基于問題設計的嵌入式實踐創新人才培養體系研究

摘要：依托嵌入式系統創新實驗室的建設，從學生的個性化教育出發，提出了基于問題設計型引導式教育的先進理念。以工程實際問題為導向，使學生從面向實際工程應用的疑問開始探索知識的思維過程，使學生的實踐創新能力在解決問題的過程中得到發展。以嵌入式系統理論與實踐教學體系、教學方法改革、創新實驗平臺建設為支撐，構建了一套完整的嵌入式系統實踐創新人才培養體系。

關鍵詞：嵌入式系統；實踐創新人才培養；問題設計型引導式教育

作者簡介：張騰飛（1980-），男，河南商丘人，南京郵電大學自動化學院，副教授；王保云（1967-），男，河南信陽人，南京郵電大學自動化學院，教授。（江蘇 南京 210023）

基金項目：本文系南京郵電大學實驗室建設與設備管理研究課題重點項目（項目編號：2011XSG03）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0057-02

學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進。疑者，覺悟之機也，一番覺悟，一番長進。學生學習的過程是一個主動構建知識的過程，也是一種再創造的過程。結合專業特色，以學生發展為中心，以工程實際問題為導向，通過提出問題、分析問題、解決問題，充分激發學生探究求知的欲望，培養學生的學習思維和實踐創新能力。

結合嵌入式系統創新實驗室的建設，從學生的個性化教育出發，本文提出了基于問題設計型引導教育的先進理念。將問題設計型引導式教育與學生的個性化實踐創新能力拓展相結合，以嵌入式系統理論與實踐教學體系、教學方法改革、創新實驗平臺建設為支撐，構建了嵌入式實踐創新人才培養體系。在創新實踐項目、科技創新競賽以及實際工程項目的驅動下，強化培養學生的知識綜合運用能力、科研創新能力和工程實踐能力。

一、將問題設計型引導式教育的理念貫穿于嵌入式實踐創新人才培養的整個過程

教育學家斯金納曾言：“在教學中成功的設計問題，有利于激發學生積極主動去思考，有利于學生運用已有知識去獲得新知識或解決新問題?！笨梢?，問題設計是教學活動中促進學生實踐創新能力主動發展的重要環節。基于此，在嵌入式系統的實踐教學過程中，提出了“問題設計型引導式教育”的理念，并與學生的個性化創新能力拓展相結合，貫穿于嵌入式實踐創新人才培養的整個過程。

在嵌入式實踐創新人才培養過程中，樹立以學生為本、以實踐創新能力培養為核心的教學觀念。為充分激發學生對嵌入式實踐創新的興趣愛好，采用“工程需求、技術問題、理論要點、解決方案”分層遞進式的問題設計型引導教育方式，培養學生自主學習、科技創新和知識綜合運用的能力。

問題設計的質量直接影響到嵌入式實踐創新人才培養的效果，應重視學生參與實踐教學活動的感知過程、理解過程和反饋過程。在嵌入式實踐創新人才的培養中，遵循從實踐中來、到實踐中去的原則，采用面向實際嵌入式工程應用的問題設計方法，幫助學生建立合理的嵌入式系統知識結構，充分調動學生學習嵌入式系統的積極主動性，讓學生在解決問題的過程中得到思維能力、實踐創新能力的訓練，并進一步培養學生主動發現問題的意識與能力，因為主動發現問題的能力在某種程度上比解決問題的能力更加重要。

在面向實際工程應用的問題設計時，注重學生的已有知識體系和認知特點，充分考慮學生的能力層次和個體差異，由淺入深、由易到難、循序漸進地進行問題設計，并突出問題設計的導向性、趣味性、開放性及綜合性，為學生嵌入式系統的實踐創新提供廣闊的思考空間，促進學生的個性化發展。

二、構建較為完善的教學內容體系，培養嵌入式系統實踐創新人才

為提高學生的嵌入式實踐開發技能，在課堂教學中放棄傳統的將單片機與ARM分開單獨授課的教學方式，綜合考慮嵌入式系統與其他相關先修課程、單片機與ARM課程內容之間的相互聯系。以單片機的定時/計數器、中斷系統、串行口等模塊為例深入精細講解其基本原理及接口的擴展技術；而ARM資源豐富，則重點強調其體系結構及實用的設計開發技術。

放棄采用固定教材進行講授的傳統做法，而是將許多具有一定趣味性又貼近學生生活的工程應用實例引入教學內容，不斷將最新的成果轉化為課堂理論教學及實踐教學案例。并按照“工程需求、技術問題、理論要點、解決方案”分層遞進式的問題設計型引導教育方式進行講授，充分激發學生的興趣愛好。以“強化基礎、重視實踐、培養能力、突出創新”為指導思想，構建了模塊化的嵌入式教學內容體系，如圖1所示。

圖1 嵌入式系統的教學內容體系

三、構建模塊化、開放性創新實驗平臺，促進嵌入式實踐創新人才培養

在嵌入式實踐創新人才培養過程中注重創新實驗平臺的開放性。依托嵌入式創新實驗室的建設構建了多樣化的嵌入式系統實驗開發平臺，包括80C51、MSP430、ARM、DSP等系統開發平臺，如圖2所示。

為便于學生的科技創新，配備了多套不同規格的儀器儀表設備，并建立了創新實驗室的元器件庫。與美國風河公司、北京合眾達等建立了校企聯合創新實驗室以及長期的合作關系，為學生提供了良好的主題創新、實踐平臺。

另外，在學校自制實驗儀器設備專項經費的資助下，以實際的工程項目為驅動，完成了嵌入式Cortex M3開放實驗模塊化開發平臺的研制。該開發平臺的研制理念是：同時注重嵌入式技術的學習和實踐創新能力的提高兩個方面，讓學生在這個開放的平臺上盡可能多地接觸更多、更新的技術，激發學生的自主學習意識，充分利用課余時間完成實踐與創新。

四、構建基于問題設計型引導式教育的嵌入式實踐創新人才培養體系

在嵌入式實踐創新人才培養的過程中，切實踐行“動腦與動手結合，課內與課外結合，理論與實踐結合”，將基礎實驗、提高實驗、綜合性實驗與嵌入式系統課程設計、本科畢業設計及課外科技創新實踐活動等環節相結合，以提升學生的嵌入式系統工程實踐創新能力為核心，根據實踐創新人才培養目標的層次差異，考慮培養過程各個環節的需要，從整體出發，按照學生思維發展的特點，由淺入深對工程應用實際需求進行問題設計，完成一系列環環相扣、逐層遞升的實踐訓練，引導嵌入式系統實踐創新人才培養向縱深推進，構建循序漸進的嵌入式系統實踐創新人才培養體系，如圖3所示。

圖3 嵌入式系統實踐創新人才培養體系

五、結束語

針對嵌入式系統的實踐創新人才培養提出了“問題設計型引導式教育”的先進理念。以“強化基礎、重視實踐、培養能力、突出創新”為指導思想，構建了較為完善的嵌入式系統教學內容體系。結合工程項目的應用需求，構建了接口開放、便于二次開發的多樣化嵌入式系統實驗開發平臺。以此為基礎，通過導向性、趣味性、開放性及綜合性問題的設計，使學生完成由淺入深、由易到難一系列環環相扣、逐層遞升的實踐訓練，從而引導創新人才培養向縱深推進，構建了循序漸進的嵌入式實踐創新人才培養體系。

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（責任編輯：王祝萍）