应用型本科自动化专业嵌入式课程教改研究

郭　波　罗小青　管菊花

摘要:传统应用型本科自动化教学体系结构落后,导致毕业生缺乏高新技术工程实践能力,无法适应企业的用人需求。本文从应用型本科自动化专业嵌入式课程的理论教学和实践教学两个角度,分别论述了教学内容、教学方法、考核方式、课外实践等方面的教改成果。通过对嵌入式系统教学现状的分析,提出了一套嵌入式系统教学体系的改进方案,为建立较为完善的高新应用型人才培养模式打下基础。

关键词:嵌入式课程;教学改革;应用型本科;自动化

中图分类号:G642 文献标识码:B

随着高新技术发展和产业不断升级,生产、建设、管理、服务第一线对高层次应用型人才的需求更加迫切。应用型本科教育属于高层次的技术教育,其培养目标应定位在现场工程师岗位群。应用本科教育是针对我国普通本科教育培养单一学术性人才模式进行的教育模式改革,是以培养高等技术应用性专门人才为目标的本科教育类型。自动化专业是一个应用广、更新快、新技术集中的专业。由于传统教学课程体系过于陈旧,难以跟上高新科技发展的步伐,因此,经常会出现与该专业相关的高新技术应用人才奇缺的现象。如当前所出现的嵌入式系统应用型人才高薪难求的局面就可见一斑。随着嵌入式技术迅猛发展以及应用领域的不断拓宽,社会对嵌入式技术人才的需求越来越强劲。所以,在一般应用型本科人才培养环境下,探讨和研究应用型本科自动化专业嵌入式教学改革,建立较为完善的高新应用型人才培养模式成为一个急需研讨的课题。

1理论教学的改革

1.1教学内容的改革

将现有“微机原理与应用”课程在教学体系中删除,添加“嵌入式系统原理与设计”类课程。将其主要背景机由原先的PC机改成嵌入式微型计算机。充分利用先修课程的理论基础,重点介绍嵌入式系统开发的特点。利用较少的课时,讲授嵌入式微型控制器的体系结构、硬件结构与功能、系统设计的理论基础知识。理论教学的宗旨是:不求内容面面俱到,但求学生基础扎实,在此基础上掌握至少一种操作系统的应用。

1.2教学方法的改革

(1) 课堂教学以基础课程体系为中心,以激发学生兴趣为主线

教学大纲是根据课程内容及其体系编写的教学指导性文件,是进行教学工作的主要依据。课堂教学应坚持以教学大纲规定的基础课程体系为中心。同时,嵌入式课程有着应用型强,与高新技术产品联系紧密的特点。学生普遍感兴趣的消费类电子产品,如MP4、电子词典、PDA、GPS汽车导航仪等正是嵌入式技术的典型应用。在课堂教学时,播放本校已完成的嵌入式项目成果录像,以激发学生学习嵌入式课程的兴趣,提高学生进行嵌入式制作与设计的渴望度和期望值。

(2) 现代化教学手段的引入

① 传统板书教学的优势

传统的黑板板书教学,充分协调了教师的主导作用和学生的主体作用。板书教学手段布局简洁,对教师的教学行为束缚小,具有即时、灵活的特点。教师可以根据课堂教学的实际需要,及时调整原先的课前预设方案,便于随堂发挥。而且板书内容在黑板上保留时间较长,有的可以贯穿课堂始终,便于学生回顾。

② 现代化教学手段是传统板书教学的补充

多媒体教学是以流线型特征展现的,便于插入图片和动画,使得课堂教学更加生动。基于此,在嵌入式教学中,我们可以借助传统黑板板书这一教学平台,把那些不是完整地出现,需要经过动态和逐步演绎推理才能逐步完善、形成整体的板书内容,通过黑板板书的形式讲授。同时,我们把那些教学图片,相关视频录像,从网络下载的优秀教学资源,通过多媒体的形式展现出来,对提高学生兴趣、增加授课生动性,都大有裨益。例如,在讲授ARM处理器的几种寻址方式时,我们采用板书的教学方式,风格简洁清晰,教学效果良好。由于板书保留时间较长,学生学习几种寻址方式时,便于进行前后对比认知性学习。而我们在讲授ARM硬件结构时,一般采取现代化多媒体教学手段。倘若板书教学,绘制硬件电路图,势必要花费较多的时间,且与多媒体屏幕展示的电路图相比,在清晰度和美观性上都相对欠缺。

(3) 小组答辩式课堂教学组织形式

在每次课程结束前十分钟,教师布置小组答辩题目。下次课前十分钟,在分好的答辩小组中任意抽取一组进行答辩。答辩成绩计入期末考核成绩。这种教学组织形式,既提高了学生学习的积极性和主动性,加深了对以往学习知识的理解,又培养了学生的团队合作精神。

1.3考核评定的改革

我们在教学改革的过程中,对嵌入式课程的考核方式也进行了大胆探索。理论课程成绩和实践成绩各占总成绩的50%。理论课程成绩主要由小组答辩成绩与基础理论考试成绩两部分组成,分别占理论成绩的30%和70%。

2实践教学的改革

过去开设了很多计算机、控制类的基础理论课程,自下而上、循序渐进的教育方法使学生无从验证所学的理论知识。我们不仅依靠课内教学,而采用课内与课外紧密结合的方式来培养学生开发嵌入式系统的能力。根据学生的兴趣及社会人才需求的方向,引导课外实践。嵌入式系统教学应特别注重学生动手能力的培养。学生通过实践加深对技术的理解,迅速提高技术水平和对技术的领悟。实践起到了巩固理论知识的作用。如何加强实践教学,培养创新人才是当前高等教育学术关注的热点。

2.1实验教学内容改革

实验教学的内容主要依托相应的课程,对学生进行三个方面的基本训练。一是训练学生了解基本实验设备原理、掌握正确的操作方法。二是通过必要的验证性实验加深学生对所学基本理论的理解。三是设置综合性实验和设计性实验对学生进行初步工程实践能力的训练。我们在实验教学改革中,一方面要优化实验教学内容,根据应用型本科自动化专业学生知识结构和能力培养的要求,对原有实验内容进行了调整和更新,精选内容典型、具有代表性的实验项目,同时加大综合性、自主设计性实验的比重,并根据实际情况开设选择性实验,供学生根据个人的兴趣和能力选做。在实验课程设置方面,注重工程能力的培养,突出工程实践的磨练。通过上述实验内容的改革,让学生了解嵌入式系统的原理及特点,掌握硬件平台和操作系统的相关知识,学会嵌入式软件和硬件的一般开发方法和开发流程。通过实验使学生掌握嵌入式操作系统的移植、设备驱动程序的编写和嵌入式应用项目的开发。

2.2实验设备多样性改革

我院自动化专业在嵌入式实验室平台建设方面已实现多样性。我院已和北京精仪达盛科技有限公司联合建立ARM与嵌入式实验室,使用面积80平方米。本实验室包括30台ARM实验箱、30台计算机,可插拔安装的ARM7、ARM9、ARM10核心板以及GPS、微型打印机、步进电机等多种扩展模块。与美国德州仪器(TI)、北京合众达电子技术有限公司联合建立了DSP嵌入式实验室,使用面积80平方米。该实验室现有计算机30台,DSP教学实验箱SEED-DTK5502共30台,TMS320VC5402开发板30套,TMS320VC2812开发板30套。单片机实验室使用面积60平方米,现有计算机42台、启东单片机开发板38套、步进电机38个、液晶显示38个、温度传感器38个。

2.3全面开放实验室,建立实践创新基地

应用创新性实践活动特别是课外科技活动是培养学生创新能力,提高专业素质的基础。为使学有余力的学生掌握多方面的技能,创造更多的学习机会,我院嵌入式实验室对学生全面开放。在此基础上,建立多个学生课外创新实践基地(如机器人创新实践基地、SoC创新实践基地、自主性综合性设计实践基地等),鼓励、指导学生特别是尖子生利用课余时间去实验室和各种创新实践基地参加嵌入式系统设计。通过毕业设计和吸纳高年级本科生参加教研室科研和实际工程项目,让学生在嵌入式系统开发技术方面有更深的理解、更大的提高。在条件允许的情况下,积极参加各类嵌入式作品设计大赛,进一步磨砺学生的开发能力。我院学生已在“ZLG”杯中国大学生嵌入式大赛等全国性比赛中多次获奖。

2.4建立校外实训基地

应用型本科自动化专业学生毕业后,除部分选择考研继续深造外,相当数量的毕业生面临就业。用人单位对嵌入式人才的需求是应用型本科嵌入式课程培养学生的重要依据。我院自动化系通过长期的校企合作,已成功在北京精仪达盛科技有限公司、北京合众达电子技术有限公司建立了校外实训基地。每年都有毕业生赴基地进行学习参观、课程设计和毕业实习。

2.5实践成绩评定的改革

如前所述,我院对传统的嵌入式课程传统的成绩评价方式进行了改革,理论课程成绩和实践成绩各占总成绩的50%。实践成绩包括基础实验成绩、综合实验成绩和自主创新实验成绩,各占实践总成绩的三分之一。避免学生一味循规蹈矩,死读教材,追求考试成绩高分,而忽视了对实践动手能力和创新能力的锻炼。

3总结

应用型本科自动化专业嵌入式课程的改革旨在培养学生嵌入式系统开发能力,包括51系列8位单片机、ARM、DSP等各种嵌入式系统的调试、测试和开发技术。毕业后,学生将具备初步的嵌入式系统开发能力,能适应嵌入式系统产品市场对人才的需求,成为嵌入式系统产品企业所急需的技术人员。应用型本科自动化专业嵌入式课程教学改革的研究与实践,增强了学生的嵌入式技术实践创新能力,使学生具有某方面的嵌入式技术特长,满足了社会对高新技术应用型人才的需求,提高了应用型本科自动化类专业学生的就业率,促进了培养院校的健康发展,并且推动了学校与高新企业的合作,为定单式教育打下良好的基础。

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