基于卓越工程師計劃的“嵌入式系統”教學改革

孫偉　楊松　劉青山　朱建棟　張小瑞　周宏運

摘要：針對教育部提出的“卓越工程師教育培訓計劃”（簡稱為“卓越計劃”），在總結我院物聯網專業教學改革實踐和嵌入式系統目前教學狀況的基礎上，結合“卓越工程師計劃”中的培養要求，提出一種重在培養具備寬廣的知識面、扎實的基礎，較強動手操作能力的未來工程師的教改方案。同時，通過嵌入式系統教學改革，證明該教學改革思路有很好發展空間和實踐能力，并對“卓越計劃”的實施和推廣有一定的借鑒作用。

關鍵字：物聯網工程；卓越工程師；嵌入式系統；人才培養

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

大力發展物聯網產業將成為今后一項具有國家戰略意義的重要決策[1]，物聯網是繼計算機，互聯網后又一個信息技術綜合應用的代名詞，掀起信息產業第三浪潮，其重要性顯而易見，因此國家2011年在全國55所高校開設物聯網專業，該專業是國家戰略型新興產業急需的且指定大力發展的電子信息類專業，未來有著很大的需求和發展空間。從2012年開始，我校實施了教育部制定的“卓越工程師教育培訓計劃”，該計劃旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[2]。

物聯網工程專業是我校特色專業之一，我校將物聯網工程專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一，因此，結合“卓越計劃”的要求，深入進行“嵌入式系統”課程教學改革勢在必行，以學生為中心，以開拓知識視野、激發學習熱情、培養實踐能力為目的，為國家提供大批動手能力強，滿足企業發展要求，適應社會經濟發展需求的高質量各類型工程技術人才。

一、教學現狀

目前嵌入式系統教學存與許多其它工科專業共存的問題[3]。比如，課時安排不合理，實驗課時較少；重傳統理論教學，輕實驗教學；實驗教學方式比較單一、實驗內容陳舊，缺乏創新性，跟不上目前嵌入式發展水平；實驗教學缺少對非智力能力和綜合能力的訓練；實驗室嵌入式系統實驗的設備過于陳舊，實驗室管理制度不完善；不能利用校外有效的合作資源進行實驗教學內容的拓展[4]；課程考核方式不完善，往往單純從理論考試成績和實驗結果評判，忽略實驗過程，上述種種問題，導致目前許多學生學完嵌入式系統課程之后，即使考到高分，依然不能獨自完成教學大綱要求之內的相對簡單、容易實現的嵌入式系統項目的開發，學生完全處于紙上談兵階段，這樣培養出來的學生不符合卓越工程師的要求，更不符合企業和國家所需要的復合型工程技術人才的要求。

二、以創新實踐能力培養為原則的改革

1. 開展研究性學習

在理論教學中，改變傳統填鴨式教學方法，老師不再只是對著現有的課本或者PPT直接講解嵌入式系統的理論知識，而是通過提出目前實際嵌入式系統研究和開發過程中遇到的問題，或者將已有嵌入式產品中存在的問題作為探究背景，通過設置讓學生和老師之間展開開放式討論和自由提問的環節，讓學生積極參加到課堂活動中來，最后，將老師的點評總結作為課堂內容的點睛環節，旨在將枯燥的基礎理論知識是如何運用到實際嵌入式系統開發中、以及如何解決實際問題的過程講解給學生。通過這種研究性的學習方式，給學生留下更加深刻的印象，激發學生學習嵌入式系統開發的興趣，使學生對嵌入式系統的理論知識的本質有更加深刻的認識，在以后的學習過程中將知識熟練運用到實踐開發項目中去。

2. 開放設計性實驗

去除以往實驗結果單一，過程機械化，沒有拓展性，缺乏綜合型和研究型的基礎驗證型實驗[5]。改用內容比較新穎，又不太復雜的開放設計性實驗，比如，當前智能手機和游戲開發是一個很流行的研究方向，智能手機中簡單游戲就是一個很好的嵌入式具體應用的例子，所以我們可以選取一些相對簡單、開放性強、形式新穎、吸引力足的嵌入式系統開發的游戲案例來取代已經沿用多年的實驗內容，使實驗課的內容真正做到來源于實際案例，又促進實際嵌入式系統開發的功能。開放性設計實驗不僅豐富嵌入式系統的實驗內容，而且使實驗本身更加有趣、貼近生活。更重要的是在進行上述開放性設計實驗的過程中，學生可以親身體會到實踐是如何檢驗真理、理論與實踐之間如何相互促進的道理，在一定程度上可以激發學生學習嵌入式系統的興趣，培養學生敢于創新、敢于探索、不怕困難的科研精神。

3. 以競促學

學科競賽是學生實踐能力培養的一種重要方式，競賽是對學生更高一層次的要求，是考察學生綜合能力的一個重要方法[6]。目前諸如博創杯嵌入式比賽，“ZLG杯”中國大學生ARM嵌入式系統電子設計競賽，微軟嵌入式大賽，全國大學生電子設計競賽等都是含金量較高的比賽，通過參加競賽可以發掘出嵌入式系統這門課程真正的魅力所在，解決嵌入式系統實踐環節中缺乏挑戰與創新的不足，真正提升學生實際動手操作解決特定問題的能力，提高實踐環節的質量。在比賽過程中不僅對學生嵌入式系統及其它學科知識的拓展有所幫助，而且能夠培養學生團隊競爭和配合意識。

4. 嵌入式系統實習實訓

物聯網專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一，對于實踐訓練要求自然極高，改變以往實習完全以老師講解為主導，動手環節較少，完全違背實習實訓方式，將學生帶到當地對嵌入式研究具有一定規模的企業公司參加實習培訓，了解目前企業嵌入式系統的研發流程和水平。同時將實習實訓的主導權下放給學生，鍛煉學生實際動手操作能力，以一種學生為主，老師為輔的實訓方式讓學生真正融入到嵌入式系統開發中來。

5. 改革考核方式， 體現綜合能力

事實證明“一張試卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出學生對于知識的掌握和運用情況。為了督促學生認真做好嵌入式實驗，真正考核學生實驗動手和實驗觀察能力[7]。可將嵌入式系統課程成績分為： ①筆試理論成績，該項占40%，主要考察嵌入式操作系統概述、微處理器與調試技術、ARM體系結構和指令集、ARM開發工具和匯編程序設計、嵌入式存儲器和接口技術等； ②開放設計性實驗的成績，該項占40%，主要考察每次實驗課學生出勤次數，具體操作步驟，實驗結果完成情況以及實驗報告；③課外創新成績，該項占10%，主要考察學生參加各種嵌入式比賽、實戰項目開發和創新實驗實踐活動的獲獎情況；④學期末的實習實訓成績，該項占10%，主要考察在實習實訓階段指定項目開發的完成情況。

結語

工程師是未來世界的塑造者[8]。嵌入式系統是一門實踐性很強的課程，因此采用課內外、校內外相結合的實踐教學體系，以卓越工程師的基本要求為導向，使學生能熟悉掌握嵌入式系統設計方法，掌握一種開發工具，熟悉一種調試方法，使學生在學完嵌入式系統課程后，能真正掌握最基本的嵌入式系統開發，成為一名合格優秀的卓越工程師。

參考文獻

[1] 2009年11月3日溫家寶總理向首都科技界發表了題為《讓科技引領中國可持續發展》的講話.

[2] 王娜君， 王杰， 李旦， 高勝東. 基于工程能力培養的實驗教學改革探索[J]. 教育探索， 2011，（10）： 49-50.

[3] 冼進， 賈德良， 畢盛. 嵌入式系統實驗課的教學改革初探[J]. 實驗室研究與探索， 2010， 30（8）： 282-284.

[4] 周愛國. 大學生實踐能力培養存在的問題及對策[J]. 教育探索， 2009， （1）：74-75.

[5] 李秀娟， 張曉東， 魯可， 張杰. “嵌入式系統”開放實驗室建設與實踐[J]. 實驗室研究與探索， 2011， 30（5）： 156-158.

[6] 殷建軍， 張明武， 萬軍洲. 競教結合的嵌入式系統實踐教學改革[J]. 計算機教育， 2011， （6）： 1-4.

[7] 俞建新. 略論嵌入式系統的實驗教學[J]. 實驗室研究與探索， 2006. 25（7）： 741-745.

[8] 龔克. 轉變觀念大膽試驗建立卓越工程師教育培養的中國模式[J]. 中國高等教育， 2010， （18）： 10-12.

作者簡介：

孫偉（1980-），男，河南南陽人，講師，博士，從事嵌入式系統設計，計算機自動控制，測控技術方面的研究；楊松（1992-），男，江蘇淮安人，本科生，從事計算機自動控制，傳感與控制技術方面的研究；劉青山（1974-），男，山東臨沂人，博士后，教授，從事模式識別與智能系統，超聲檢測與信號處理，精密機械與儀器方面的研究；朱建棟（1992-），男，江蘇興化人，本科生，從事計算機自動控制，傳感與控制技術方面的研究。