嵌入式课程设计总结范文
时间：2023-03-21 05:53:34
导语：如何才能写好一篇嵌入式课程设计总结，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：嵌入式系统 实践教学 教学体系
一、 研究的目的及意义
嵌入式系统已成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适用实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的计算机系统。从嵌入式系统的定义可以看出，嵌入式技术是一门专业性强、实践性强的综合性技术。因此搞好嵌入式系统实践教学的研究对于培养学生的动手能力、创新思维能力，提高学生的就业竞争力具有重要的意义。[1]
二、研究的思路和方法
本项目的研究主要采取调查研究、总结及结合自己特色构建合理的嵌入式系统实践教学体系，并自主设计嵌入式系统实践教学平台，构建相应的综合实验室并指导学生参与项目实践。并通过引导学生参与竞赛，并创造条件使学生参与企业合作。
三、 研究的主要内容
本项目主要内容包括，实践教学体系、教学平台和实践教学实验室以及最后通过本项目的改革成果积极引导有能力的学生参加国家大赛等四个主要部分。
1嵌入式系统实践教学体系的构建
在嵌入式系统实践教学的建设中，要综合考虑实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动等实践环节，统筹实验教学项目的设置。在内容上，做到由浅入深、由单一到综合、由验证到设计开发。在时间上，由课内延伸到课外，充分发挥课外科技活动这一第二课堂的作用，使学生能够进行嵌入式系统方面的项目开发。该环节从整体出发，将实验、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动相结合，即验证性实验，设计性与综合性实验、创新性训练项目三个层次。
2.嵌入式系统实践教学平台的设计
移动专业实验室是有50套博创的ARM11开发板，可以搭建出与计算机科学和电子通信专业不同，但能体现嵌入式系统软件开发的实践教学平台，摆脱学生不需要思考而只重视重复操作的示例，也可以彼此构建成实验拓扑网络平台，使其用于与软件工程一致的嵌入式系统平台。
四、嵌入式系统实践教学综合实验室的建设及项目实践
移动专业实验室的开发板集成的示例操作过多，因此需要构建一些可以激发学生创新和与基础紧密结合的软件示例。比如：音频、视频、绘图、游戏等示例，可以使学生通过看、听等视觉冲击来感受嵌入式系统软件开发带来的效果。增强学生对嵌入式系统软件开发的感性认识，同时引发学生思考，从而进一步达到理性思考的程度，刺激学生进行实践，达到“感性认识-理性认识-实践”的两次飞跃，形成实践教学在综合实验室的一种良性循环。
本项目归纳起来可以简称为“一个体系，一个平台，反复实践，一个竞赛”，其过程管理包括“教，学，练，管”等四个内容，形成一个完整的实践教学体系框架。通过合理的实践教学平台，促使学生提高实践的欲望和兴趣，从而在大赛中获得成果的检验。
五、 研究的成果
该研究能够更加贴近了我校建设“应用型”本科专业的目标和办学特色。具体的可以从以下几个方面进行归纳和概括：
（1）改变了实验题目设计的指导思想
一方面整个实践课程的实施内容要以“学生兴趣”为导向，另一方面，教师在设计题目的时候，“按模块、分步骤”的方式要求学生完成实验的全部内容，最终能够把不同的模块整合起来就是一个完整的项目。
（2）课程设计题目自主化、验收形式和考核标准多样化
题目自主化主要是指：教师在参与课程设计题目命题时，遵循以“引导学生为主，鼓励和提倡自我命题”的原则。让学生有一个充分发挥自我的空间，这样有利于培养学生的创新意识和实践能力。
由于学生数量较多，很多教师在验收课程设计时由于时间等问题的因素，不可能做到人人公平、公正的给出验收成绩。所以在课程设计验收中，针对这些问题已经做出了进一步的修正：
a） 验收形式的改革：公开组织若干本方向或相关专业的教师在同一时间，对自愿参加提前验收的同学作品进行共同进行公开、公正的验收。验收的具体流程：验收学生本着完全自愿的原则参加提前验收（只要完成的学生都可以参加），先进行自己作品的展示和讲解，然后由各位“评委老师”进行提问，最后各位教师根据学生的综合表现，给出相应的成绩，该成绩在有课程设计的指导教师予以汇总，最终决定学生本次课程设计的成绩。
b） 考核标准多样化：标准的多样化是兼顾成绩公平的有效手段，在课程设计评分考核中，把以往全由一位指导教师把握的学生“验收表现”，增加至多位教师同时给出成绩，增加了成绩的参考尺度;另外，学生的最终成绩不再仅仅由学生的作品展示效果所决定，而是由学生在验收时的综合表现（如：语言的表达、作品的讲解、设计思路等）决定，从而使得成绩更加合理。
（3）充分利用了实验室
充分利用开放实验室的课余时间，完善开放实验室的使用和管理制度。[2]增加开放实验室的数量，让学生也参与到实验室的建设和管理中来，鼓励学生“从宿舍走出来”和在实验室中完成实验作业。
（4）鼓励学生参与各类竞赛，并引导学生与企业合作，提高动手能力和创新能力，并取得了显著成效。[3]
六、 结束语
该项目的实施，极大地提高了学生对嵌入式系统的兴趣和学习热情，一部分学生能够独立自主的思考，并独具匠心地设计出具有一定水准的产品。本项目思路清晰，效果明显，并在其它具有相关近似课程的学校中有推广应用的价值。
参考文献：
[1]付顺，姚圣国.高校实践教学工作思路的创新探索[J].实验技术与管理，2006年08期
[2]王光福.从传统的实验教学走向开放式实验教学[J].实验科学与技术，2004年01期
[3]彭志广，杨大鹏.实践教学体系创新与实践[J].实验技术与管理，2006年08期
篇2
关键词： ARM嵌入式系统； 教学辅助系统； 教学实践； 自主学习能力
中图分类号：TP368；G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）03-40-04
Abstract： This paper introduces a teaching assistant system for ARM embedded system course based on ARM LPC2148 MCU. The system hardware design includes the minimum system， the serial communication and program download interface circuits， the matrix-keyboard and the independent keys used as the interrupt input， and the character LCD and dot-matrix LCD interface. The software design includes the standard project template of ARM embedded system， complete Proteus circuit schematic and the application package for the related hardware modules. Proved by the teaching practice， the teaching assistant system plays a good supporting role in the classroom teaching of embedded system courses， and in the experiment and practice training of embedded system courses， and in the students' extracurricular scientific researching. It also effectively helps students learning to master the technology of embedded system， and helps to the students' autonomous learning ability and engineering quality training.
Key words： ARM embedded system； teaching assistant system； teaching practice； autonomous learning ability
0 引言
S着嵌入式软件技术的发展，高校对嵌入式系统应用型人才的培养日益重视[1-5]。国内很多高校在电子类、仪器类、计算机类等专业都开设了嵌入式系统课程。其课程特点：①软硬件技术相结合，专业性、综合性强；②嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合，实用性强。③门槛高，要求学生具有相应的专业基础素质及自主学习能力。其教学大纲要求通过课程学习，学生能够掌握基本的嵌入式系统设计、开发和调试方法。但是在实际教学中往往发现“学生理论学习理解困难，实验过程与理论知识融合困难以及课程综合设计能力差”等问题，而且目前的实验装置普遍追求功能强大，实验内容广，配置高档等指标，使得装置的软硬件复杂，忽视了学生的实际情况，学生很难在课时内实现对装置的理解掌握以及达到课程的教学目的要求。
根据我校的实际情况，考虑学生学习的个体差异，本着简单易懂，实用方便原则，紧密结合课堂教学内容，细分教学例程，研发设计了ARM嵌入式系统课程教学辅助系统，学生和教师每人一套。该系统作为嵌入式系统课程基础阶段的辅助教学装置，既可以在理论课堂上帮助教师很好地展现授课内容，又可以在实验和课程设计等实践教学环节中作为便携的实用开发工具，帮助学生切实地掌握ARM嵌入式系统的开发技术，提高学生的工程实践动手能力。
1 教学辅助系统设计
1.1 硬件设计
如图1所示，该教学辅助系统以经典的ARM7 LPC2148/38 MCU为学习对象，分为核心板和扩展板两部分，配有串口通信/ISP下载控制接口，USB接口等常用接口，扩展有矩阵键盘，可以用作中断输入的独立按键，字符/点阵LCD显示接口等输入/输出人机界面接口。系统基本功能齐全，所有引脚及电源均有引出，体积小，携带方便，便于学生自主扩展应用。
1.1.1 ARM处理器
系统MCU采用ARM7系的一款经典产品ARM LPC2148/38 MCU作为系统的核心CPU。其引脚少，功能模块较为齐全，配有512KB的高速Flash存储器和32KB的RAM，具有丰富的外设资源。它还含有向量中断控制器，可配置中断优先级和向量地址，片内Boot装载程序可以实现ISP/IAP编程，具有空闲和掉电两种低功耗模式，并且可通过外部中断唤醒[6]。ARM LPC2138/48 MCU工作原理简单且具有强大的处理和控制功能，同时在proteus仿真软件和keill编程软件中均支持该MCU，因此特别适合用于ARM嵌入式系统课程基础阶段的教学与学习。
1.1.2 串口通信接口及ISP电路
串口通信使用的是LPC2148/38 MCU的串口0。LPC2148/38 MCU的串口0是其主要组成部分之一，不仅可以用于学习与PC机的串行通讯，配以相应的ISP电路后，PC机借助编程软件还可以将应用程序直接下载到MCU中，从而降低了教辅系统的使用要求，方便了实践教学的需要。
1.1.3 USB接口及电源
为了使用方便，教辅系统直接利用PC机USB接口为其供电，无需额外配接电源。同时LPC2148 MCU自备有USB2.0从控制器，配以相应的接口电路后，可以方便地进行关于USB的相关教学，有效地提高了系统功能资源的利用率。
1.1.4 输入/输出及引脚扩展
为了提高教辅系统的通用性、实用性和扩展性，同时兼顾教学案例的需要，在系统扩展板中设计了显示接口、键盘输入端口、A/D采集及调节电位器、LED及蜂鸣器输出以及相应的电源输入输出端口。在系统扩展板中将MCU的P1端口用于字符LCD（LM1602）与点阵LCD（QC12864）共用输出，配合矩阵键盘输入端口，以及AD采集及两个电位器分别设计有相应的教学案例，有效地降低了学生的使用难度，提高了学生对嵌入式系统技术的直观理解。在扩展板上还通过插针引出了对应的全部引脚和电源，极大地方便了学生对其他应用硬件电路的设计，这也对教辅系统实现进一步的应用开发使用提供了便捷。
1.2 软件设计
软件设计工作主要体现在开发环境搭建、驱动开发，应用开发及SDK程序的移植等方面。
1.2.1 开发环境搭建
该教辅系统的软件开发环境搭建主要是Proteus仿真软件，Keill开发软件，Flash Magic编程下载软件安装，以及项目工程的建立与配置，程序文件的新建与添加，工程的编译与链接，电路原理图的绘制，程序下载与仿真运行，程序纠错等。这是学习嵌入式系统不可绕开的基础环节，学生在实际学习过程中容易出错，导致学习的自信心受挫。根据这一特点，除了在课程学习资料中细分教学例程讲解、对关键步骤进行详细注解外，还在教学过程中要求学生跟着教师逐步操作学习，而且写出书面总结作业，确保学生在嵌入式系统学习中能顺利迈出这第一步。
1.2.2 例程开发
例程开发是帮助学生更好地进入嵌入式系统技术学习的有效方式，既是理论课堂授课的范例教学，也是实践教学的应用例程。因此，例程设计至关重要，它不仅是对课程教学内容的验证，也能使学生加深和巩固对嵌入式系统技术的认识，是合理组织教学内容、设计教学例案、帮助引导学生自主学习提高实践创新能力的主要方式。例程开发设计按照单元模块知识架构以及系统开发应用的连续性，遵循“从基础开始，由简而难，从小模块到大系统，应用与原理并存”的原则，设计了教学基础例程与教学综合例程。基于ARM嵌入式教辅系统设计的教学基础应用例程有10个，涉及了对系统的基本认识、验证以及基本使用等工程应用实践的各个方面，如表1所示。
教学综合例程主要是将ARM LPC2148硬件资源、教学案例及其他应用所涉及内容的驱动程序，应用程序集合在一起，供学生阅读和参考，方便学生在练习中模仿和借鉴，帮助学生逐步过渡到独立自主应用开发阶段。同时，通过综合教辅案例，为学生建立嵌入式系统开发的规范与好的应用习惯打下基础。基于ARM嵌入式教辅系统设计了近30余道综合训练题目，学生可在综合实验和课程设计环节自主选择训练，进度快的学生也可在此基础上进一步发挥，提高嵌入式产品开发和设计能力。
2 教学应用
ARM嵌入式系统相较于其他单片机应用技术等专业基础课程教学而言，ARM芯片资源丰富，实际应用广泛，具有综合性、实践性强的特点，学生不容易理解和掌握。因此在教学中要以应用为主，强调体系结构及实用的设计开发技术等工程实践概念，基于教辅系统配以相应的例程项目及实践，结合项目驱动式教学模式[7-8]，在课堂教学、实验教学以及课程设计实践环节中进行项目分解讲授，直观、实用，引导学生自主学习，由浅入深，由易到难，由基础到综合，切实让学生从硬件到软件，再从软件到硬件实现对嵌入式系统技术的完整认识。
2.1 课堂教学应用
在课堂教学中，以应用为主，借助教辅系统，帮助学生了解嵌入式系统的特点，理解嵌入式系统的基本构成（微处理器、存储器、外设驱动和I/O接口、电源管理、硬件调试等）；认识嵌入式操作系统，知道操作系统内核，能够对内核进行移植、修改和裁减；掌握某一种嵌入式操作系统，能够构建嵌入式软件的开发环境，编写一些基本的嵌入式设备的驱动程序等。同时，在传统教学模式的基础上，重新调整学时分配，部分引入翻转课堂教学模式，以例程教学和项目开发驱动教学内容的更新，课堂教学更多的辅以实际范例演示讲解和回答学生在课外实践环节中出现的问题，提高学生对嵌入式系统技术的认识和掌握程度。在Proteus仿真软件和教辅系统的支持下，加大实际编程训练内容，针对讲授内容独立设计立足于基本概念原理的例程，根据学生个体差异提出不同的任务要求，至少要求学生能跟着教师操作演示，在训练过程中再学习和升华讲授的知识。
2.2 课程实验应用
嵌入式系统是一个综合性、实践性强的软硬件设计开发平台，实验教学是重要环节，实验教学是嵌入式系统课堂教W的重要延伸。在实验教学中以教辅系统为载体设计实验内容，配合课堂教学，能更好地帮助学生建立对嵌入式系统的完整认识。实验教学除了设计有基础的ARM嵌入式教学内容，如应用开发入门实验、基础接口和显示实验，还有提高的ARM嵌入式教学内容，如音频、麦克风、SD卡、触摸屏等扩展接口实验，UART驱动与应用、LCD驱动及应用、USB接口、PWM驱动及应用等等，基本满足目前嵌入式系统初级阶段的教学需求。经过实际教学应用证明：借助该教辅系统进行实验教学，学生能有效地认识掌握嵌入式系统实验装置的开发环境及软硬件设计方法，理解对应的教学内容与教学目标，提高了学习主动性和实践动手能力。
2.3 课程设计应用
在课程设计教学环节，以教辅系统为支撑设计了近30组综合训练内容，如电子日历制作、音乐播放器、直流电机调速、正弦波示波器、条码扫描显示等，供学生自主选择。由于该系统不仅提供了LPC2148/38的所有硬件资源，还提供了有关输入/输出的SDK，大大节省了ARM基础软硬件平台搭建的时间，使学生将主要精力和时间放在应用开发上，课程设计的效果和质量明显得以提高，而且学生还可在此教辅系统基础上自行研发应用项目，参与各级课外科研竞赛活动，效果良好。学生借助于该教辅系统进行综合应用学习，可掌握和巩固嵌入式系统应用技术的基本原理，掌握了32位ARM单片机和嵌入式操作系统应用的基本技术，能够完成一些简单的项目研发，他们走出校园能尽快适应相应的工作岗位。
3 结束语
该教辅系统已经在我校测控专业两届学生的教学中投入使用。该教辅系统将课堂教学、课程实验、课程设计教学环节无缝连接在一起，并可直接应用于其他课外实践的开发应用中，使得嵌入式系统课程的教学体系具有更好的系统性、实用性和连续性，基本解决了嵌入式系统课程难教、难学、难懂的系列问题。同时该教辅系统也使得嵌入式系统课程的课堂教学更加具体形象化，互动性更好，实验教学内容更加丰富，学生设计制作参与性更强，明显改善了学生以往对理论知识学习的茫然和不明确性，以及对实验装置的畏难情绪，提高了对理论学习和实验的兴趣，培养和锻炼了自主学习能力和工程实践能力。
参考文献（References）：
[1] 油海东.基于ARM-Linux的嵌入式系统开发平台教学实验研究[J].中国现代教育装备，2012.147（11）：15-17
[2] 陈伟，林训超.Cortex时代的ARM教学[J].单片机与嵌入式系统应用，2010.5：5-7
[3] 宋焱翼，陈礼，颜芳.嵌入式系统实验教学改革与实验教学装置开发[J].实验室研究与探索，2011.30（7）：239-241
[4] 张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012.4：46-51
[5] 张腾飞，顾亦然，郭前岗.“嵌入式系统及应用”课程教学改革探索与应用[J].中国电力教育，2012.28：53-55
[6] 高俊尧，黄超.基于ARM微控制器LPC2138的分布式系统设计[J].电子设计应用，2007.5：97-99
[7] 陈豹.嵌入式系统课程教学方法实践与探索[J].吉林省教育学院学报，2015.31（1）：77-78
[8] 李宁，宋薇，库少平.项目化嵌入式教学方法研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2010.2：5-7
篇3
在高职计算机应用技术专业教学中，嵌入式技术是一个重要分支，广泛应用到工业控制、仪器仪表、电子产品、汽车、办公自动化和通信等领域，具有良好的市场前景。嵌入式操作系统是学习嵌入式程序设计的前导课程，是准备从事嵌入式开发人员必须学习的职业课程。目前，在嵌入式操作系统教学过程中，教学效果还不够理想，学生的职业能力不能很好的适应岗位要求。因此，嵌入式操作系统课程教学改革势在必行。
1 嵌入式操作系统课程教学过程中存在的问题
高职院校嵌入式操作系统是一门知识点多、概念性强、较为抽象的课程，课程知识涉及程序设计、计算机组成原理、嵌入式系统基础等，课程教学难度较大。传统的嵌入式操作系统教学，学生难以掌握知识、学习枯燥无味，普遍感到难学。尤其是职业院校的学生，很多还没有接触过计算机结构，难以理解嵌入式操作系统的内部结构。此外，在嵌入式操作系统教学中，重理论轻应用、理论教学与实践教学脱节的问题普遍存在。在课堂教学中学生处于被动接受方式，无法主动参与整个教学活动，没能达到以学生为中心，以培养学生操作技能为目的的职业技术教育宗旨。尽管安排有实训，但实训环节与课堂教学环节没能做到相互连贯、相互映证，习题与课堂内容没能紧密相扣，考试形式和内容多以理论为主，没能体现考查学生实际应用知识的实践能力。
总之，传统的嵌入式操作系统教材和教学过于重视知识体系的演绎和推理，加之课程本身所固有的抽象性、强实践性，使大多数学生对嵌入式操作系统课程产生了畏惧心理，以至于影响了他们学习的积极性，使之变成了难讲的课程，不仅对学生后续专业课的学习形成了一定困难，对开展教学质量工程也产生了消极影响。
2 基于职业需求的嵌入式操作系统课程教学改革措施
根据高职教育的特点，结合企业职业需求，突破原有课程结构和教学模式，更新教学内容，改革教学方法。
2.1 重组课程内容体系
①课程设计理念
依据国家行业职业标准和岗位能力需求，对嵌入式程序开发工作岗位进行调研，分析职业需求，制定嵌入式操作系统课程标准。以“立足基础、重在应用、强化能力，服务专业、适应社会”的思想，重组课程内容体系，体现基于工作过程系统化的课程设计理念。
②课程设计思路
通过企业专业人才需求分析、工作岗位分析、典型工作任务分析、学习领域生成、学习情境设计、教学设计、教学资源开发等环节，进行课程开发。课程以职业能力为本位、以工作过程为导向，建立基于嵌入式程序开发工作岗位所需的课程教学体系。
③课程教学内容设计
嵌入式操作系统课程以学习情境为载体组织教学内容，通过设计认识Linux、Linux基本应用、Linux编程应用、Linux网络管理、Linux系统管理5个学习情境来完成对知识的系统化学习。让学生在完成具体工作任务、工作过程中构建相关知识，融基础知识和基本技能于一体。在教学过程中，创建真实工作环境，以完成任务为中心，整合任务需要的专业知识和专业技能，与工作岗位紧密对接，培养学生的岗位技能和职业能力，切实体现工学结合的职业教育特色。
2.2 构建任务驱动教学模式
采用“任务驱动”教学模式进行教学，教师的教和学生的学都是围绕如何完成一个具体的任务进行的。在教学过程中，教师应该充分重视并精心设计教学情境和任务，用精心设计的任务，来激发学生的探索、思考的兴趣，让学生真正从内心产生强烈的“探索知识”的欲望，以积极探索问题、要求解决问题的心态来驱动学生的学习欲望并维持浓厚的兴趣，让学生通过完成一个个任务来实现总体的教学目标，从而形成一个系统的知识体系。
①设计并提出任务。在教学过程中，结合嵌入式操作系统课程特点，建立与当前学习主题相关的、尽可能真实的学习情景，引导学生带着真实的任务进入学习情境，使学生的学习形象化和具有直观性，任务的设计要注意知识点的系统性、连贯性、功能的递进性。充分利用多媒体信息设计出具有情境的学习任务，使学生在情境中进行探索实践，在课堂实施之前先对学生提出任务要求，然后让他们讨论、分析任务中用到的知识点、方法。
②引导学生完成任务。高职教育注重技能的培养，教师要在充分调动学生学习积极性的基础上，积极提高学生动手操作的能力。在课堂上要采用学生自主学习的方式，以学生为主体，教师为引导。在学生接受学习任务后，给学生足够思考空间及完成任务的时间，让学生进行探究学习、解决问题。作为引导者的教师，只需为学生提供一些相关的线索和方法，少提示内容，这样更有利于培养学生自主合作、探索创新的精神。
③展示、交流任务作品。教师或学生通过多种方式向全班学生展示各学生的任务作品，让学生对任务作品进行自评，这样可以让学生通过对学习任务的认真分析，建立属于自己的思维方式。然后由其他学生进行点评，发表自己的观点和见解，这样有利于学生在交流与点评中锻炼自己的能力。
④教师点评任务作品
教师首先充分肯定学生的成绩，并对本次任务作品进行点评，对某些问题提出个人意见，对没有被发现的优点和问题进行补充，从提高学生能力的角度进行正确引导、提出期望，鼓励他们继续发扬这种探索的精神。
2.3 改革教学方法、重视教师队伍建设
任何一种教学方法能否被成功地运用，是否促进学生的智能发展，这取决于教师的知识水平和教学才能。因此，要进行教学方法改革，首先必须提高教师的素质水平。嵌入式操作系统是一门实践性很强的课程，应该创造条件让教师定期到企业进行学习和培训，了解职业的需求，鼓励教师取得“技师”或“高级技师”职业资格证书，鼓励企业技术人员担任高职院校兼职教师。
在教学过程中，以教师为主导，学生为主体，实施“教、学、做、用”为一体的动态教学模式，真正转变以课堂、教材为中心的传统教学模式，突出学生的主体性，倡导学生主动参与、乐于探究，培养学生自主学习的能力、创新能力、分析问题和解决问题的职业能力，让学生主动去构建知识结构、能力结构和品格结构，使学生把所学的理论、技能及时转化为现实的职业操作能力，达到企业所需的技能要求。同时，应发挥“以赛促学，以赛促教”的作用，鼓励学生积极参加嵌入式系统设计竞赛、挑战杯等各类创新实践活动。在创业大赛中，对优秀团队学生实行导师制，使学生有机会在教师的指导下完成相应的项目和作品，重点培养学生综合分析、设计、自主研究及创新能力。
2.4 改革考核方案
嵌入式操作系统是一门综合性和实践性比较强的课程，用通常的机考、笔试进行考核存在一定的难度，因此考核方式应该多样化。在考核过程中，应加大过程考核力度，把考核贯穿学习的始终，主要包括学生在课堂的表现、任务完成情况、职业能力掌握程度、试卷考核情况等，以提高能力为目标，以完成实际的任务为重点，以考促学，实施“知识、技能、素质”三位一体的考核方案。
篇4
关键词:嵌入式系统;课群建设;教学改革;教学方法
中图分类号:G642 文献标识码:B
1前言
嵌入式是近几年发展最为迅速的IT领域之一,人才市场的需求量极大,因此,包括北京大学、北京航空航天大学、同济大学、浙江大学等著名大学在内的全国很多高校及高职院所都纷纷开设了嵌入式系统专业。如何提高教学质量,培养专业人才,是摆在专业建设负责人和任课教师面前的重要课题。要解决好这个问题,必须首先认清嵌入式系统的特点,以及目前存在的问题,通过分析成功的经验做法,在结合自身特点及现实情况的基础上制定一套适合自己的教学体系。
2专业特点
(1) 专业涉及面太广、综合性太强。嵌入式系统是一门“软硬兼施”、涉及多门专业基础类课程内容并具有较强应用针对性的课程,不仅要求学习者具有较好的计算机软、硬件基础知识,还要求其具有其他门类专业的常规知识(如通信,自动控制,传感器技术等),被业界认为是一科入门门槛较高的学科。
(2) 在此之前,学生在算法设计、应用层编程上接触较多,而嵌入式系统需要大量的理解底层硬件和外设的工作原理,以及内核和驱动的工作原理,涉及到复杂的C语言和操作系统的概念,学生一下子无法接受,甚至产生畏难情绪。
(3) 嵌入式系统往往与应用相关,处理器、操作系统等种类繁多,熟悉这些内容,仅仅靠课内有限的学时是远远不够的,这无疑要求学生们拿出大量的课外时间加以自学,这对他们的自学能力提出了很高的要求,而自学能力的培养普遍没有得到足够的重视或训练。
3存在的问题
(1) 随着高校的扩招,包括重点大学在内的生源质量普遍下降。很多学生只愿学马上能用、容易上手的知识,这种现象在除重点大学之外的其他高校普遍存在。学生的学习兴趣和积极性亟待提高,没有这一点作为基础,任何教学改革都是无源之水,天方夜谭。
(2) 由于涉及的知识面广,综合性强,这就对任课教师提出了更高的要求。一般的教师很难做到软、硬件都精通,很多老师都是在接受短期培训之后就给学生授课的,对相关基础缺乏全面足够的了解,实践经验有限。因此,目前学生实践活动普遍停留在应用程序开发的阶段上,底层内核移植、驱动程序的开发相对较少。
(3) 现有的嵌入式实验教学平台所配的实验,几乎都配备了详细的实验指导书,虽然老师们准备实验讲义的工作量减轻了,但学生们按照实验指导书的步骤一步一步按部就班地重复实验内容,不仅无创新可言,实验本身的效果也大打折扣。
(4) 有限的课内学时,无法满足实践教学,尤其是综合性、设计性实践的需要。由于管理体制的原因,很多院校的实验室并未完全开放,教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来,课内安排的实验更多的是为了配合课内理论教学的内容,一个实验一个模块,缺乏系统性,学生无法建立完整的系统概念。
4成功的做法
纵观国内高校的成功做法,有以下几点值得借鉴。
(1) 普遍采取基于项目(Project-Organized)的学习方法,基于问题(Problem-Based)的教学方法。由此产生的实践教学目标明确,效率高。纵观实践教学成功的例子,普遍都是“Learning by Doing”,而不是“Doing by Learning”。
(2) 重视与博创、周立功、Altera、Xilinx、Microsoft、Intel、ARM等知名企业的合作,以获得最直接的技术支持。既能弥补课程资源的不足,也能有效地培养师资队伍。
(3) 重视和参加各种嵌入式大赛。很多学校,如北京工业大学,同济大学,北京航空航天大学,电子科技大学在全球性的嵌入式大赛中都取得了骄人的成绩,学生们在大赛中得到了极大的锤炼,这些经验和积累也充实到教学改革中。在历届的“博创杯”全国嵌入式大赛中,哈尔滨工程大学多次获得特等奖,足以看出该校已经形成了良好的竞赛氛围,也积累了丰富的大赛经验和技术成果,并非一蹴而就。
5思考
看到一些理工科重点大学的成功做法,我们切记一定不能完全照搬,必须充分认识本校的特点,认真思考并选择属于自己的道路。
5.1教师队伍建设
嵌入式是最近几年才逐渐发展起来的新专业,教师的教学经验普遍不足,教师队伍建设十分关键。建议形成以专业负责人为核心,全员参与的教学队伍。由于实践辅导的强度非常大,一名教师往往也无法解决实践过程中,尤其是创新实践过程中涉及的所有内容,因此我们要探索一门课以一位老师为主导、由多位老师讲授或辅导的模式。协同指导,既能减轻教师的负担,又能提高辅导的效果。所有教师都要苦练内功,丰富自己的理论水平和实践经验,并真正投入到实践辅导的队伍中。周立功曾说,与他合作的研究生导师必须亲自参与到科研项目中,不能只是指导。
5.2管理体制改革
很多嵌入式大赛取得优异成绩的高校,都得益于三个方面,一是学生积极参与,二是教师主动投入,三是领导足够重视。竞赛的主体是学生,由于竞赛是自愿性质的,面对每年各种各样的嵌入式大赛,很多高校根本就没有学生报名。原因是多方面的,除学生的个人基础外,笔者认为在于引导不够、宣传不够、激励不够。北京交通大学的做法是如果要申请保送研究生,必须有这方面的竞赛经历甚至获奖。另外,很多高校考核教师主要看科研,指导学生实践活动要占用大量的时间,投入与回报不成正比,很多教师不愿投入精力,而仅靠个别教师指导是无法形成合力的。北京工业大学在这方面做得很好,不仅有八人的教师梯队,大部分教师都直接参与指导并有着丰富的实践经验,学校也十分重视,投入专款建竞赛训练基地。
5.3教学与科研结合,形成自己的特色
实践证明,没有科研的教学是没有深度的。加州大学伯克利分校规定,课程教学必须与教师的研究领域紧密相关,他们追求深度甚于广度。国内在嵌入式领域的著名高校,都十分重视与知名企业的合作,如同济大学与微软在移动方面合作,浙江大学与Intel在多核方面合作,都形成了自己的特色。嵌入式系统与特定行业应用密不可分,泛泛的教学无法激发学生的兴趣。
5.4课群建设,课程整合
我们发现,导致学生失去兴趣的另外一个原因是课程太多,压力太大。如我院近几年相继开设了嵌入式系统基础、嵌入式汇编语言、嵌入式操作系统、嵌入式软件设计、嵌入式软件测试、课程设计等课程,要通过考试,学生们必须完成相应任课教师布置的大量作业,学生们普遍感觉很累。如果通过一个大的Project,将嵌入式汇编、软件设计、软件测试等课程内容有机的整合起来,让学生得到系统级训练,作为内容的提升,可以让学生在嵌入式软件的优化、功耗的降低、可靠性设计等方面作些研究和实验,甚至可以延续为毕业设计题目。因此,必须以专业为基础,进行课群建设。
5.5教学方式改革
嵌入式系统实践性很强,且有一定难度。建议采取自顶向下(寻根究底)的教学模式,这也符合认识事物的规律。建议学生们最好有一点单片机的基础,初期用现成的学习板,尽量简单,后期可尝试自己设计,从硬件到软件完全自己做。不仅要进行软件的设计,而且还要进行硬件电路的设计和制作,以及软硬件系统的联合调试,使学生建立相关课程之间知识的有机联系。让学生熟悉需求分析、方案设计、原理图和PCB绘制、元器件采购、电路的焊接和调试、嵌入式软件开发等各个环节,使他们的工程实践能力得到真正提高。值得注意的是,项目必须尽可能接近真实世界,因为真实的项目有很多约束,而这正是嵌入式系统的特点。考虑到学生的基础参差不齐,必须分层次要求和考核。针对实验教材过于详细的问题,建议任课教师对实验重新进行逐一设计,制造一些问题,尽管工作量很大,但确实十分必要。要发挥教师指导、教练的作用,强调学生自学能力的培养和提高。教学中要讲思路、思维方式和方法,具体知识让学生自学,并记录遇到的问题,长时间无法解决和典型、普遍性的问题再在课堂上统一讲授。建立资源库,尤其是师生互动的教学资源,建立答疑库,逐渐积累丰富。好的作品建立音视频录像永久保存。这样第二年的项目可在此基础上再有所发挥。
5.6教材建设
每个学校都有自己的侧重点,基础也不一样,建议自编讲义,结合教学大纲更多地融于自己的研究内容,在讲授的过程中思路也会更加清晰,从而可以在教学中传授更多的经验而非简单的知识,条件成熟时还可以公开出版,很多高校都有类似的做法。
6结束语
任何一个专业从新生走向成熟都需要经过几年甚至更长时间的探索与磨合。在建设的过程中,必须针对学校的特点、生源的质量制定符合自己的培养计划,根据教学反馈,实事求是,不断调整。教与学都必须苦练内功,不断积累,切忌急功近利,肤浅浮躁,只有这样,教学质量才能实质性的提高。
参考文献:
[1] 柳翔. 嵌入式软件工程人才培养的探索与实践[J]. 计算机教育,2005(5):53-55.
[2] 牛建伟,张炯. 北京航空航天大学嵌入式系统课程建设[J]. 计算机教育,2008(7):64-65.
[3] 韩德强,孙燕英. 北京工业大学“嵌入式系统”精品课程建设[J]. 计算机教育,2006(8):12-14.
[4] ALBERTO L. SANGIOVANNI-VINCENTELLI, ALESSANDRO PINTO . An Overview of Embedded System Design Education at Berkeley[J]. ACM Transactions on Embedded Computing Systems, 2005,4(3):472C499.
篇5
关键词：嵌入式系统；教学改革；课程建设；教学实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）27-0101-03
近年来，以计算机技术，通讯技术、消费电子技术为主的电子信息技术的高速发展和国际互联网络的广泛应用已经改变了人们的生活方式，其中以嵌入式为核心的电子信息技术是当前发展最快、应用最广、最有发展前景的领域之一。由于嵌入式产品市场的蓬勃发展以及嵌入式技术的广泛应用，嵌入式系统软、硬件开发工程师等技术人员在就业市场上较为紧缺，社会对嵌入式相关技术人才有迫切需求。从培养嵌入式系统应用开发人才角度来看，教学内容和教学模式都与实际脱节，培养的学生在嵌入式专业技能、实践能力、创新意识等方面都不能满足用人单位的要求，缺乏利用规范的工程方法构建符合应用需求的系统能力，入职后需要较长的适应期。因此，如何适应形势的变化和发展，消除校企之间的鸿沟，提高嵌入式系统课程教学质量，培养社会需求的高素质嵌入式系统应用开发人才，是我们面临的一个紧迫课题。自2006年起，山东科技大学在电子信息科学与技术专业开设了嵌入式系统设计方向，经过10年的教学实践和不断改进，积累了一些经验，摸索出了一个适合自己专业的“软硬结合，高低兼顾，重实践”的教学模式，取得了较好的效果。
一、培养目标与定位
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。山东科技大学的电子信息科学与技术专业由信息学院于2000创建，因为其诞生于计算机类学院，因而比较注重高层应用、嵌入式操作系统等方面的教学。同时，由于其自身又属于电子类学科，因而也注重于数字电路、模拟电路、电路设计等底层硬件电路方面的教学，从而自然形成了自己这种“软硬结合、高低兼顾”的教学体系。培养学生“硬可以设计电路，软可以编写程序”，既符合电子仪器仪表类企业或者工业控制类企业所要求的传统实时嵌入式系统设计，又符合高端消费类电子企业所要求的高端应用编写（比如信息家电、网关、手机应用等的设计），是符合我校综合实际情况的合理定位。
二、嵌入式教学改革
（一）课程体系设置
在课程体系方面，依据培养目标和定位，主要遵循“紧跟时代潮流，坚持软硬两条腿走路”的原则设计，可归纳为“三层递进，左硬右软”的架构。左半部分为偏硬件类课程，第一层以数电、模电和电路三门公认的电子类经典课程为基础，让学生打下良好的理论基础；第二层通过8051单片机的学习，掌握微处理器的工作原理和编程方法。在学习51单片机的同时，开设电子线路CAD课程，让学生掌握电路板的设计方法。因为嵌入式是专用的系统，往往每个项目都需要设计与之匹配的电路板，所以特别强调电路板设计的基本功。FPGA和SOPC的课程，则完全得益于2005年我校与Altera公司联合建立的“山东科技大学―Altera SOPC/信息家电联合实验室”，该实验室是目前Altera公司在全球设立的唯一信息家电联合实验室。通过FPGA课程的学习，学生不仅仅更加巩固了数字电路知识，而且从更底层理解了处理器的设计原理，在该课程中以8051单片机的内核设计为主导，逐步引导学生理解并设计出功能较为完善的8051单片机。与前面所学单片机知识相互印证，加深理解和应用能力，在随后的第三层次中，以嵌入式ARM原理为核心课程，重点讲述ARM的体系结构、汇编与C编程应用，再结合“一高一低”两款具体ARM处理器的具体学习和大量的实验实践，使学生既能从事实时工业应用设计又能从事高端顶层软件的开发。而在SOPC课程设计中，则强调嵌入式与可编程逻辑器件的结合应用，以NIOS处理器为中心，结合各种外设IP核的运用，使学生体验到可编程硬件的灵活性，与ARM形成优势互补。右半部份课程则为软件设计类课程，以嵌入式C语言、计算机体系结构、信号与系统作为基础。第二层则以数据结构、面向对象编程、数字信号处理为主干课。数据结构有利于学生理解操作系统的原理，面向对象设计使学生的编程思路发生转变，可以很快适应高级嵌入式操作系统例如linux、android等系统的高级图形界面应用编程。第三层次则以嵌入式操作系统为主，主要教授强实时的ucos-II和软实时的linux两种典型操作系统，使学生达到既可以编写基于强实时的控制类应用，也可以编写类似手机应用类的软实时应用。最后软硬件课程汇集到嵌入式系统设计这门主课。在这门课中，以综合应用设计的方式，配以案例教学和大量的实践实验，使学生切实体会到一个项目的提出、方案选择、硬件设计、软件设计、调试等一系列过程，达到各种所学知识的高度融合，也更适应于企业项目的开发方式，更加符合企业对设计应用人才的实际需求，有利于其尽快适应企业的工作要求。
（二）教学方法改革
嵌入式系统是以应用为目的，尤其强调动手实践能力的专业，能综合运用所学知识，解决实际问题是嵌入式教学的最终目的。嵌入式系统后期的专业课程具有理论较少，而需实践应用的内容较多的特点，因而在教学方法上也不能再采用“满堂灌”的形式。这种方式因为不够直观，又无理论推导，导致学生很容易失去方向感，进而失去求知的欲望。还有些学生由于受到我国教育体制的影响，从小到大都是在教室学习，缺乏对外界事物的了解，导致不能理解老师讲授的具体应用。针对这些问题，我系提出“兴趣+实践”的教学方针，通过激发学生的学习兴趣和进行大量的实践帮助学生学好嵌入式。围绕教学方针，在教学手段上，尽量避免大量长时间的口头授课，尽量采用形象直观的多媒体技术，演示教授内容，包括使用方法、具体现象、结果等，让学生有个直观的认识，产生动手实践的兴趣。尽可能地采用先进流行的教学手段，比如采用微课的方式，讲解演示难点内容；利用在线通讯QQ、论坛等，建立在线学习交流平台，在老师积极解答学生提出的问题的同时，也鼓励其他同学解答探讨问题，经过多年的积累，大多数学生提出的问题都能直接在平台中找到答案。还有采用项目驱动的方式授课，比如在嵌入式系统设计这门课中，围绕信息家电这个项目，从需求的提出、可行性分析、硬件选型方案、软件设计方案、操作系统的选择等逐步细化展开。通过这种方式，学生解决实际问题的综合能力得到提高，所学的方方面面的知识也得到了综合利用，而且最终学生可以做出实物演示系统，极大地提高了学生的学习热情。
配合“兴趣+实践”的方针，经过综合考量和多年实践，对专业课的授课学时和实验学时也做了调整。为此我系对一些专业课程的教学和实验学时的设置，过程中可以发现，各课程大量减少了课堂授课时间，而增加了实验时间，提高了实验占比。如此一来，有些课程甚至可以达到一堂授课，接着下一堂就马上实验体会的效果，使学生及时消化吸收其所学知识。单片机原理与设计这门课是学生接触到的第一种处理器，因而授课时间较多，又因单片机集成资源较少，20个学时的实验也基本上能完全覆盖其每个功能部件。对于电子线路CAD来讲，其理论性较少，操作流程和操作技巧的内容较多，因而实验占比较大，可达1.1。嵌入式ARM原理这门课由于ARM体系结构的复杂性，以及要讲解ARM9和Cortex M3两种架构的芯片，因此总体授课学时设置为72，实验授课比为0.8。嵌入式操作系统是一门理论与实践并重的课程，既要讲解操作系统的原理，又要让学生能实际运用UCOS-II和Linux操作系统的功能，因而课程总学时也为72，实验授课比也为0.8。而嵌入式系统设计这门课则更强调实践性，因而其实验授课比可达1.4。
（三）评价机制
合理的评价考核机制可以引导促进学生的实践热情，为了刺激学生的实践积极性，我系考试成绩的评定机制向实验实践方向上做了较大的倾斜。通过这种比例分配，学生不再只是死背硬记课本，而是花更多的时间在实验室实际动手做实验，彻底改变了过去学生对实验课漫不经心，应付了事的态度，取得了良好的效果。
三、实验环节改革
（一）实验仪器建设
嵌入式技术的发展日新月异，实验仪器设备既要紧跟时代潮流的发展，又要沉淀积累共性的知识。2005―2010年，我系先后引进了从低端的ARM7到高端的ARM11的实验系统，在实际应用过程中，我们发现这些实验箱为了满足各个高校的普遍需求，往往是大而全，缺少针对性，从而增加了学生学习的难度。比如我系引进的某款实验设备，因为要集成的功能太多，厂家人为地增加了一款CPLD来扩充CPU的功能，导致每届学生在做这方面的实验时都难于理解，老师不得不额外花费功夫来讲解CPLD所实现的功能，既浪费了时间又偏离了实验的核心内容。自2010年后，我系就开始自行研发实验开发板，定位为既能满足我系的培养目标又能用于教师学生科研竞赛的需求。2013年底成功开发出基于三星蜂鸟S5PV210的双核Cortex A8处理器的实验板，主要用于基于嵌入式Linux操作系统和Android系统的高端实验应用。2015年初又研制了基于STM32F103的Cortex M3实验板，主要用于工业控制类、仪器仪表类实验课。研发成果不仅节省了大量的设备经费，而且更符合我系的教学需求。以普通的AD转换为例，我系原来引进的实验箱，都是直接把一个滑动电阻接在CPU的引脚上，没做任何的信号调理，只能输入0-3.3V的电压信号，这种设计只能用作最初级的功能验证，与实际工业现场的需求完全不符。而自行开发的系统中，则大量融入了老师们实际项目中积累的经验和设计，AD转换部分加入了信号调理和滤波电路，完全符合工业的需求，输入信号可以是0-10V或±10V的电压、4-20ma或0-20ma的电流等标准工业模拟信号，学生可以直接应用于将来的工作中，最大程度地消除教学与企业实际应用之间的差别，极大地提高了教学效果。
（二）实验内容建设
针对嵌入式系统“重实践，重经验积累”的特点，对实验内容和实验方式也做了相应的调整，将每次实验调整为为基本验证、功能综合扩展、总结与测评三大部分。基本验证部分主要是对本次实验涉及的功能部件的测试，比如串口部件、定时器部件等，这部分实验内容一般都提供参考例程，主要是让学生迅速地掌握该部件的使用方法和特点，时间一般为30～40分钟。在功能综合扩展阶段，则要求学生在验证例程的基础上扩充功能，时间为40～50分钟，不提供参考例程，要求将多个功能部件综合应用或者将前几次的实验内容进行综合，进一步提高现有程序的功能等。例如学生第一次实验内容为按键控制的各种流水灯，第二次实验为串口通信，那么在功能扩展部分就要求学生用串口通信来控制流水灯和按键监测，第三次实验又学了液晶显示，则功能进一步扩充，要求学生不仅仅会显示字符，还要将前两次实验的内容也整合进来。如此一来，随着实验的不断增加，学生的综合运用能力也在不断的增强。第三阶段要求每个学生总结本次实验情况，实验老师对实验进行打分，作为实验成绩的评定基础。这样就充分调动了学生的实验积极性，取得了良好的实验效果。
四、总结
经过多年的实践和不断优化，我系取得了可喜的成果，在历年的大学生电子设计大赛、博创杯嵌入式设计大赛、齐鲁软件设计大赛中，每年都会获得优异成绩；学生就业良好，一直保持需求旺盛的状态。用人企业普遍认为我系学生具有工作上手快、工作积极、适应性强、善于动手、学习速度快的优点，这也充分印证了我系“兴趣+实践”模式的特点。当然嵌入式技术还在不断发展，企业的需求也在不断变化，何种模式才是最优的培养方式，还需继续研究与探索。
参考文献：
[1]朱海峰.嵌入式系统教学改革研究[J].科技信息，2009，（36）：25-27.
[2]张晓东，孙丽君，鲁可.嵌入式系统教学改革研究[J].中国电力教育，2013，（8）：35-36.
[3]李文生，邓春健，吕焱.案例驱动的嵌入式系统教学改革探索[J].计算机教育，2011，1（2）：22-25.
篇6
〔关键词〕信息素养；嵌入式教学；教学设计；教改研究
DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.027
〔中图分类号〕G642〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2015）10-0147-04
Embedded Teaching Research Based on Information Literacy EducationZhang Bilan
（Library，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）
〔Abstract〕This paper summarized the development of domestic and overseas information literacy education status and trends.On this basis，combined with practical experience in information literacy education，this paper did a detailed research on embedded realization approach of specialized courses，curriculum design，teaching and research，and other incentives，and proposed the establishment of the teaching team and the importance of carrying out educational reform research.Thesis on information literacy embedded analysis and design of teaching，intended to provide reference of information literacy education for university learning，having a good practical significance.
〔Key words〕information literacy；embedded teaching；design of teaching；educational reform research
信息素养培养是当今世界各国图书情报界、教育界关注的重要课题[1]。发展至今，构建了许多代表性的信息素养教育模式，如Big6信息素养培养模式、馆员与教师协同教学模式、PBL信息素养培养模式等[1]。近年来，基于信息共享空间、媒介教育、嵌入式教育的信息素养培育研究逐步形成新的研究热点[2-5]。
国内的信息素养教育实践，多以讲座培训、文献检索课（或者信息检索课）的形式，由图书馆作为主体单独开展教学，一般为选修课。这种教学方式，由于学生来源的学科多样性特点，一般只针对共性需求进行培训，比较适应大学生信息素养培育的初期教学。但这种教学模式，脱离了实际问题环境，对于想利用信息解决具体专业问题能力，准确地获取、跟踪学科信息进展的高年级本科生或研究生来说，就呈现很大不足。美国大学与研究图书馆协会（ACRL）制定的《高等教育信息素养能力标准》中强调大学生信息素养教育与专业课程整合教育的必要性，认为“信息素养培养并非游离于学科课程之外，而是交织在其内容、体系结构与顺序安排之中”[6]。要解决传统信息素养教学模式的缺陷，增加教师和学生信息素养教育的主观能动性和积极性，就需要将信息素养教学与专业课教学相结合，共同推进信息素养培养模式的改革。一种有效的办法是借鉴国外经验，把信息素养教育嵌入专业课程教学活动中，这，也被学界认为是信息素养教育发展的方向[7]。
1信息素养培育的嵌入式教学途径探寻
信息素养嵌入学科课程教学，这一教学模式已经得到国内外学者的认同，但总体来说研究成果较少，目前实践和研究的发起主体多为零散的学校或个别老师，较少有基于实践的成熟案例或者嵌入专业课程的方案出现，因此，探寻信息素养培育的嵌入教学途径，无论是对信息素养教育还是对专业课程的教学来说，都有其现实指导意义。
综合现有的研究成果以及笔者的实践研究，将信息素养对专业课程的嵌入式教学分为两个途径：嵌入专业课程的课程教学、嵌入专业课程的教改研究。
2015年10月第35卷第10期现？代？情？报Journal of Modern InformationOct，2015Vol35No102015年10月第35卷第10期信息素养教育的嵌入式教学研究Oct，2015Vol35No1011嵌入专业课程的课程教学
111信息素养嵌入专业课程教学模式及其本地化
信息素养嵌入专业课程教学模式实际上是一种馆员―教师的协同合作教学模式，按嵌入程度的不同，有学者将其分为以下形式[7-8]：
（1）学科服务模式：这种模式基本上就是一种学科馆员服务模式，馆员根据学科教师和学生需求，提供信息服务，包括学科导航、资源推荐、专题讲座等。这种模式，教师和学生处于一种被动服务模式，馆员和服务主体关系比较松散。
（2）嵌入教学模式：馆员和教师共同合作，全程参与课程教学结构和内容设计，将信息素养教育嵌入课程教学中，提高教学质量。
12嵌入教学团队的教改研究及实践
信息素养嵌入专业课的教学实践，不但体现在课堂教学的实践中，也体现在课后与教师、学生的交流和辅导中以及实践者在教学实践过程展开的研究中。馆员与教师密切合作，置身于同一研究环境中，总结实践经验和教训、升华理论知识的总结和拓展，形成有指导和推广意义的教学实践方案和案例。
重庆工商大学图书馆开展信息素养嵌入式教学实验研究已经开展6年，从个别学院的高年级本科生逐渐拓展到研究生群体，区别于一般本科生的《信息检索课》，这种嵌入式教学因课时短，时间安排灵活，针对性强，备受师生好评。目前，主要采取自行预约方式开展，图书馆主要安排有教学和研究经验比较丰富的研究馆员负责，并与学校相关专业教师成立了信息素养教育研究团队，从2009年以来，取得一定的研究成果，并将这些研究成果反馈到教学中，指导获得更好的教学效果。
研究团队一共7人，其中专业课教师3人。图书馆和3名专业课教师联合开展嵌入教学的实验研究，并取得了一定的研究成果。根据教学实践，2009年，申报了重庆工商图2选题方法与流程详图
大学教改项目《信息素质教育嵌入专业课的实验研究》、2010年成功申报重庆市教委教改项目《信息素质教育嵌入专业课的实验研究――以电力拖动自动控制系统为例》；在此团队已经成果基础上，2011年，在此成功申报重庆市教委项目2项、2012年成功申报国家社科基金项目《农转城新市民信息素养及促进模式研究》、2013年成功申报教育部项目《基于观点势场演化的舆情极化预测模型研究》，并出版信息素养专著1部。
2结语
信息素养嵌入式教育的开展，不仅需要在课程设计明确教学的目的和原则，设计好教学内容和方案，更为重要的是应当建立一个教学研究团队。一个良好的教学研究团队的形成，对信息素养教育可以起到事半功倍的效果，在丰富的理论研究成果指导下，教学内容和教学方法才能更能契合教学实际、切合学生需求。这是嵌入式信息素养教学有效推进的关键因素。同时，与代表性专业课教师教学和科研的固定教学研究合作，也能使整个信息素养嵌入式教学不脱离需求实际，也更能在合作中促进交流分享，让馆员在了解师生需求的同时，教师也更加认识信息素养对教学、对学生职业可迁移能力培养、对终身学习的重要性，从而提高参与的主动性和积极性，共同推进信息素养教育的开展。
参考文献
[1]张必兰，吴诗贤，吴华安，等.城市新市民信息素养问题研究述评[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2014，（12）：102-106.
[2]盛兴军.基于信息共享空间的大学信息素养教育[J].图书情报工作，2010，（3）：28-31.
[3]陈维，阮海红.基于读者需求的高校图书馆信息共享空间构建研究――以浙江传媒学院图书馆为例[J].情报杂志，2010，（2）：148-152.
[4]苏海明.基于信息共享空间的高校信息素质教育[J].河北科技图苑，2013，（4）：54-60.
[5]阮海红.引入媒介素养教育，优化信息素养教育[J].大学图书馆学报，2010，（4）：102-105.
[6]王朴.为信息素养而合作――来自美国的启示[J].大学图书馆学报，2005，（1）：84-88.
篇7
【关键词】专业建设 人才培养 课程体系 实践教学
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0212-01
物联网是我国战略性新兴产业，人才需求与缺口巨大。国内高校物联网工程专业的开设时间较短，专业建设经验积累较少，急需对物联网工程专业人才培养与教学体系进行研究。我校物联网工程专业于2011年经教育部批准设立，由计算机科学与软件学院负责具体专业建设与人才培养工作。现就专业建设的相关内容进行以下阐述。
一、人才培养目标
物联网工程专业前承计算机、通信与网络、电子等传统信息学科，衔接移动互联网、云计算、智能嵌入式设备等新兴技术学科，体现出“学科复杂交叉，技术高度集成，应用综合广泛”的特征。在充分研究了物联网专业特色和计算机类学院开办该专业的优势与特色的前提下，将该专业的人才培养目标定位为：培养掌握数学等相关自然科学基础知识以及物联网相关的计算机、网络、传感和软件工程方面的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，具有较强的物联网系统集成与应用开发能力和良好外语运用能力，能够在工业生产、商贸流通、民生服务等领域中从事物联网相关技术的研发及物联网系统分析、设计、开发、管理与维护等工作的高级工程技术人才。
通过研究与制定物联网专业人才培养目标，逐步发现并总结出4个专业人才培养的基本要求，即知识要求、能力要求、素质要求和职业素养要求。在制定和实施人才培养方案过程中重点围绕这4个方面进行。
1.知识要求
掌握英语、数学和计算机科学与技术等方面的基本理论和基本知识，具有扎实的自然科学基础、较好的外语综合能力，掌握计算机网络、传感器技术、无线通信网络、物联网数据处理等的基本知识和基本技能，具有较宽广的专业知识面，较强的工作适应能力。掌握本专业所需的计算机、软件、通信与网络相关学科的基本理论和基本知识，系统地掌握物联网技术领域的基本理论、基本知识，掌握物联网感知与标识的基本理论与技术、物联网数据处理技术；掌握数据传输与安全技术；掌握物联网系统的硬件、软件设计和开发知识。
2.能力要求
具备进行物联网设备的使用、设计和制造能力，具有典型物联网系统的维护和管理能力，具备较好的软件编程能力以及网络系统分析、设计能力，有从事物联网相关软硬件产品的开发能力，具备在物联网系统及其应用方面进行设计、集成与研发的能力；有获取最新科学技术知识和信息的能力；能够熟练阅读英文专业科技文献、并运用英语进行沟通和交流的能力；了解相关的技术标准，具有一定的国际视野和跨文化的交流、竞争与合作的能力。
3.素质要求
了解物联网的理论前沿、应用前景和最新发展动态，具有获取新知识的基本能力，了解国家科学技术政策、创新创业政策、知识产权、网络安全等方面的法律、法规，具有高度的社会责任感，具有全球视野及可持续发展理念；具有锲而不舍、追求真理的精神。
4.职业素养要求
职业素养包括：职业认知、职业道德和职业规划能力。了解从事物联网相关行业的技能要求、工作内容，行业规范和章程，及发展远景等内容。职业素养的培养和养成，对于学生本身，行业和全社会健康和可持续发展都有重大的意义。
为实现上述专业人才培养目标，物联网工程专业的培养模式采取“宽口径、厚基础、重实践”的理念与方式。所谓“宽口径”是指专业领域毕业生既具备服务管理机构、服务产业所需求的知识结构和能力，又能够胜任相关产品研发的工作。“厚基础”是指建立公共基础课、学科基础课、专业基础课、公共选修课、基础教育平台的基础知识结构。“重实践”体现在增加本专业学生的实验、实习的时间和机会，鼓励动手实践，理论应用于实际，解决企业和社会的实际问题。
二、专业课程体系
对物联网工程技术体系与层次化认知是课程体系建设的前提和基础。专业课程建设首先研究物联网技术体系和关键技术，对物联网技术体系进行层次化建模与分析，按照自底向上方式建立对应的层次化认知模型，完成物联网理论与技术的层次化渐进式的认知方案的设计，建立分阶段的认知能力评价标准作为认知里程碑。抓住能够体现物联网专业特色的专业核心课和实践环节作为课程体系建设的突破口，重点建立了分层次的物联网专业课程群和具备顶层设计的实践教学体系。
我们以《普通高校本科专业目录和专业介绍（2012年）》和教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会对物联网工程专业知识体系与课程体系的规范为依据，参照培养目标和培养要求，确定了专业核心课程及主要实践性教学环节，并根据课程与实践内容的内在逻辑划分为4个专业课群组，与物联网技术体系的各个层次形成对应关系：硬件平台类课程（感知层）、通信网络类课程（网络层）、数据处理类课程（公共管理层）、应用开发类课程（应用层）。各课程群组中的具体课程与实践环节如下：
？S硬件平台类：微机原理与接口技术（45学时）、传感器节点与RFID技术（45学时）、嵌入式系统开发与应用（45学时）、物联网感知综合课程设计、嵌入式系统综合课程设计。
？S通信网络类：计算机网络（60学时）、物联网通信技术（30学时）、物联网数据传输技术（30学时）、异构网络互联与融合（30学时）应用网络程序分析与设计实习，物联网传输综合课程设计。
？S数据处理类：物联网数据处理技术（45学时），物联网数据处理课程设计、云计算与云存储技术（45学时）、物联网信息安全技术（30学时）、物联网安全与管理课程设计。
？S应用开发类：面向对象程序设计（45学时）、数据库系统原理（45学时）物联网应用开发技术（45学时），物联网应用系统分析（30学时）、面向对象程序设计课程设计、数据库课程设计、物联网应用开发课程设计、物联网综合应用设计。
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关键词:创新精神;实践能力;计算机专业;硬件课程
随着我国高等教育改革的不断深入,高等教育由原来的毕业教育转向就业教育,要求毕业生要有创新精神、创业能力,具有一技之长。合格大学生的标准不再是完成学校规定的课程及取得相应的成绩,就业成为评价毕业生优劣的标准,也是评价高校办学水平和教学质量的标准[1]。毕业生就业工作,直接关系到高校的生存与发展。在我国人才培养方面有一种现象值得注意:一方面是大量计算机专业的学生难以找到合适的职位,另一方面却是相关用人单位难以找到满意的人才,其中一个重要的原因是学生缺乏必要的创新精神和实践能力[2]。如何提高学生的创新精神和实践能力,一直是计算机学科教学的难点问题。几年来,我们转变教育观念,不断创新人才培养模式,探索出一条培养大学生创新精神和实践能力的有效途径。
1现状分析
从专业的角度,计算机类专业学生具备的创新能力应该从计算机软、硬件两个方面体现。我们以培养学生在硬件方面的创新能力出发,推进在计算机硬件环节方面的教育,从课程群设置、教学大纲、实验设置、课程设计设置、毕业设计训练等方面,构建硬件类课程教学与实践体系等,着力培养学生独立思考问题的能力和创新意识,提高学生的实践能力。
经过2004年教学评估过程以及近几年的质量工
程实施,我校在相关专业都增加了综合设计型实验项目,从教学大纲、实验内容上都有所体现,但是实际的执行情况并不乐观,部分综合设计型实验从实验项目确定、实验内容以及实验的开放模式等,还不能成为真正的创新型实验。以计算机组成原理实验室提供的综合设计型实验项目为例,实验室开出了时序逻辑电路分析与设计、存储器设计、运算器设计、总线设计等综合设计型实验项目,但是从实验效果来看,并不十分令人满意。其中的原因是多方面的,一是实验内容本身的问题。从学生的角度,实验内容本身的可实施性较差,学生学到的知识与综合设计型实验的内容存在较大的差距,有些实验虽然是综合设计型的,但到学生真正操作阶段,难于下手,实验起不到预想的效果;其二,实验室的管理模式,实验人员的配备不能满足综合设计型实验的正常高水平开出。实验室虽然列出了综合设计型实验项目,但是这些实验项目大多是从公司引进的装置,对实验项目内容的开发有待进一步深化。
针对上述存在的问题,我们从计算机硬件类课程的角度,建立一套培养学生创新能力的教学及实验系统,包括培养方案中的课程设置,课程实施机制,从实验项目的确定、开发,到实验项目实施过程中的管理,提出一系列具体的管理办法和措施,以期做好计算机专业硬件类实践性课程综合设计型实验的管理模式,为创新型实验提供一种可以借鉴的模式。
作者简介:马礼(1968-),男,教授,博士,研究方向为分布式系统、嵌入式系统;张永梅(1967-),女,教授,博士,研究方向为人工智能、图像处理;宋丽华(1979-),女,讲师,博士,研究方向为嵌入式系统。
2具体做法
结合目前的状况和实验条件,通过调研、分析和比较等研究,从以下几个方面作了一些工作。
2.1研究课程设置与修课序列
以计算机硬件类课程群相关课程为依托,通过与国内兄弟院校沟通、交流,建立了更趋合理的硬件课程群设置方案。从课程群的内涵出发,以培养学生独立思考问题和创新意识为出发点,设置相应的课程并调整为合理的先后修课程顺序。针对计算机专业的特点,结合当前课时数相对紧张的实际情况,将“数字逻辑电路”、“计算机组成原理”、“汇编语言程序设计”、“计算机系统结构”、“接口技术”、“嵌入式系统”等几门课程的实践环节合理有机结合,深入探究课程之间的逻辑关系,设置循序渐进的教学内容和实验,通过“验证型―设计型―综合型”实验环节,为学生学好硬件类课程奠定一个良好的基础。
对于“数字逻辑电路”课程,受总学时和课程实际需求关系制约,我们认为以满足后续课程学习够用为止,安排并讲述数字电路的核心基础部分,并在集成电路特性方面重点加强,目的是让学生能够应用集成电路芯片完成硬件电路的初步设计。
“计算机组成原理”是计算机科学与技术及相关专业的核心硬件类专业基础课程,需要“数字逻辑电路”、“计算机导论”、“程序设计”等先修课程支持。该课程是学生接触计算机硬件核心的第一门主干课程,以讲述通用计算机原理为重点,包括计算机硬件各主要组成部分的组成原理,实现方法等。多年来的教学实践和交流沟通,学生们普遍认为“计算机组成原理”是较为抽象和难于掌握的课程之一。我们从课程的内容入手,结合计算机发展的现状,进行分析认为:“计算机组成原理”之所以学起来困难,主要原因就是课程内容比较抽象,讲述的都是实实在在的计算机原理,但学生学习的过程中却根本无法进行具体的操作实践。例如,计算机组成原理中最为核心和重要的知识点是“控制器内部组成原理”,同学们接触到PC机时,往往看不到,摸不着其心脏。学起来就很枯燥,不易掌握。针对这种情况,我们尝试在“计算机组成原理”课程中将功能部件的实现部分加强,
具体的做法就是通过采用VHDL(超高速硬件描述语言)描述功能部件,将功能具体化到FPGA(现场可编程逻辑阵列)电路中,学生在掌握各功能部件基本原理的基础上,通过具体的实验设计完成控制单元的设计,并调试通过。这样就把抽象的概念和内容具体化,学生就容易接受,从而也就容易掌握。
在完成课内实验的基础上,专门设置了依托“计算机组成原理”的硬件课程设计。利用VHDL技术和FPGA技术,将组成原理的各功能部件进一步综合和具体化,从而为后续课程的深入学习奠定基础。
在“计算机组成原理”学习完成之后,设置并逐步学习“汇编语言”、“接口技术”、“嵌入式系统”等课程,并逐渐接触并学习具体的应用系统设计,完成从理论到实践的系统训练。为学生参加电子设计竞赛和科技活动提供良好的基础训练,为学习计算机应用技术和系统结构奠定良好基础。
2.2界定课程内容
计算机硬件系列课程教学内容多,技术发展快,而各课程学时数紧张。硬件类相关课程在课程内容上存在着一定的相互交叉和依赖关系[2],单纯考虑某一门课程,从课程的系统性角度,往往力求知识点完备,但结合多门课程综合考虑,课程之间又具有内容重复设置的实际。在这一课程群中,我们认真研究课程的内涵,合理确立各门课程的授课内容,构建知识内容前后衔接、实验环节密切配合的一体化教学与实验体系,写出合格的教学大纲,为教学实施提供具体合理的依据。硬件课程群各门课程的内容界定以基础知识在某门课程中体现即可,避免在多门课程中重复出现相同的内容,从而对课程内容进行精炼。通过整合,我们将“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“汇编语言”、“接口技术”、“嵌入式技术”等课程的内容进行了界定,具体如下。
(1) “数字逻辑”主要讲述数字逻辑的基础门电路、逻辑表达式与化简、编码器/译码器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、集成电路基础等内容。
(2) “计算机组成原理”主要讲述通用计算机主要组成部分的组成原理。讲述数据表示与编码,运算方法与运算器实现,一般意义上的指令系统及其设计方法,控制单元构成原理与实现,存储器基本原理与存储器构成、存储系统的构成,输入输出部件与输入输出系统,总线系统等。特别指出,数据表示中的各种进制数表示与相互转化,由于已经在计算机导论等课程中已经讲过,在本课程中不讲,但是要求学生熟练掌握。只提示,不深入讲述。
(3) “汇编语言”主要讲述Intel x86系列CPU的内部结构与寄存器组织、寻址方式、指令系统、汇编语言的语句格式、汇编语言程序设计方法与技巧等。本课程中不讲二进制数及其各种编码。
(4) “接口技术”以Intel x86系列CPU为原型机核心,讲述处理器与存储器、与IO设备之间的接口方法,具体存储器的扩展、地址分配等,IO端口及编程方法,串行接口与并行接口,A/D与D/A接口等内容。学生通过学习掌握基本的接口实现方法。
(5) “嵌入式系统”从应用角度出发,直接结合目前广泛使用的嵌入式系统,讲述一般的组成原理,以一种具体的嵌入式系统为例,从其内部结构、操作系统定制、驱动程序编写、具体的IO接口等部分,实现具体应用系统的设计和实现。
2.3研究创新实验项目
硬件类课程的后续知识点,可以有很多具体实用的项目。为提高学生创新实践能力提供保障,我院聘请相关教师作为创新能力培养的指导教师。有针对性地建立适当的管理和激励机制,以支持实践教学指导教师持续有效地实施实践教学环节。在实验项目的制定上,充分考虑学生的需求。通过学生参与提出实验项目,教师深入研究设置有意义的、实用的、学生感兴趣的实验项目,通过这些项目逐渐培养学生的创新意识。
开始时,实验项目主要由教师根据实验条件和技术发展状况提供,在学生熟悉实验环境后,根据自己的兴趣提出实验项目,与实验室协商配套,完成实验。这种方式,可以启发学生积极思维、主动解决问题,最终形成完整的思路和方法。同时,增强学生的责任感和成就感,为创新人才的培养提供了新思路。
2.4研究实践环节的模式
建立一套适合管理综合设计型、创新型实验项目的管理办法,为实施创新型实验提供制度上的保证。实践环节从“课内实验―单独实验课―毕业设计”三个环节贯穿实践教育的各个环节,从第4～5学期开始,逐渐将实践环节渗透到教学过程中,从“验证型
实验―设计型实验―综合创新型实验”三个层次,循序渐进地设置实验项目,锻炼学生的实际动手能力。
(1) 基础验证型实验:依托课程,完成课内的基本实验,以演示、验证实验为主。通过这些实验使学生建立起基本的科学研究和创新理念。
(2) 设计提高性实验:通过课内综合设计型实验、课程设计、大型实验周等环节,以设计型、综合型实验为主,培养学生对依托课程进一步深入理解,熟练掌握课程核心理论,训练综合应用课程知识的技能,具备独立思考和解决问题的基本能力,培养学生的创新意识。通过该层次的培养,使学生具备独立思考问题的能力,具备初步的创新意识。
(3) 综合创新型实验:第三层次的实验结合课程群,综合运用相互关联的几门课程内容,独立完成具有具体应用背景和一定难度的实验内容,为学生提供一些与科研项目紧密结合的题目,项目可以渗透到课外和毕业设计过程中,使学生在具体项目的设计中,参加实际的科研过程,培养学生的创新意识和实践能力。
在实践环节的具体安排上,结合课程,以课内实验、课程设计、毕业设计的形式具体体现到教学过程的各个环节。在经过这一系列环节的综合训练之后,通过参加各级电子设计竞赛等形式,将学习到的能力具体运用,增强学生的成就感,从而达到培养初步的创新意识和能力。
2.5综合、客观地评价学生的创新能力
一个学生的创新能力体现在许多方面,在对学生评价时,仅考察少数几个方面是难以做到公平公正的[3]。针对大学生创新能力的评价无法进行量化,而且存在大量的人为因素这种情况,我们给出了各种创新因素,以及各个因素的重要程度,开发了大学生创新能力评价系统。建立学生创新能力的评价体系,确立评价模型,利用模糊数学将定性指标定量化,设计了多级综合加权评价算法,从评价因素中提取大量数据进行统计、存储、计算,并给出了考核分数进行量化,采用定性与定量相结合的方式准确地评价学生的创新能力,有效地减少人为因素的干扰。并对比分析改革前后学生的创新能力,以调整改革中出现的弊端。
3结语
在全面推进大学生素质教育的过程中,高等学校的本科教育必须强调学生的实际动手能力和创新精神[4]。实践性课程的加强和创新能力培养在质量工程
中必将起到十分重要的作用。本文对培养计算机类专业学生硬件方向创新能力进行了探讨,希望能够更好地对本科生进行培养,从而更好地满足国家和社会的需要。本研究得到北方工业大学2009年教育教学改革项目资助,在此表示感谢!
参考文献:
[1] 马殿富. 明确定位,培养高质量人才[J]. 计算机教育,2004(8):44-50.
[2] 邹逢兴. 关于创新计算机硬件技术基础课程教学的实践和思考[J]. 计算机教育,2004(2/3):81-84.
[3] 古一,戴晓元,王志法. 如何培养高校学生的创新精神和实践能力[J]. 中南医科大学学报:社会科学版,2007,9(4): 195-197.
[4] 袁木涛,王孙禺. 日本高等工程教育认证概况及其对我国的启示[J]. 高等工程教育研究,2006(3):58-65.
Research and Practice on Innovation Ability Training in Hardware of Computer Major Students
MA Li, ZHANG Yong-mei, SONG Li-hua
(College of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)
篇9
论文关键词：智能仪器；教学实践；教学改革
《智能仪器设计》是为测控技术与仪器专业本科生开设的一门专业必修课，主要讲授智能仪器的开发、设计方面的专业知识，是仪器仪表应用、开发、生产单位及科研院所技术人员必备的专业知识。使学生了解、掌握智能仪表设计的原理和方法，培养学生理论联系实际、独立分析解决实际问题的能力。该课程是一门融合多项新技术且对实践性要求很高的核心课程。教学内容分为课堂教学、课内实验及课程设计三部分。课堂教学与实践环节紧密结合，并与之前进行的微机原理、单片机与嵌入式系统等教学内容相互衔接，对该课程教学内容进行深化、延伸、补充，使学生加深对所学理论知识的理解，达到对教学内容的熟练掌握。通过本课程的学习和实践，可有效地提高学生的动手能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。学生从课堂教学中学到的设计方法可以在实践环节中加以检验和提高。从理论教学、设计题目任务的分析、方案设计、硬件设计及实现、编程环境的掌握、软件设计直到调试运行，形成一个重实践类课程教学体系。通过该课程的教学和实践，既提高了学生的创新意识，又为毕业设计奠定了坚实的基础。为不断提高课程的教学质量，我们在教学研究与实践中，不断总结经验，在课堂教学、实验、课程设计及成绩考核等具体环节中采取了一些有效措施，取得了较好的效果。
一、课堂教学内容体系及教学方法改革
课堂教学内容与先修课程微机原理、单片机与嵌入式系统相衔接，主要讲授：数据采集技术、模拟量与控制信号输出技术、人机接口技术、通信接口技术、数字滤波方法、误差校正和量程自动切换等数据处理算法、智能仪器的软件结构及程序设计方法、仪器自检与抗干扰技术及其他常用的提高仪器仪表可靠性的硬软件设计方法等。
1.以应用为主线结合大作业组织教学内容。教学过程中，为强调仪器仪表的整体概念，以大作业形式给出若干仪表设计的实际案例，结合课堂教学的不同阶段，分模块设计完成。大作业包括：自动供水系统设计、多路温度采集系统设计、电参数测量仪表设计等。以电参数综合测量仪为例，首先明确测量仪的功能和技术指标，由此得到测量仪的整体构成框图，设计则结合授课章节分阶段完成，电参数综合测量仪可分为：信号调理部分、多路A/D采样、人机接口、通信接口、数字滤波、标度变换与数据计算处理、量程自动切换、抗干扰技术等。每个模块均有多种设计方案或算法可供选择，教学中对学生完成的几种典型方案或算法进行分析，比较其优缺点及设计方案的合理性，使学生能从工程化的角度理解和掌握课堂讲授的理论和设计方法。这样，既可使学生掌握每个环节的设计方法，也使其了解一个实际工程化的仪器仪表功能要求的多样性和实现的复杂性。
2.强化仪器仪表智能化及相关新技术的教学内容。课堂教学中，除介绍智能仪器可以自动选择量程、自动存储测量结果、显示/打印、自校准、自诊断等初级智能外，加强了具有更高层次智能水平仪器方面的知识，如：分析、判断、推理、学习等在智能仪器中的实现。同时，将模糊数学、神经网络、专家系统等方面的知识引入到智能仪器设计。结合火电厂的一些控制设备，介绍智能控制方面知识的应用，如：模糊控制、专家控制、自适应控制等。智能仪器的发展与现代科学技术密切相关，因此教学中也应关注与仪器仪表有关的新理论和新技术及其发展动向。包括现代传感技术、新型元器件及智能芯片、可编程器件、网络及通信技术等。如通信部分，除介绍常规的RS232/422/485、GP-IB通信接口外，还介绍USB通用串行总线、以太网接口技术、现场总线（CAN、HART、Profi_bus等）、蓝牙接口技术等内容，利用Internet、GSM/GPRS等公共网络实现仪器仪表数据的远程传输方法。微处理器芯片部分除介绍单片机外，也讲解DSP、ARM、SoC等作为嵌入式CPU用于智能仪器的设计方法。另外，结合火电厂热工参数的测量，介绍软测量技术等新的测量方法及其应用。
3.课内设计型、综合型实验教学内容。课内实验设置要注意两个方面的问题，一是学时少，二是要避免实验内容与先修课程重复。因此我们将课内实验与大作业相结合，如要求设计一个配用热电偶的温度测量智能仪表，对毫伏级电压信号进行定时采集，设计信号调理、多通道采集、人机接口等硬件电路，并综合运用数字滤波、非线性特性线性化、零点及量程自动校正、标度变换等技术，实时计算显示出温度测量值。将其中更有助于智能仪器概念理解部分中的硬、软件由学生设计实现方案，自主选择芯片，用Protel画出硬件部分原理图，软件部分用Visio画出程序流程图。将设计方案与智能仪器实验箱及实训模块所采用的方案相比较，分析自己设计方案存在的问题及优缺点，并进行改进。最后用汇编或C51编写程序，并利用实验学时在实验装置上进行调试。实验报告内容包括设计方案说明、硬件原理图、软件流程图及主要程序清单。
二、课程设计实践教学内容组织及改革
1.课程设计内容。本课程设计学生要利用单片机开发系统、实训扩展模块及所需的芯片和元器件完成一项设计任务，也可以利用虚拟仪器实验平台设计开发智能仪器或结合大学生科技创新项目、参加教师科研工作选择设计题目。为提高学生的学习兴趣，充分调动学生学习的主动性，并考虑到学生个体之间的差异，总结多年实践教学中的经验，我们在以下几个方面对设计内容进行了改革：设计题目的形式：《智能仪器设计》课程设计所涉及的内容包括测控技术与仪器专业主要的专业课和专业基础课，如：智能仪器设计、单片机与嵌入式系统、微机原理、测量仪表、数字信号处理、电路、电子技术基础等。为了提高学生的综合素质，培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力，在题目形式的选择上，我们重点突出了设计内容的综合性、完成设计任务时方法的灵活性和创造性。给出的设计题目大部分包括：信号调理电路的设计、输入/输出通道的设计和软件设计，并且要在实验装置的基础上由学生自己动手实现信号调理电路，完成硬、软件功能的调试。鉴于虚拟仪器技术的发展，并相应开设了选修课，设计题目中增加了利用虚拟仪器实验平台设计开发智能仪器的内容，学生可以利用LabVIEW软件及相应信号调理、数据采集模块来完成，如：环境参数检测、振动信号分析、无损检测、距离与位移检测、环形输送线检测与控制、电参数综合检测及质量分析等设计任务。设计题目的难易程度：为了使不同的学生均得到一次完整的锻炼机会，在题目的难易程度的选择上，我们将题目分成了难、中、易三类。难题是指涉及内容多、综合性强的设计题目，如：设计中包括信号调理电路的设计、A/D通道设计、数字滤波、非线性特性线性化、标度变换、人机接口设计等。设计题目中多数是中等难度的题，如在上述内容中去掉数字滤波或非线性特性线性化等要求。设计题目中也有少量较容易做的题，这类题在内容上只是完成了智能仪表的某一部分功能，如：键盘/显示设计、时钟设计、数字I/O等。这样，学习成绩较落后的同学可以做相对容易、功能固定的设计题目，而成绩较好且动手能力强的同学可以做难度高、功能灵活且具有创造性的题目，尽可能发挥每个学生的主动性，使各种学生都能得到最大的锻炼，达到最好的教学效果。设计完成的最终结果：课程设计不仅要求学生按照选定的题目完成设计任务，而且要包括对开发系统、实验系统及编程语言的掌握。设计方案既要考虑功能的实现、实现方法、结构的优化、选用元器件的合理性、运行结果的正确性，也要考虑测量的准确度、可靠性、可移植性及参数调整的方便程度。如：题目中需要设计电流/电压转换电路，设计方案有直接采用标准电阻、采用运算放大器的简单电路及考虑调零调量程的实用电路等。设计方案直接反映了学生对所学知识的综合应用能力。最终完成的课程设计报告应包括总体方案、软硬件功能分配、硬件原理图、软件流程图、调试结果结论，并附程序源代码。报告的书写可以培养学生的表达和论述能力，为以后的工作和学习打下一定的基础。
2.辅导方式。指导教师给出若干设计题目后，由学生自主选择，受实验设备数量的限制，一般需2名同学共用一套设备。指导教师在布置设计任务时，主要介绍应完成的功能和要求，而实现方法可以有多种，由学生自己选择。对学生的指导也以提示性为主，鼓励学生自己查阅有关资料，结合已学知识分析给定的设计任务，并最终完成课程设计。仍以前面提到的电流/电压转换电路为例，一部分同学开始想到的是电子技术基础中学过的简单的放大电路，没有与测量仪表或智能仪表中学过的知识结合，针对这种情况，指导教师提示同学测量电路应具有调零及调量程的功能来引导同学查阅资料设计出合适的电路。
三、考核方法改革
篇10
关键词：课程设计；创新意识；考核机制
作者简介：冯济琴（1973-），女，四川雅安人，重庆理工大学电子信息与自动化学院，副教授；鲁进（1980-），女，重庆人，重庆理工大学电子信息与自动化学院，讲师。（重庆 400054）
基金项目：本文系重庆理工大学2011年高等教育项目“测控技术与仪器专业课程设计模式改革研究”（项目编号：11002）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0121-02
课程设计是一个通过把所学知识和技能综合运用，最后实现课程目标的过程，它是本科教学的一个重要实践性教学环节。课程设计水平不仅能够反映课程理论研究的成果，更是制约教育、教学质量的一个重要因素。有计划的、高质量的课程设计培养，不仅有利于学生对基础理论课程的深入理解，提高学生的动手能力，也有利于培养学生的创新设计能力，提高人才培养的质量，使学生了解毕业后的就业方向，为其走向工作岗位做好前期铺垫。因此，实施好课程设计环节，提高课程设计的教学质量对学生的实践能力、创新能力和综合素质能力培养起着决定性作用，因此对课程设计教学也提出了巨大挑战。
一、教学现状
重庆理工大学测控技术与仪器专业的课程设计种类较多，包括已经存在的测控电路及装置课程设计、嵌入式系统设计及应用课程设计、测控系统课程设计及精密机械设计基础课程设计，各课程设计也都有自己的培养目标和实践内容，旨在培养学生实际实践能力。近年来笔者一直参与多门课程设计的指导工作，通过各种方式与学生交流，认为目前测控技术与仪器专业课程设计还存在以下问题：
1.选题内容单一
目前测控技术与仪器专业许多课程的教学计划延续多年，其课程设计内容也比较规范化和标准化。课程设计每一年的内容和方法更新较少，指导教师也是同一个或同一批人，导致每一届学生的设计理念都相差无几，限制了学生的设计思维。另外，由于课程设计是对理论知识的巩固，所给出的选题大部分是依据教材理论知识设计的，题目内容单一陈旧，学生不感兴趣。
2.学生创新意识无法得到培养
传统的课程设计重点放在“进一步巩固和加深所学理论知识”上，设计题目往往是多年不变的旧课题，对学生实践能力的提高没有多大的作用。教师在指导过程中，又无形地把自己的设计理念和思路传递给学生，学生在设计中只需按题目中给定的数据、方案及规定的设计方法完成一定的工作量即可，整个设计过程中缺乏方案构思等设计能力的训练，使学生的思维限定在固定模式中，主观能动性不能得到充分的调动和发挥，学生的创新意识也就无法得到培养。
3.缺乏健全的课程设计考核机制
指导课程设计需要一定的管理措施，其中最重要的是健全考核机制。如果课程设计没有严格的要求和健全的考核手段，有些学生就很难全身心地投入到课程设计中。同时，有些课程设计需要先修的课程较多，因此只能安排在比较靠后的学期。例如测控系统课程设计一般安排在大四上学期，而该学期学生又忙于找工作或者考研，因此部分学生的心思不能完全放在课程设计上，这时如果又缺乏考核机制，那么就更不能约束学生。此外，虽然大多数学生对课程设计较为重视，但也有部分学生对课程设计的重要性认识不够，态度不够端正，平时不认真，最后抄袭别人的设计资料“交差”，这样势必难以达到课程设计最初预想的设计目的。
由此可见，只有对测控技术与仪器课程设计从多方面进行模式改革和实践探索，才能从根本上提高课程设计质量，让学生真正了解所学专业内容，同时提高其设计理念和创新能力。
二、教学改革与实践
针对以上问题，重庆理工大学测控技术与仪器在课程设计中进行了改革与实践。
1.课程设计内容
为了激发学生的兴趣，使课程设计能达到一个良好的效果，从以下几个方面入手予以解决。首先，为了更好地让学生了解自己所学的专业方向，同时为学生建立一条从学校到企业的连接桥梁，对测控技术与仪器专业的学生来说，其课程设计选题尽量贴近企业项目，甚至可以直接从企业中选题。其次，课程设计题目一般两年或三年一换。为了让学生更好地了解目前本学科的发展现状，课程设计应选择具有代表性的前沿课题，并尽量选择综合性强的设计题目。最后，考虑到学生的现状，课程设计题目应难易适中，适合不同层次的学生，甚至可以让学生自拟题目，通过指导教师审批即可选择自己感兴趣的内容作为课程设计题目。课程设计题目的总量应小于学生人数，通常由3到5位学生一组[1]共同完成一个课程设计。
通过选择前沿和贴近企业项目的选题，学生都比较感兴趣，充分调动了他们的积极性，学生在以后的具体设计过程中充满热情和动力。
2.课程设计指导书设计
当课程设计题目选定后，教师将理论教学内容以及学生对知识掌握的程度和工程实际的应用需求结合起来，进行分析和研究，精心组织和合理选择，从而对每一题目设计不同的课程设计指导书。而且在课程设计指导书中，将题目细化分工成不同部分，每位学生应该完成不同的任务。例如在“嵌入式系统设计及应用”课程设计中，对于某设计题目，可分为方案及原理设计、硬件设计、软件设计、机械结构设计四部分，这四部分分别由四位学生来完成，因此在指导书就应明确每位学生的任务、目标以及完成设计的指导步骤。同时在指导书中尽可能多地提供或指出有关参考书籍和资料，以帮助学生直接查阅与课程设计相关参考资料。
测控系的课程设计在改革之前是由一位学生完成一个题目，这样在较短时间内完成一个题目有一定难度，因此学生往往一接到课程设计任务就从心里上畏惧，进而越来越没信心完成设计，最后只能靠抄袭、拼凑来完成设计报告，学生在课程设计中没有得到应有的锻炼，自然就无收获。改革之后一个题目分解成几个任务，相对变得简单，学生比较明确自己的目标，他充满自信，因此就有饱满的热情和信心去接受任务，同时因为每个题目都有设计指导书，学生可参考指导书上步骤一步一步完成自己的任务，达到课程设计目标。
3.创新意识和团队精神的培养
为培养学生的创新意识，在整个课程设计过程中，应充分引导和启发学生。从查资料到方案设计、元件选择，都应让学生独立完成任务。当学生在设计中遇到问题时，应鼓励学生刻苦钻研，自己去找资料，具体情况具体分析，同时因势利导，启迪学生的创造思维，尽可能找到比较好的解决问题的方法。
当学生选中自己中意的题目后，在同一题目下一般由3到5位学生共同一组，同组学生虽是同一题目，但任务不同，任务之间彼此却又相互关联。这种方法和企业项目设计的步骤基本相同，让学生提早适应社会需求，有利于为学生将来进入企业从事科研设计工作打下良好的基础。在设计过程中，学生互相交流、共同讨论协同完成同一设计题目，培养了学生的团队协作精神和工程应用能力。教师在整个过程中也可组织学生讨论，互相交流，更促进学生团队精神的培养。
4.改进管理措施，健全考核机制
由于重庆理工大学实行三学期制后，课程设计一般放在第三学期，这时学生一学年的理论课已全部结课，暑期也临近，学生往往比较散漫，因此必须建立严格的考核机制。重庆理工大学测控专业的课程设计成绩一般由平时成绩、答辩成绩、和撰写报告成绩组成。其中平时成绩占总成绩的30%，由指导教师给出；答辩成绩[2]占总成绩的30%，由评阅小组教师给出；撰写报告成绩占总成绩的40%，由评阅教师给出。
平时成绩里面应包括学生考勤以及平时在实验室做设计情况，只有这样才能杜绝学生只以撰写报告为目标，最后交差了事，根本没有达到课程设计的目标。
测控系的课程设计一般安排3周左右的时间，在教师指导下学生一般都能完成设计内容。为了充分了解学生完成情况，测控系每门课程设计最后都会将所有学生进行交叉分组，答辩小组成员由3位以上教师组成。答辩过程中，学生先自述，再由教师提问，学生答辩，最后由答辩小组给出成绩，其中指导教师不参与自己所指导学生的答辩。
学生完成所有设计后撰写设计报告，学生的设计报告教师之间交叉评阅，由评阅教师给出成绩。
因为有了健全的考核机制，学生必须在整个课程设计期间，通过查阅资料和教师的指导完成题目设计，参加答辩，最终撰写报告，才能完成整个课程设计任务。因为成绩不合格考核不过的学生只能参与下一届的课程设计。这样的考核方式给学生一定压力，这种压力最终转换成学生的动力，激发他们分析问题和解决问题的能力，最终培养他们的创新意识和团队意识，有利于将来的就业。
三、总结
重庆理工大学测控技术与仪器专业课程设计改革已经实践两届，通过课程设计内容的改变提高了学生的兴趣，指导书的设计给予学生完成课程设计的信心，在设计过程中注重学生创新意识和团队意识的培养，最后采用类似毕业设计的考核机制。其增强了学生的动手能力，也是适合企业需求的人才培养模式。在课程设计中完成较好的学生，毕业设计必然也完成较好，到工作岗位后也能较好适应企业的工作方式。因此这些方法使学生创新能力、实践能力和团队协作能力得到较好的培养，对测控系的教学水平整体提高起到很大作用。
参考文献：
