加強工程素質培養的高職嵌入式實踐教學改革

漯河職業技術學院機電工程系 陳亞麗 楊偉兵

一、專業人才需求

近年來，隨著國內經濟的快速發展和生活水平的不斷提高，人們對家電產品的功能提出了更高的要求，家電智能化已成為國內家電發展的一個趨勢，在家電產品開發中使用嵌入式技術也越來越廣泛。嵌入式系統產品在我國非常迅猛，有近千億元的市場效益，而所帶動的相關工業產值超過萬億元，與巨大市場潛力和產業需求相比，嵌入式系統工程人才培養嚴重跟不上產業的發展，發展嵌入式技術，人才是關鍵。嵌入式系統工程人才是多層次的，不僅需要本科、碩士等高學歷人才，也需要大量技能型、應用型人才，軟件應用平臺開發適合學過嵌入式專業課程的高職學生。而且缺口有逐年加大的趨勢。培養和培訓相關人才，要在高校中加強嵌入式系統教學，這是人才的源頭。目前許多高校都已經認識到開設嵌入式系統課程的重要性，但國內開設嵌入式課程的院校不多，開設嵌入式系統課程的高職院校更少，高職學校對嵌入式系統的課程還處在探索階段。高職教育的特點是突出學生的實踐能力和專門技能的教育訓練，高職教育主要是為當前社會所急需的領域培養專門人才，也就是要培養實用型、技能型人才。這也就確定了高職學生畢業后工作崗位將主要定位在嵌入式技術的應用層。高職教育應從嵌入式技術崗位和職業能力分析來設計專業、設計課程和設計教學。

二、嵌入式實驗教學中存在的問題

圖1 系統整體功能結構方案圖

目前大學生就業難，而許多單位又招聘不到合適的嵌入式系統開發人員，國內教育與人才需求之間存在不相適應的嚴重矛盾。雖然產生這一矛盾的原因很多，最重要的原因是許多學校的培養體系存在問題，嵌入式系統課程的實踐性非常強，為了加強學生對嵌入式系統理論知識的認知，提高學生解決實際問題的能力和創新能力，實驗教學在嵌入式課程教學中有著至關重要的作用。到目前為止，在嵌入式實驗實際教學體系的設置問題，已成為影響嵌入式系統專業人才培養不到位的重要因素。就目前工科教育而言，存在重知識傳授而輕能力與素質培養，重理論講述而輕實踐環節訓練等眾多問題。這些問題反映在高職院校相關課程的教學體系設置中，就是很多高職院校的嵌入式課程只是研究生、本科課程的縮減，沒有體現出高職教育的課程特點，可以提高學生自主開發能力的訓練條件不具備，無法滿足日新月異的新技術變革的需要，反映在實踐教學過程中，就是沒有一流的、與實際工程應用密切結合的實驗教學設施以及相關實踐性課程內容設計，使得高職院校培養的人才實踐能力不強，與實際工程應用需求嚴重脫節，學生發展后勁不足。這些原因可能是當前工科人才培養不能滿足實際工程需要的一個重要因素[1]。

三、以PXA270平臺實現手持式互動電子設計實驗系統

針對目前實驗教學存在的問題，一流的、與實際工程應用密切結合的實驗教學設施成為培養嵌入式人才的關鍵，在實際教學實踐過程中，根據實驗條件及時調整教學和實驗內容。在嵌入式網絡系統實驗室建設初期，嵌入式教學基于ARM7和uClinux平臺來進行，選取的主要課程實際題目包括：嵌入式網絡數據傳輸設計、基于嵌入式Web服務器的遠程測控、嵌入式網絡圖像傳輸設計等。使用PXA270和Linux平臺作為實驗平臺后，由于PXA270性能好，實驗開發板的外圍設備又很豐富，使得課程設計選題更加靈活。豐富的接口資源，良好的可擴展性是PXA270平臺的一大特點[2]。

而且隨著高等高職教育的普及化，有限的教學資源很難承擔日益增多的學生的教學任務。迫切需要設計出一套高效互動教學的概念與解決方案[3]，本文提出一套利用PXA270平臺優秀的多媒體處理性能實現多媒體教學的互動電子設計實驗系統，該教學實驗系統輔助以PXA270平臺的網絡通信功能實現互動，使得用戶端（學生）既可以隨時根據自己的需要在服務器端（教師）獲得學習資料并自學，又可以在有疑惑時和教師通過文字、聲音和實時視頻進行交流。作為教學過程的參與者，學生如何在有限的教學資源中更多、更好地獲得知識，是一個亟待解決的問題。在此，本系統特提供一套學生自主學習，自主設計實驗，自己動手完成實驗的教學過程方案。這一方面符合培養創新精神和動手能力的指導思想，另一方面，教師又可以隨時看到學生的實驗狀況，起到監督和因材施教的作用，成為學生有效的學習工具。

教學一體化的前提是教學設備的多功能化。多數電子類實驗測量儀器都是以A/D轉換器作為前端采集電路采集數據，再通過微處理器實現數據顯示和分析功能。換言之，自制一塊采集電路模塊，再配合上PXA270平臺，就可以實現多種測量儀器的功能。更為重要的是，系統還進一步擴展傳統實驗概念的內涵，引入EDA仿真軟件環節，做到了實踐層面與理論層面的“軟硬結合”，全面滿足使用者的需求，從而實現了多功能“一站式”的過程服務。

基于以上的分析，系統給出了一套綜合覆蓋軟硬件的實驗解決方案，使得使用者只用這一套系統就可以滿足電子類大學生的電路分析基礎、模擬電子電路、電子電路、通信原理與電路等課程實驗。更有意義的是，本系統除了在大學實驗室實驗外，還可以作為工科大學遠程教育的客戶端設備，解決目前在工科大學的遠程教育中只能開展理數字論教學，不易開展實驗教學的實際問題，做到真正的工科大學網校。

本系統以服務器、客戶端互聯的組織結構實現所有功能。在教師的監督和指導下，學生使用PXA270平臺便可以“一站式”完成上課、討論、實驗、無線上網等功能，并能夠實時和教師進行語音視頻交流（如圖1）。

在服務器端（教師PC機），教師提出相應的學習任務，并可以實時監控到客戶（學生）端的使用狀態，對于提出問題的學生，教師可以及時地給予文字、語音或者視頻的解答。在學生的學習過程全部結束之后，服務器端會保存學生提交的作業和實驗數據，以便教師審閱。客戶端（PXA270平臺）由學生操作，“一站式”實現以下學習功能：閱讀教師發布的PPT課件，點播相關的教學視頻，上網查閱其他學習資料，自主設計實驗，對實驗方案進行EDA仿真，實際動手制作實驗電路，實際測量電路并得到結果等，還隨時可以就遇到的問題和教師進行互動交流。隨著教師到企業學習，實踐能力的提高，開發出與工程實際相結合具有實踐性的實驗項目。培養學生職業能力滿足嵌入式系統對應用型人才的需求。

四、結論

以PXA270平臺實現手持式互動電子設計實驗系統運用在學院的教學實踐中發揮了積極作用，不同的高職院校可根據自身和學生的特點，調整教學方式，設計自己教學內容，培養出大量技能型、應用型嵌入式系統人才。

[1]田澤.嵌入式系統開發與應用教程[M].北京航空航天大學出版社,2005.

[2]符意德.嵌入式系統設計原理及應用[M].清華大學出版社,2004.

[3]張偉達.互動電子設計實驗平臺.全國大學生嵌入式系統專題邀請賽優秀作品選編[Z],2003.