時(shí)間：2022-07-14 14:37:34
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)方法；軟硬件結(jié)合；理論聯(lián)系實(shí)際
近年來，為了適應(yīng)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)高速發(fā)展的需要，大部分高等院校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)、嵌入式單片機(jī)或者嵌入式操作系統(tǒng)等課程。開設(shè)此類嵌入式相關(guān)課程的目的主要是使學(xué)生能夠在本科階段對(duì)該領(lǐng)域及相關(guān)技術(shù)有一個(gè)預(yù)先的了解，為將來從事該行業(yè)打下良好的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。但隨著嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的開展也逐漸暴露了一些在教學(xué)方法方面存在的問題，比如課程內(nèi)容過于偏重原理介紹，忽視了理論與實(shí)際的結(jié)合、以軟件編程（操作系統(tǒng)方面）作為主導(dǎo)使嵌入式教學(xué)變成了典型的編程語言教學(xué)等。因此，本文在上述問題的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)了如下幾個(gè)關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的改進(jìn)方法和措施。
一、注重對(duì)于嵌入式系統(tǒng)硬件的講解
眾所周知，嵌入式系統(tǒng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件系統(tǒng)或者操作系統(tǒng)，無論是單片機(jī)、DSP還是FPGA等都是嵌入式系統(tǒng)的承載媒體或介質(zhì)。脫離了承載的硬件進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)教學(xué)容易使學(xué)生脫離實(shí)際進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，而且可能使學(xué)生產(chǎn)生諸如“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)就是C語言編程嗎？”“嵌入式系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)有什么區(qū)別？”“嵌入式系統(tǒng)的硬件就是一塊電路板嗎？”等疑問。因此，本課程在教學(xué)過程中應(yīng)有意識(shí)地在每堂課中穿插加入關(guān)于嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括GPIO（LED燈、按鍵、PWM）、串行通信接口（RS232、RS485、SPI、I2C）、溫度傳感器、USB、WDG（看門狗）、定時(shí)器、液晶顯示、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換、Flash存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能模塊。學(xué)生可以在學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)原理的同時(shí)更清楚、直觀地認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)的各個(gè)硬件組成部分及其功能。這樣，一方面對(duì)于已經(jīng)完成的如“數(shù)字邏輯電路”“C語言程序設(shè)計(jì)”“模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)”和“單片機(jī)原理”等課程是一種鞏固和加強(qiáng)；另一方面可以使學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生更加真切的認(rèn)識(shí)，避免出現(xiàn)“學(xué)完不知道學(xué)的是什么、也不知道用于何處”等諸如此類的問題。
二、在開展嵌入式系統(tǒng)試驗(yàn)的過程中注重各功能模塊的試驗(yàn)教學(xué)
在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的過程中試驗(yàn)環(huán)節(jié)是必不可少的，學(xué)生不僅可以通過試驗(yàn)對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行鞏固，而且可以將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，更真切地理解嵌入式系統(tǒng)的原理。但在以往的教學(xué)過程中，試驗(yàn)的重點(diǎn)更側(cè)重于軟件環(huán)境的搭建、開發(fā)板環(huán)境的搭建、應(yīng)用程序的移植、內(nèi)核的裁剪移植和根文件系統(tǒng)的制作等。在實(shí)際中缺乏對(duì)前述的GPIO、串行通信接口、溫度傳感器、USB、WDG、定時(shí)器、液晶顯示、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換、Flash存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能模塊進(jìn)行單獨(dú)的、有針對(duì)性的試驗(yàn)訓(xùn)練和練習(xí)，而所缺失的功能訓(xùn)練環(huán)節(jié)對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是非常有益的。并且，單個(gè)功能模塊的功能調(diào)試相對(duì)于整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試來說相對(duì)比較簡(jiǎn)單，學(xué)生很容易通過簡(jiǎn)單操作看到實(shí)際效果，比如LED小燈閃爍、液晶屏顯示溫度以及與電腦進(jìn)行簡(jiǎn)單串行通信等。每實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的功能都會(huì)給予學(xué)生新的興趣點(diǎn)，這樣可以在一定程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的積極性和效果。因此，在嵌入式系統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)的過程中，增加一定的針對(duì)嵌入式系統(tǒng)硬件功能模塊的試驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)于提高教學(xué)效果和學(xué)生興趣是非常必要的。
三、采用理論授課與實(shí)際操作同時(shí)進(jìn)行的方式
作為一類學(xué)生比較陌生的操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)在學(xué)習(xí)初期上手的難度較大。特別是其采用命令行操作式的交互方式，與傳統(tǒng)的Windows圖形操作方式有較大的差別。全新的用戶、文件系統(tǒng)、進(jìn)程、線程的概念以及網(wǎng)絡(luò)管理、內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、網(wǎng)絡(luò)接口和虛擬文件系統(tǒng)等內(nèi)核相關(guān)內(nèi)容對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說理解起來都存在一定的困難。因此，為了實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果，在條件允許的情況下可以選擇在機(jī)房授課的方式，通過多媒體教學(xué)系統(tǒng)和虛擬機(jī)軟件（VMware），在講解的同時(shí)進(jìn)行演示操作并可以隨時(shí)方便快捷地解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題。
四、采用課程設(shè)計(jì)的方式使學(xué)生完整地參與一個(gè)嵌入式項(xiàng)目的開發(fā)過程
僅有理論教學(xué)的嵌入式系統(tǒng)課程很難獲得良好的效果。一個(gè)完整的嵌入式項(xiàng)目開發(fā)過程（從設(shè)計(jì)、編程到調(diào)試、實(shí)現(xiàn)的全過程）可以使學(xué)生將之前所學(xué)的相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用、融會(huì)貫通。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校從事嵌入式系統(tǒng)教學(xué)多年的Edward A. Lee教授認(rèn)為“在六周的嵌入式相關(guān)教學(xué)課程之后，學(xué)生須要利用九周甚至更長(zhǎng)的時(shí)間參與一個(gè)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從列表中選擇一個(gè)他們感興趣的項(xiàng)目進(jìn)行研究。而且，在這個(gè)研究過程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)的不是講授嵌入式系統(tǒng)課程的教師，而是一些真正從事實(shí)際嵌入式項(xiàng)目的技術(shù)人員”。由此可以看出，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的高等院校在進(jìn)行嵌入式教學(xué)的過程中會(huì)利用較長(zhǎng)的時(shí)間（嵌入式課程理論教學(xué)時(shí)間的1.5倍）來引導(dǎo)學(xué)生參與完整的嵌入式課程設(shè)計(jì)并接受具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的嵌入式專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)，這對(duì)學(xué)生形成完整的知識(shí)體系、提高實(shí)際動(dòng)手能力都是很有幫助的。同時(shí)，可以采用分組的方式使學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，充分培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。因此，我們通過采用更偏重實(shí)際的嵌入式課程設(shè)計(jì)使學(xué)生獲得更多的相關(guān)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
下面以本人在課程設(shè)計(jì)中采用的嵌入式基站控制系統(tǒng)項(xiàng)目為例進(jìn)行說明：該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)大量移動(dòng)通信基站的安保、安防以及遠(yuǎn)距離自動(dòng)無人值守監(jiān)控功能為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以利用視頻和傳感探測(cè)單元等對(duì)本地的異常報(bào)警事件進(jìn)行儲(chǔ)存或通過3G無線網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)信息上傳控制中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該系統(tǒng)軟件環(huán)境采用Linux嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，硬件采用飛思卡爾IMX.53X系列微處理器作為核心控制單元，通過與多通道視頻控制器（TW2835）相結(jié)合構(gòu)成一個(gè)集視頻監(jiān)控、任務(wù)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)采集為一體的多功能操控平臺(tái)。
考慮到培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，此課程設(shè)計(jì)以六人為一個(gè)小組，每個(gè)小組推選一名負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)進(jìn)行分工和協(xié)調(diào)。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)教材的內(nèi)容和教學(xué)大綱的要求，將整個(gè)嵌入式基站控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)分為如下6個(gè)部分：1）人機(jī)界面：通過LED指示燈和音頻對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、報(bào)警和故障進(jìn)行指示以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程呼叫、對(duì)講功能；2）視頻監(jiān)控：采用420線NTSC制式的CCD球式或槍式攝像機(jī)CATV型視頻接入，將視頻錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行本地保存并采用覆蓋方式存儲(chǔ)；3）有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信：通過有線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及指令的交互通信；4）無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信：采用支持CDMA標(biāo)準(zhǔn)的3G通信模塊實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信功能；5）RS-485/RS-232通信：與球式攝像機(jī)的云臺(tái)、空調(diào)監(jiān)控模塊和UPS等動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊進(jìn)行通信；6）報(bào)警事件本地存儲(chǔ)：將報(bào)警事件信息及相應(yīng)的視頻錄像數(shù)據(jù)保存在本地的Flash或SD卡中，隨時(shí)可以遠(yuǎn)程對(duì)本地存儲(chǔ)的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
五、采用多種方式對(duì)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)
與傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主的專業(yè)課程不同，嵌入式系統(tǒng)課程本身更偏重于實(shí)踐操作。因此，采用傳統(tǒng)的期末“一張考卷”的成績(jī)?cè)u(píng)定方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力進(jìn)行評(píng)價(jià)并不盡合理，同時(shí)也容易影響學(xué)生參與嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、試驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的積極性。因此，可以考慮適當(dāng)降低理論部分在學(xué)生嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)成績(jī)中的比重，甚至可以考慮取消理論考試，取而代之以試驗(yàn)考試或者課程設(shè)計(jì)的表現(xiàn)作為決定學(xué)生期末成績(jī)的主要依據(jù)。比如，可以將最終評(píng)定方式的比例選擇為理論考試占20%、試驗(yàn)成績(jī)占40%、課程設(shè)計(jì)成績(jī)占40%。當(dāng)然，也可以對(duì)上述比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但主要的原則應(yīng)該是鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地提高自身的動(dòng)手和試驗(yàn)操作能力，使其在畢業(yè)后能夠較快地融入到嵌入式領(lǐng)域的工作中。
參考文獻(xiàn)：
[1]賀丹丹，張帆，劉峰.嵌入式 Linux 系統(tǒng)開發(fā)教程[M].清華大學(xué)出版社， 2010.
關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)； 教學(xué)方法
0前言
嵌入式技術(shù)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)中發(fā)展最快最熱門的技術(shù)，嵌入式技術(shù)在當(dāng)今得到了極其廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，幾乎是無所不及，主導(dǎo)應(yīng)用的潮流，以致一些學(xué)者斷言嵌入式技術(shù)將成為后pc時(shí)代的主宰。另伴隨著巨大的產(chǎn)業(yè)需求，我國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的人才需求量也一路高漲，嵌入式開發(fā)將成為未來幾年最熱門最受歡迎的職業(yè)之一。嵌入式課程也在各個(gè)高校中逐步展開，我校《嵌入式技術(shù)與應(yīng)用》課程在2009年12月作為校級(jí)精品課程申報(bào)，于2010年3月被批準(zhǔn)為校級(jí)在建的精品課程，精品課程的建設(shè)過程中遇到許多的困難與問題，精品課程的建設(shè)過程也是我們解決這些問題與困難的過程。我們主要從以下幾個(gè)方面做了一些工作。
1有針對(duì)性的制定培養(yǎng)目標(biāo)，確定對(duì)學(xué)生的職業(yè)能力要求
嵌入式技術(shù)的涉及領(lǐng)域有幾個(gè)方面常見的智能儀表、工業(yè)控制領(lǐng)域，機(jī)頂盒、路由器等方面的應(yīng)用，個(gè)人電子產(chǎn)品的應(yīng)用（這些產(chǎn)品往往需要友好的gui圖形界面），高端智能設(shè)備（涉及到智能機(jī)器人，醫(yī)療儀器、軍事領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域）。為此，我們基于本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后大多就業(yè)于珠三角和長(zhǎng)三角及湖北地區(qū)的中小型企業(yè)的現(xiàn)實(shí)，我們將學(xué)生將來就業(yè)的定位于中小型企業(yè)，經(jīng)過我們專業(yè)教師的調(diào)研，我們對(duì)這些企業(yè)技術(shù)部門設(shè)置的崗位及崗位要求有了較好的認(rèn)識(shí)，我們對(duì)每一個(gè)嵌入式行業(yè)相關(guān)必需具備的職業(yè)能力進(jìn)行分解，然后再分析選取相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)不同的應(yīng)用崗位所對(duì)應(yīng)的不同的能力與知識(shí)要求作出了歸納與總結(jié)（如圖1），為教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容的確定提供了依據(jù)。
圖1職業(yè)崗位與能力要求
2讓課程具有非常強(qiáng)的時(shí)效性,本課程是近來才剛剛設(shè)立的一門新興課程，應(yīng)該讓學(xué)生接觸與掌握社會(huì)上最新和最前沿的應(yīng)用技術(shù)
it領(lǐng)域的新技術(shù)發(fā)展令人應(yīng)接不暇，雖然大學(xué)生在校期間需要學(xué)習(xí)的都是一些基礎(chǔ)知識(shí)，但他們畢業(yè)走向社會(huì)后，必然要面對(duì)這些新技術(shù)，如果我們的教學(xué)內(nèi)容陳舊，就會(huì)加長(zhǎng)學(xué)生畢業(yè)后的適應(yīng)周期；如果我們能夠提供給學(xué)生更多接觸這些新知識(shí)、新技術(shù)的機(jī)會(huì)，就會(huì)使學(xué)生畢業(yè)后能夠迅速地融入到社會(huì)實(shí)際中。同時(shí)也能使我們的教學(xué)內(nèi)容與這些新技術(shù)基本保持同步。
例如，在以往單片機(jī)的學(xué)習(xí)中只涉及到靜態(tài)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，而在嵌入式系統(tǒng)中就會(huì)使用到動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器ddr技術(shù)，ddr技術(shù)的動(dòng)態(tài)刷新、行列掃描和地址線的接法上都是比較新又比較有有用的技術(shù)，會(huì)讓一些沒有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生感到困惑，在教學(xué)過程中，我們利用s3c44b0x芯片來構(gòu)建最小系統(tǒng)的過程中來教給學(xué)生動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的使用（如圖2）。
圖2 sdram hy57v641620與s3c44b0x的硬件接口電路
3本課程是一門綜合性的課程，要學(xué)會(huì)它，必須能夠綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)專業(yè)中所學(xué)的幾乎所有軟硬件技術(shù)
本課程會(huì)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)專業(yè)中所學(xué)的幾乎所有軟硬件技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、c語言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)技術(shù)、微機(jī)原理、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理、linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用等多種知識(shí)，這些知識(shí)在嵌入式系統(tǒng)中都會(huì)有所應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)就是這些知識(shí)的綜合體，實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)為學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)提供了一個(gè)非常好的平臺(tái)，要想很好地掌握嵌入式技術(shù)也必須掌握好這些知識(shí)。要讓學(xué)生掌握這么多的知識(shí)就必須在項(xiàng)目中去學(xué)習(xí)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)學(xué)習(xí)的不同階段，設(shè)計(jì)不同的項(xiàng)目與其對(duì)應(yīng)（如圖3），讓學(xué)生在實(shí)踐中體會(huì)這些知識(shí)的作用，掌握這些內(nèi)容，以避免教學(xué)內(nèi)容的枯燥。
圖3 不通階段都有對(duì)應(yīng)的實(shí)踐
4課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，在傳遞知識(shí)的同時(shí)要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，讓學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)
在教學(xué)的各個(gè)階段中都安排有不同實(shí)踐任務(wù),讓學(xué)生的能力由初級(jí)到高級(jí)逐步提升,在教學(xué)的最后還安排了課程設(shè)計(jì),進(jìn)行綜合的 實(shí)踐（如圖4）。分層次逐步提高，由易到難，逐步綜合首先讓學(xué)生掌握基本的知識(shí)與技能，難度大的知識(shí)先放一下，在實(shí)踐教學(xué)中通過實(shí)例來講解，使學(xué)生更容易理解，采用直觀、生動(dòng)的教學(xué)方法 將知識(shí)與能力目標(biāo)融入到具體的項(xiàng)目中以培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用型人才為根本任務(wù)，將加強(qiáng)應(yīng)用能力訓(xùn)練作為課程各項(xiàng)改革建設(shè)的中心 引導(dǎo)學(xué)生將“學(xué)”與“做”相結(jié)合，以達(dá)到學(xué)以致用，建立以“遞進(jìn)式模塊化”的課程內(nèi)容 ，初級(jí)階段有基本實(shí)驗(yàn)、中級(jí)階段有實(shí)訓(xùn)課程、高級(jí)階段有課程設(shè)計(jì)任務(wù)。
圖4 由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的訓(xùn)練方法
5積極開展課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行綜合性的訓(xùn)練
例如，自制基于s3c4510的嵌入式系統(tǒng)及jtag下載燒寫工具。設(shè)計(jì)內(nèi)容：在老師指導(dǎo)下設(shè)計(jì)s3c4510系統(tǒng)的原理圖、pcb板圖以及jtag線纜的原理圖與pcb板圖，親自買元件、制版、焊接、調(diào)試。編譯、固化uclinux;完成jtag燒寫程序的編寫，可以用標(biāo)準(zhǔn)c，也可以用vc，也編寫linux系統(tǒng)下使用的版本。
圖5自制基于s3c4510的嵌入式系統(tǒng)及jtag下載燒寫工具
圖6 自制jtag下載燒寫工具原理圖
關(guān)鍵詞:硬件課程;教學(xué)體系;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);系統(tǒng)性
隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,各類硬件產(chǎn)品越來越多地應(yīng)用到人們的生活中。因此,業(yè)界對(duì)硬件類技術(shù)人員需求急劇上升。然而,嵌入式之類的硬件系統(tǒng)開發(fā)需要的是軟硬件緊密結(jié)合的復(fù)合型人才;通常企業(yè)不愿花費(fèi)太多的人力物力去培養(yǎng)。而一般本科院校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和傳統(tǒng)偏軟的教學(xué)體系,造成畢業(yè)生對(duì)硬件知識(shí)的欠缺或掌握不夠系統(tǒng),不具備業(yè)界需求的硬件系統(tǒng)開發(fā)能力[1]。技術(shù)發(fā)展和硬件類產(chǎn)品的大量應(yīng)用帶來了對(duì)硬件開發(fā)工程師的巨大需求,這給計(jì)算類專業(yè)學(xué)生帶來了新的機(jī)遇,但同時(shí)也對(duì)學(xué)校的教學(xué)體系和學(xué)生能力培養(yǎng)提出更高的要求。
一般本科院校在開展硬件類知識(shí)和技術(shù)方面的教學(xué)中通常有如下一些問題:
1) 院校投入了大量的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備,但是學(xué)生硬件開發(fā)能力的提高并不明顯;
2) 學(xué)校開設(shè)的硬件類課程銜接不夠緊密,使學(xué)生對(duì)課程之間的聯(lián)系掌握不夠;
3) 理論教學(xué)時(shí)間多,實(shí)踐教學(xué)時(shí)間少,實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低;
4) 學(xué)生面對(duì)具體的硬件項(xiàng)目開發(fā)時(shí),無從著手或知識(shí)能力欠缺。
而在學(xué)生方面,通常也存在一些問題:
1) 很多學(xué)生對(duì)硬件知識(shí)學(xué)習(xí)有一種畏懼心理,從而造成學(xué)習(xí)信心不足;
2) 硬件學(xué)習(xí)需要花大量的時(shí)間,而且效果并不像學(xué)習(xí)軟件一樣直觀,很多人都失去深入學(xué)習(xí)的耐心;
3) 軟件實(shí)踐需要的器材很容易滿足,一般就是PC+軟件,而有些硬件(擴(kuò)展)實(shí)驗(yàn)門檻較高,實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以搭建;
4) 由于硬件的集成度高,學(xué)生只能從理論上掌握硬件底層細(xì)節(jié),容易形成硬件盲區(qū),學(xué)習(xí)積極性容易被打擊。
隨著對(duì)硬件開發(fā)人員需求的不斷增大,近年來在計(jì)算機(jī)類專業(yè)硬件教學(xué)方面也提出了一些有效的方法,如文獻(xiàn)[2]對(duì)硬件教學(xué)的系統(tǒng)性進(jìn)行了一定的探討;文獻(xiàn)[3]對(duì)陳舊的硬件教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改進(jìn);文獻(xiàn)[4]對(duì)硬件實(shí)踐教學(xué)提出了一些看法。而本文則結(jié)合當(dāng)前流行的嵌入式硬件開發(fā),在多個(gè)硬件系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)的基礎(chǔ)上,總結(jié)了提高硬件開發(fā)能力所需要的知識(shí)和涉及到的相關(guān)課程,并對(duì)課程之間前修后續(xù)關(guān)聯(lián)進(jìn)行了合理的安排,建立了一套行之有效的硬件課程教學(xué)體系。
1硬件類課程體系設(shè)置
學(xué)生硬件開發(fā)能力的培養(yǎng)涉及到多個(gè)學(xué)科的課程,包括計(jì)算機(jī)和電子等專業(yè)的課程,還與具體應(yīng)用背景的一些專業(yè)知識(shí)有關(guān)。具體的課程包括模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式微處理器、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言、軟件開發(fā)技術(shù)、接口技術(shù)與設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)等技術(shù),是軟件、硬件的有機(jī)結(jié)合。在制定硬件人才培養(yǎng)計(jì)劃時(shí),既要拓寬深度和廣度體現(xiàn)硬件系統(tǒng)具有軟硬結(jié)合、面向具體應(yīng)用的特點(diǎn),又要注意與原有的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系相兼容。
因此,需要在原有的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,有針對(duì)性地增加一些硬件類課程和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),增加學(xué)生對(duì)硬件方面的知識(shí),有效地提高學(xué)生的綜合性動(dòng)手能力和具體應(yīng)用產(chǎn)品和項(xiàng)目的開發(fā)能力,并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
課程調(diào)整將與硬件系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)專業(yè)、相關(guān)課程合理地散列在低年級(jí)的各個(gè)學(xué)期,留給學(xué)生足夠的時(shí)間去鉆研、消化和深入,培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的知識(shí)背景和基礎(chǔ)能力。同時(shí),為幾門相關(guān)性比較大的課程或者重要性相對(duì)突出的課程,設(shè)置一些綜合性課程設(shè)計(jì),讓每個(gè)學(xué)生感覺到一定的成就感,給予一定的動(dòng)力。另外,設(shè)置一些獨(dú)立性實(shí)驗(yàn),幾個(gè)人一組,讓學(xué)生自己查資料,自己設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案等,獨(dú)立完成。通過上述的這些鍛煉后,能很大程度上提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和自學(xué)能力,提高學(xué)生綜合素質(zhì)。具體的課程體系設(shè)置圖1所示。
從圖1可以看出,課程之間都是有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,先修課程與后繼課程之間需要進(jìn)行重要知識(shí)點(diǎn)的銜接,才能逐步培養(yǎng)學(xué)生具有硬件系統(tǒng)開發(fā)能力。在學(xué)生每修完一門課程,就開設(shè)一門能覆蓋重要知識(shí)的綜合課程設(shè)計(jì)。通過完整的工程項(xiàng)目案例教學(xué),系統(tǒng)地提高學(xué)生的綜合能力,培養(yǎng)學(xué)生具備到企業(yè)去做實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐能力和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。充分滿足業(yè)界對(duì)硬件開發(fā)人員的能力要求。
2硬件課程的教學(xué)方法和實(shí)踐
培養(yǎng)學(xué)生硬件開發(fā)能力,一些基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)必不可少,如數(shù)字電路、模擬電路、C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)等。如果這些基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固,學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中會(huì)感到力不從心。另外,由于硬件知識(shí)的學(xué)習(xí)十分抽象,脫離實(shí)踐去學(xué)習(xí)可能會(huì)舉步維艱。因此,在教學(xué)方面要解決“重理論輕實(shí)踐”問題,貫徹“理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相互印證和支撐”,將多種實(shí)驗(yàn)課程貫穿于課程教學(xué)體系中,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和知識(shí)掌握的熟練程度。下面分幾個(gè)方面對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些方法進(jìn)行討論。
1) 理論課堂教學(xué)。
在理論課上,教師通過對(duì)具體理論知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例演示,同時(shí)穿插對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)講解,讓學(xué)生們理解的更具體,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也間接提升學(xué)習(xí)信心。學(xué)生在課后讓依照課堂的演示實(shí)驗(yàn)自行進(jìn)行實(shí)例的重復(fù)和知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證。如在“嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)”課程中講解串口的傳輸和實(shí)現(xiàn),教師在課堂上圍繞驗(yàn)證S3C2410芯片的功能進(jìn)行講解,并在課下開放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生自行學(xué)習(xí),以提高學(xué)生獨(dú)立思考和分析解決問題的能力。
2) 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。
在實(shí)驗(yàn)課上,教師結(jié)合理論課上所演示的實(shí)驗(yàn),講述具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,但并不需要完全透徹地講解,而是把更多的時(shí)間留給學(xué)生自己思考。如“嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用”課程的實(shí)驗(yàn),教師在課上演示如何建立SAMBA服務(wù)器實(shí)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境,簡(jiǎn)要地闡述一遍實(shí)驗(yàn)的原理及其過程,把更多時(shí)間留給學(xué)生,讓學(xué)生自己建立SAMBA并建立通訊,鼓勵(lì)同學(xué)間的相互討論和提出問題。
3) 單門的課程設(shè)計(jì)。
課程設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)為主,在一學(xué)期的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)整門課程知識(shí)的理解以及對(duì)相應(yīng)基礎(chǔ)課程知識(shí)的復(fù)習(xí),并培養(yǎng)學(xué)生一定的動(dòng)手能力。如操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)“銀行家算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步”結(jié)合了C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識(shí),不僅可以復(fù)習(xí)鞏固一系列相關(guān)課程知識(shí),我們還對(duì)這些課程知識(shí)進(jìn)行匯總,設(shè)計(jì)出綜合性課程設(shè)計(jì),提升學(xué)生知識(shí)體系的系統(tǒng)性。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書按照知識(shí)要點(diǎn),循序漸進(jìn),對(duì)這些基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了進(jìn)一步的綜合,從而使學(xué)生將離散的知識(shí)點(diǎn)逐步綜合起來,增強(qiáng)了其實(shí)踐能力。
4) 綜合性實(shí)踐。
在學(xué)習(xí)完各門基礎(chǔ)課程之后,教師采用適當(dāng)?shù)墓こ贪咐_展一站式綜合案例教學(xué):
(1) 講解具體項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn),并將它們聯(lián)系起來;
(2) 將同學(xué)們按項(xiàng)目分成小組,引導(dǎo)各組進(jìn)行項(xiàng)目的討論并完成具體設(shè)計(jì),這樣不僅可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力,還能培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和綜合能力。
3課程體系驗(yàn)證
通過該課程體系的培訓(xùn),學(xué)生能夠具備一定的硬件系統(tǒng)開發(fā)能力。下面就通過一個(gè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目――機(jī)房溫度濕度檢測(cè)硬件系統(tǒng)的開發(fā)來驗(yàn)證課程體系的有效性。
該項(xiàng)目的系統(tǒng)原理圖如圖2所示。系統(tǒng)采用ARM7系列LPC2114芯片作為控制單元,設(shè)備包括溫度、濕度傳感器、降溫通氣設(shè)備控制接口、鍵盤和液晶顯示屏。其中鍵盤和液晶顯示屏作為系統(tǒng)與人機(jī)控制的界面,這些設(shè)備采用RS-485通信接口方式和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,如及時(shí)給用戶發(fā)送信息,用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、處理等。
通過圖2可以清晰地看到計(jì)算機(jī)與電子專業(yè)的結(jié)合:
1) 學(xué)生在選擇相關(guān)的設(shè)備時(shí)需要用到一定的數(shù)字電路和模擬電路等技術(shù)知識(shí),并了解相應(yīng)的參數(shù);
2) 選好了各種款式的電子設(shè)備后,需要設(shè)計(jì)可靠的電路,這更需要學(xué)生在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中獲取的經(jīng)驗(yàn);
3) 選好了硬件外設(shè)和控制芯片之后,將這些設(shè)備與CPU進(jìn)行連接,就需要用到計(jì)算機(jī)組成原理和嵌入式接口技術(shù)相關(guān)的知識(shí);
4) 接著,需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng),這將涉及嵌入式操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
當(dāng)上述步驟完成后,系統(tǒng)可以通過傳感器獲取需要的外部信息。但還需要對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行處理,然后將處理后的信息反映到顯示器上,用戶還可以通過相應(yīng)的設(shè)置,進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)置,在這里就會(huì)用到如A/D轉(zhuǎn)換、通信原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后,學(xué)生通過Protel繪制電路圖,制作電路板將所有的外設(shè)和芯片集成起來,安裝操作系統(tǒng)和編寫好的控制軟件,這樣就形成了可以實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)硬件產(chǎn)品。
4結(jié)語
通過這種以完成項(xiàng)目為每門課程最終目的的方式,強(qiáng)調(diào)“授之以漁”的教學(xué)宗旨,使得學(xué)生每學(xué)完一門課程就能解決一些相應(yīng)的實(shí)際問題,很好地提高學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)學(xué)科的積極性,從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。
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關(guān)鍵詞：嵌入式；ARM；SOC；FPGA
中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1672－5913(2007)17－0025－03
1 引言
隨著手機(jī)、PDA、高清電視(HDTV)、機(jī)頂盒、智能家電、汽車電子、路由器、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，中國(guó)嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)每年將直接創(chuàng)造億元的效益，因此嵌入式將成為電子信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一。與巨大的市場(chǎng)潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，我國(guó)國(guó)民教育體系下嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)知識(shí)較為陳舊，缺乏實(shí)踐鍛煉，無法適應(yīng)企業(yè)的實(shí)際需要，嵌入式人才的缺乏是阻礙我國(guó)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的首要因素。本文首先分析我國(guó)目前嵌入式專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀，闡述了嵌入式課程體系的知識(shí)結(jié)構(gòu)，接下來針對(duì)應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)類嵌入式方向的課程設(shè)置與教學(xué)進(jìn)行了探討，最后對(duì)該教學(xué)模式實(shí)施的實(shí)際效果進(jìn)行了總結(jié)。
2 嵌入式課程設(shè)置現(xiàn)狀分析
2．1 現(xiàn)狀及問題
目前，我國(guó)大部分高校的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)仍然停留在20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的以8位51單片機(jī)為核心的教學(xué)水平上。教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教材體系不能適應(yīng)嵌入式技術(shù)發(fā)展的需要。學(xué)生學(xué)完這門課程后滿足不了社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求。究其原因，一方面是因?yàn)閺氖略擃I(lǐng)域的研發(fā)人員常常需要不同專業(yè)背景，例如計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)化與控制，等。另一方面更重要的原因是我國(guó)的嵌入式教學(xué)沒有跟上嵌入式技術(shù)的發(fā)展，筆者認(rèn)為我國(guó)嵌入式教學(xué)存在如下問題：
(1)定位不明確，課程體系設(shè)置不合理：一個(gè)嵌入式系統(tǒng)不但包括硬件部分還包括軟件部分。電子類、通信類、計(jì)算機(jī)類專業(yè)都可以開設(shè)嵌入式方向，但培養(yǎng)目標(biāo)是不相同的、課程設(shè)置和側(cè)重點(diǎn)也不相同，而目前有些高校只是根據(jù)技術(shù)潮流籠統(tǒng)地開設(shè)一門課程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到系統(tǒng)地學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的需要。因此，高校開設(shè)置嵌入式專業(yè)時(shí)必須找準(zhǔn)定位，結(jié)合自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)開設(shè)課程。
(2)缺少系列教材：嵌入式技術(shù)往往和行業(yè)背景結(jié)合緊密，由于新技術(shù)日新月異，很難找到一套普遍適用的系列教材。這也給嵌入式教學(xué)帶來影響。
(3)課程教學(xué)內(nèi)容陳舊：嵌入式課程是一門很新的技術(shù)，目前有些高校雖然開設(shè)了這方面的課程，但是師資往往沒有同步跟上，很多都是從相關(guān)專業(yè)轉(zhuǎn)型而來，在短期內(nèi)無法跟上新技術(shù)變革，因此出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，而且廣度有限，深度不夠的現(xiàn)象。
(4)缺少實(shí)踐鍛煉：嵌入式是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)。目前有些高校缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，沒有與實(shí)際工程應(yīng)用密切結(jié)合的課程設(shè)計(jì)，使得高校培養(yǎng)的人才創(chuàng)新意識(shí)薄弱，實(shí)踐能力不強(qiáng)，與實(shí)際工程應(yīng)用需求嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生發(fā)展后勁不足。
要解決以上問題，必須對(duì)嵌入式專業(yè)所需要知識(shí)結(jié)構(gòu)有所了解。
2．2 嵌入式專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)
從廣義上說，以單片機(jī)，F(xiàn)PGA/CPLD，DSP，ARM等實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品都可以稱之為嵌入式產(chǎn)品，基于FPGA的SOC、SOPC、ASIC設(shè)計(jì)都和嵌入式系統(tǒng)密切相關(guān)，如圖1所示。
嵌入式工程人員應(yīng)該具備什么樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)呢?嵌入式工程人員既可從事嵌入式硬件設(shè)計(jì)，也可從事嵌入式軟件設(shè)計(jì)，下面結(jié)合我國(guó)對(duì)嵌入式軟件人才的培養(yǎng)要求，我們認(rèn)為工程型嵌入式軟件人才應(yīng)具有如下的知識(shí)與能力：
(1)硬件知識(shí)
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，對(duì)于從事嵌入式軟件開發(fā)的工程人員，必須清晰地掌握相關(guān)的硬件基礎(chǔ)知識(shí)，如嵌入式微處理器、接口技術(shù)、軟硬件一體化的開發(fā)工具，等。
(2)軟件工程知識(shí)
嵌入式軟件工程與通用軟件工程具有共同之處，但又有很大的差異。因此，嵌入式軟件工程人才必須首先具有軟件工程技術(shù)的基本知識(shí)和工程技能，例如軟件工程管理、軟件質(zhì)量、軟件工程過程，等。同時(shí)，一個(gè)好的嵌入式開發(fā)工程師必須掌握一門開發(fā)語言、精通一種主流微處理器系統(tǒng)、掌握一套開發(fā)工具和一種嵌入式操作系統(tǒng)。
(3)行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)
嵌入式系統(tǒng)是與特定行業(yè)應(yīng)用密不可分的，嵌入式軟件在移動(dòng)設(shè)備、數(shù)字家電、汽車電子、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療電子、航天航空、工控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。所以，嵌入式軟件工程人才必須具有一定的行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，才能勝任工作。
(4)系統(tǒng)工程能力
由于嵌入式系統(tǒng)是面向某種特殊應(yīng)用，所采用的硬件平臺(tái)、開發(fā)工具和應(yīng)用環(huán)境都有所不同，再加上市場(chǎng)對(duì)大多數(shù)產(chǎn)品要求開發(fā)周期短和成本低，我們無法為了某一種產(chǎn)品而從頭開發(fā)。因此，如何選擇合適的軟硬件平臺(tái)以高效地開發(fā)產(chǎn)品，如何有效管理開發(fā)團(tuán)隊(duì)中的各類人員，如應(yīng)用專家、硬件工程師、軟件工程師和其他相關(guān)工程人員，成為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的重點(diǎn)。這就需要嵌入式軟件工程人才應(yīng)具備解決工程問題的能力，自我知識(shí)學(xué)習(xí)與更新能力和良好的交流與組織協(xié)調(diào)能力。
對(duì)于嵌入式專業(yè)的教學(xué)，不可能把圖1中羅列的所有技術(shù)全部學(xué)習(xí)一遍，這樣做也得不償失。一個(gè)比較好的方法是根據(jù)各個(gè)學(xué)校的特點(diǎn)實(shí)施嵌入式課程教學(xué)，電子類、通信類、計(jì)算機(jī)類專業(yè)都可以開設(shè)嵌入式方向，但是其側(cè)重點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)是不相同的。下面主要結(jié)合計(jì)算機(jī)類專業(yè)的嵌入式方向闡述其課程設(shè)置與教學(xué)。
3 基于ARM架構(gòu)的嵌入式課程設(shè)置與教學(xué)
3．1 課程體系
嵌入式專業(yè)的特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，并且學(xué)科發(fā)展快，因而學(xué)習(xí)難度大。同時(shí)，它要求教師不僅具備一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件知識(shí)，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、編譯原理、數(shù)字電路，等，而且需要真正從事過嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐，才能對(duì)嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性等抽象概念和系統(tǒng)調(diào)試過程有感性認(rèn)識(shí)。
對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用類的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)該放在嵌入式軟件設(shè)計(jì)這一部分。如果學(xué)生掌握了一種主流嵌入式微處理器、掌握了一門開發(fā)語言、一種嵌入式操作系統(tǒng)、一套開發(fā)工具，就達(dá)到了系統(tǒng)地學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的要求。
目前，在嵌入式領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的是ARM(Advanced RISC Machines)系列微處理器。作為世界第一大IP知識(shí)產(chǎn)權(quán)廠商，ARM公司本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。可以說，ARM公司引發(fā)了嵌入式領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用 領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，是目前32位市場(chǎng)中使用最廣泛的微處理器。ARM從1991年大批量推出商業(yè)RISC內(nèi)核到現(xiàn)在為止，已授權(quán)交付了超過20億個(gè)ARM內(nèi)核的處理器核。在全球已有將近200多個(gè)半導(dǎo)體公司購(gòu)買了ARM核，生產(chǎn)自己的處理器。目前，80％以上的GSM手機(jī)、99％的CDMA手機(jī)以及將來的WCDMA、TD-SCDMA手機(jī)都采用的是基于ARM核心的處理器。ARM進(jìn)入中國(guó)2年以來，已經(jīng)與中興、華虹、東南大學(xué)、上海集成電路設(shè)計(jì)中心及中芯國(guó)際簽定了芯片核心技術(shù)授權(quán)協(xié)議。因此，學(xué)習(xí)以ARM為架構(gòu)的嵌入式技術(shù)具有非常廣闊的前景。
對(duì)于嵌入式開發(fā)語言目前主要有匯編語言、C和C++語言、Java語言，等。對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)目前主要有VxWorks、Windows CE、Linux和μC/OS-II，等，各個(gè)學(xué)校可以根據(jù)實(shí)際情況開設(shè)這些課程。集成開發(fā)工具主要有Tomado、Windows CE開發(fā)工具、ADS，等。下面結(jié)合筆者所在學(xué)校介紹其嵌入式方向的課程設(shè)置與教學(xué)情況。
計(jì)算機(jī)系嵌入式專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)偏向嵌入式軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。其課程體系的設(shè)置應(yīng)該體現(xiàn)“注重工程能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)人才知識(shí)體系”。根據(jù)學(xué)生的接受能力，嵌入式知識(shí)的學(xué)習(xí)應(yīng)體現(xiàn)層次性、由易到難的漸進(jìn)性、注重實(shí)踐性。其知識(shí)結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)這樣一個(gè)層次結(jié)構(gòu)組成。
基礎(chǔ)課程階段：主要學(xué)習(xí)理工科的一些基礎(chǔ)課程，如高等數(shù)學(xué)，等，主要在大學(xué)一、二年級(jí)開設(shè)，這里不再贅述。
專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課開設(shè)方案如圖2所示，圖中列出其主要課程，該課程體系的目標(biāo)是培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)師。
專業(yè)基礎(chǔ)課階段：如圖2底部所示，主要包括模擬電子電路、數(shù)字電子電路、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語言程序設(shè)計(jì)、Java語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)，等。主要放在大學(xué)二、三年級(jí)開設(shè)。
專業(yè)課階段：如圖2中部所示，專業(yè)課體現(xiàn)為三條線，主線是圖中部虛線框中以ARM為架構(gòu)的系列課程：第二條線屬于硬件方面的選修課程，用于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)嵌入式硬件方面的了解；第三條線屬于軟件方面的課程，用于加強(qiáng)學(xué)生軟件方面的知識(shí)，后兩條線的課程都為主線服務(wù)。下面詳細(xì)介紹主線各門課程的主要知識(shí)點(diǎn)。
“匯編語言程序設(shè)計(jì)”課程是學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的入門課程。主要介紹匯編語言程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，ARM系列微處理器，基于ARM體系結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)以及匯編程序設(shè)計(jì)。本課程是學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用等知識(shí)的前導(dǎo)課程。
“嵌入式系統(tǒng)原理與接口”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包含典型的嵌入式微處理器的工作原理、嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)體系、GPIO、總線接口、網(wǎng)絡(luò)接口，等。在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)中對(duì)特定的微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的知識(shí)要求淡化，對(duì)處理器接口知識(shí)的要求必須加強(qiáng)。該門課在教學(xué)過程中應(yīng)注意“點(diǎn)面結(jié)合”，以某種平臺(tái)為重點(diǎn)，兼顧其他系統(tǒng)的特征。
“嵌入式操作系統(tǒng)”課程主要介紹嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)，嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是系統(tǒng)存儲(chǔ)資源有限和對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，其用戶界面與通用系統(tǒng)也很不一樣，因此嵌入式操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)有較大的差別。在嵌入式操作系統(tǒng)課程中需要結(jié)合典型的嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)操作系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作機(jī)制、系統(tǒng)移植剪裁和實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度等內(nèi)容進(jìn)行介紹。不同的學(xué)校可根據(jù)具體情況選擇一到兩門流行的嵌入式操作系統(tǒng)，如UCOSII、Linux、WinCE、Vxworks，等。
“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該包括嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、軟件編程及設(shè)備接口和驅(qū)動(dòng)，等。設(shè)置本課程的目的是讓學(xué)生了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)的概念、方法和工具。
“嵌入式系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)”嵌入式產(chǎn)品往往是軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物，其設(shè)計(jì)方法涉及軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)層次。因而，嵌入式軟件的測(cè)試不同于一般的軟件測(cè)試，本課程的重點(diǎn)放在嵌入式軟件測(cè)試，該課程包括了嵌入式軟件測(cè)試的一般過程，內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)化測(cè)試和嵌入式系統(tǒng)的原理、測(cè)試生命周期、重要的應(yīng)用技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、測(cè)試組織形式和測(cè)試原則。
3．2 課程教學(xué)
目前嵌入式教材存在的知識(shí)結(jié)構(gòu)籠統(tǒng)、平臺(tái)相關(guān)性問題及針對(duì)性不強(qiáng)等問題。我們逐步編寫了嵌入式方向的系列教材，并且聘請(qǐng)企業(yè)的技術(shù)專家參與教材編寫，讓來自工作一線、擁有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專家直接參與教材編寫，大大增強(qiáng)了教材的實(shí)用價(jià)值。這些教材以ARM體系結(jié)構(gòu)為主線，理論研究與實(shí)際開發(fā)緊密結(jié)合，面向應(yīng)用。目前這些教材在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的效果。
針對(duì)在校學(xué)生缺少行業(yè)背景知識(shí)這一缺點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中大力開展了與企業(yè)的合作。首先我們研究企業(yè)需求、深入很多大中小型IT企業(yè)，作崗位調(diào)研，看看企業(yè)到底需要什么樣的嵌入式人才，聘請(qǐng)企業(yè)專家參與課程設(shè)置與專業(yè)建設(shè)。同時(shí)，我們也研究嵌入式人才的就業(yè)問題，研究什么樣的嵌入式人才好就業(yè)，在學(xué)生學(xué)習(xí)期間，直接把學(xué)生派到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，使得培養(yǎng)的嵌入式人才能夠適應(yīng)企業(yè)的需要。
此外，注重嵌入式師資的培訓(xùn)，充分利用寒暑假將專業(yè)教師派到相關(guān)企業(yè)直接參與項(xiàng)目的開發(fā)。通過這種方式使得專業(yè)課教師能夠緊跟時(shí)代的步伐，時(shí)刻引領(lǐng)新知識(shí)、新技術(shù)，避免了其知識(shí)的陳舊性。
4 結(jié)論
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)專業(yè);課程設(shè)計(jì);課程群
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1引言
計(jì)算機(jī)專業(yè)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè),不僅要求從業(yè)者具有扎實(shí)的理論知識(shí),更要求從業(yè)者具有較強(qiáng)的應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。基于此,我國(guó)各高校在制定計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)方案時(shí)都配置了一定數(shù)量的實(shí)踐環(huán)節(jié),希望以此加強(qiáng)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)方面的實(shí)踐能力,但效果并不理想。
教育部高教司2006年一項(xiàng)調(diào)查顯示,自2002年以來,高校計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生初次就業(yè)率連年下滑,成為大學(xué)生就業(yè)市場(chǎng)上一大問題,并受到社會(huì)各方面的普遍關(guān)注。
在計(jì)算機(jī)人才供需兩旺的情況下,計(jì)算機(jī)類專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)出現(xiàn)困難,其實(shí)質(zhì)不是人才過剩,而是高校教育和企業(yè)要求不匹配,由此造成大量計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生難以勝任企業(yè)工作需求,進(jìn)而出現(xiàn)畢業(yè)生難以就業(yè),企業(yè)適用人才難求的局面!
這種局面的產(chǎn)生,其主要原因在于長(zhǎng)期以來,實(shí)踐教學(xué)在高校課程體系中一直處于從屬的位置,傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)高等教育注重理論型、研究型人才培養(yǎng),但在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上存在層次單一,教學(xué)內(nèi)容滯后,理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)的情況,課程設(shè)置陳舊,設(shè)施落后,大多數(shù)畢業(yè)生理論有余,崗位需要的專業(yè)應(yīng)用技術(shù)相對(duì)不足。
要想改變這種現(xiàn)狀,計(jì)算機(jī)專業(yè)教育就應(yīng)該提倡素質(zhì)教育,注重能力培養(yǎng),提高高校實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,從而提升學(xué)生就業(yè)力。
2現(xiàn)狀
實(shí)踐性教學(xué)是指為配合理論教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力,加強(qiáng)專業(yè)訓(xùn)練和鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力而設(shè)
置的教學(xué)環(huán)節(jié)。目前,高校計(jì)算機(jī)專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)或畢業(yè)論文環(huán)節(jié)。
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)性實(shí)踐活動(dòng),著眼于學(xué)生的基本動(dòng)手能力訓(xùn)練,幫助學(xué)生理解、掌握基本原理,學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)方法、計(jì)算機(jī)常用軟硬件的熟練使用、編程與設(shè)計(jì)等。
課程設(shè)計(jì)屬于提高性實(shí)踐活動(dòng),著眼于學(xué)生的綜合應(yīng)用知識(shí)能力訓(xùn)練,針對(duì)特定問題進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn),從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型綜合性系統(tǒng),幫助學(xué)生提高綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)、解決實(shí)際問題的專業(yè)技術(shù)能力。
實(shí)習(xí)一般分為專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、操作實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)四個(gè)階段。他主要是針對(duì)不同專業(yè)特色、不同年級(jí)學(xué)生專業(yè)需要開設(shè)的具有針對(duì)性的實(shí)踐活動(dòng),有助于學(xué)生系統(tǒng)理解本專業(yè)知識(shí),提高綜合應(yīng)用能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)與畢業(yè)論文是對(duì)學(xué)生整個(gè)本科階段學(xué)習(xí)情況的綜合檢驗(yàn),是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)課程通常都設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),學(xué)生在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中按照教學(xué)內(nèi)容,分章節(jié)進(jìn)行基礎(chǔ)技能的訓(xùn)練。但由于各章節(jié)相對(duì)獨(dú)立,學(xué)生驗(yàn)證的只是一個(gè)個(gè)獨(dú)立章節(jié)的知識(shí),而不能從總體上掌握課程內(nèi)容,更無法綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決應(yīng)用問題。
課程設(shè)計(jì)主要是針對(duì)專業(yè)的核心課程,如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”、“軟件工程”。這些課程都設(shè)置相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)的主要目的是在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所學(xué)的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。課程設(shè)計(jì)的時(shí)間通常為一周,設(shè)置在學(xué)期末進(jìn)行;設(shè)計(jì)內(nèi)容主要針對(duì)課程獨(dú)立進(jìn)行,常見的方式是由教師命題,學(xué)生自由選題,針對(duì)特定問題進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn),從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型綜合性系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程相關(guān)性較強(qiáng),實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)常常需要幾門課程的綜合知識(shí)。而課程設(shè)計(jì)往往是隨課程學(xué)期進(jìn)行的,相關(guān)課程被安排在不同學(xué)期,學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)無法充分領(lǐng)會(huì)和掌握相關(guān)知識(shí)而導(dǎo)致時(shí)間浪費(fèi),達(dá)不到預(yù)期要求,效果不甚理想。
近年來,隨著各高校教學(xué)的改革,實(shí)踐教學(xué)的重要性得到重視。但由于實(shí)踐教學(xué)理念落后,長(zhǎng)期以來實(shí)踐教學(xué)僅被看作是一種輔教學(xué),在知識(shí)和能力的培養(yǎng)中,側(cè)重于知識(shí);在思維能力與動(dòng)手能力的培養(yǎng)中,側(cè)重于思維能力。這種目標(biāo)定位造成了目前實(shí)踐教學(xué)重實(shí)踐結(jié)果,輕實(shí)踐過程;重知識(shí)鞏固,輕能力培養(yǎng)的狀況。
課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合技能至關(guān)重要。本文針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀,經(jīng)多年的探索和改進(jìn),實(shí)行了一種基于課程群的集中實(shí)踐模式――專題訓(xùn)練。該模式主要從課程群組織規(guī)劃、課程群實(shí)踐管理以及實(shí)踐驗(yàn)收幾個(gè)方面進(jìn)行了新的嘗試和實(shí)踐。這種模式兼顧課程間的連續(xù)性和應(yīng)用性,從實(shí)際應(yīng)用考慮制定實(shí)踐方案,針對(duì)性強(qiáng),組織合理,教學(xué)效果明顯。
3基于課程群的集中實(shí)踐模式
基于課程群的集中實(shí)踐模式將相關(guān)課程盡可能安排在同一學(xué)期或相鄰學(xué)期,保證學(xué)生在融會(huì)貫通課程體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合應(yīng)用。實(shí)踐活動(dòng)時(shí),由相關(guān)課程的多位老師同時(shí)指導(dǎo),實(shí)踐時(shí)間通常是2～4周,保證學(xué)生在知識(shí)連貫性、指導(dǎo)多元化、時(shí)間充分的條件下鍛煉和提高自身的實(shí)踐動(dòng)手技能。
3.1課程群組織規(guī)劃
課程群組織規(guī)劃針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課程進(jìn)行,充分考慮課程的連續(xù)性和應(yīng)用性:
(1) 將“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”、“Java程序設(shè)計(jì)”、“C#程序設(shè)計(jì)”等語言類課程劃分為一個(gè)課程群,學(xué)生在系統(tǒng)了解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)基礎(chǔ)上,通過C、Java、C#語言的系統(tǒng)學(xué)習(xí),在第七學(xué)期開展為期兩周的語言類專題訓(xùn)練,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力。由相關(guān)課程的老師集體指導(dǎo),保證理論和編程提高的有效性。
(2) 將“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”、“高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)編程”等數(shù)據(jù)庫(kù)類課程劃分為一個(gè)課程群。學(xué)生在系統(tǒng)了解數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的理論知識(shí)基礎(chǔ)上,通過具體數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí),在第七學(xué)期開展為期兩周的數(shù)據(jù)庫(kù)類專題訓(xùn)練,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用能力。由兩門課程的老師集體指導(dǎo),設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于特定平臺(tái)的實(shí)用的小型管理信息系統(tǒng)。
(3) 將“軟件工程”、“軟件測(cè)試”、“信息系統(tǒng)案例”、“軟件項(xiàng)目管理”等工程類課程劃分為一個(gè)課程群。學(xué)生在系統(tǒng)了解軟件工程的理論知識(shí)基礎(chǔ)上,通過軟件測(cè)試、信息系統(tǒng)案例軟件項(xiàng)目管理等實(shí)用類課程的應(yīng)用學(xué)習(xí),在第七學(xué)期開展為期兩周的軟件工程類專題訓(xùn)練,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的軟件分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試能力。由相關(guān)課程的老師集體指導(dǎo),嚴(yán)格按照軟件系統(tǒng)的用戶需求分析、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)測(cè)試等幾個(gè)步驟來規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件系統(tǒng),并書寫相關(guān)文檔,實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的高度結(jié)合。
(4) 將“微機(jī)原理與接口”、“嵌入式系統(tǒng)概論”、“嵌入式操作系統(tǒng)”、“嵌入式程序設(shè)計(jì)”等硬件應(yīng)用類課程劃分為一個(gè)課程群。學(xué)生在系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)硬件接口和嵌入式應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上,通過硬件編程的應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí),在第七學(xué)期開展為期兩周硬件應(yīng)用類專題訓(xùn)練,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和嵌入式應(yīng)用的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力。本課程群集中實(shí)踐可以針對(duì)嵌入式硬件實(shí)現(xiàn),也可針對(duì)微機(jī)硬件接口實(shí)現(xiàn)。
基于課程群的集中實(shí)踐專題訓(xùn)練統(tǒng)一安排在第七學(xué)期,目的是將大學(xué)四年所學(xué)的理論知識(shí)系統(tǒng)化、分類化、實(shí)踐化,提高學(xué)生的實(shí)踐技能,提高學(xué)生的就業(yè)儲(chǔ)備值。考慮到此時(shí)學(xué)生的就業(yè)需求和企業(yè)需要,也可將四個(gè)專題訓(xùn)練進(jìn)行有機(jī)整合,或者和企業(yè)定制、企業(yè)實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行學(xué)分置換,方便校企合作。
3.2課程群實(shí)踐管理
以下從實(shí)踐組織,實(shí)踐管理,實(shí)踐設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行具體闡述。
(1) 實(shí)踐組織
專題訓(xùn)練的設(shè)計(jì)題目由指導(dǎo)教師結(jié)合自己的科研項(xiàng)目以及課程內(nèi)容給出,并公布于校園網(wǎng)。實(shí)踐之初,學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)興趣和選題難度自行選題并組成開發(fā)團(tuán)隊(duì)小組。實(shí)踐過程中,學(xué)生統(tǒng)一在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室集中實(shí)踐,由相關(guān)課程的多名教師帶隊(duì)指導(dǎo),每天都有教師值班答疑。集中進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練既方便學(xué)生討論、交流、答疑,又方便指導(dǎo)教師充分地把握實(shí)踐情況,并給予具體指導(dǎo)。
(2) 實(shí)踐管理
專業(yè)實(shí)驗(yàn)室全天開放,每天八小時(shí)工作制,晚上可以加班加點(diǎn),專心設(shè)計(jì)項(xiàng)目。
研發(fā)階段模擬軟件企業(yè)的研發(fā)流程。研發(fā)時(shí),每個(gè)學(xué)生研發(fā)小組安排組長(zhǎng)一人。組長(zhǎng)組織成員進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)研、模塊劃分與任務(wù)分工、接口的確定、進(jìn)度的監(jiān)督與協(xié)調(diào)、集成測(cè)試等。
實(shí)踐期間安排不定期抽檢和中期檢查環(huán)節(jié)。指導(dǎo)教師按照專題訓(xùn)練最初制定的任務(wù)要求及日程安排檢查實(shí)踐進(jìn)展,針對(duì)學(xué)生研發(fā)過程、研發(fā)進(jìn)度、研發(fā)難題及研發(fā)組織等給予監(jiān)督與指導(dǎo),一旦發(fā)現(xiàn)偏差,及時(shí)糾正,將錯(cuò)誤消滅在萌芽狀態(tài)。抽檢和中期檢查結(jié)果以文檔形式留存,作為成績(jī)考核的一部分計(jì)入總成績(jī)。
實(shí)踐期間及時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)。每天規(guī)定一個(gè)時(shí)間,將同組學(xué)生集中起來,針對(duì)當(dāng)天完成的任務(wù)進(jìn)行總結(jié),交流自己的想法,提出存在的問題,集體討論,這樣就能夠做到日日有收獲,天天有提高,從而鍛煉自己的實(shí)戰(zhàn)水平和組織經(jīng)驗(yàn),小組項(xiàng)目小結(jié)以日志的形式記錄,開發(fā)結(jié)束后整理寫入實(shí)習(xí)報(bào)告。
(3) 實(shí)踐設(shè)計(jì)
實(shí)踐任務(wù)采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng),實(shí)踐題目一般是指導(dǎo)教師橫向或縱向科研項(xiàng)目,或使用某企業(yè)已完成的項(xiàng)目案例。這樣,學(xué)生在校內(nèi)既可進(jìn)行初步的客戶調(diào)研和需求分析,同時(shí)也具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值,為將來的職業(yè)奠定基礎(chǔ)。具體實(shí)施如下:
專題訓(xùn)練主要分為三個(gè)階段:
第一階段是答疑式講座。由于專題訓(xùn)練集合了相關(guān)的幾門課程,有的課程是以前學(xué)過的,學(xué)生會(huì)遺忘。為了使學(xué)生更好地理解和掌握任務(wù)的基本原理以及后續(xù)的應(yīng)用技術(shù),指導(dǎo)教師在專題訓(xùn)練之初會(huì)采用答疑講座的方式,詳細(xì)介紹任務(wù)的基本原理、企業(yè)軟件項(xiàng)目開發(fā)的基本流程、開發(fā)規(guī)范和開發(fā)過程中要注意的事項(xiàng)。
第二階段是案例分析。針對(duì)專題訓(xùn)練給出的項(xiàng)目題目,提取幾個(gè)有針對(duì)性的案例進(jìn)行分析講解,使學(xué)生了解軟件系統(tǒng)生產(chǎn)的基本過程、方法及開發(fā)技術(shù)。
第三階段是實(shí)際研發(fā)。讓學(xué)生自己動(dòng)手綜合運(yùn)用前面指導(dǎo)老師所講到的知識(shí),完成一個(gè)中小型項(xiàng)目的開發(fā)任務(wù)。
3.3課程群實(shí)踐驗(yàn)收
專題訓(xùn)練最終成果包括系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)技術(shù)文檔以及用戶操作手冊(cè)。
考核是檢驗(yàn)實(shí)踐成果的主要手段,科學(xué)、合理的實(shí)踐考核對(duì)于促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量,全面把握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,提高
學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性,改進(jìn)教師的教學(xué)方法都有著重要的意義。考核也是一個(gè)較難把握的環(huán)節(jié),既要考核學(xué)生的獨(dú)立編程能力,也要考查其團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,同時(shí)還要考慮其組織能力、表達(dá)能力、文檔編寫能力、紀(jì)律性等內(nèi)容。為了客觀科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際效果,我們實(shí)行分階段考核,各階段成績(jī)綜合在一起構(gòu)成最終集中實(shí)踐成績(jī)。成績(jī)由平時(shí)表現(xiàn)、中期檢查(抽檢)、實(shí)踐答辯和實(shí)踐報(bào)告四部分組成。其中,平時(shí)表現(xiàn)占總成績(jī)10%,中期檢查(抽檢)占總成績(jī)10%,實(shí)踐答辯占總成績(jī)40%,實(shí)踐報(bào)告占總成績(jī)40%,匯總后總成績(jī)以等級(jí)表示。
中期檢點(diǎn)考察其開發(fā)進(jìn)度,內(nèi)容包括調(diào)研程度、開發(fā)平臺(tái)及環(huán)境的選取是否合理、需求分析是否充分,開發(fā)進(jìn)度安排是否合理、是否有延遲等。
答辯重點(diǎn)考察軟件功能、實(shí)現(xiàn)的難易程度、技術(shù)含量,界面友好性等。具有創(chuàng)新性的作品,適當(dāng)加分。答辯流程為組長(zhǎng)匯報(bào)軟件的設(shè)計(jì)思想、主要技術(shù)、任務(wù)分工等情況,并演示軟件,指導(dǎo)教師提問各位成員所設(shè)計(jì)的模塊。老師根據(jù)項(xiàng)目完成效果確定這個(gè)組的等級(jí),按照工作量大小再確定組內(nèi)各成員的等級(jí)。
實(shí)踐報(bào)告以小組為單位上交,重點(diǎn)考察其規(guī)范程度,文檔是否齊全,書寫是否認(rèn)真等。
4結(jié)束語
實(shí)踐教學(xué)是高等學(xué)校創(chuàng)新教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié),實(shí)踐教學(xué)體系的改革不容質(zhì)疑。計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)計(jì)作為實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一個(gè)提高實(shí)踐環(huán)節(jié)。經(jīng)過實(shí)踐證明,將主干課程集合成群,按課程群設(shè)計(jì)集中實(shí)踐,并輔以嚴(yán)格的組織和管理,學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用、軟件開發(fā)等綜合技能普遍提高,實(shí)踐效果明顯,保證了實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
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The Exploration and Realization on Centralized Practical Mode Based on Course Group
LU Ying, TANG Xiao-jun
(Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)；專業(yè)建設(shè)；課程設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 19-0000-01
Professional Building Talking on Internet of Things in Colleges
Li Gang1,Li Yang1,Hou Xia2
(puter Science and Information Engineering College,Anyang Institute of Technology,Anyang455000,China;2.High School of Anyang Development Zone,Anyang455000,China)
Abstract:In today's technological advances,computer network professional is faced with the maturity of networking technology and development to bring new and expanded it.This paper analyzes the status of networking technology,and made things in the colleges and universities for professional development and curriculum design of the program.
Keywords:Computer network;Internet of Things;Professional development;Curriculum design
一、引言
物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）[1]是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征。
物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。在2005年國(guó)際電信聯(lián)盟的報(bào)告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。
二、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的分析
（一）專業(yè)建設(shè)的背景分析
物聯(lián)網(wǎng)改變了人類之前物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施截然分開的傳統(tǒng)思維，將具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能的物理實(shí)體基于通信技術(shù)有效連接在一起，使得政府管理、生產(chǎn)制造、社會(huì)管理，以及個(gè)人生活實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，被成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。
自2009年8月總理提出“感知中國(guó)”[2]以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”，目前物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)受到了全社會(huì)極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度遠(yuǎn)超美國(guó)、歐盟、等其他各國(guó)，因此，我國(guó)迫切需要培養(yǎng)大批物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才。
（二）申報(bào)專業(yè)的院系分析
2010年初教育部下達(dá)了高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)申報(bào)通知，眾多高校爭(zhēng)相申報(bào)。由于物聯(lián)網(wǎng)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，從技術(shù)角度，主要涉及的現(xiàn)有高校院系與專業(yè)有：計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程，電子與電氣工程，電子信息與通訊，自動(dòng)控制，遙感與遙測(cè)，精密儀器，電子商務(wù)等等。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)可能會(huì)在上述這些院系中開設(shè)。
（三）專業(yè)課程的選擇
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣闊使用促使高校進(jìn)行該專業(yè)的建設(shè)，在進(jìn)行學(xué)生培養(yǎng)的時(shí)候，不同的高校應(yīng)該明確自身的培養(yǎng)目標(biāo)，一是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用；另一是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論研究。
在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時(shí)，選擇的專業(yè)基礎(chǔ)課程包括：物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)導(dǎo)論；Java程序設(shè)計(jì)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)概論；TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議；嵌入式系統(tǒng)技術(shù)；傳感器技術(shù)概論；RFID技術(shù)概論等。
（四）專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要從物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)所注重的關(guān)鍵性問題出發(fā)，結(jié)合目前的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和高校教學(xué)環(huán)境，力求讓學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層、支持層與應(yīng)用層，設(shè)計(jì)出具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)、自我發(fā)展的創(chuàng)新實(shí)踐能力，以適應(yīng)不斷變化的未來。
開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程可以按照方向來進(jìn)行劃分：嵌入式方向有有藍(lán)牙嵌入式編程、3G嵌入式編程等；傳感器方向有光敏傳感器實(shí)驗(yàn)、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)等；RFID技術(shù)方向有：RFID介紹及讀卡器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、串口讀卡實(shí)驗(yàn)、以太網(wǎng)讀卡實(shí)驗(yàn)等；ZigBee技術(shù)方向有：ZigBee介紹、IAR使用介紹、無線傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等。
三、總結(jié)
本文介紹了在目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，高校通過對(duì)該專業(yè)的申報(bào)、院系安排、課程選擇及課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)等方面的工作，積極開展物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的教育培養(yǎng)，適應(yīng)了目前我國(guó)對(duì)該專業(yè)學(xué)生急切需要的需求。通過認(rèn)真系統(tǒng)的專業(yè)建設(shè)能夠培養(yǎng)學(xué)生具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用能力，并且具備在本專業(yè)領(lǐng)域跟蹤新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的能力。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：普通高校；嵌入式；技能型；培養(yǎng)模式
1 現(xiàn)狀分析
進(jìn)入21世紀(jì)，嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得嵌入式人才十分匱乏。各個(gè)重點(diǎn)大學(xué)紛紛開設(shè)了嵌入式方向課程，并在計(jì)算機(jī)或軟件工程的體系下出現(xiàn)了嵌入式專業(yè)方向。作為一個(gè)新的專業(yè)方向，關(guān)于它的培養(yǎng)模式和教學(xué)方法的研究仍處在探索階段。與重點(diǎn)院校培養(yǎng)的嵌入式人才的角度和力度，實(shí)現(xiàn)尺度均有所不同，具體地講：
首先，學(xué)生來源不同，由于高校錄取學(xué)生都是根據(jù)高考分?jǐn)?shù)劃分的，普通高校大部分學(xué)生問題主要是自主學(xué)習(xí)能力差、缺乏人生規(guī)劃和人生目標(biāo)等。
其次，從就業(yè)角度來看，普通理工類高校主要輸送的人才是面向企業(yè)的一線編程人員。企業(yè)對(duì)這類人員要求是基本功過硬、動(dòng)手能力強(qiáng)、能夠迅速進(jìn)入角色、有團(tuán)隊(duì)合作精神。
最后，學(xué)校的軟硬件環(huán)境與重點(diǎn)院校不能同日而語。普通高校的師資力量與重點(diǎn)院校不同，教師的科研能力和科研環(huán)境與重點(diǎn)院校的師資有顯著差異；普通高校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境也不能與重點(diǎn)院校相比，雖然近幾年教育部加大力度支持各大院校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，但仍然無法趕上重點(diǎn)院校。
在此背景下，圍繞十二五教育科學(xué)規(guī)劃課題對(duì)普通高校本科生嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)體系展開研究和探索，目的在于加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，有效地提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，解決學(xué)校培養(yǎng)與市場(chǎng)應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)方面的問題。
2 具體措施
下面簡(jiǎn)要介紹本學(xué)院在人才培養(yǎng)模式改革過程中的步驟與經(jīng)驗(yàn)，為普通理工類院校在嵌入式人才培養(yǎng)模式方面提供參考。
2.1 嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)方案
嵌入式方向包括軟件方向和硬件方向。針對(duì)我校本科生而言，主要培養(yǎng)嵌入式軟件方向的人才。嵌入式軟件方向?qū)W(xué)生硬件知識(shí)要求少，學(xué)生興趣高；而且目前我國(guó)嵌入式軟件方向的人才匱乏。制訂適合我院本科生的培養(yǎng)方案，使學(xué)生在具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠具備專業(yè)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，滿足企業(yè)應(yīng)用需求，縮短企業(yè)二次崗前培訓(xùn)；使得學(xué)生成為創(chuàng)新型應(yīng)用型人才、具有完備專業(yè)知識(shí)的技能型人才。到目前為主，累積了一定量的研究經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
2.2 搭建遞進(jìn)式技能型人才培養(yǎng)模式
根據(jù)教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”精神和我校人才培養(yǎng)模式改革要求，本院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)施了人才培養(yǎng)模式改革的“1234”工程，在課程體系、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)方式、校企合作等多方面進(jìn)行了大膽的探索，取得了顯著效果。所謂“1234”工程，即“抓住一條主線，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)接，做好三個(gè)結(jié)合，夯實(shí)四項(xiàng)建設(shè)”。
一條主線指提高學(xué)生的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力；
兩個(gè)對(duì)接指通過校企合作培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生身份與員工身份對(duì)接、學(xué)校教育與社會(huì)需求對(duì)接，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的職前教育、入職教育與職后教育一體化銜接。通過構(gòu)建校企雙贏機(jī)制，整合學(xué)校教育與企業(yè)教育，實(shí)現(xiàn)學(xué)工結(jié)合，是學(xué)校、學(xué)生與企業(yè)需求“零距離”，學(xué)生就業(yè)“無障礙”。
做好三個(gè)結(jié)合指學(xué)生在學(xué)習(xí)期間要實(shí)現(xiàn)“學(xué)與練的結(jié)合、課上與課下結(jié)合、校內(nèi)與校外結(jié)合”。“學(xué)與練的結(jié)合”指學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)踐演練相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”，“課上與課下結(jié)合”指學(xué)生的課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外科技活動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“學(xué)中做”，“校內(nèi)與校外結(jié)合”指學(xué)生的校內(nèi)生活場(chǎng)域與社會(huì)生活場(chǎng)域相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“學(xué)用結(jié)合”，充分利用所能利用的一切資源、利用所能利用的一切時(shí)間，讓學(xué)生從講堂中學(xué)、從企業(yè)中學(xué)、從生活實(shí)踐中學(xué)，使學(xué)生逐步具備IT領(lǐng)域“卓越人才”的各種素質(zhì)。
抓實(shí)四項(xiàng)建設(shè)指課程體系建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、教材及課程建設(shè)、實(shí)踐基地建設(shè)。
2.3 采取案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法培養(yǎng)技能型人才
案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法是目前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，通過具體實(shí)例化教學(xué)有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，將該方法引入技能型人才培養(yǎng)模式是對(duì)嵌入式方向培養(yǎng)體系的有利推動(dòng)。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題，從“有用、有趣，建立學(xué)生自信”的指導(dǎo)思想出發(fā)，探索案例驅(qū)動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革，提出嵌入式系統(tǒng)教學(xué)案例的設(shè)計(jì)思路及注意問題。最終能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，化解課程教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生實(shí)踐能力。
在上述的指導(dǎo)方針下，在教學(xué)模式針對(duì)本院學(xué)生的特點(diǎn)對(duì)于嵌入式方向應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用類課程均要求采用項(xiàng)目和案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，以實(shí)踐考核方式代替課程考核，以實(shí)踐考核成績(jī)作為該門課程主要成績(jī)。采用案例項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，以提高學(xué)生動(dòng)手能力為培養(yǎng)目標(biāo)，采用案例、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)。
2.4 構(gòu)建多維度實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
普通高校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不能與重點(diǎn)院校相比，大部分院校都面臨實(shí)驗(yàn)環(huán)境落后的現(xiàn)狀，因此，我們只能在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，開發(fā)多維度的實(shí)驗(yàn)體系，充分利用學(xué)生自己的資源和企業(yè)資源在時(shí)間和空間上擴(kuò)展上機(jī)時(shí)數(shù)和上機(jī)質(zhì)量。形成多維度實(shí)驗(yàn)體系模型，實(shí)驗(yàn)課程重點(diǎn)偏向嵌入式軟件方向。實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同課程分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新能力及畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種方式；根據(jù)學(xué)生所處不同階段，將實(shí)驗(yàn)分為編程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、嵌入式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和嵌入式綜合開發(fā)實(shí)踐。將實(shí)驗(yàn)體系包括在教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)課程、每學(xué)期單獨(dú)開設(shè)的實(shí)踐考核類課程、企業(yè)實(shí)訓(xùn)等多種形式。
2.5 建立完善的計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)監(jiān)控和評(píng)價(jià)體系
圍繞計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)具體要求，建立靈活多樣的監(jiān)督、評(píng)價(jià)體系。通過理論課程和實(shí)踐性強(qiáng)的課程考試形式的改革，由教師自主和學(xué)院監(jiān)督形式制定靈活的考核方式，從而建立完善的計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)監(jiān)控和評(píng)價(jià)體系。
3 總結(jié)
嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展，必然要求高校的培養(yǎng)體系與教學(xué)模式不斷改進(jìn)并與之相適應(yīng)。本文針對(duì)普通高校對(duì)嵌入式方向人才培養(yǎng)模式展開探討，提出嵌入式方向技能型人才培養(yǎng)方案、搭建遞進(jìn)式技能型人才培養(yǎng)模式、采取案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法、構(gòu)建“帆船式”多維度實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、建立完善的培養(yǎng)監(jiān)控和評(píng)價(jià)體系。良好的培養(yǎng)體系是一個(gè)雙贏機(jī)制，既有利于學(xué)生的平穩(wěn)快速就業(yè)，也有利于學(xué)校的良性發(fā)展。為此，應(yīng)進(jìn)一步深化普通院校嵌入式方向人才培養(yǎng)模式的研究。
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關(guān)鍵詞：人力資源管理 嵌入式教學(xué) 實(shí)踐研究 畢業(yè)實(shí)習(xí)
中圖分類號(hào)：F240- 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
目前，人力資源管理專業(yè)已經(jīng)在絕大多數(shù)高校中普遍開設(shè)了，因?yàn)檫@個(gè)專業(yè)培養(yǎng)的人才對(duì)于企業(yè)來說是極其需要的，所以如何使教學(xué)的效率得到提升也受到了不小的關(guān)注，人力資源管理專業(yè)的有效教學(xué)不僅需要進(jìn)行理論的教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也必不可少，嵌入式教學(xué)模式的實(shí)踐是對(duì)高校進(jìn)行人力資源管理教學(xué)的一種有效的方式，仍然需要在發(fā)展中不斷總結(jié)、改進(jìn)。
1.嵌入式教學(xué)的定義和作用
嵌入式教學(xué)是一種綜合性的教學(xué)方式，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合并且可以整合校內(nèi)和校外的多方資源。嵌入式教學(xué)的實(shí)踐作用可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面上：
第一方面是可以將學(xué)校的教學(xué)和企業(yè)的需求進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)校培養(yǎng)出來的人力資源管理專業(yè)學(xué)生是企業(yè)所需要的，增加學(xué)生的就業(yè)率，將實(shí)際人力資源管理工作的具體內(nèi)容融入進(jìn)課堂教學(xué)中，使學(xué)生有足夠的動(dòng)手能力，通過實(shí)踐加深對(duì)理論知識(shí)的理解；
第二方面是讓學(xué)生將課堂的理論知識(shí)有效地嵌入到實(shí)際的操作中，起到指導(dǎo)的作用，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)會(huì)對(duì)問題進(jìn)行分析，不再是盲目跟隨教師的指引進(jìn)行實(shí)踐，而是能夠獨(dú)立解決在實(shí)踐中遇到的問題，也就是通過嵌入式的教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓整個(gè)課堂可以實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為主體的教學(xué)目標(biāo)。
總的來說，嵌入式教學(xué)可以將理論知識(shí)嵌入實(shí)踐中、將實(shí)踐嵌入到理論教學(xué)中、將企業(yè)資源嵌入到學(xué)校資源中等等，實(shí)現(xiàn)高校人力資源管理專業(yè)教學(xué)的高質(zhì)量，使學(xué)校有能力培養(yǎng)出專業(yè)性極強(qiáng)的、符合社會(huì)需求的人力資源管理人才。
2.人力資源管理專業(yè)中嵌入式教學(xué)實(shí)踐的具體內(nèi)容
2.1在理論知識(shí)的教學(xué)中嵌入實(shí)踐教學(xué)
很多學(xué)校在進(jìn)行教學(xué)時(shí)只注重理論知識(shí)的教學(xué)，但是事實(shí)上，實(shí)踐能力的教學(xué)是高校培養(yǎng)人才的重要途徑，人力資源管理專業(yè)的教學(xué)一直是比較枯燥的，理論知識(shí)的涵蓋范圍也很廣，學(xué)生掌握起來存在一定的難度，將實(shí)踐教學(xué)嵌入進(jìn)來可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度。通過項(xiàng)目式的課程體系改革的進(jìn)程，研究出符合我國(guó)高校進(jìn)行人力資源管理專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)的教材，將實(shí)踐教學(xué)要求融入進(jìn)去，使理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)以及實(shí)訓(xùn)結(jié)合起來，讓學(xué)生全方位的掌握人力資源管理的專業(yè)技能。
2.2在教學(xué)過程中嵌入校內(nèi)實(shí)
學(xué)校的資源對(duì)于教學(xué)任務(wù)的完成也起到了推動(dòng)的作用，進(jìn)行人力資源管理專業(yè)的教學(xué)時(shí)，教師可以充分利用學(xué)校的資源，讓學(xué)生可以在校內(nèi)進(jìn)行實(shí)習(xí)，在不影響學(xué)校工作的前提下，將學(xué)生安排到各個(gè)適合專業(yè)的崗位上進(jìn)行實(shí)習(xí)，比如學(xué)校的行政助理或秘書，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)提前了解人力資源管理專業(yè)的工作流程。人力資源管理專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)方向是比較明確的，就是在各個(gè)企業(yè)的人力資源類的行政部門工作，學(xué)校也是有這些類似部門的，所以這對(duì)于學(xué)生來說是很好的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。將校內(nèi)實(shí)習(xí)嵌入到教學(xué)中是實(shí)現(xiàn)學(xué)校和學(xué)生雙方共贏的方式，學(xué)生的實(shí)習(xí)可以給學(xué)生提供了一個(gè)很好的工作實(shí)習(xí)平臺(tái)，讓學(xué)生在畢業(yè)后可以更快地融入進(jìn)實(shí)際工作中。想要更好地完成學(xué)生校內(nèi)實(shí)習(xí)的工作，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的配合必不可少，學(xué)生將要實(shí)習(xí)的部門領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該制定一個(gè)實(shí)習(xí)計(jì)劃，爭(zhēng)取讓學(xué)生在有限的實(shí)習(xí)時(shí)間內(nèi)將大部分的職業(yè)技能都進(jìn)行掌握，例如溝通能力、人際交往能力、檔案整理能力以及辦公室文書書寫能力。
2.3實(shí)際工作和學(xué)習(xí)相嵌入
學(xué)生想要充分掌握一門技能，實(shí)踐是最好的方式，進(jìn)行人力資源管理專業(yè)的教學(xué)時(shí)，教師可以選取四個(gè)月的時(shí)間給學(xué)生安排工學(xué)結(jié)合的任務(wù)，讓學(xué)生真的走入企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)。在進(jìn)行這項(xiàng)工作之前，學(xué)校必須對(duì)嵌入的企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，明確該企業(yè)是否適合人力資源管理專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)，之后由學(xué)校和企業(yè)之間展開探討、簽訂協(xié)議并且共同制定學(xué)生的實(shí)習(xí)計(jì)劃。
2.4頂崗實(shí)習(xí)嵌入進(jìn)教學(xué)中
頂崗實(shí)習(xí)最好的安排階段是學(xué)生畢業(yè)的前半年，因?yàn)樵谶@個(gè)階段學(xué)生需要寫畢業(yè)論文，并且需要找一份畢業(yè)后的工作，在這時(shí)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)的嵌入可以讓學(xué)生在步入社會(huì)前就充分掌握自己畢業(yè)后的工作技能，并且有機(jī)會(huì)在畢業(yè)時(shí)就留在實(shí)習(xí)單位進(jìn)行工作，減少了學(xué)生的就業(yè)壓力，并且可以將實(shí)際工作的情況嵌入到畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)中，讓整個(gè)畢業(yè)論文顯得更加完整。指導(dǎo)教師的作用就是對(duì)學(xué)生和企業(yè)之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，促使企業(yè)能夠真正拿出一套對(duì)學(xué)生有益的實(shí)習(xí)方案，讓學(xué)生真正的可以嵌入到企業(yè)中，并且從實(shí)習(xí)的過程中學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)。
3.嵌入式教學(xué)的實(shí)踐分析
3.1人力資源管理專業(yè)教學(xué)中采用嵌入式教學(xué)對(duì)實(shí)際教學(xué)起到指導(dǎo)作用
人力資源管理專業(yè)采用嵌入式的教學(xué)方式仍然需要得到更多的完善，目前存在著很多問題，人力資源管理專業(yè)需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程有很多，嵌入式教學(xué)可以在其中發(fā)揮一定的指導(dǎo)作用。目前存在于人力資源管理教學(xué)上的問題有很多，不同的課程中往往對(duì)同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解方式不同，這主要是因?yàn)楦骺评蠋熁诓煌n程的不同需求導(dǎo)致的，這樣學(xué)生會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)理解不清的現(xiàn)象，嵌入式教學(xué)可以呈現(xiàn)出人力資源管理教學(xué)中的課程知識(shí)的體系圖表，有助于學(xué)生找到不同課程之間的相關(guān)性，更好地掌握整個(gè)人力資源管理專業(yè)課程的學(xué)習(xí)框架，有能力將所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，找到知識(shí)點(diǎn)之間存在的關(guān)系，使對(duì)課程的掌握程度得到提升。
3.2嵌入式教學(xué)的重點(diǎn)是將理論知識(shí)和實(shí)際實(shí)踐相互嵌入
眾所周知，想要更好地掌握一門知識(shí)和技能，僅僅靠理論學(xué)習(xí)是不夠的，更需要理論知識(shí)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生們往往對(duì)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)以及實(shí)習(xí)活動(dòng)的興趣更大、需求更多，我國(guó)目前進(jìn)行人力資源管理專業(yè)教學(xué)時(shí)還沒有注重實(shí)踐教學(xué)的重要性，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握也就局限在表面的課本上，并沒有能力將理論知識(shí)應(yīng)用在實(shí)際工作中，學(xué)習(xí)的有效性大打折扣。所以，嵌入式教學(xué)的重點(diǎn)就是將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相互嵌入。相互嵌入是指在進(jìn)行專業(yè)知識(shí)理論的教學(xué)過程中穿插實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生可以有效地將理論知識(shí)在實(shí)踐中得到運(yùn)用并加深掌握的程度，使學(xué)生學(xué)到的知識(shí)是真正有用的，為學(xué)生以后的實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。
3.3邊學(xué)邊用、邊用邊學(xué)是嵌入式教學(xué)的程序
對(duì)于人力資源管理專業(yè)的學(xué)生來說，實(shí)際操作能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是比較重要的，但是我國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)方式卻不注重這兩點(diǎn)，近些年，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了實(shí)踐操作的重要性，也開始逐漸加大了教學(xué)實(shí)踐的比例，但是因?yàn)閹熧Y力量不足或者是實(shí)踐資源不足等情況，實(shí)際進(jìn)行起來是比較困難的，很多教師選擇純理論的教學(xué)方式，或者在理論學(xué)習(xí)之后象征性地進(jìn)行實(shí)踐，這就導(dǎo)致教學(xué)和社會(huì)的需求完全不統(tǒng)一，理論知識(shí)也不能很好地和實(shí)踐結(jié)合起來。所以，嵌入式教學(xué)的主要教學(xué)程序就是邊學(xué)邊用、邊用邊學(xué)，讓學(xué)生更好地掌握工作技能。
3.4實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“嵌入式”人才的目標(biāo)
“嵌入式”的人才是目前社會(huì)最為需要的人才、是可以將理論知識(shí)和實(shí)踐操作能力融合在一起的優(yōu)秀人才、更是全方面的可持續(xù)發(fā)展人才。進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)的主要流程就是利用教材和課件進(jìn)行講解，之后給學(xué)生布置一定的作業(yè)用來鞏固知識(shí)點(diǎn)，但是這樣的教學(xué)方式并不能培養(yǎng)出來一個(gè)全面的人才，只能讓知識(shí)點(diǎn)停留在學(xué)生的記憶表面，學(xué)生的實(shí)踐能力更是沒有得到提升。所以，“嵌入式”的教學(xué)目標(biāo)就是為了培養(yǎng)出有能力解決實(shí)踐問題的人力資源管理專業(yè)人才，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用在實(shí)踐中，在實(shí)踐中積極思考，從而加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，達(dá)到有能力進(jìn)行任何人力資源管理專業(yè)工作的目標(biāo)。
4.嵌入式教學(xué)實(shí)踐中需要注意的問題
隨著對(duì)教師的需求越來越高，各高校的師資力量都比較薄弱，在學(xué)校給學(xué)生嵌入實(shí)習(xí)工作后，往往沒有辦法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控掌握，在學(xué)生走入企業(yè)后教師就不聞不問了，學(xué)生也就放任自己，導(dǎo)致無法在實(shí)習(xí)過程中真正學(xué)到東西。校內(nèi)實(shí)習(xí)嵌入是需要校內(nèi)的所有部門支持才能夠進(jìn)行的，學(xué)校可以對(duì)學(xué)生提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)的部門應(yīng)制定一個(gè)詳細(xì)的實(shí)習(xí)計(jì)劃，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中應(yīng)該干什么、怎么干，給學(xué)生安排具體的實(shí)習(xí)工作，不應(yīng)該讓學(xué)生浪費(fèi)實(shí)習(xí)的時(shí)間，覺得工作是無所事事的。
學(xué)校要制定一個(gè)計(jì)劃、一個(gè)清單，將學(xué)生所有可以在校內(nèi)進(jìn)行實(shí)習(xí)的崗位標(biāo)注出來，并明確每個(gè)崗位需要的實(shí)習(xí)人數(shù)以及具體的工作范圍和職能，讓學(xué)生清楚知道自己應(yīng)該干什么并且可以選擇適合自己的職位進(jìn)行實(shí)習(xí)，對(duì)學(xué)生起到指導(dǎo)的作用。
5.結(jié)束語
嵌入式教學(xué)是目前很多高校都采取的一種教學(xué)方式，對(duì)于人力資源管理專業(yè)的教學(xué)來說更有著不可忽視的作用，想要將嵌入式教學(xué)進(jìn)行的更加有效，進(jìn)行實(shí)踐效果的研究是重要的途徑之一。
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關(guān)鍵詞:智能科學(xué)與技術(shù);機(jī)器人;實(shí)踐教學(xué)
1建立突出實(shí)踐能力的獨(dú)立實(shí)踐教學(xué)體系
西安郵電學(xué)院是以本科教育為主的地方院校,以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為其主要責(zé)任。工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng),實(shí)踐教學(xué)尤其重要,實(shí)踐才能出真知。合理的實(shí)踐教學(xué)體系,對(duì)我們能否實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)至關(guān)重要。我院的人才培養(yǎng)指導(dǎo)思想是,保證學(xué)生掌握基本的理論基礎(chǔ),充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的作用,豐富實(shí)踐教學(xué)的手段,把教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合,教學(xué)與教師科研方向相結(jié)合,以此帶動(dòng)促進(jìn)教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)應(yīng)盡量與實(shí)際應(yīng)用相一致,通過實(shí)踐訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)其綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。
我院實(shí)踐教學(xué)體系打破了依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)模式,更加重視實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)性,在內(nèi)容上統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。該體系理順了各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),以機(jī)器人技術(shù)為核心,把課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)、業(yè)余科技活動(dòng)、科研訓(xùn)練等教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)劃、合理設(shè)置,形成主線清晰、層次分明、內(nèi)容豐富、難度適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)體系。
總的來說,我院實(shí)踐教學(xué)體系分為課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)、課余實(shí)踐活動(dòng)兩大部分。
1) 課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)。首先,我們?cè)谡n內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上作出了很多調(diào)整,通過調(diào)整,使不同課程分散的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容盡量體現(xiàn)在同樣的對(duì)象上,進(jìn)而將不同課程的內(nèi)容更好地串聯(lián)起來。其次,對(duì)課程設(shè)計(jì)的題目,我們盡量做到針對(duì)性、統(tǒng)一性更強(qiáng)。我院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)了4門專業(yè)課程設(shè)計(jì),分別是單片機(jī)課程設(shè)計(jì)、機(jī)器人競(jìng)技、虛擬現(xiàn)實(shí)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)。專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)專業(yè)的兩個(gè)方向:機(jī)器人技術(shù)和智能信息處理。機(jī)器人技術(shù)方向4門課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容既相互獨(dú)立,又相互聯(lián)系,對(duì)應(yīng)著小型移動(dòng)機(jī)器人的4個(gè)組成部分:基本驅(qū)動(dòng)和傳感、行為模式控制、圖像采集及識(shí)別、智能控制及優(yōu)化。當(dāng)學(xué)生到大學(xué)4年級(jí)時(shí),就可以制作出一臺(tái)簡(jiǎn)單的小型移動(dòng)機(jī)器人。最后是開設(shè)實(shí)驗(yàn)選修課,即開放實(shí)驗(yàn),我們要求學(xué)生在大學(xué)3年級(jí)必須選擇其中1門課程設(shè)計(jì),但不限于3年級(jí),也不限1門。實(shí)際上開放實(shí)驗(yàn)是一種介于課內(nèi)與課余之間的教學(xué)組織形式。
2) 課余實(shí)踐教學(xué)的安排,以引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生多學(xué)習(xí)、多研究、多實(shí)踐為主要目的,以期形成良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。課余實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容上,以學(xué)科競(jìng)賽作為導(dǎo)向,目的明確,學(xué)生的積極性也高。在組織形式上,主要是學(xué)生成立業(yè)余的科技興趣小組,由專門的教師以“導(dǎo)師”身份輔導(dǎo)。學(xué)生之間形成高年級(jí)學(xué)生指導(dǎo)低
年級(jí)學(xué)生的傳幫帶隊(duì)伍。目前我院成立的小組有智能車設(shè)計(jì)小組、機(jī)器人擂臺(tái)賽小組、無線傳感器設(shè)計(jì)小組、電子競(jìng)賽興趣組、網(wǎng)站設(shè)計(jì)聯(lián)盟等。我院參加的各項(xiàng)學(xué)科競(jìng)賽隊(duì)員基本都從這些業(yè)余科技小組選拔。往屆參加這些興趣小組的學(xué)生,畢業(yè)時(shí)就業(yè)都很受企業(yè)歡迎,工作待遇相對(duì)也好一些,充分說明了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用。
2實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容設(shè)置
實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容可分為演示性內(nèi)容、基礎(chǔ)技能、原理驗(yàn)證性內(nèi)容、簡(jiǎn)單應(yīng)用性內(nèi)容、綜合設(shè)計(jì)性內(nèi)容。具體的教學(xué)環(huán)節(jié)有認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、上機(jī)操作、課程設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)選修課)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及課余科技活動(dòng)。
演示性內(nèi)容主要是專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)以及部分生產(chǎn)實(shí)習(xí)內(nèi)容。專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的內(nèi)容主要有參觀專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,演示一些典型實(shí)驗(yàn),例如倒立擺、機(jī)器人踢球、機(jī)器人擂臺(tái)賽表演等;觀看本專業(yè)所從事工作的教學(xué)錄像,加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí),錄像內(nèi)容主要播放專家對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的介紹、展望,相關(guān)智能產(chǎn)品的展示等。生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的演示內(nèi)容,主要是指實(shí)際生產(chǎn)過程(實(shí)際工作內(nèi)容)的觀察認(rèn)識(shí),是更高層次的一種認(rèn)識(shí)。
基礎(chǔ)技能是指通用工具的使用能力學(xué)習(xí)。它包括計(jì)算機(jī)基本操作、基本電子儀器儀表的使用、電子元器件的選型及基本檢測(cè)方法、手工焊接及制版的操作等,學(xué)生主要在硬件基礎(chǔ)實(shí)習(xí)中完成這些學(xué)習(xí),并在后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐漸加深。
原理驗(yàn)證性內(nèi)容和簡(jiǎn)單應(yīng)用性內(nèi)容,基本上在課內(nèi)安排,隨理論課同步進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是以機(jī)器人技術(shù)為導(dǎo)向。例如,傳感器原理課程,我們?cè)诒姸喾N類的傳感器中,選擇紅外傳感器、超聲波傳感器、光電編碼器等作為重點(diǎn),而工業(yè)上常用的壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器不作為重點(diǎn)。
綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中比較少,主要在課程設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及課余科技活動(dòng)中進(jìn)行。4門專業(yè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容,對(duì)應(yīng)著小型移動(dòng)機(jī)器人的4個(gè)組成部分,既相互獨(dú)立,又相互聯(lián)系。學(xué)生在一套模板上不斷累加,到4年級(jí)時(shí),就可以制作出一臺(tái)簡(jiǎn)單的小型移動(dòng)機(jī)器人。
開放實(shí)驗(yàn)和課余科技活動(dòng)圍繞兩個(gè)主題開展,一是學(xué)科競(jìng)賽,二是科研項(xiàng)目,以前者為主。近年來,大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽的影響越來越大,對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、目標(biāo)、性質(zhì)和定位有良好的引導(dǎo)作用。其他相關(guān)的競(jìng)賽項(xiàng)目,如“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”、“挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽”等,同樣可以鼓勵(lì)學(xué)生參加。
競(jìng)賽是對(duì)實(shí)踐教學(xué)的一種綜合考驗(yàn),是對(duì)專業(yè)教學(xué)狀況、實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力以及臨場(chǎng)應(yīng)變能力的全方位檢測(cè)。相應(yīng)地,競(jìng)賽同時(shí)又是促進(jìn)教學(xué)的動(dòng)力,在某種程度上模仿了某種實(shí)際應(yīng)用,為實(shí)踐教學(xué)指引方向。這是一種關(guān)聯(lián)互動(dòng)、互相促進(jìn)的關(guān)系。競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制也刺激學(xué)生更加努力地學(xué)習(xí)。
3實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)
根據(jù)我院幾年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),以及本專業(yè)課程體系的設(shè)置,智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)形成了現(xiàn)在的實(shí)踐教學(xué)體系,如圖1所示。其中,第3學(xué)年專業(yè)方向一的內(nèi)容包括4門課程的實(shí)驗(yàn):機(jī)器人、智能控制、機(jī)器視覺、控制電機(jī);專業(yè)方向二的內(nèi)容也包括4門課程的實(shí)驗(yàn):機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字視頻技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)、計(jì)算智能。第4學(xué)年的選修課實(shí)驗(yàn)是專業(yè)任選課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,主要有嵌入式控制系統(tǒng)、語音識(shí)別技術(shù)、機(jī)器翻譯、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、電腦圍棋等。
根據(jù)此實(shí)踐教學(xué)體系,我們決定建立以教學(xué)機(jī)器人為主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。機(jī)器人是一種能夠通過程序控制,自主完成某類任務(wù)的機(jī)器系統(tǒng)。它綜合了機(jī)械、電子、控制、信息處理、人工智能等多個(gè)學(xué)科知識(shí),是鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維的良好工具。教育機(jī)器人是指應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人,它具有良好的開放性和可擴(kuò)展性,可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊,進(jìn)行自主創(chuàng)新,有友好的人機(jī)交互界面,便于教學(xué)實(shí)踐[1]。機(jī)器人項(xiàng)目有很強(qiáng)的趣味性和挑戰(zhàn)性,能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使大學(xué)的創(chuàng)新教育、實(shí)踐教育以及專業(yè)技術(shù)教育擁有了全新的模式,激活和強(qiáng)化了學(xué)生的多元能力特長(zhǎng),訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及自主建構(gòu)知識(shí)的能力。教育機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐課程幫助學(xué)生對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、項(xiàng)目管理等有了直觀的認(rèn)知,同時(shí)有助于教師掌握全新的教育理念,有助于學(xué)校決策層系統(tǒng)推動(dòng)教育改革[2]。
機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)可分為模塊化教學(xué)機(jī)器人和智能機(jī)器人系統(tǒng)兩大部分,模塊化教學(xué)機(jī)器人,是一種普及型機(jī)器人教學(xué)工具,它由一套散件組成,可以自由組合,形成多種結(jié)構(gòu)形式,也能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。模塊化機(jī)器人套件主要為創(chuàng)作機(jī)器人而設(shè)計(jì)。它使用32位的處理器和總線式舵機(jī),采用圖形化和C語言兩種軟件開發(fā)手段,可處理視頻、語音、大容量存儲(chǔ);接口豐富,連接方便。它可由淺入深地指引學(xué)生搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)并學(xué)習(xí)傳感、執(zhí)行、控制原理和應(yīng)用,學(xué)習(xí)機(jī)器人控制算法以及機(jī)器視覺、語音識(shí)別與合成等復(fù)雜處理。它能充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,構(gòu)建出獨(dú)特的機(jī)器人。模塊化教學(xué)機(jī)器人作為機(jī)器人、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,還能進(jìn)行課程設(shè)計(jì)以及部分開放實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。利用模塊化教學(xué)機(jī)器人套件,經(jīng)過適當(dāng)改造,就可以參加一些機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目。近年,我們使用該組件,參加過機(jī)器人武術(shù)擂臺(tái)賽、機(jī)器人滅火比賽,取得了較好的成績(jī),學(xué)生得到了很好的鍛煉。
智能機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),是在中型移動(dòng)機(jī)器人
的基礎(chǔ)上,增加其他功能單元,組成了一套大型的模塊化智能機(jī)器人系統(tǒng)。它在結(jié)構(gòu)上包括中型機(jī)器人本體部分、多自由度機(jī)械手、二維激光測(cè)距系統(tǒng)、無線定位導(dǎo)航系統(tǒng)、雙目立體視覺系統(tǒng)、語音識(shí)別系統(tǒng)等幾個(gè)部分,它是一個(gè)開放式平臺(tái),可以根據(jù)需要擴(kuò)展其他的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可進(jìn)行圖像處理方向的實(shí)驗(yàn)與研究,如全景圖像采集及環(huán)境重構(gòu)、多圖像目標(biāo)跟蹤定位、圖像壓縮、模式識(shí)別;機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的智能控制實(shí)驗(yàn):系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、多自由度手臂路徑規(guī)劃;超聲波、遠(yuǎn)紅外等測(cè)量傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)、多傳感器信息融合;網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
智能機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)方向,第一個(gè)方向是軟硬件相結(jié)合的嵌入式設(shè)計(jì),內(nèi)容為機(jī)器感知與行為控制,涵蓋的課程包括傳感器原理及應(yīng)用、控制電機(jī)、機(jī)器人以及機(jī)器人技術(shù)課程設(shè)計(jì);第二個(gè)是以軟件為主的信息處理、智能決策,內(nèi)容為語音處理與機(jī)器視覺、動(dòng)作規(guī)劃與決策,涵蓋的課程包括智能控制、機(jī)器視覺、無線傳感器、語音識(shí)別技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)課程設(shè)計(jì)。
4結(jié)語
我院以人才培養(yǎng)模式改革為核心,以創(chuàng)新實(shí)踐為主線,以教學(xué)機(jī)器人為平臺(tái),對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大膽改革,重組了實(shí)驗(yàn)體系,帶動(dòng)了本專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展,形成特色鮮明的專業(yè)人才培養(yǎng)模式。這個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系的特點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面:一是各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密;二是注重發(fā)揮課余教學(xué)實(shí)踐的作用。希望通過實(shí)踐教學(xué),切實(shí)為國(guó)家、為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)的工程應(yīng)用型人才。
參考文獻(xiàn):
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[2] 黃文愷,陳虹. 機(jī)器人創(chuàng)新性教學(xué)平臺(tái)的實(shí)踐與探索[J]. 今日科苑,2009(5):131.
Discussion on Practice System of Intelligent Science and Technology Specialty
WANG Shu-guang
(Automation School, Xi’an Institute of Post and Telecommunications, Xi’an 710121, China)
課程設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜問題的能力，學(xué)科競(jìng)賽可以提升學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合實(shí)踐能力。將學(xué)科競(jìng)賽的內(nèi)容和形式引入到傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，再?gòu)恼n程設(shè)計(jì)中選擇優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)和作品進(jìn)行進(jìn)一步的培養(yǎng)，二者的有機(jī)結(jié)合，不但可以提高實(shí)踐教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，而且可以為參加科技競(jìng)賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：
學(xué)科競(jìng)賽；課程設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)學(xué)科；創(chuàng)新實(shí)踐
大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)是高校人才培養(yǎng)中的重要工作之一[1]，各高校師資和學(xué)生水平不同，培養(yǎng)目標(biāo)也不完全相同，所采取的方法也各有千秋。西南交通大學(xué)曾采取制訂創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃、建設(shè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地、培養(yǎng)造就教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等措施[2]；武漢大學(xué)提出計(jì)算機(jī)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才小班制培養(yǎng)方法[3]。課程設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜問題的能力，學(xué)科競(jìng)賽可為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)采取了二者相結(jié)合的方法提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，取得了一定的效果。
一、計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)賽簡(jiǎn)介
近年來各個(gè)學(xué)科都陸續(xù)出現(xiàn)了不同類型的學(xué)科競(jìng)賽，和計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)的競(jìng)賽分為3類，分別是算法類、軟件應(yīng)用開發(fā)類和硬件開發(fā)類。其中算法類競(jìng)賽的典型代表是ACM國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，可以提高學(xué)生的計(jì)算思維能力[4，5]；軟件應(yīng)用開發(fā)類包括中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、普通高等學(xué)校本科大學(xué)生移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)大賽、全國(guó)大學(xué)生信息安全競(jìng)賽[6，7]、中國(guó)軟件杯大學(xué)生軟件設(shè)計(jì)大賽等；硬件開發(fā)類代表是全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽[8，9]。上述競(jìng)賽由國(guó)家教育部門、地方政府和相關(guān)公司多方主辦，競(jìng)賽項(xiàng)目涉及本學(xué)科的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐能力并激發(fā)創(chuàng)新精神有很大的幫助。但由于多數(shù)學(xué)生缺少參賽經(jīng)驗(yàn)，缺乏自信，導(dǎo)致學(xué)生積極性不高，參賽學(xué)生人數(shù)并不多，失去了提高自身能力的非常好的機(jī)會(huì)。如何將學(xué)科競(jìng)賽引入到日常教學(xué)中，讓更多的學(xué)生受益，而不是僅局限于極少一部分學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力是值得探索的課題。
二、計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)中的重要組成部分，是對(duì)理論教學(xué)的一個(gè)有益補(bǔ)充，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行的比較全面、系統(tǒng)的綜合性工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，不同的課程設(shè)計(jì)有不同的方法，例如中山大學(xué)提出計(jì)算機(jī)信息類綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方法[10]，湖南大學(xué)提出基于ISP技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)施方法[11]。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科本科專業(yè)分成四個(gè)方向，分別是計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程和信息技術(shù)，對(duì)各個(gè)方向分別給出了6個(gè)課程設(shè)計(jì)范例[12]，見表1。不同學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特點(diǎn)不一樣，開設(shè)的課程設(shè)計(jì)也不完全相同，我校根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生特點(diǎn)從第2學(xué)期至第7學(xué)期各有一門作為單獨(dú)課程開設(shè)的綜合性課程設(shè)計(jì)，分別是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐、計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)與軟件工程課程設(shè)計(jì)、算法課程設(shè)計(jì)及專業(yè)課程設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)存在題目比較陳舊、學(xué)生合作意識(shí)差、成績(jī)?cè)u(píng)定主要由教師決定等問題。
三、學(xué)科競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)融合方法
課程設(shè)計(jì)是學(xué)科競(jìng)賽的基礎(chǔ)，學(xué)生只有掌握了相應(yīng)課程知識(shí)，才能有機(jī)會(huì)參加學(xué)科競(jìng)賽，競(jìng)賽能夠使學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，具有更多的創(chuàng)新思想。例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法課程設(shè)計(jì)與ACM國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽相互促進(jìn)。下面以我校《數(shù)據(jù)庫(kù)與軟件工程課程設(shè)計(jì)》為例，說明學(xué)科競(jìng)賽與課程設(shè)計(jì)相融合提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的實(shí)施過程。該課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)完《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》和《軟件工程》課程后實(shí)踐性和綜合性比較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能在3周時(shí)間內(nèi)將理論知識(shí)加以綜合運(yùn)用，開發(fā)一個(gè)小型信息系統(tǒng)。
1.團(tuán)隊(duì)成員取長(zhǎng)補(bǔ)短的優(yōu)化組隊(duì)原則。
計(jì)算機(jī)學(xué)科的競(jìng)賽通常以團(tuán)隊(duì)的方式組織，如果團(tuán)隊(duì)成員能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，整體的力量將會(huì)更加強(qiáng)大。組長(zhǎng)要負(fù)責(zé)總體協(xié)調(diào)，需要有良好的組織協(xié)調(diào)能力；技術(shù)人員要負(fù)責(zé)解決關(guān)鍵技術(shù)問題；文檔編寫人員要具有較好的文字表達(dá)能力；答辯人員要具有較好的語言表達(dá)能力。這樣的組合方式可以使學(xué)生互相學(xué)習(xí)別人的長(zhǎng)處，彌補(bǔ)自己的不足。所以在課程設(shè)計(jì)中我們也采取這種優(yōu)化組隊(duì)方式，學(xué)生根據(jù)自身情況自愿組合，教師考查各組學(xué)生情況后，再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
2.精選歷屆競(jìng)賽題目或自選創(chuàng)新題目。
題目確定有兩種方式：一是從以往的計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)賽中挑選出符合課程培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生水平的競(jìng)賽題目；二是鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)興趣愛好自己確定題目，教師把關(guān)確認(rèn)題目的合理性、實(shí)現(xiàn)的可行性和工作量等問題。要求每隊(duì)一題，題目不能相同。
3.項(xiàng)目組給出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。
學(xué)生根據(jù)所選題目通過網(wǎng)絡(luò)和書籍查找相關(guān)資料，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)對(duì)課題進(jìn)行仔細(xì)分析，同時(shí)需要了解軟件用戶實(shí)際需求，可以把同學(xué)或教師當(dāng)作用戶，進(jìn)行需求調(diào)研，在此基礎(chǔ)上提出切實(shí)可行的實(shí)施方案，并進(jìn)行方案論證，包括需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、測(cè)試方案等幾個(gè)方面。
4.組間互評(píng)，論證設(shè)計(jì)方案的合理性與可行性。
每個(gè)小組以答辯的方式進(jìn)行方案匯報(bào)，教師和其他小組成員一起對(duì)方案進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。組間的互評(píng)目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓其有主人的感覺，他們既是參賽者又是評(píng)委，這樣大家可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，意見也更加全面。
5.以團(tuán)隊(duì)為單位的項(xiàng)目研發(fā)與測(cè)試。
即設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施階段，根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行編程和系統(tǒng)測(cè)試。教師定期為學(xué)生提供技術(shù)支持，和組內(nèi)學(xué)生一起討論，對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的普遍問題，進(jìn)行講解，為學(xué)生提供解決問題的新思路。
6.以團(tuán)隊(duì)為單位的項(xiàng)目展示與組間評(píng)價(jià)。
學(xué)生完成整個(gè)項(xiàng)目后，各個(gè)小組將撰寫項(xiàng)目報(bào)告，提交最終作品并進(jìn)行答辯，接受包含指導(dǎo)教師在內(nèi)的驗(yàn)收教師組和學(xué)生組間互評(píng)。這個(gè)環(huán)節(jié)主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度、項(xiàng)目研發(fā)水平、總結(jié)表達(dá)等能力，觀察團(tuán)對(duì)成員實(shí)踐過程中在設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試等方面的亮點(diǎn)。此過程主要強(qiáng)調(diào)以團(tuán)隊(duì)為單位的評(píng)價(jià)，按照科技競(jìng)賽比賽規(guī)則，通過比較各組作品以及答辯過程評(píng)出小組等級(jí)。
7.以個(gè)人為單位的組內(nèi)成員互評(píng)、自評(píng)。
每個(gè)學(xué)生在小組內(nèi)發(fā)揮的作用和大小不同，貢獻(xiàn)也不同，課程設(shè)計(jì)最后的成績(jī)也不同。小組成員要根據(jù)每個(gè)人的實(shí)際情況公正地給出每個(gè)成員（包括自己）在小組中的位置，清晰地意識(shí)到自己及他人在組中發(fā)揮的作用，互相了解優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
8.選拔優(yōu)秀學(xué)生團(tuán)隊(duì)和作品。
評(píng)選出優(yōu)秀作品，在教師指導(dǎo)下進(jìn)一步進(jìn)行完善，準(zhǔn)備參加計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)科技競(jìng)賽。
四、學(xué)科競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)融合成果
采取上述方法進(jìn)行的學(xué)生培養(yǎng)，既可以使優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)脫穎而出，為參加上一級(jí)比賽做好準(zhǔn)備，使其能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好成績(jī)，提高學(xué)校參與競(jìng)賽的人數(shù)，提高獲獎(jiǎng)數(shù)量和等級(jí)，也可以使絕大多數(shù)普通學(xué)生在各個(gè)方面得以鍛煉，提升專業(yè)能力，如方案設(shè)計(jì)能力、系統(tǒng)開發(fā)能力和集成調(diào)試能力等，提升非專業(yè)能力，如表達(dá)能力、文檔撰寫能力、PPT制作能力和組織能力等，并讓其感覺到只要通過努力并做好充分的準(zhǔn)備，競(jìng)賽的難度是沒有那么大的，提高參賽的積極性和自信心。中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽由教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、軟件工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)等聯(lián)合主辦，包括軟件應(yīng)用與開發(fā)類、軟件服務(wù)外包類等小類，我校在2012年只報(bào)名參加了一項(xiàng)省賽，2013—2014年，我們將課程設(shè)計(jì)和中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽相結(jié)合，取得了如下成績(jī)，如表2所示。可見學(xué)科競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)的融合，促進(jìn)了參賽數(shù)量和獲獎(jiǎng)等級(jí)的提高。
五、結(jié)語
計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)相融合的方法不僅改變了傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)模式，而且改變了傳統(tǒng)科技競(jìng)賽校內(nèi)推薦方法。傳統(tǒng)的推薦模式是學(xué)生接到競(jìng)賽通知后，自行組隊(duì)參加比賽，存在的問題是競(jìng)賽準(zhǔn)備時(shí)間短、作品不完善，另外沒有經(jīng)過訓(xùn)練的學(xué)生直接參加競(jìng)賽，對(duì)比賽的規(guī)則和要求沒有經(jīng)驗(yàn)，獲獎(jiǎng)的概率小，獲獎(jiǎng)的等級(jí)低。通過課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)地創(chuàng)新性培養(yǎng)，提前選拔優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)并進(jìn)一步重點(diǎn)培養(yǎng)代表學(xué)校參加校外競(jìng)賽，可增強(qiáng)學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力，提高學(xué)校的競(jìng)爭(zhēng)力。在課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)綜合了組間評(píng)價(jià)、組內(nèi)成員互評(píng)和自評(píng)，改變了傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的評(píng)價(jià)方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)促進(jìn)了組內(nèi)和組間學(xué)生的交流合作。
作者：邵虹 崔文成 單位：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院
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論文關(guān)鍵詞：第二課堂 創(chuàng)新能力 教學(xué)改革 電信類專業(yè)
論文摘要：針對(duì)電子電信類專業(yè)的特點(diǎn)，制定了各個(gè)教學(xué)階段第二課堂活動(dòng)的基本內(nèi)容和實(shí)施方法，方便了指導(dǎo)教師從事第二課堂的指導(dǎo)活動(dòng)；在各個(gè)教學(xué)階段實(shí)施第二課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過第二課堂實(shí)踐，我校電子電信類專業(yè)的學(xué)生對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣不斷增加，學(xué)生的創(chuàng)新顯著提高。
第二課堂活動(dòng)是指在完成專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)之外，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，在教師指導(dǎo)之下利用業(yè)余時(shí)問進(jìn)行的科研和實(shí)踐活動(dòng)。為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，山東工商學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我校”)從2002年開始實(shí)施第二課堂與創(chuàng)新學(xué)分學(xué)校文件規(guī)定，實(shí)行學(xué)分制的本科學(xué)生在校期間必須取得第二課堂學(xué)分5分，否則不能畢業(yè)。
第二課堂與學(xué)生所學(xué)專業(yè)關(guān)系密切，學(xué)校文件只是給出了宏觀的要求，不可能具體到每個(gè)學(xué)科、每個(gè)專業(yè)的實(shí)施細(xì)節(jié)就電信類專業(yè)來說，專業(yè)的理論性強(qiáng)，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性第二課堂的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。為了做好電信類專業(yè)的第二課堂與創(chuàng)新活動(dòng)，我們按照教學(xué)過程的幾個(gè)不同階段，規(guī)定了第二課堂與創(chuàng)新活動(dòng)的內(nèi)容及評(píng)價(jià)方法。
一、基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)
按照規(guī)定，學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)學(xué)科和人文社會(huì)學(xué)科課程時(shí)可在教師指導(dǎo)下，利用業(yè)余時(shí)間開展課程內(nèi)容專題討論、學(xué)術(shù)報(bào)告，并寫出書面總結(jié)，經(jīng)任課教師考核，學(xué)生可以取得1到個(gè)第二課堂學(xué)分。
在基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段，任課教師來自于兄弟院系，他們與學(xué)生所在院系沒有直接隸屬關(guān)系。學(xué)生所在院系無法直接給這些教師下達(dá)第二課堂活動(dòng)的任務(wù)。為此，從2004年開始執(zhí)行導(dǎo)師制度，即每個(gè)班級(jí)安排一名專業(yè)教師，負(fù)責(zé)指導(dǎo)該班級(jí)的第二課堂活動(dòng)。
電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生結(jié)合基本原理課程，完成了指導(dǎo)教師布置的用基本原理分析當(dāng)前金融危機(jī)的題目。學(xué)生都能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)這次金融危機(jī)爆發(fā)的原因進(jìn)行深入細(xì)致的分析和解釋不但鞏固了所學(xué)知識(shí)，同時(shí)通過圖書、網(wǎng)絡(luò)等手段了解了當(dāng)前經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的熱點(diǎn)問題。
二、專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)
在專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段，學(xué)生可開展課外專題討論、寫讀書報(bào)告、組織課外科技活動(dòng)小組等多種形式的活動(dòng)，由教師考核每項(xiàng)活動(dòng)可得l到2個(gè)該類學(xué)分。電信類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課包含電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及信號(hào)與線性系統(tǒng)分析等課程。模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)課程均包含1周的課程設(shè)計(jì)，且授課學(xué)時(shí)較多。因此，我們結(jié)合電路分析、信號(hào)與線性系統(tǒng)分析這兩門課程，設(shè)置了課外討論題目。如線性系統(tǒng)的時(shí)域解法綜述(電路實(shí)例)，通信系統(tǒng)頻分復(fù)用方式的頻域分析，系統(tǒng)的時(shí)域解法與變換域解法的比較等。要求寫出書面報(bào)告，由指導(dǎo)教師評(píng)分。
學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)，還未開通信原理課。要完成通信系統(tǒng)的頻域分析，要用到頻域分析的基本原理(信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、信號(hào)濾波)，以及通信系統(tǒng)的頻分復(fù)用系統(tǒng)，后者指導(dǎo)教師可以做適當(dāng)指導(dǎo)。通過這一題目，學(xué)生知道了頻域分析的用途，并對(duì)后續(xù)課程有一個(gè)大致的了解，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。另外，開展專題演講活動(dòng)也可作為這一階段的第二課堂活動(dòng)。由學(xué)生自己選擇題目，并在課下準(zhǔn)備材料，制作成幻燈片(限定時(shí)間為5分鐘)；由指導(dǎo)教師組織在多媒體教室進(jìn)行演講比賽，指導(dǎo)教師按照演講情況進(jìn)行評(píng)分。這項(xiàng)活動(dòng)，可以鍛煉學(xué)生的組織材料能力、多媒體課件制作能力及演講能力，能夠在工作中更好地表達(dá)自己的思路及方案。
三、專業(yè)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)
在專業(yè)課學(xué)習(xí)階段，學(xué)生參加教師的科研課題，或由教師組織成立課外科技活動(dòng)小組，完成一定的科研任務(wù)，并撰寫文獻(xiàn)綜述、生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查、研究論文、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，由教師考核，每項(xiàng)活動(dòng)可得l到2個(gè)該類學(xué)分。
在這一階段，學(xué)生已具備一定的專業(yè)知識(shí)和科技工作能力，但還不完善，需要在教師的指導(dǎo)下才能工作。學(xué)生參與第二課堂活動(dòng)，可在教師指導(dǎo)下，完成某個(gè)項(xiàng)目的部分或全部工作，經(jīng)歷科研及開發(fā)工作的整個(gè)過程，積累科研開發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)。
電子設(shè)計(jì)大賽是第二課堂活動(dòng)的重要內(nèi)容。我校自電子信息工程專業(yè)成立至今，每年都組織學(xué)生參加兩年一度的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽及山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。競(jìng)賽的時(shí)間在每年的9月，我們?cè)谑罴偾敖M織學(xué)生自愿報(bào)名，學(xué)生組隊(duì)參加，利用假期進(jìn)行認(rèn)真的理論與實(shí)踐方面的準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)單片機(jī)的編程技術(shù)，常用電子儀器的使用方法，電路圖的制版及元器件的焊接技術(shù)，以及各種傳感器電路及其應(yīng)用。學(xué)生拿到競(jìng)賽題目后能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。參加過電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生感慨地說，參賽過程學(xué)到的東西實(shí)在是太多了，好多都是教材中沒有的新技術(shù)。除此之外，提倡學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行組合參加各種形式的電子競(jìng)賽，如“ZLG杯”ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，富士通微電子杯MB95200系列MCU競(jìng)賽等。至今，我校學(xué)生已多次獲國(guó)家及山東省的獎(jiǎng)項(xiàng)。
選拔有能力的學(xué)生參與教師的科研課題，這是第二課堂活動(dòng)的另一項(xiàng)內(nèi)容。學(xué)生到課題組后，教師為學(xué)生分配一定的任務(wù)并提供適當(dāng)?shù)臈l件，學(xué)生在教師指導(dǎo)下工作。例如，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，LCD顯示驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的開發(fā)，無線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的開發(fā)，這樣的小題目非常適合學(xué)生去完成。學(xué)生在課題組工作，不僅學(xué)到了知識(shí)，而且得到了在科研團(tuán)隊(duì)中的工作經(jīng)驗(yàn)為今后從事科研工作打下了良好的基礎(chǔ)。
學(xué)生成立技術(shù)協(xié)會(huì)，也是第二課堂活動(dòng)的內(nèi)容。愛好電腦的學(xué)生參加電腦技術(shù)協(xié)會(huì)， "協(xié)會(huì)是學(xué)生人數(shù)較多的協(xié)會(huì)學(xué)生一起交流電腦裝機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)，網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)等他們把所學(xué)到的知識(shí)，利用業(yè)余時(shí)間運(yùn)用到為同學(xué)、教師的服務(wù)中。符合勤工儉學(xué)條件的，可以在相應(yīng)部門的崗位上幫助教師做電腦維護(hù)工作，學(xué)校支付一定的報(bào)酬。另外，校外的小企業(yè)需要開發(fā)網(wǎng)頁(yè)，大的軟件公司不愿承擔(dān)過小的項(xiàng)目，這種網(wǎng)頁(yè)開發(fā)特別適合學(xué)生去做。通過這樣的開發(fā)過程，學(xué)生的網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)水平得到提高，并得到與企業(yè)打交道的經(jīng)驗(yàn)，還得到一定的報(bào)酬。
鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。雖然專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中已開設(shè)單片機(jī)原理課程，但對(duì)電信類專業(yè)來說，只知道單片機(jī)是不夠的，還要進(jìn)一步學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。嵌入式開發(fā)系統(tǒng)品種繁多，各種單片機(jī)開發(fā)板，ARM開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格僅幾百元，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣，自己購(gòu)買開發(fā)學(xué)習(xí)板，利用業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)。不少學(xué)生把嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，并取得了良好的成績(jī)。
四．總結(jié)
摘 要：深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力具有重要意義。使學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要途徑之一就是面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)。本文主要介紹東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)，以供相關(guān)教學(xué)研究人員借鑒。
關(guān)鍵詞：面向系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；課程設(shè)計(jì)；系統(tǒng)綜合
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生如何提高競(jìng)爭(zhēng)力，是計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究課題。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育，一個(gè)非常重要的思路是分類培養(yǎng)[1]：培養(yǎng)將來計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究人員和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際領(lǐng)域應(yīng)用問題的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員。對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究人員，需要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，以更好地設(shè)計(jì)出新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員，若能對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)深入理解，則可在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的特性，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。因此，讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)教育的重要內(nèi)容[2-3]。讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)重要途徑就是探索面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
1 東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件。對(duì)于硬件，其核心是CPU；對(duì)于軟件，主要包括操作系統(tǒng)(可延伸包含網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng))、編譯軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
對(duì)面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行建設(shè)，東南大學(xué)的目標(biāo)是加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的深入理解，希望學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”，能設(shè)計(jì)自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；主要方法是強(qiáng)調(diào)三結(jié)合：理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合。
根據(jù)“強(qiáng)化基礎(chǔ)、軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)、面向應(yīng)
用、加強(qiáng)實(shí)踐”教學(xué)理念，東南大學(xué)形成了如圖1所示的面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
該實(shí)踐教學(xué)體系以硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐和軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐為基礎(chǔ)，通過“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”課程加以綜合，通過學(xué)生科研實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化“面向系統(tǒng)”的理念。
硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐包括硬件實(shí)驗(yàn)和接口實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)、采用軟件設(shè)計(jì)一個(gè)指令集自定義的模型計(jì)算機(jī)，并下載到FPGA芯片，讓學(xué)生深入理解CPU結(jié)構(gòu)、會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)CPU。接口實(shí)驗(yàn)主要包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展、定時(shí)器、串口、并口、中斷、A/D、D/A、DMA控制器、小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)與測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠理解微機(jī)接口及其應(yīng)用技術(shù)。
軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐主要包括編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。對(duì)編譯原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能設(shè)計(jì)可生成編譯程序的程序，也就是編譯程序生成工具程序(包括Lex和Yacc)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語言本質(zhì)和編譯軟件的理解，進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)能力、特別是大型軟件的設(shè)計(jì)能力。對(duì)于操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上添加新的系統(tǒng)調(diào)用，修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法；或者基于Java虛擬機(jī)，完成基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度及請(qǐng)求頁(yè)式管理的Java實(shí)現(xiàn)，以加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)[4]，通過設(shè)計(jì)一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，為今后從事數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究和開發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、SQL語言解析與執(zhí)行以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，通過對(duì)SOC(片上系統(tǒng))的硬、軟件設(shè)計(jì)，將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件綜合開發(fā)的領(lǐng)域，讓學(xué)生初步理解軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，給學(xué)生一次綜合的訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解。
2 典型實(shí)踐課程建設(shè)探索
這里主要介紹東南大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)、編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)。
2.1 硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程
東南大學(xué)長(zhǎng)期重視硬件教學(xué)。東南大學(xué)硬件課程群是江蘇省優(yōu)秀課程群。1985年，為了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)組成原理的綜合實(shí)踐，我校開始獨(dú)立設(shè)置計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程。硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程內(nèi)容是學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的CPU，可以完成七條基本指令。學(xué)生通過這樣的實(shí)驗(yàn)，初步改變了懼怕硬件的心理，在對(duì)課程充分理解的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)自己的CPU，不設(shè)條條框框，學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況令人滿意，改革初現(xiàn)成效。部分學(xué)生的課程設(shè)計(jì)在全國(guó)相關(guān)教學(xué)會(huì)議上被作為樣板，受到與會(huì)者的一致好評(píng)。由于課程建設(shè)成效顯著，“模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”(硬件實(shí)驗(yàn))課程建設(shè)于1993年被評(píng)為東南大學(xué)教學(xué)改革成果二等獎(jiǎng)。從1999年開始，我們探索在原有CPU設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加接口部件，并將EDA技術(shù)引入到課程設(shè)計(jì)中，為開設(shè)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”打下基礎(chǔ)。
經(jīng)過長(zhǎng)期的建設(shè)，硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程目前將著眼于CPU的組織和嚴(yán)格的時(shí)空安排，著眼于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和基本電路的實(shí)現(xiàn)方法，由小型部件實(shí)驗(yàn)和大型課程設(shè)計(jì)組成。課程目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生的整機(jī)概念，進(jìn)一步弄清計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時(shí)空關(guān)系，學(xué)會(huì)指令功能的電路實(shí)現(xiàn)方法和技巧，掌握運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試的工作方法，提高學(xué)生自行設(shè)計(jì)、調(diào)試分析的獨(dú)立工作能力。
小型部件實(shí)驗(yàn)用傳統(tǒng)的中小規(guī)模集成電路完成，使學(xué)生對(duì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)通路、總線等基本概念有感性認(rèn)識(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)流和控制流的關(guān)系、計(jì)算機(jī)主要部件的工作過程有較清楚的了解。
大型課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)，采用ALTERA公司的MAX+PLUSII軟件或Quartus II軟件，自己設(shè)計(jì)一臺(tái)指令功能完備的模型計(jì)算機(jī)，下載到本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的FLEX10K系列芯片上，并調(diào)試成功，最后通過檢查驗(yàn)收程序，寫出報(bào)告。對(duì)于模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)層次：微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試和復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試。對(duì)于微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，可自行規(guī)定數(shù)據(jù)格式和指令格式，在所提供的條件范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)基本指令的微程序控制的模型計(jì)算機(jī)。對(duì)于復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，要求具有多種尋址方式、中斷系統(tǒng)、16條以上指令，掌握用Verilog語言設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的能力，掌握用軟件工程的思想設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的工作方法及工作過程。
該課程不安排考試，學(xué)生成績(jī)以其學(xué)習(xí)態(tài)度、設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況評(píng)定。具體分配如下：學(xué)習(xí)態(tài)度10分，設(shè)計(jì)水平和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
60分(設(shè)計(jì)方案30分、實(shí)驗(yàn)結(jié)果20分、創(chuàng)新10分)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分(方案和電路10分、文字表述10分、總結(jié)和分析等10分)。總分按優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)分。
2.2 編譯原理課程設(shè)計(jì)
編譯程序是重要的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)涉及形式語言與自動(dòng)機(jī)理論。編譯程序設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單方法是按照特定的程序設(shè)計(jì)語言描述規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的詞法、語法分析和目標(biāo)代碼生成。主要不足是程序設(shè)計(jì)語言描述規(guī)范發(fā)生改變時(shí)不能做快速適應(yīng)。因此，在編譯程序設(shè)計(jì)時(shí)，一種新的方法是使用編譯程序生成工具生成編譯程序。典型編譯程序生成工具有Lex和Yacc。為了使學(xué)生對(duì)Lex和Yacc的實(shí)現(xiàn)機(jī)理有深入的理解，東南大學(xué)從2005年開始獨(dú)立設(shè)置編譯原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
該課程的設(shè)計(jì)目的就是通過設(shè)計(jì)一個(gè)通用的能夠自動(dòng)根據(jù)正規(guī)表達(dá)式生成詞法分析程序的工具程序SeuLex和一個(gè)通用的能夠根據(jù)上下文無關(guān)文法及其語義規(guī)則自動(dòng)生成語法分析程序的工具程序SeuYacc，使學(xué)生深入理解編譯原理，為在大型軟件系統(tǒng)實(shí)踐中設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的軟件系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
SeuLex設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是給定一個(gè)語言的Lex完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的正規(guī)表達(dá)式集分析、相應(yīng)非確定的有限自動(dòng)機(jī)構(gòu)造、確定化和最小化；根據(jù)最小化的確定有限自動(dòng)機(jī)生成對(duì)應(yīng)的詞法分析程序。對(duì)于SeuYacc設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是給定一個(gè)語言的Yacc完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的LALR(1)分析表構(gòu)造過程；輸出基于LALR(1)分析表、具有LALR(1)分析總控程序和LR(1)分析表查表程序的語法分析程序。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
學(xué)生普遍認(rèn)為，該課程設(shè)計(jì)對(duì)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)編譯理論的理解、提高大型程序的設(shè)計(jì)能力具有重要作用。
2.3 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，對(duì)操作系統(tǒng)的深入理解，可幫助學(xué)生充分利用操作系統(tǒng)提供的功能，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的效率，從而使學(xué)生能夠“做好應(yīng)用”，更進(jìn)一步設(shè)計(jì)自己的操作系統(tǒng)軟件。
為了加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高其對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力，東南大學(xué)從2005年開始獨(dú)立設(shè)置操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
該課程主要是為學(xué)生將來在基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)或在Java虛擬機(jī)上的軟件開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。
該課程提供兩類難度相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，學(xué)生可按照自己的興趣選做A類或者B類。
A類：本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上完成兩個(gè)主要項(xiàng)目：在Linux2.4的內(nèi)核中添加新的系統(tǒng)調(diào)用，以理解系統(tǒng)調(diào)用的工作機(jī)制，掌握擴(kuò)展內(nèi)核功能的技術(shù)；在Linux2.4中修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法。
B類：在Java虛擬機(jī)上完成兩個(gè)項(xiàng)目：基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度；請(qǐng)求頁(yè)式管理的Java實(shí)現(xiàn)。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
學(xué)生普遍認(rèn)為，通過該課程設(shè)計(jì)，對(duì)操作系統(tǒng)的理解有一個(gè)較大的提升，對(duì)構(gòu)建自己的操作系統(tǒng)有了一定信心。
2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是信息處理的重要系統(tǒng)軟件，充分理解數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)提高信息處理應(yīng)用系統(tǒng)的性能和效率具有重要的作用。
為了為學(xué)生今后從事數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究和開發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，東南大學(xué)利用在各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)方面的長(zhǎng)期科研積累，從2005年開始獨(dú)立設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，安排學(xué)生3～4人一組，分配角色，不限機(jī)時(shí)，遵循軟件工程的要求自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)麻雀雖小、五臟俱全的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)MyDBMS，通過實(shí)踐，使學(xué)生更加透徹地理解數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本原理和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
該課程實(shí)驗(yàn)將分為兩大部分：一是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；二是SQL語言解析與執(zhí)行，以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，主要是實(shí)現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的兩步提交事務(wù)處理系統(tǒng)；對(duì)于SQL語言解析與執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)SQL語言的解析，以及執(zhí)行控制模塊；對(duì)索引優(yōu)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)B+樹索引結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
從教學(xué)實(shí)際情況來看，絕大多數(shù)學(xué)生都能按要求完成任務(wù)，學(xué)生普遍反映雖然很辛苦，但收獲很大。該實(shí)踐課程所依據(jù)的理論課程“數(shù)據(jù)庫(kù)原理”于2010年成為國(guó)家精品課程建設(shè)項(xiàng)目。
2.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)是軟件綜合實(shí)踐和硬件綜合實(shí)踐的集成，要求學(xué)生從CPU 設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)到BIOS設(shè)計(jì)、匯編器設(shè)計(jì)、編譯程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用示范程序設(shè)計(jì)，需要軟硬綜合。東南大學(xué)從2003年開始探索計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程建設(shè)。
2003年，東南大學(xué)按照計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群的總體大綱，以及“軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)”的教學(xué)指導(dǎo)思想，參考加州大學(xué)伯克力分校以及日本法政大學(xué)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)置了“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程，將“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”定位在采用EDA、OO(面向?qū)ο?、SOPC等技術(shù)，綜合軟硬件實(shí)踐，形成小型嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。將學(xué)生5～6人分為一組，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括嵌入式CPU設(shè)計(jì)、接口電路設(shè)計(jì)、BIOS設(shè)計(jì)、編譯器設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等，真正將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域，讓學(xué)生得到一次全面綜合的實(shí)踐訓(xùn)練。
該課程硬件部分實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)可運(yùn)行指定的31條MIPS指令的RISC型MIPS16微處理器，具有32位指令、16位地址線和數(shù)據(jù)線。實(shí)驗(yàn)要求包括處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的2KB的指令存儲(chǔ)器和2KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；具有2個(gè)中斷源入口，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)(可選)；具有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；具有一個(gè)4×4鍵盤控制器和4位7段LED控制器；具有一個(gè)簡(jiǎn)單UART串行通信控制器或一個(gè)SCI串行通信控制器；具有看門狗功能(可選)；用不同的方法實(shí)現(xiàn)移位指令，并分析對(duì)主頻和功耗上的影響(可選)；增加乘法器、除法器、標(biāo)志寄存器等(可選)。
該課程軟件部分實(shí)驗(yàn)包括含有編輯功能的MIPS16匯編(編譯)程序；含有基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS(可選)；含有硬件各部件測(cè)試程序；MiniC編譯器(可選)；集成開發(fā)環(huán)境IDE的設(shè)計(jì)(可選)；含有一個(gè)應(yīng)用程序范例(可選)。
在多年的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生們不僅完成了簡(jiǎn)單的SoC設(shè)計(jì)，更不斷進(jìn)取，分別完成了流水型、超標(biāo)量型、帶分支預(yù)測(cè)的流水、帶指令預(yù)取的流水、雙核等多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)。2005級(jí)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成果MiniSys IDE已作為東南大學(xué)硬件基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)工具。2006級(jí)學(xué)生嘗試了增加鼠標(biāo)、黑白液晶屏、彩色液晶屏、步進(jìn)電機(jī)、點(diǎn)陣LED等外部設(shè)備的接口電路、并初步嘗試了3核處理器的設(shè)計(jì)。該課程于2009年成為教育部―Intel精品課程。
3 保證實(shí)踐教學(xué)效果的建議
實(shí)踐教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的能力和素質(zhì)具有重要作用，但教學(xué)工作量較大，需要教師有很大的投入，才能保證教學(xué)效果。東南大學(xué)為了保證實(shí)踐教學(xué)效果，首先從實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)考核政策上予以傾斜，學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與技術(shù)崗位編制中，充分考慮實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要，重點(diǎn)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)中心，改革與建設(shè)編制崗位數(shù)所占的比例可以達(dá)到中心實(shí)驗(yàn)技術(shù)崗位的20%以上。
另外，針對(duì)獨(dú)立設(shè)置的課程設(shè)計(jì)[5-6]，有如下建議。
1) 任務(wù)布置階段，因人而異，避免一刀切：對(duì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生――給出基本任務(wù)要求，鼓勵(lì)學(xué)生向更高目標(biāo)走，絕不降低基本要求；對(duì)于大多數(shù)學(xué)生――給出的任務(wù)比基本要求略高，鼓勵(lì)他們多進(jìn)行討論，讓這部分學(xué)生能“吃飽吃好”；對(duì)于能力強(qiáng)的學(xué)生――讓他們自行組織討論，充分發(fā)揮能動(dòng)性，提出自己的方案，可以四個(gè)不限定(不限定學(xué)生設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，不限定學(xué)生具體實(shí)施設(shè)計(jì)的步驟，不限定最終的目標(biāo)與驗(yàn)證方法，不限定學(xué)生實(shí)施自己設(shè)計(jì)的時(shí)間和地點(diǎn))，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2) 任務(wù)執(zhí)行階段，做到教師全程跟蹤：對(duì)于基礎(chǔ)差的學(xué)生――講清楚基本原理和設(shè)計(jì)中要注意的關(guān)鍵問題，必要時(shí)給這部分學(xué)生補(bǔ)一點(diǎn)基礎(chǔ)的知識(shí)；大多數(shù)學(xué)生――引導(dǎo)學(xué)生能夠更為完善地完成設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中或多或少地表現(xiàn)出一些自己的特色，這部分學(xué)生要多做一些啟發(fā)性的工作；能力強(qiáng)的學(xué)生――放手讓他們?nèi)プ龈鞣N探索性實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)常參加他們的討論，聽取他們的思路，并及時(shí)為他們提供有關(guān)的資料。
3) 任務(wù)驗(yàn)收階段，采用招標(biāo)式課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收方案：各組展示本組的設(shè)計(jì)，組長(zhǎng)做總體性介紹；成員展示自己設(shè)計(jì)的特色；各組之間展開競(jìng)爭(zhēng)和互評(píng)，用自己的最優(yōu)秀部分贏取驗(yàn)收教師和其他組成員的好評(píng)。
4) 嚴(yán)把設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)：杜絕抄襲現(xiàn)象；規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告格式，提高設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量。
4 結(jié)語
提高學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)識(shí)能力對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生具有重要意義。東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)表明，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐很有必要，學(xué)生不僅加深了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，而且提高了分析問題、解決問題能力，提高了學(xué)生的專業(yè)興趣，為今后走上工作崗位，能夠很快適應(yīng)新環(huán)境奠定了較好的基礎(chǔ)。
當(dāng)然，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐對(duì)理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生還具有較大難度。如何使所有學(xué)生均有很大的收獲，還需要不斷地探索。希望本文對(duì)相關(guān)教學(xué)研究人員有借鑒作用。
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System-oriented Practice Training Curriculum for Students Major in Computer
ZHAI Yuqing, YANG Quansheng, WANG Xiaowei
(School of Computer Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)
