面向工程教育專業(yè)認證的嵌入式技術(shù)一流課程建設(shè)的探索與實踐

◇重慶文理學院電子信息與電氣工程學院 李 鵬 杜西亮

針對電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程教學中存在的問題，面向工程教育專業(yè)認證，制定課程標準，選擇教學內(nèi)容、教學方式、教學手段，建成嵌入式技術(shù)“一流課程”。使電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程形成一個有機的整體，各門課程在完成各自教學目標的同時，相互銜接，循序漸進、有層次地訓練、培養(yǎng)學生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、算法設(shè)計、程序設(shè)計、實物制作能力。使畢業(yè)生具備電類專業(yè)的嵌入式技術(shù)知識，能夠分析嵌入式系統(tǒng)設(shè)計需求，并利用專業(yè)知識和技能以軟件、硬件相結(jié)合的方式解決相關(guān)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)工程問題。

我國是工程教育大國，工程人才培養(yǎng)規(guī)模位居世界前列[1]。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)[2]。隨著信息社會的到來，嵌入式技術(shù)的應用已經(jīng)深入到了國民經(jīng)濟、社會發(fā)展的各個領(lǐng)域。尤其是在電類行業(yè)，嵌入式技術(shù)的應用可以說是無處不在。嵌入式技術(shù)課程為電類專業(yè)學生提供在本專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的專業(yè)理論、方法和技術(shù)。嵌入式技術(shù)課程具有綜合化、項目化的特點。基于嵌入式技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)課程是電類專業(yè)人才培養(yǎng)的重要載體。如表1所示，電子信息科學與技術(shù)、微電子科學與工程、智能電網(wǎng)信息工程、信息工程等電類專業(yè)，均開設(shè)了大量與嵌入式技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程。因此，建設(shè)嵌入式技術(shù)“一流課程”，全面提升嵌入式技術(shù)課程質(zhì)量是電類專業(yè)人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。

表1 電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程一覽表

1 嵌入式技術(shù)課程體系構(gòu)建

根據(jù)嵌入式技術(shù)各門課程對電子信息類專業(yè)畢業(yè)要求對應的支撐作用，結(jié)合嵌入式技術(shù)各門課程在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中的功能和作用，構(gòu)建嵌入式技術(shù)課程體系。如圖1所示，“ARM微控制器開發(fā)技術(shù)”（第4學期）、“Linux操作系統(tǒng)”（第4學期）、“QT編程技術(shù)”（第5學期）、“Python編程技術(shù)”（第5學期）課程在人才培養(yǎng)方案中依次開出，共同支撐嵌入式系統(tǒng)設(shè)計（第6學期）課程。在系統(tǒng)學習嵌入式技術(shù)課程之后，學生可利用所學嵌入式技術(shù)工程知識和技能，完成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。

圖1 嵌入式技術(shù)課程體系

2 嵌入式技術(shù)“一流課程”建設(shè)

針對電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程教學中存在的問題，根據(jù)各門課程的特點，制定課程標準，選擇教學內(nèi)容、教學方式、教學手段，建成嵌入式技術(shù)“一流課程”。使電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程形成一個有機的整體，各門課程在完成各自教學目標的同時，相互銜接，循序漸進、有層次地訓練、培養(yǎng)學生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、算法設(shè)計、程序設(shè)計、實物制作能力。使畢業(yè)生具備電類專業(yè)的嵌入式技術(shù)知識，能夠分析嵌入式系統(tǒng)設(shè)計需求，并利用專業(yè)知識和技能以軟件、硬件相結(jié)合的方式解決相關(guān)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的工程問題。

根據(jù)嵌入式技術(shù)主流工程軟件和硬件實際，結(jié)合電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)要求編寫嵌入式技術(shù)教材。通過產(chǎn)學合作、外部引進、內(nèi)部培養(yǎng)等方式進一步完善嵌入式技術(shù)課程團隊的建設(shè)。在現(xiàn)有實驗、實訓條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計、開發(fā)及完善嵌入式技術(shù)課程的實驗實訓項目。以實驗、實訓項目為載體，使學生全面深入掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)所需工程知識和技能，完成特定應用場景下的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。

3 嵌入式技術(shù)課程對電類專業(yè)工程教育專業(yè)認證的支撐

基于工程教育專業(yè)認證的指標體系要求，根據(jù)嵌入式技術(shù)課程特點分析各門課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，確定各門課程對工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求各指標點的支撐。根據(jù)課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，分別用“H”表示高、“M”表示中、“L”表示低。例如：“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程對畢業(yè)要求1（工程知識）是中等程度（M）支撐；對畢業(yè)要求2（分析問題）是中等程度（M）支撐；對畢業(yè)要求3（設(shè)計、開發(fā)解決方案）是強（H）支撐；對畢業(yè)要求5（使用現(xiàn)代工具）是中等程度（M）支撐；畢業(yè)要求8（職業(yè)規(guī)范）是中等程度（M）支撐；對畢業(yè)要求11（項目管理）是弱（L）支撐。構(gòu)建嵌入式技術(shù)課程體系和制定課程標準時，根據(jù)課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，完善課程體系、課程標準、課程內(nèi)容，使嵌入式技術(shù)各門課程對畢業(yè)要求起到對應的支撐作用。

4 嵌入式技術(shù)課程“項目制”教學的一體化設(shè)計與實施

面向工程教育專業(yè)認證，調(diào)研、分析、總結(jié)電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程在各電類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的地位及課程標準。分析、總結(jié)電類專業(yè)嵌入式技術(shù)課程在學生算法設(shè)計、程序設(shè)計、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計能力培養(yǎng)中存在的共性問題，設(shè)計教學方案。在確定了嵌入式技術(shù)課程教學方案后，根據(jù)各門課程的教學目標及特點，選取教學內(nèi)容，選擇教學方式及手段，使各門課程的教學內(nèi)容相互銜接，層層遞進，教學方式、手段與教學目標、教學內(nèi)容的特點相適應。

采用“CDIO項目制教學法”。如圖2所示，“C”為構(gòu)思（Conceive），“D”為設(shè)計（Design），“I”為實現(xiàn)（Implement），“O”為運作（Operate）[3-4]。學生根據(jù)嵌入式系統(tǒng)項目需求，通過需求分析，構(gòu)思、設(shè)計嵌入式系統(tǒng)，利用軟件、硬件知識和工具實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，通過運作嵌入式系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計和制作方面的問題并持續(xù)改進，最終滿足嵌入式系統(tǒng)項目需求和性能指標約束。“CDIO項目制教學法”強調(diào)學生的主觀能動性，以學生為主，教師為輔，學生在教師指導下自主學習，產(chǎn)生高效的學習效益[5]。嵌入式技術(shù)CDIO項目制教學打破傳統(tǒng)的學科體系，體現(xiàn)在跨學科、以能力為基礎(chǔ)的職業(yè)活動之上，以培養(yǎng)學生的工程實踐能力，使學生成為一個具有嵌入式技術(shù)項目開發(fā)經(jīng)驗的工程技術(shù)人才。

圖2 “CDIO”項目制教學法

5 結(jié)束語

項目是各種當前和未來復雜工程問題的集合體。嵌入式技術(shù)課程“項目制”教學，面向工程教育專業(yè)認證，以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為目標任務，一體化設(shè)計嵌入式課程理論教學、實驗教學、實訓教學。在理論課上進行算法設(shè)計，控制程序設(shè)計，程序編制，程序模擬調(diào)試，將通過模擬調(diào)試的控制程序，帶到實驗室，下載到控制器中，接模擬對象，如LED燈，小型電機等模擬對象對控制程序的性能進行進一步的驗證，最后結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應用、工業(yè)控制應用、電子商務應用、電力設(shè)備監(jiān)測等實際嵌入式系統(tǒng)，對控制程序和外圍硬件，外圍線路進行全面的測試，改進，理論聯(lián)系實踐，實現(xiàn)預定教學目標，培養(yǎng)學生的工程能力和綜合素質(zhì)。