譚 海 湯 彬

摘要:本文針對(duì)擴(kuò)招后生源狀況的變化,以嵌入式學(xué)科專業(yè)為例,基于教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說(shuō)理論提出以應(yīng)用性和實(shí)踐性為基本特點(diǎn),以實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和研發(fā)相結(jié)合,通用職業(yè)能力與專業(yè)素養(yǎng)相結(jié)合,校內(nèi)、企業(yè)相結(jié)合的教學(xué)體系構(gòu)架;構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用能力、創(chuàng)新與合作精神的三學(xué)期教學(xué)體系,提高學(xué)習(xí)內(nèi)功、做足功課,有效緩解當(dāng)前企業(yè)用人單位與學(xué)校培訓(xùn)學(xué)生之間的矛盾。

關(guān)鍵詞:三學(xué)期;創(chuàng)新學(xué)分;嵌入式系統(tǒng);教學(xué)實(shí)踐本質(zhì);能力素質(zhì)模型

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1基于教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說(shuō)的理論基礎(chǔ)

教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)學(xué)說(shuō)是關(guān)注教學(xué)活動(dòng)從師生展開(kāi)活動(dòng)、學(xué)生獲得一定的收獲,到學(xué)生發(fā)生某種成長(zhǎng)性變化的最終結(jié)果這一系列邏輯鏈條中的過(guò)程和最終結(jié)果的意義,作為中間環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)或意義獲得只是達(dá)到最終發(fā)展目的的手段,盡管這一手段的獲得本身也是作為過(guò)程的最初或顯在的目的而存在的。本課題在深刻理解教學(xué)實(shí)踐本質(zhì)說(shuō)和充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,采取科學(xué)分析的手段和方法,注意實(shí)際數(shù)據(jù)的收集、積累和分析,對(duì)各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合,把培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的實(shí)踐教學(xué)作為一個(gè)整體考慮,單獨(dú)制定實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃與大綱,構(gòu)建綜合實(shí)踐能力整體培養(yǎng)目標(biāo)體系,通過(guò)各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的落實(shí)來(lái)保證整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。這里實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃的單獨(dú)制定,是把實(shí)踐教學(xué)體系與理論教學(xué)體系綜合考慮,使兩者相互補(bǔ)充,緊密配合,共同完成對(duì)學(xué)生整體培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

2.1嵌入式專業(yè)的現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的電子設(shè)備,所涉及的專業(yè)知識(shí)涵蓋了計(jì)算機(jī)、電子、通信和控制等多個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有傳統(tǒng)高校對(duì)于嵌入式人才的專業(yè)培養(yǎng)基本上還是空白,只有部分大學(xué)的軟件工程碩士開(kāi)設(shè)了嵌入式方向,或者是在相關(guān)專業(yè)的職業(yè)選修課里增加幾十學(xué)時(shí)的嵌入式系統(tǒng)概述課程,這樣的培養(yǎng)體系無(wú)論是從質(zhì)還是量上都無(wú)法滿足社會(huì)對(duì)于嵌入式人才的需求。

目前從事嵌入式開(kāi)發(fā)的人員主要由以下兩類構(gòu)成。

一類是學(xué)電子工程、通信工程等偏硬件專業(yè)出身的人,他們主要是搞硬件設(shè)計(jì),有時(shí)要開(kāi)發(fā)一些與硬件關(guān)系最密切的底層軟件:如引導(dǎo)程序(Bootloader)、板級(jí)支持包(BSP)和最初級(jí)的硬件驅(qū)動(dòng)程序等,他們的優(yōu)勢(shì)是對(duì)硬件原理非常清楚,不足的是他們更擅長(zhǎng)定義各種硬件接口,但對(duì)復(fù)雜軟件系統(tǒng)往往力不從心。例如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復(fù)雜應(yīng)用軟件等。

另一類是學(xué)軟件工程、計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的人員,主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā),他們往往比較擅長(zhǎng)基于固定的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件的編程,不足的是對(duì)硬件原理和接口了解較少,很難實(shí)現(xiàn)與硬件相關(guān)的編程,如BSP和硬件驅(qū)動(dòng)程序等。另外,目前市場(chǎng)上的嵌入式技術(shù)培訓(xùn)已成為IT職業(yè)教育的熱點(diǎn)之一,但這些培訓(xùn)大多都是基于某一固定開(kāi)發(fā)平臺(tái),通用性比較差,造成培訓(xùn)出來(lái)的學(xué)員缺少相應(yīng)的專業(yè)背景知識(shí),很難適應(yīng)繁多的嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。

從以上分析可以看出,目前嵌入式職業(yè)培訓(xùn)以及高校培養(yǎng)的電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)人才在從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)雖然有其特定的專業(yè)優(yōu)勢(shì),但嵌入式系統(tǒng)屬于一個(gè)交叉學(xué)科,涵蓋了微電子技術(shù)、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,有足夠的課程背景作支撐,很難掌握嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原理,這也是開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程困難的原因之一。

2.2培養(yǎng)目標(biāo)

嵌入式系統(tǒng)工程面向電子與信息產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng),尤其是嵌入式軟件工程、技術(shù)開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目管理所需的高層次、實(shí)用型、復(fù)合交叉型國(guó)際化人才。通過(guò)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)、綜合項(xiàng)目練習(xí)、工業(yè)實(shí)習(xí)以及前沿技術(shù)講座等多種形式,學(xué)生將接受扎實(shí)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基本訓(xùn)練,重在培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)拓創(chuàng)新精神與個(gè)性發(fā)展,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生了解嵌入式行業(yè)、適應(yīng)嵌入式行業(yè)和具備良好職業(yè)行為的能力,畢業(yè)學(xué)生有能力適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)各類產(chǎn)品的市場(chǎng)需求。這種能力包括以下這個(gè)方面內(nèi)容:

(1) 掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論、基本知識(shí);

(2) 掌握嵌入式系統(tǒng)理論、技術(shù)及主流開(kāi)發(fā)、調(diào)試和測(cè)試工具;

(3) 具有嵌入式系統(tǒng)軟件、中間件、應(yīng)用軟件及硬件的研究開(kāi)發(fā)能力,以及在移動(dòng)通信服務(wù)終端、家庭網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字家電等領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力;

(4) 了解軟件工程相關(guān)法規(guī);

(5) 熟練掌握一門外語(yǔ),能順利閱讀一般外文資料和專業(yè)文獻(xiàn),具有較流利的聽(tīng)、說(shuō)、寫、譯的能力,達(dá)到學(xué)校外語(yǔ)學(xué)位考試標(biāo)準(zhǔn);

(6) 具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,艱苦奮斗、實(shí)干創(chuàng)新的精神和熱愛(ài)勞動(dòng)、遵紀(jì)守法、自律謙讓、團(tuán)結(jié)合作的品質(zhì)。有較好的文化、道德修養(yǎng)和健康的心理素質(zhì),養(yǎng)成良好的生活和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3主要課程與學(xué)位課程

3.1嵌入式系統(tǒng)人才能力素質(zhì)模型

嵌入式系統(tǒng)人才應(yīng)是適合企業(yè)環(huán)境,具有專業(yè)知識(shí)和工程實(shí)踐能力的復(fù)合型人才,圖1描述嵌入式系統(tǒng)人才需要具備的能力素質(zhì)模型。

3.1.1職業(yè)素質(zhì)

傳統(tǒng)的高等教育注重的是專業(yè)知識(shí)的傳授,培養(yǎng)的是專業(yè)人才,而現(xiàn)代企業(yè)需要的是職業(yè)化的專業(yè)人才。企業(yè)選拔人才、考核人才主要是從德、能、勤、績(jī)四個(gè)方面考核,德排在首位。因此,職業(yè)素質(zhì)的培訓(xùn)應(yīng)是培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才的基礎(chǔ),主要培訓(xùn)學(xué)生的職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)合作精神以及溝通能力。

3.1.2知識(shí)結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)融合了微電子、計(jì)算機(jī)硬件、通信和電子工程等多種技術(shù),嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是一個(gè)基于多種技術(shù)、工具和應(yīng)用域?qū)I(yè)知識(shí)的軟件工程,嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)同樣要經(jīng)歷軟件工程的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、維護(hù)等過(guò)程,因此,嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人才的培養(yǎng)不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件人才的培養(yǎng),除了系統(tǒng)學(xué)習(xí)軟件工程的開(kāi)發(fā)方法、項(xiàng)目管理等知識(shí),硬件知識(shí)、應(yīng)用域?qū)I(yè)知識(shí)、嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)與工具也都需要了解,但又不可能在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行全面深入的學(xué)習(xí),于是,對(duì)硬件、應(yīng)用域?qū)I(yè)基礎(chǔ)、開(kāi)發(fā)技術(shù)與工具的知識(shí)點(diǎn)、范圍與深度的選擇變得非常重要。

3.1.3工程能力

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)人才而言,工程能力是非常重要的。因?yàn)樗麄円?chuàng)建一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng),在這個(gè)過(guò)程中,他們要不斷學(xué)習(xí)新的開(kāi)發(fā)平臺(tái)與工具,需要有軟件、硬件的集成能力,也需要過(guò)程控制、項(xiàng)目管理的能力。

3.2課程體系

拋開(kāi)應(yīng)用域的差異,分析嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)、平臺(tái)、工具與開(kāi)發(fā)方法,嵌入式系統(tǒng)專業(yè)課程體系設(shè)置如圖2所示。

3.2.1公共基礎(chǔ)課

公共基礎(chǔ)課主要是本科生必修的基礎(chǔ)課程,如政治、英語(yǔ)、數(shù)學(xué)及科技協(xié)作與溝通技巧。

3.2.2專業(yè)基礎(chǔ)課

“嵌入式系統(tǒng)概論”使學(xué)生了解(認(rèn)識(shí))嵌入式軟件和硬件的一般開(kāi)發(fā)環(huán)境與流程,并掌握一種實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)工具;“嵌入式系統(tǒng)高級(jí)C語(yǔ)言編程”使學(xué)生掌握針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的基于C語(yǔ)言的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的流程,掌握較為復(fù)雜的C語(yǔ)言編程知識(shí)和技巧,培養(yǎng)學(xué)生良好的編程風(fēng)格和調(diào)試習(xí)慣,并通過(guò)對(duì)一個(gè)具體的軟件模塊(ASIX Window GUI)的分析,使學(xué)生掌握分析代碼的方法以及設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)需要考慮的各要素;“軟件項(xiàng)目管理”是學(xué)生掌握軟件和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)基本流程、基本角色。

3.2.3專業(yè)方向基礎(chǔ)課

通過(guò)專業(yè)方向基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí),學(xué)生可以基本掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)。“嵌入式操作系統(tǒng)”使學(xué)生了解各種嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀,現(xiàn)代操作系統(tǒng)原理,并重點(diǎn)掌握Linux操作系統(tǒng)及在嵌入式系統(tǒng)中的裁剪與選擇;“嵌入式軟件設(shè)計(jì)”將基于Linux操作系統(tǒng),使學(xué)生掌握嵌入式軟件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與方法、軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試的工具與方法等;“DSP軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)”使學(xué)生了解DSP的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,理解和掌握基本的數(shù)字信號(hào)處理算法的基礎(chǔ)知識(shí),掌握嵌入式DSP系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)用技術(shù)。

3.2.4專業(yè)選修課

專業(yè)選修課是拓寬學(xué)生知識(shí)面,針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)行業(yè),面對(duì)就業(yè)和實(shí)際需求市場(chǎng)所開(kāi)設(shè)的一些課程。

3.2.5工程實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)

整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程由實(shí)踐貫穿始終,工程實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)是一級(jí)一級(jí)地,由基礎(chǔ)到專業(yè)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由個(gè)體到團(tuán)隊(duì)逐步強(qiáng)化訓(xùn)練的過(guò)程。

3.3主干課程

軟件項(xiàng)目管理、嵌入式系統(tǒng)高級(jí)C語(yǔ)言編程、嵌入式系統(tǒng)概論、微機(jī)原理、C語(yǔ)言、Linux/Unix、電路、嵌入式體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、DSP軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)、基于J2ME架構(gòu)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、WinCE與嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、VxWorks與嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)和編譯原理。

3.4學(xué)位課程

4主要實(shí)踐環(huán)節(jié)

培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才,工程實(shí)踐能力非常重要,我們通過(guò)多級(jí)實(shí)踐、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)合作、有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師等多方位的努力,使學(xué)生在畢業(yè)時(shí)成為一名合格的嵌入式軟件工程師。

4.1多級(jí)實(shí)踐

每門課程都有大量的實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)與作業(yè)掌握所學(xué)內(nèi)容。

(1) 一級(jí)工程實(shí)踐

通過(guò)強(qiáng)化訓(xùn)練,使學(xué)生掌握C、C++編程語(yǔ)言,并獨(dú)立完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

(2) 二級(jí)工程實(shí)踐

專門設(shè)計(jì)針對(duì)工業(yè)控制、通信、移動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式軟件的實(shí)踐項(xiàng)目,以及項(xiàng)目要考核學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)與能力標(biāo)準(zhǔn),并在實(shí)踐過(guò)程中遵循企業(yè)的管理體系,訓(xùn)練學(xué)生項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)習(xí)創(chuàng)新的能力。學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)完成嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā),實(shí)踐項(xiàng)目可選擇不同應(yīng)用領(lǐng)域的項(xiàng)目。

(3) 企業(yè)實(shí)習(xí)

學(xué)生將在企業(yè)進(jìn)行一年的實(shí)習(xí),參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。

4.2專業(yè)實(shí)驗(yàn)室

建立專門的嵌入式軟件專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,配備相應(yīng)的軟件、硬件環(huán)境,軟件包括常用的VxWorks、uCOS、Linux等操作系統(tǒng),以及Sybase、Sqlite等常用應(yīng)用軟件;硬件包括DSP仿真器、開(kāi)發(fā)板、ARM仿真器+開(kāi)發(fā)板以及試驗(yàn)用的其他模塊。實(shí)驗(yàn)室能同時(shí)容納30人進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每個(gè)同學(xué)和教師都有自己的PC,并由專業(yè)軟件NetOp School管理,實(shí)現(xiàn)教師和同學(xué)的互動(dòng)教學(xué)。

5專業(yè)教學(xué)特色

(1) 招生要求:招生時(shí)宜從大一學(xué)生中通過(guò)選拔考試獲得有潛力的生源,并以此帶動(dòng)學(xué)風(fēng)建設(shè);

(2) 產(chǎn)業(yè)化授課方式:嵌入式系統(tǒng)設(shè)置專門機(jī)房,所有授課環(huán)節(jié)都在機(jī)房進(jìn)行,教師邊授課邊操作,學(xué)生可以當(dāng)場(chǎng)操作加深理解記憶;

(3) 工業(yè)化課程體系:課程開(kāi)設(shè)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的一體性,同學(xué)期的課程開(kāi)設(shè)和授課強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的配合,一起為專業(yè)知識(shí)體系和實(shí)訓(xùn)作鋪墊。

(4) 工業(yè)化實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié):理論和實(shí)驗(yàn)時(shí)間比為2∶1,強(qiáng)調(diào)相關(guān)課程之間的協(xié)調(diào)和配合,課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)為項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)做準(zhǔn)備,項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)不是單門課程的實(shí)訓(xùn),而是該學(xué)期所有課程的整合實(shí)訓(xùn),強(qiáng)調(diào)知識(shí)間的聯(lián)系和知識(shí)體系;

(5) 工業(yè)化培養(yǎng)方案:整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)連貫統(tǒng)一,一氣呵成。課程與課程之間、實(shí)訓(xùn)與課程之間、實(shí)訓(xùn)與實(shí)訓(xùn)之間渾然一體,學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)都以工業(yè)化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行,強(qiáng)調(diào)知識(shí)能力的溝通和協(xié)作;

(6) 雙畢業(yè)證:學(xué)生可獲得選拔前和嵌入式系統(tǒng)工程的本科畢業(yè)證和學(xué)位證書;

(7) 科研機(jī)構(gòu)作為強(qiáng)力后盾:軟件工程研究所提供其開(kāi)發(fā)項(xiàng)目:“一卡通”等被作為教學(xué)實(shí)例進(jìn)行講解,同時(shí)給學(xué)生提供實(shí)際的項(xiàng)目研發(fā)機(jī)會(huì);

(8) 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合:鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè),全力支持并要求學(xué)生必須參與全國(guó)性挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)等大賽及其他實(shí)際科研項(xiàng)目,有學(xué)分要求。實(shí)行三學(xué)期制(專門安排一學(xué)期進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),沒(méi)有考試等其他事情干擾)、導(dǎo)師制,優(yōu)秀學(xué)生可直接保送本專業(yè)研究生。培養(yǎng)的學(xué)生將為校區(qū)的科研提供工業(yè)化的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),成立項(xiàng)目受控實(shí)驗(yàn)室(孵化室),產(chǎn)學(xué)研渾然一體,產(chǎn)學(xué)研場(chǎng)所和環(huán)境如圖4所示;

(9) 形成省級(jí)嵌入式IT實(shí)訓(xùn)中心:面向全省高校、企業(yè)進(jìn)行嵌入式IT行業(yè)的培訓(xùn),并推薦就業(yè),同時(shí)也為我們的產(chǎn)品實(shí)業(yè)化積累人才和知名度,使產(chǎn)品推廣成為可能。我們?cè)谂囵B(yǎng)人才的同時(shí)自己本身也在實(shí)踐創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新。

6結(jié)束語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)交叉性專業(yè),不同學(xué)校根據(jù)自身辦學(xué)定位點(diǎn)和辦學(xué)資源,會(huì)有不同的人才培養(yǎng)定位,我校作為教學(xué)型大學(xué),嵌入式系統(tǒng)專業(yè)定位于培養(yǎng)側(cè)重于嵌入式技術(shù)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才,因此,我們將實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)要求提到比較高的地位,并按照上述方案進(jìn)行改革,并取得了比較好的教學(xué)效果,為其他高校在提高嵌入式系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力方面,提供了一種參考模式,以供同行參考。