基于卓越工程师计划的“嵌入式系统”教学改革

孙伟　杨松　刘青山　朱建栋　张小瑞　周宏运

摘要：针对教育部提出的“卓越工程师教育培训计划”（简称为“卓越计划”），在总结我院物联网专业教学改革实践和嵌入式系统目前教学状况的基础上，结合“卓越工程师计划”中的培养要求，提出一种重在培养具备宽广的知识面、扎实的基础，较强动手操作能力的未来工程师的教改方案。同时，通过嵌入式系统教学改革，证明该教学改革思路有很好发展空间和实践能力，并对“卓越计划”的实施和推广有一定的借鉴作用。

关键字：物联网工程；卓越工程师；嵌入式系统；人才培养

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

大力发展物联网产业将成为今后一项具有国家战略意义的重要决策[1]，物联网是继计算机，互联网后又一个信息技术综合应用的代名词，掀起信息产业第三浪潮，其重要性显而易见，因此国家2011年在全国55所高校开设物联网专业，该专业是国家战略型新兴产业急需的且指定大力发展的电子信息类专业，未来有着很大的需求和发展空间。从2012年开始，我校实施了教育部制定的“卓越工程师教育培训计划”，该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[2]。

物联网工程专业是我校特色专业之一，我校将物联网工程专业作为“卓越计划”重点培养专业之一，因此，结合“卓越计划”的要求，深入进行“嵌入式系统”课程教学改革势在必行，以学生为中心，以开拓知识视野、激发学习热情、培养实践能力为目的，为国家提供大批动手能力强，满足企业发展要求，适应社会经济发展需求的高质量各类型工程技术人才。

一、教学现状

目前嵌入式系统教学存与许多其它工科专业共存的问题[3]。比如，课时安排不合理，实验课时较少；重传统理论教学，轻实验教学；实验教学方式比较单一、实验内容陈旧，缺乏创新性，跟不上目前嵌入式发展水平；实验教学缺少对非智力能力和综合能力的训练；实验室嵌入式系统实验的设备过于陈旧，实验室管理制度不完善；不能利用校外有效的合作资源进行实验教学内容的拓展[4]；课程考核方式不完善，往往单纯从理论考试成绩和实验结果评判，忽略实验过程，上述种种问题，导致目前许多学生学完嵌入式系统课程之后，即使考到高分，依然不能独自完成教学大纲要求之内的相对简单、容易实现的嵌入式系统项目的开发，学生完全处于纸上谈兵阶段，这样培养出来的学生不符合卓越工程师的要求，更不符合企业和国家所需要的复合型工程技术人才的要求。

二、以创新实践能力培养为原则的改革

1. 开展研究性学习

在理论教学中，改变传统填鸭式教学方法，老师不再只是对着现有的课本或者PPT直接讲解嵌入式系统的理论知识，而是通过提出目前实际嵌入式系统研究和开发过程中遇到的问题，或者将已有嵌入式产品中存在的问题作为探究背景，通过设置让学生和老师之间展开开放式讨论和自由提问的环节，让学生积极参加到课堂活动中来，最后，将老师的点评总结作为课堂内容的点睛环节，旨在将枯燥的基础理论知识是如何运用到实际嵌入式系统开发中、以及如何解决实际问题的过程讲解给学生。通过这种研究性的学习方式，给学生留下更加深刻的印象，激发学生学习嵌入式系统开发的兴趣，使学生对嵌入式系统的理论知识的本质有更加深刻的认识，在以后的学习过程中将知识熟练运用到实践开发项目中去。

2. 开放设计性实验

去除以往实验结果单一，过程机械化，没有拓展性，缺乏综合型和研究型的基础验证型实验[5]。改用内容比较新颖，又不太复杂的开放设计性实验，比如，当前智能手机和游戏开发是一个很流行的研究方向，智能手机中简单游戏就是一个很好的嵌入式具体应用的例子，所以我们可以选取一些相对简单、开放性强、形式新颖、吸引力足的嵌入式系统开发的游戏案例来取代已经沿用多年的实验内容，使实验课的内容真正做到来源于实际案例，又促进实际嵌入式系统开发的功能。开放性设计实验不仅丰富嵌入式系统的实验内容，而且使实验本身更加有趣、贴近生活。更重要的是在进行上述开放性设计实验的过程中，学生可以亲身体会到实践是如何检验真理、理论与实践之间如何相互促进的道理，在一定程度上可以激发学生学习嵌入式系统的兴趣，培养学生敢于创新、敢于探索、不怕困难的科研精神。

3. 以竞促学

学科竞赛是学生实践能力培养的一种重要方式，竞赛是对学生更高一层次的要求，是考察学生综合能力的一个重要方法[6]。目前诸如博创杯嵌入式比赛，“ZLG杯”中国大学生ARM嵌入式系统电子设计竞赛，微软嵌入式大赛，全国大学生电子设计竞赛等都是含金量较高的比赛，通过参加竞赛可以发掘出嵌入式系统这门课程真正的魅力所在，解决嵌入式系统实践环节中缺乏挑战与创新的不足，真正提升学生实际动手操作解决特定问题的能力，提高实践环节的质量。在比赛过程中不仅对学生嵌入式系统及其它学科知识的拓展有所帮助，而且能够培养学生团队竞争和配合意识。

4. 嵌入式系统实习实训

物联网专业作为“卓越计划”重点培养专业之一，对于实践训练要求自然极高，改变以往实习完全以老师讲解为主导，动手环节较少，完全违背实习实训方式，将学生带到当地对嵌入式研究具有一定规模的企业公司参加实习培训，了解目前企业嵌入式系统的研发流程和水平。同时将实习实训的主导权下放给学生，锻炼学生实际动手操作能力，以一种学生为主，老师为辅的实训方式让学生真正融入到嵌入式系统开发中来。

5. 改革考核方式， 体现综合能力

事实证明“一张试卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出学生对于知识的掌握和运用情况。为了督促学生认真做好嵌入式实验，真正考核学生实验动手和实验观察能力[7]。可将嵌入式系统课程成绩分为： ①笔试理论成绩，该项占40%，主要考察嵌入式操作系统概述、微处理器与调试技术、ARM体系结构和指令集、ARM开发工具和汇编程序设计、嵌入式存储器和接口技术等； ②开放设计性实验的成绩，该项占40%，主要考察每次实验课学生出勤次数，具体操作步骤，实验结果完成情况以及实验报告；③课外创新成绩，该项占10%，主要考察学生参加各种嵌入式比赛、实战项目开发和创新实验实践活动的获奖情况；④学期末的实习实训成绩，该项占10%，主要考察在实习实训阶段指定项目开发的完成情况。

结语

工程师是未来世界的塑造者[8]。嵌入式系统是一門实践性很强的课程，因此采用课内外、校内外相结合的实践教学体系，以卓越工程师的基本要求为导向，使学生能熟悉掌握嵌入式系统设计方法，掌握一种开发工具，熟悉一种调试方法，使学生在学完嵌入式系统课程后，能真正掌握最基本的嵌入式系统开发，成为一名合格优秀的卓越工程师。

参考文献

[1] 2009年11月3日温家宝总理向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话.

[2] 王娜君， 王杰， 李旦， 高胜东. 基于工程能力培养的实验教学改革探索[J]. 教育探索， 2011，（10）： 49-50.

[3] 冼进， 贾德良， 毕盛. 嵌入式系统实验课的教学改革初探[J]. 实验室研究与探索， 2010， 30（8）： 282-284.

[4] 周爱国. 大学生实践能力培养存在的问题及对策[J]. 教育探索， 2009， （1）：74-75.

[5] 李秀娟， 张晓东， 鲁可， 张杰. “嵌入式系统”开放实验室建设与实践[J]. 实验室研究与探索， 2011， 30（5）： 156-158.

[6] 殷建军， 张明武， 万军洲. 竞教结合的嵌入式系统实践教学改革[J]. 计算机教育， 2011， （6）： 1-4.

[7] 俞建新. 略论嵌入式系统的实验教学[J]. 实验室研究与探索， 2006. 25（7）： 741-745.

[8] 龚克. 转变观念大胆试验建立卓越工程师教育培养的中国模式[J]. 中国高等教育， 2010， （18）： 10-12.

作者简介：

孙伟（1980-），男，河南南阳人，讲师，博士，从事嵌入式系统设计，计算机自动控制，测控技术方面的研究；杨松（1992-），男，江苏淮安人，本科生，从事计算机自动控制，传感与控制技术方面的研究；刘青山（1974-），男，山东临沂人，博士后，教授，从事模式识别与智能系统，超声检测与信号处理，精密机械与仪器方面的研究；朱建栋（1992-），男，江苏兴化人，本科生，从事计算机自动控制，传感与控制技术方面的研究。