加强工程素质培养的高职嵌入式实践教学改革

2013-04-23漯河职业技术学院机电工程系陈亚丽杨伟兵

电子世界 2013年2期

漯河职业技术学院机电工程系陈亚丽杨伟兵

一、专业人才需求

近年来，随着国内经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对家电产品的功能提出了更高的要求，家电智能化已成为国内家电发展的一个趋势，在家电产品开发中使用嵌入式技术也越来越广泛。嵌入式系统产品在我国非常迅猛，有近千亿元的市场效益，而所带动的相关工业产值超过万亿元，与巨大市场潜力和产业需求相比，嵌入式系统工程人才培养严重跟不上产业的发展，发展嵌入式技术，人才是关键。嵌入式系统工程人才是多层次的，不仅需要本科、硕士等高学历人才，也需要大量技能型、应用型人才，软件应用平台开发适合学过嵌入式专业课程的高职学生。而且缺口有逐年加大的趋势。培养和培训相关人才，要在高校中加强嵌入式系统教学，这是人才的源头。目前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统课程的重要性，但国内开设嵌入式课程的院校不多，开设嵌入式系统课程的高职院校更少，高职学校对嵌入式系统的课程还处在探索阶段。高职教育的特点是突出学生的实践能力和专门技能的教育训练，高职教育主要是为当前社会所急需的领域培养专门人才，也就是要培养实用型、技能型人才。这也就确定了高职学生毕业后工作岗位将主要定位在嵌入式技术的应用层。高职教育应从嵌入式技术岗位和职业能力分析来设计专业、设计课程和设计教学。

二、嵌入式实验教学中存在的问题

图1 系统整体功能结构方案图

目前大学生就业难，而许多单位又招聘不到合适的嵌入式系统开发人员，国内教育与人才需求之间存在不相适应的严重矛盾。虽然产生这一矛盾的原因很多，最重要的原因是许多学校的培养体系存在问题，嵌入式系统课程的实践性非常强，为了加强学生对嵌入式系统理论知识的认知，提高学生解决实际问题的能力和创新能力，实验教学在嵌入式课程教学中有着至关重要的作用。到目前为止，在嵌入式实验实际教学体系的设置问题，已成为影响嵌入式系统专业人才培养不到位的重要因素。就目前工科教育而言，存在重知识传授而轻能力与素质培养，重理论讲述而轻实践环节训练等众多问题。这些问题反映在高职院校相关课程的教学体系设置中，就是很多高职院校的嵌入式课程只是研究生、本科课程的缩减，没有体现出高职教育的课程特点，可以提高学生自主开发能力的训练条件不具备，无法满足日新月异的新技术变革的需要，反映在实践教学过程中，就是没有一流的、与实际工程应用密切结合的实验教学设施以及相关实践性课程内容设计，使得高职院校培养的人才实践能力不强，与实际工程应用需求严重脱节，学生发展后劲不足。这些原因可能是当前工科人才培养不能满足实际工程需要的一个重要因素[1]。

三、以PXA270平台实现手持式互动电子设计实验系统

针对目前实验教学存在的问题，一流的、与实际工程应用密切结合的实验教学设施成为培养嵌入式人才的关键，在实际教学实践过程中，根据实验条件及时调整教学和实验内容。在嵌入式网络系统实验室建设初期，嵌入式教学基于ARM7和uClinux平台来进行，选取的主要课程实际题目包括：嵌入式网络数据传输设计、基于嵌入式Web服务器的远程测控、嵌入式网络图像传输设计等。使用PXA270和Linux平台作为实验平台后，由于PXA270性能好，实验开发板的外围设备又很丰富，使得课程设计选题更加灵活。丰富的接口资源，良好的可扩展性是PXA270平台的一大特点[2]。

而且随着高等高职教育的普及化，有限的教学资源很难承担日益增多的学生的教学任务。迫切需要设计出一套高效互动教学的概念与解决方案[3]，本文提出一套利用PXA270平台优秀的多媒体处理性能实现多媒体教学的互动电子设计实验系统，该教学实验系统辅助以PXA270平台的网络通信功能实现互动，使得用户端（学生）既可以随时根据自己的需要在服务器端（教师）获得学习资料并自学，又可以在有疑惑时和教师通过文字、声音和实时视频进行交流。作为教学过程的参与者，学生如何在有限的教学资源中更多、更好地获得知识，是一个亟待解决的问题。在此，本系统特提供一套学生自主学习，自主设计实验，自己动手完成实验的教学过程方案。这一方面符合培养创新精神和动手能力的指导思想，另一方面，教师又可以随时看到学生的实验状况，起到监督和因材施教的作用，成为学生有效的学习工具。

教学一体化的前提是教学设备的多功能化。多数电子类实验测量仪器都是以A/D转换器作为前端采集电路采集数据，再通过微处理器实现数据显示和分析功能。换言之，自制一块采集电路模块，再配合上PXA270平台，就可以实现多种测量仪器的功能。更为重要的是，系统还进一步扩展传统实验概念的内涵，引入EDA仿真软件环节，做到了实践层面与理论层面的“软硬结合”，全面满足使用者的需求，从而实现了多功能“一站式”的过程服务。

基于以上的分析，系统给出了一套综合覆盖软硬件的实验解决方案，使得使用者只用这一套系统就可以满足电子类大学生的电路分析基础、模拟电子电路、电子电路、通信原理与电路等课程实验。更有意义的是，本系统除了在大学实验室实验外，还可以作为工科大学远程教育的客户端设备，解决目前在工科大学的远程教育中只能开展理数字论教学，不易开展实验教学的实际问题，做到真正的工科大学网校。

本系统以服务器、客户端互联的组织结构实现所有功能。在教师的监督和指导下，学生使用PXA270平台便可以“一站式”完成上课、讨论、实验、无线上网等功能，并能够实时和教师进行语音视频交流（如图1）。

在服务器端（教师PC机），教师提出相应的学习任务，并可以实时监控到客户（学生）端的使用状态，对于提出问题的学生，教师可以及时地给予文字、语音或者视频的解答。在学生的学习过程全部结束之后，服务器端会保存学生提交的作业和实验数据，以便教师审阅。客户端（PXA270平台）由学生操作，“一站式”实现以下学习功能：阅读教师发布的PPT课件，点播相关的教学视频，上网查阅其他学习资料，自主设计实验，对实验方案进行EDA仿真，实际动手制作实验电路，实际测量电路并得到结果等，还随时可以就遇到的问题和教师进行互动交流。随着教师到企业学习，实践能力的提高，开发出与工程实际相结合具有实践性的实验项目。培养学生职业能力满足嵌入式系统对应用型人才的需求。