系統課程。但由于嵌入式系統教育發展歷史不長，各高校在課程的設置和內容編排上，尚處于起步和探索階段，其主要問題表現在：

第一，與其他專業課程相比，嵌入式系統課程涉及內容龐雜，培養的是軟硬件相結合的復合型人才，對學生的專業知識有較高要求。

第二，嵌入式系統課程一般都脫胎于傳統的自控、電子工程、通信工程、計算機應用等專業領域，為了通用于這些專業下的嵌入式技術教學，市面上的教材和實驗指導書的內容設計都力求面面俱到，缺失了專業的針對性，其中又以偏硬件居多。

第三，傳統的高等教育偏重于理論的傳授，而嵌入式技術學科交叉性強，實踐比重大，學生若在實踐應用上沒有得到良好的鍛煉，則無法較快勝任嵌入式工程師的職位。

獨立學院作為公辦民營的應用型本科，學生整體理論底子薄，學習起點低，可同時又不乏思維活躍，動手能力強等潛質。獨立學院如果簡單地套用“一本”院校的嵌入式系統課程設置，則將面臨更為棘手的挑戰，也不能反映獨立學院人才培養的特色。

筆者所在的寧波大學科學技術學院于2009年在軟件工程專業開設了嵌入式系統課程。在前期教學過程中，我們發現圍繞理論知識授課，往往內容枯燥，無法達到好的教學效果。而作為輔助的實驗課內容，主要完成的是實驗箱附帶的驗證性實驗，缺乏探索性和開放性，制約了學生的主觀能動性。

同時，嵌入式技術覆蓋了軟硬件的多項領域，而軟件工程專業下嵌入式技術培養的定位應該是嵌入式產品及應用系統設計與開發、產品維護與技術服務的軟件工程師。我們如果沒有對通用的教學內容進行裁剪和主次區分，既不能突出培養的重點，也不符合工程實踐教育專而精的思路。

二、適合獨立學院軟件工程專業的嵌入式系統課程教學探索

根據市場調研，嵌入式產業人才結構中需求量最大的還是嵌入式軟件開發的相關技術人員。因此從獨立學院的學生實際學習能力出發，首先我們明確了軟件工程專業下的嵌入式系統學習應在熟悉硬件的基礎上，以軟件學習為重點。目前32位嵌入式系統其軟件設計都已經進入到依托對應的軟件設計平臺應用高級語言開發的時代，軟件工程專業的學生沒有學習過單片機課程，但先修過“微機原理與接口”，并且系統學習過Linux，因此側重于學習基于操作系統的驅動編程或者上層應用是可行的。

其次，在具體的教學實施中，我們采用“基礎實驗+綜合實訓”來驅動學生實踐能力的提高，其特點在于不再以理論知識為主線，而是以案例實踐為主線，按照應用性、可操作性的原則進行課程教學內容的編排，通過實例解讀來推動學生對理論的掌握和深入。就此，我們從改善實踐環境，調整實踐內容和強化實踐驅動三方面著手進行了課程建設。

（一）改善實踐環境

改善實踐環境的目的在于把傳統相對封閉的實驗教學變革為開發式的實驗教學，使得學生擁有良好的實踐條件，激發他們學習技術的熱情。具體從以下四個方面著手：

1.設備配置

我們通過幾次追加硬件設備投入，前后共配置了可容納四十人的嵌入式技術實驗室兩間，分別為嵌入式課程實驗室和嵌入式創新實驗室。前者用于課程實驗，后者用于學生創新能力的培養。購置基于S3C2410 芯片系列的ARM9教學實驗箱40套，PC機80臺以及一系列GPRS、GPS、傳感器、RFID射頻、視頻攝像頭等實驗模塊，并購置了若干臺最新的ARM11教學平臺， Atom凌動平臺和Android 3G開發平臺，專門用來承擔課程的教學和實訓。

2.開放時間

除正常課程教學之外，實驗室在課外時間也對學生開放，保障學生有充足的動手操作機會。

3.開發環境

所有PC機均通過虛擬機安裝上Linux，配備齊全的軟件開發環境，并接入互聯網，旨在鼓勵學生通過互聯網、技術社區等方式主動搜索、學習本課程相關知識。

4.開發板租用計劃

實驗室另外采購了三十套價格低廉的嵌入式開發板，允許選修嵌入式系統課程的同學在完成相應手續的條件下，租借開發板，以此鼓勵學生自主學習和創新設計。

（二）調整實踐內容

工程應用型技術人才的成長應該是從理論到實踐，實踐反饋理論的螺旋上升過程。本著這樣的思路，我們在教學的組織過程中，劃分了“學習”、“演練”、“提高”三個階段，它們分別對應了三個層面的實踐過程：基礎實驗、綜合實訓和作品設計。

1.基礎實驗

這部分實驗是整個實踐環節的基礎部分，案例規模相對較小，目的是使學生了解和熟悉ARM嵌入式軟硬件的基礎開發流程。實驗緊跟理論教學進度，以單元實驗為基礎，幫助學生進一步加深對理論知識的理解。

由于課程面向的是軟件工程專業的學生，我們對前期依據實驗箱配套資料而設計的實驗內容進行了調整，削減了之前關于32位處理器架構、ARM指令集、ADS匯編程序等部分知識，去除了JTAG仿真調試和無操作系統下的ARM接口驅動開發，擴充了基于嵌入式Linux的ARM接口驅動開發，并添加了嵌入式數據庫SQLite的應用內容。

2.綜合實訓

綜合實訓讓學生完成一個綜合的課程設計。這部分任務以大作業的形式進行，題目是在開學后的幾周就分配下去。內容綜合整個課程的知識，并要求盡可能利用實驗設備上的硬件資源。目的在于讓學生從課程開始就帶著問題去學習，在學習中完善和落實項目計劃，并將多個知識點相融合。這類題目有：

基于嵌入式Linux的自動溫控系統

基于CGI的遠程燈光控制

基于嵌入式的指紋簽到系統

基于RFID的圖書自助借閱系統

基于嵌入式Linux的智能防火防盜系統

……

以自動溫控系統為例，我們要求利用實驗箱的外圍設備，實現一個基于嵌入式Linux的模擬溫控系統。該系統涉及的知識點有Linux下的字符設備驅動，S3C2410的GPIO驅動，S3C2310的中斷驅動，AD驅動，數碼管驅動和PWM驅動。這些知識點均分散在基礎實驗中，在掌握各個部分原理的基礎上通過編程集成即可實現整個系統，并且實現過程也增加了探索性和趣味性。

3.作品設計

作品設計結合學生的畢業設計課題或嵌入式競賽進行，項目一般要求具有較強的應用性，且最終實現一個成形的作品，課題可由學生結合自己的專業特長或興趣自行選題。這一層面的實踐，實驗室除了提供實驗平臺，還提供配套的接口模塊，目的使學生能夠綜合自己的專業知識設計出完整的嵌入式技術方案，并提前積累項目開發經驗。

此類題目有諸如“基于嵌入式技術的智能檔案柜”、“老年人移動智能守護系統”、“魚苗自動計數系統”、“基于二維碼的專家門診實名預約掛號系統”、“基于RFID技術的幼兒園兒童出入監控系統”等。從這些題目可以看出在嵌入式系統應用上，軟件工程的學生在“偏軟”的知識背景下仍然具有較大的發揮空間。

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以圖1某同學的“基于RFID技術的幼兒園兒童出入監控系統”為例，整個系統整合了軟件工程專業的嵌入式技術知識和Web應用開發知識，涉及RFID的嵌入式linux驅動、嵌入式網絡通信、QT GUI編程，J2EE編程，數據庫設計和嵌入式系統移植，是軟件工程專業學生一次有效的畢業鑒定。

（三）強化實踐驅動的教學主線

實踐驅動的教學主線，核心是利用有限的課堂時間，精簡理論教學，讓學生從實踐入手，主動參與到發現問題尋找答案的過程之中，通過查閱資料，網上搜索，技術社區解答，再結合老師的指導，從而解決具體的技術細節，并獲得解決問題的一般性思路和能力。

我院“嵌入式系統”課程，開課學期為第6學期，4學分，85學時，課堂理論和實驗比例為1:4（17理論+68實驗）。課程的理論部分以ARM9處理器為硬件平臺，以Linux操作系統為開發平臺，根據需要選擇性地介紹ARM常見接口原理及Linux上層開發、驅動開發及內核裁剪等內容。

實踐環節中的基礎實驗，由老師統一講解，每個學生獨立完成。老師指導學生采取原理引導實驗，實驗體會原理的學習方式，在實踐中加深理論的理解。而與基礎實驗平行開始的綜合實訓，則以3人為單位的小組來開展。教師協助各小組分析項目特點，講解學習思路，小組以團隊開發的方式推進項目。

綜合實訓最后完成的項目通過現場演示和答辯，并提交項目報告的方式考核。通過綜合實訓模擬嵌入式項目開發，培養了學生的綜合實踐能力和團隊協作能力。并為之后的畢業設計和競賽作了預演。

三、課程實施效果

課程內容經過上述調整，學生學習的興趣和主動性大大提高。在目前信息類相關專業生源質量逐年下降的大背景下，我院軟件工程系“嵌入式系統”模塊的同學這幾年一直以學風好，專業能力強而獲得各任課老師的高度評價。在畢業設計環節，我院嵌入式系統方向的畢業設計都具鮮明的個性化和創意，最終軟硬件的集成和演示也排除了抄襲的可能。

每年一屆的“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽是行業內最具廣泛性和影響力的全國性大賽。在比賽隊伍逐年遞增，競爭愈加激烈的情況下，我院同學卻從2010年第一次參加大賽開始，成績一年一個臺階取得了跨越式的進步。特別是2012年，我院作為獨立學院，與重點一本院校大連理工大學、北京理工大學等四支隊伍并肩榮獲全國總決賽的一等獎，這也給課題組的教學探索帶來了正向肯定。

表1 我院連續三年參加“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽成績

■

除此，學生就業競爭力也呈現出積極態勢。從2010年我院有第一屆嵌入式方向的畢業生以來，作為獨立學院的學生，相繼有進入阿里巴巴、虹軟、新中大、恒生、HTC等區域知名IT企業的研發部門。專業對口就業率三年分別達到68%，78%和75%。

四、結束語

教改的效果表明，獨立學院學生的特點決定了其教師在進行嵌入式的教學中，不能像一本院校一樣偏重于理論教學，更多地應該是實踐教學，通過學習基礎的理論知識，建立起相關概念，通過實訓和課程設計更多地去動手操作，從而達到應用型人才培養的目標。作為軟件工程專業下的嵌入式系統教學，還要注意教學內容的取舍，注意合理分配軟硬件知識的比重，有所學，有所不學，突出專業特色，才能更快地適應市場發展，造就學以致用的嵌入式軟件開發人才。

［參考文獻］

［1］鐘梅，周杭霞.英國密德薩斯大學的團體協作能力培養［J］.高等工程教育研究，2005，（2）.

［2］袁劍波.獨立學院應用型人才培養模式創新與實踐［J］.高等工程教育研究，2011，（2）.

［3］俞輝，李永.嵌入式 Linux 程序設計案例與實驗教程［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［4］胡明慶，高巍，鐘梅.操作系統教程與實驗［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［責任編輯：左蕓］

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以圖1某同學的“基于RFID技術的幼兒園兒童出入監控系統”為例，整個系統整合了軟件工程專業的嵌入式技術知識和Web應用開發知識，涉及RFID的嵌入式linux驅動、嵌入式網絡通信、QT GUI編程，J2EE編程，數據庫設計和嵌入式系統移植，是軟件工程專業學生一次有效的畢業鑒定。

（三）強化實踐驅動的教學主線

實踐驅動的教學主線，核心是利用有限的課堂時間，精簡理論教學，讓學生從實踐入手，主動參與到發現問題尋找答案的過程之中，通過查閱資料，網上搜索，技術社區解答，再結合老師的指導，從而解決具體的技術細節，并獲得解決問題的一般性思路和能力。

我院“嵌入式系統”課程，開課學期為第6學期，4學分，85學時，課堂理論和實驗比例為1:4（17理論+68實驗）。課程的理論部分以ARM9處理器為硬件平臺，以Linux操作系統為開發平臺，根據需要選擇性地介紹ARM常見接口原理及Linux上層開發、驅動開發及內核裁剪等內容。

實踐環節中的基礎實驗，由老師統一講解，每個學生獨立完成。老師指導學生采取原理引導實驗，實驗體會原理的學習方式，在實踐中加深理論的理解。而與基礎實驗平行開始的綜合實訓，則以3人為單位的小組來開展。教師協助各小組分析項目特點，講解學習思路，小組以團隊開發的方式推進項目。

綜合實訓最后完成的項目通過現場演示和答辯，并提交項目報告的方式考核。通過綜合實訓模擬嵌入式項目開發，培養了學生的綜合實踐能力和團隊協作能力。并為之后的畢業設計和競賽作了預演。

三、課程實施效果

課程內容經過上述調整，學生學習的興趣和主動性大大提高。在目前信息類相關專業生源質量逐年下降的大背景下，我院軟件工程系“嵌入式系統”模塊的同學這幾年一直以學風好，專業能力強而獲得各任課老師的高度評價。在畢業設計環節，我院嵌入式系統方向的畢業設計都具鮮明的個性化和創意，最終軟硬件的集成和演示也排除了抄襲的可能。

每年一屆的“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽是行業內最具廣泛性和影響力的全國性大賽。在比賽隊伍逐年遞增，競爭愈加激烈的情況下，我院同學卻從2010年第一次參加大賽開始，成績一年一個臺階取得了跨越式的進步。特別是2012年，我院作為獨立學院，與重點一本院校大連理工大學、北京理工大學等四支隊伍并肩榮獲全國總決賽的一等獎，這也給課題組的教學探索帶來了正向肯定。

表1 我院連續三年參加“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽成績

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除此，學生就業競爭力也呈現出積極態勢。從2010年我院有第一屆嵌入式方向的畢業生以來，作為獨立學院的學生，相繼有進入阿里巴巴、虹軟、新中大、恒生、HTC等區域知名IT企業的研發部門。專業對口就業率三年分別達到68%，78%和75%。

四、結束語

教改的效果表明，獨立學院學生的特點決定了其教師在進行嵌入式的教學中，不能像一本院校一樣偏重于理論教學，更多地應該是實踐教學，通過學習基礎的理論知識，建立起相關概念，通過實訓和課程設計更多地去動手操作，從而達到應用型人才培養的目標。作為軟件工程專業下的嵌入式系統教學，還要注意教學內容的取舍，注意合理分配軟硬件知識的比重，有所學，有所不學，突出專業特色，才能更快地適應市場發展，造就學以致用的嵌入式軟件開發人才。

［參考文獻］

［1］鐘梅，周杭霞.英國密德薩斯大學的團體協作能力培養［J］.高等工程教育研究，2005，（2）.

［2］袁劍波.獨立學院應用型人才培養模式創新與實踐［J］.高等工程教育研究，2011，（2）.

［3］俞輝，李永.嵌入式 Linux 程序設計案例與實驗教程［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［4］胡明慶，高巍，鐘梅.操作系統教程與實驗［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［責任編輯：左蕓］

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以圖1某同學的“基于RFID技術的幼兒園兒童出入監控系統”為例，整個系統整合了軟件工程專業的嵌入式技術知識和Web應用開發知識，涉及RFID的嵌入式linux驅動、嵌入式網絡通信、QT GUI編程，J2EE編程，數據庫設計和嵌入式系統移植，是軟件工程專業學生一次有效的畢業鑒定。

（三）強化實踐驅動的教學主線

實踐驅動的教學主線，核心是利用有限的課堂時間，精簡理論教學，讓學生從實踐入手，主動參與到發現問題尋找答案的過程之中，通過查閱資料，網上搜索，技術社區解答，再結合老師的指導，從而解決具體的技術細節，并獲得解決問題的一般性思路和能力。

我院“嵌入式系統”課程，開課學期為第6學期，4學分，85學時，課堂理論和實驗比例為1:4（17理論+68實驗）。課程的理論部分以ARM9處理器為硬件平臺，以Linux操作系統為開發平臺，根據需要選擇性地介紹ARM常見接口原理及Linux上層開發、驅動開發及內核裁剪等內容。

實踐環節中的基礎實驗，由老師統一講解，每個學生獨立完成。老師指導學生采取原理引導實驗，實驗體會原理的學習方式，在實踐中加深理論的理解。而與基礎實驗平行開始的綜合實訓，則以3人為單位的小組來開展。教師協助各小組分析項目特點，講解學習思路，小組以團隊開發的方式推進項目。

綜合實訓最后完成的項目通過現場演示和答辯，并提交項目報告的方式考核。通過綜合實訓模擬嵌入式項目開發，培養了學生的綜合實踐能力和團隊協作能力。并為之后的畢業設計和競賽作了預演。

三、課程實施效果

課程內容經過上述調整，學生學習的興趣和主動性大大提高。在目前信息類相關專業生源質量逐年下降的大背景下，我院軟件工程系“嵌入式系統”模塊的同學這幾年一直以學風好，專業能力強而獲得各任課老師的高度評價。在畢業設計環節，我院嵌入式系統方向的畢業設計都具鮮明的個性化和創意，最終軟硬件的集成和演示也排除了抄襲的可能。

每年一屆的“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽是行業內最具廣泛性和影響力的全國性大賽。在比賽隊伍逐年遞增，競爭愈加激烈的情況下，我院同學卻從2010年第一次參加大賽開始，成績一年一個臺階取得了跨越式的進步。特別是2012年，我院作為獨立學院，與重點一本院校大連理工大學、北京理工大學等四支隊伍并肩榮獲全國總決賽的一等獎，這也給課題組的教學探索帶來了正向肯定。

表1 我院連續三年參加“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽成績

■

除此，學生就業競爭力也呈現出積極態勢。從2010年我院有第一屆嵌入式方向的畢業生以來，作為獨立學院的學生，相繼有進入阿里巴巴、虹軟、新中大、恒生、HTC等區域知名IT企業的研發部門。專業對口就業率三年分別達到68%，78%和75%。

四、結束語

教改的效果表明，獨立學院學生的特點決定了其教師在進行嵌入式的教學中，不能像一本院校一樣偏重于理論教學，更多地應該是實踐教學，通過學習基礎的理論知識，建立起相關概念，通過實訓和課程設計更多地去動手操作，從而達到應用型人才培養的目標。作為軟件工程專業下的嵌入式系統教學，還要注意教學內容的取舍，注意合理分配軟硬件知識的比重，有所學，有所不學，突出專業特色，才能更快地適應市場發展，造就學以致用的嵌入式軟件開發人才。

［參考文獻］

［1］鐘梅，周杭霞.英國密德薩斯大學的團體協作能力培養［J］.高等工程教育研究，2005，（2）.

［2］袁劍波.獨立學院應用型人才培養模式創新與實踐［J］.高等工程教育研究，2011，（2）.

［3］俞輝，李永.嵌入式 Linux 程序設計案例與實驗教程［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［4］胡明慶，高巍，鐘梅.操作系統教程與實驗［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［責任編輯：左蕓］

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