面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的嵌入式技術(shù)一流課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

◇重慶文理學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 李 鵬 杜西亮

針對(duì)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，制定課程標(biāo)準(zhǔn)，選擇教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段，建成嵌入式技術(shù)“一流課程”。使電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程形成一個(gè)有機(jī)的整體，各門(mén)課程在完成各自教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，相互銜接，循序漸進(jìn)、有層次地訓(xùn)練、培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、實(shí)物制作能力。使畢業(yè)生具備電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的嵌入式技術(shù)知識(shí)，能夠分析嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，并利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能以軟件、硬件相結(jié)合的方式解決相關(guān)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工程問(wèn)題。

我國(guó)是工程教育大國(guó)，工程人才培養(yǎng)規(guī)模位居世界前列[1]。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[2]。隨著信息社會(huì)的到來(lái)，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。尤其是在電類(lèi)行業(yè)，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用可以說(shuō)是無(wú)處不在。嵌入式技術(shù)課程為電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供在本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的專(zhuān)業(yè)理論、方法和技術(shù)。嵌入式技術(shù)課程具有綜合化、項(xiàng)目化的特點(diǎn)。基于嵌入式技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)課程是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要載體。如表1所示，電子信息科學(xué)與技術(shù)、微電子科學(xué)與工程、智能電網(wǎng)信息工程、信息工程等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)，均開(kāi)設(shè)了大量與嵌入式技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程。因此，建設(shè)嵌入式技術(shù)“一流課程”，全面提升嵌入式技術(shù)課程質(zhì)量是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。

表1 電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程一覽表

1 嵌入式技術(shù)課程體系構(gòu)建

根據(jù)嵌入式技術(shù)各門(mén)課程對(duì)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)的支撐作用，結(jié)合嵌入式技術(shù)各門(mén)課程在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的功能和作用，構(gòu)建嵌入式技術(shù)課程體系。如圖1所示，“ARM微控制器開(kāi)發(fā)技術(shù)”（第4學(xué)期）、“Linux操作系統(tǒng)”（第4學(xué)期）、“QT編程技術(shù)”（第5學(xué)期）、“Python編程技術(shù)”（第5學(xué)期）課程在人才培養(yǎng)方案中依次開(kāi)出，共同支撐嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第6學(xué)期）課程。在系統(tǒng)學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)課程之后，學(xué)生可利用所學(xué)嵌入式技術(shù)工程知識(shí)和技能，完成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

圖1 嵌入式技術(shù)課程體系

2 嵌入式技術(shù)“一流課程”建設(shè)

針對(duì)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，根據(jù)各門(mén)課程的特點(diǎn)，制定課程標(biāo)準(zhǔn)，選擇教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段，建成嵌入式技術(shù)“一流課程”。使電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程形成一個(gè)有機(jī)的整體，各門(mén)課程在完成各自教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，相互銜接，循序漸進(jìn)、有層次地訓(xùn)練、培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、實(shí)物制作能力。使畢業(yè)生具備電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的嵌入式技術(shù)知識(shí)，能夠分析嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，并利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能以軟件、硬件相結(jié)合的方式解決相關(guān)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的工程問(wèn)題。

根據(jù)嵌入式技術(shù)主流工程軟件和硬件實(shí)際，結(jié)合電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)要求編寫(xiě)嵌入式技術(shù)教材。通過(guò)產(chǎn)學(xué)合作、外部引進(jìn)、內(nèi)部培養(yǎng)等方式進(jìn)一步完善嵌入式技術(shù)課程團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及完善嵌入式技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。以實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為載體，使學(xué)生全面深入掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需工程知識(shí)和技能，完成特定應(yīng)用場(chǎng)景下的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

3 嵌入式技術(shù)課程對(duì)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的支撐

基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的指標(biāo)體系要求，根據(jù)嵌入式技術(shù)課程特點(diǎn)分析各門(mén)課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，確定各門(mén)課程對(duì)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求各指標(biāo)點(diǎn)的支撐。根據(jù)課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，分別用“H”表示高、“M”表示中、“L”表示低。例如：“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程對(duì)畢業(yè)要求1（工程知識(shí)）是中等程度（M）支撐；對(duì)畢業(yè)要求2（分析問(wèn)題）是中等程度（M）支撐；對(duì)畢業(yè)要求3（設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)解決方案）是強(qiáng)（H）支撐；對(duì)畢業(yè)要求5（使用現(xiàn)代工具）是中等程度（M）支撐；畢業(yè)要求8（職業(yè)規(guī)范）是中等程度（M）支撐；對(duì)畢業(yè)要求11（項(xiàng)目管理）是弱（L）支撐。構(gòu)建嵌入式技術(shù)課程體系和制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)課程與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)度的高低，完善課程體系、課程標(biāo)準(zhǔn)、課程內(nèi)容，使嵌入式技術(shù)各門(mén)課程對(duì)畢業(yè)要求起到對(duì)應(yīng)的支撐作用。

4 嵌入式技術(shù)課程“項(xiàng)目制”教學(xué)的一體化設(shè)計(jì)與實(shí)施

面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，調(diào)研、分析、總結(jié)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程在各電類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中的地位及課程標(biāo)準(zhǔn)。分析、總結(jié)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式技術(shù)課程在學(xué)生算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)中存在的共性問(wèn)題，設(shè)計(jì)教學(xué)方案。在確定了嵌入式技術(shù)課程教學(xué)方案后，根據(jù)各門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)及特點(diǎn)，選取教學(xué)內(nèi)容，選擇教學(xué)方式及手段，使各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容相互銜接，層層遞進(jìn)，教學(xué)方式、手段與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)相適應(yīng)。

采用“CDIO項(xiàng)目制教學(xué)法”。如圖2所示，“C”為構(gòu)思（Conceive），“D”為設(shè)計(jì)（Design），“I”為實(shí)現(xiàn)（Implement），“O”為運(yùn)作（Operate）[3-4]。學(xué)生根據(jù)嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目需求，通過(guò)需求分析，構(gòu)思、設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)，利用軟件、硬件知識(shí)和工具實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，通過(guò)運(yùn)作嵌入式系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制作方面的問(wèn)題并持續(xù)改進(jìn)，最終滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目需求和性能指標(biāo)約束。“CDIO項(xiàng)目制教學(xué)法”強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，以學(xué)生為主，教師為輔，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，產(chǎn)生高效的學(xué)習(xí)效益[5]。嵌入式技術(shù)CDIO項(xiàng)目制教學(xué)打破傳統(tǒng)的學(xué)科體系，體現(xiàn)在跨學(xué)科、以能力為基礎(chǔ)的職業(yè)活動(dòng)之上，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使學(xué)生成為一個(gè)具有嵌入式技術(shù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人才。

圖2 “CDIO”項(xiàng)目制教學(xué)法

5 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目是各種當(dāng)前和未來(lái)復(fù)雜工程問(wèn)題的集合體。嵌入式技術(shù)課程“項(xiàng)目制”教學(xué)，面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，以嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為目標(biāo)任務(wù)，一體化設(shè)計(jì)嵌入式課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)。在理論課上進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，控制程序設(shè)計(jì)，程序編制，程序模擬調(diào)試，將通過(guò)模擬調(diào)試的控制程序，帶到實(shí)驗(yàn)室，下載到控制器中，接模擬對(duì)象，如LED燈，小型電機(jī)等模擬對(duì)象對(duì)控制程序的性能進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，最后結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、工業(yè)控制應(yīng)用、電子商務(wù)應(yīng)用、電力設(shè)備監(jiān)測(cè)等實(shí)際嵌入式系統(tǒng)，對(duì)控制程序和外圍硬件，外圍線(xiàn)路進(jìn)行全面的測(cè)試，改進(jìn)，理論聯(lián)系實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)預(yù)定教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和綜合素質(zhì)。