新形势下嵌入式技术课程建设实践教学思考.pdf

基金项目:教育部 年产学合作协同育人项目(编号:,);年西安交通大学本科实验实践与创新创业教育教学改革研究专项项目(编号:S J Z X )作者简介:王明伟,男,硕士,工程师,主要从事测控技术方面的教学与研究.新形势下嵌入式技术课程建设实践教学思考王明伟,黄宝娟,杨荣,李铭,张育林,王娜(西安交通大学 实践教学中心,陕西 西安 )摘要:为适应新形势下工训中心培养学生实践能力要求,探索建立了以“以赛促学,三个层次,两个平台”为核心点的嵌入式技术课程培训新体系,从而对当前学生实践能力培养进行补充和提升,以此构建一个更为合理、科学、完整的实践教学体系.关键词:嵌入式技术;实践教学;教学改革中图分类号:G P r a c t i c a lT e a c h i n gT h i n k i n go fE m b e d d e dT e c h n o l o g yC o u r s eC o n s t r u c t i o nu n d e r t h eN e wS i t u a t i o nW a n gM i n g w e i,H u a n gB a o j u a n,Y a n gR o n g,L iM i n g,Z h a n gY u l i n,W a n gN a(E n g i n e e r i n gW o r k s h o p,X i a nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,X i a n ,S h a a n x i,C h i n a)A b s t r a c t:T oa d a p tt h er e q u i r e m e n to ft h es t a n d a r dw h i c has t u d e n tt r a i n e di nt h ee n g i n e e r i n gw o r k s h o ps h o u l dq u a l i f i e d,an e we m b e d d e d t e c h n o l o g yc o u r s e t r a i n i n gs y s t e mi s e s t a b l i s h e da n dac o r ep o i n to f“p r o m o t i n g l e a r n i n gb yc o m p e t i t i o n,t h r e e l e v e l sa n dt w op l a t f o r m s”i se x p l o r e da n dc o n s t r u c t e d T h et e a c h i n gr e f o r mi sa i m i n ga tc u l t i v a t i n gp r a c t i c a la b i l i t yo fs t u d e n t sa n dc o n s t r u c t am o r er e a s o n a b l e,s c i e n t i f i ca n dc o m p l e t ep r a c t i c a l t e a c h i n gs y s t e mK e y w o r d s:e m b e d d e dt e c h n o l o g y;p r a c t i c a l t e a c h i n g;t e a c h i n gr e f o r m 前言近年来,国家大力提倡新工科培养模式的探索和实施,对高校人才培养提出新的要求,需要满足新时代下产业发展需求.同时,拔尖计划、卓越工程师计划等人才培养计划持续推进,这些都对高校本科生人才培养提出更全面、更进一步的要求.而实践教学环节,未来在人才培养方面,学校应在以下方面继续着重发力.面向学科交叉:现代越来越多的工程问题,不再是一个学科可以解决,而是一个多学科、多层次、多方位交叉融合形成的解决方案.面向产学融合:新工科时代学生培养必须紧密结合新时代产业发展特色和要求,符合产业发展的未来方向.要求学生知识结构更综合化,能力素养更全面:不仅需要学生具备更全面的解决工程问题的能力,同时协调能力、沟通能力、系统思维的能力也是未来人才培养的另一个重要方面.可见,培养综合素质更强、解决复杂工程能力更高、具备全面工程素养的学生的要求越来越急迫,而大型竞赛作为这方面培养人才一个非常有力的切入点,是目前甚至未来非常有力的一个手段.此外,嵌入式技术是当前最有生命力的新技术之一,目前已经广泛应用于社会生活的各个方面,嵌入式系统的应用与开发也是当今行业发展的一个热点,在以大数据、云服务、物联网等技术为主要代表的“中国制造 ”战略中,嵌入式技术也发挥着重要的作用.因此,在各项赛事中,以该技术作为核心的考察重点日益凸显,考察方式也更加灵活.而以比赛作为主要切入点,来培养学生解决复杂问题的工程能力,全面提升其综合素质,也是各高校进行人才培养的一个非常重要的手段.因此,既能满足对学生的多维度实践能力培养,又能够结合技术热点和竞赛需求,搭建以基础实习实训为本,建设以竞赛为导向的嵌入式课程体系和内容,开展以提高学生工程设计能力为主的交叉平台建设就显得非常必要.当前现状及问题目前,嵌入式技术课程在各个高校均有开设,面向竞赛的专业训练在各个高校都在如火如荼地进行.各项赛事成绩优秀的高校,其相关课程建设的系统性更好,针对性更强,合理性更高,其面对竞赛所开设的培养课程更加丰富.在我校,目前该类课程训练主要依托于各专业学院,方向主要集中于本专业技术,所开设的课程基本以专业基础课为主要依托,课程内容主要为学院专业培养服务,缺少更新和相应的针对性.除考试外,课程也欠缺有效的抓手来约束学生更自觉、更深入地学习和研究嵌入式技术.具体而言,有以下问题需要解决.培养层次不完善,缺少专门面向竞赛技能培养环节目前,在各个高校,各类基础实习课程在培养学生基础工程素养方面发挥着举足轻重的作用,再结合以实习课程内容为延伸拓展的开放实验课中进行自主训练,这些都给学生提供了基础的工程实践知识和技能,然而,距离真正大型比赛比如电子设计大赛等所提出的综合工程设计能力的要求仍有较大差距,因此,在这二者之间,就缺少一个针对性更强、更贴合竞赛技术要求和能力要求的更专业的培养课程,整个培养层次缺少这样一个重要的环节.现有实习课程偏重基础,内容和深度有待提高由于基础实习面对各个工科专业,课程主要集中于认知实习,将基本仪器的使用方法,常见元器件、传感器等原件设备,基本的测控电路设计等方面知识给学生进行了充分的训练和认知.现有的训练项目难度区分较小,训练项目设置偏重基础能力,学生自主选择内容还不够丰富,训练子项设置及模块构成还有很大提升空间,因此,需要研究开设内容更丰富,更能激发学生兴趣,更能贴合竞赛要求的课程内容.解决电子电信交叉平台的内涵建设问题当前,我校工程坊内涵提升发展所构建的电子电信交叉平台建设正在紧张进行.在该平台上,融合多学科和专业,结合当前的热点技术,以锻炼学生电子竞赛技能为主要目的,进行学生能力的全面综合培养.该平台积极探索产教融合,学科融合等新的育人模式,而要能够支撑该平台的良性持续发展,面向竞赛的课程建设就是不可或缺的研究任务.图培养层次高校实验室科学技术综上,在新工科及创新创业教育备受重视的背景下,教育部以各种大型竞赛作为关键抓手,来促进各高校对学生进行多维度、多层次的工程实践教育.学生既需要在课堂内获得有关工程实践的基础训练,又需要在课外各种自主实践或拓展训练中得到提升,同时让优秀学子能够在技术复杂程度更高,竞争激烈程度更强的各项赛事中发挥能力.因此,结合这些经验,梳理技术相通点,将嵌入式技术培训课程建设过程和大型比赛结合起来进行课程建设,是一个行之有效的方法.培训课程建设 构建课程内容以竞赛项目设计为驱动,以学生感兴趣的场景及竞赛需求为牵引,总结并梳理往年比赛的各类题目技术要求,从中提炼出学生参加比赛所需的知识点和技术点,着重针对如何进行嵌入式控制研究,从主流的嵌入式技术训练为出发点,梳理历年电赛相关题目,总结技术要点及实现难点,进行课程内容的设计研究,提升课程培训的针对性.围绕嵌入式控制技术这个核心,展开多层次、多模块训练内容的开发设计,满足学生不同层次、不同侧重点的技术训练要求.同时在项目设计的趣味性和创意性上着重考虑,用有吸引力的设计项目来提高学生的参与程度,更好地开展课程内容学习 .同时,与现有的基础实习课程有机结合,作为基础实习课程的延伸和拓展,面向全校主要工科学生,不局限于单个学院,扩大课程辐射面.构建课程训练硬件平台针对嵌入式技术特点要求,选择或设计合适的硬件实践平台来支撑学生的训练,将更贴合比赛、更稳定、技术更新的硬件平台作为主要的研究重点,全面考察其资源配置、外设搭载情况.引入工程上常用的控制平台进行拓展,硬件平台外设资源更加丰富,扩展学生的技术深度和广度.探索合适的课程实施方式,产学结合,学科结合在课程设计过程中,考虑结合企业导师的讲授,借助其对平台的熟悉程度更好地让学生学会相关的设计环节;此外,在整个培养课程中,将更富经验的比赛指导老师也纳入培养队伍,让学生更好地学习细节和注意点,更有效地提升训练效果.产学结合能够有效提高课程培训的业界参与度,让业界经验丰富的工程师对学生进行相关问题的解释、解决,能够扩大学生的知识面,让学生从工程实践的角度去思考解决问题,对于培养学生系统化、全面思考问题很有益处.另外,邀请比赛经验丰富的同学、老师进行经验分享也能起到事半功倍的效果,让学生从中吸取经验教训,避免在设计中走弯路.探索科学的考核方式由于该培养课程主要面向竞赛,因此对学生能达到的能力有一定的要求,必须研究相适应的能够选拔出综合能力优秀、适合竞赛的学生的考核评价方式 .考核方式应当能够有效区分出拔尖学生及潜力学生,由于课程的主要目的之一就是选择优秀学生参加相关的比赛,因此,在这方面必须进行着重考察.此外,在考核过程中,让学生以小组方式完成任务,模拟比赛要求和过程,有针对性地进行筛选,更能提高学生选拔和课程实施的效果.建设综合交叉平台一方面,在工业领域当中,越来越多的问题解决、技术进步、产品研发都是多学科知识交叉的结果.多学科交叉带来了新的创意,提供了新的解决思路,不同领域的知识互相碰撞,产生了新的知识和技术方向.因实验室教学与改革此,建设交叉学科训练平台已经是各个高校的共识,在学科研究当中,已经建立了不少交叉学科研究中心,同样,面对本科生的实践育人教学,也需要进行多学科交叉平台的建立,给本科生提供更丰富的训练平台,让学生得到更系统、更综合化的能力培养.另一方面,各高校都有面向工科学生的基础实习实训平台,由于基础实习面对各个工科专业,课程主要集中于认知实习,课程内容以基本仪器的使用,常见元器件、电路等知识为主,强调基础工程能力和工程认知的培养,培训难度一般区分较小,培训项目设置偏流程化,学生自主选择内容受限.因此,提升训练难度,多学科、多技术交叉融合是未来趋势,跨学科综合平台建设就显得尤为必要.构建学科交叉平台,能够发挥各高校工程训练中心的体系优势,将机械、电子、电气等学科纳入该平台统一建设,另外,由于工程训练中心一般都是面向全校工科学生的,因此,搭建跨学科平台本身就具有天然优势和发展土壤,在该平台上,融合多学科和专业,结合当前的嵌入式热点技术,以锻炼学生电子竞赛技能为主要抓手 ,能够进行学生能力的全面综合培养,有利于积极探索产教融合、学科融合等新的育人模式.图建设层次 实施效果在我校,按照前期预期计划,完成了相关的教学研究内容,已经在教学中获得应用.完成了“趣味a r m设计”等系列课程建设,包括课程大纲、课程内容、实验训练项目、综合训练项目、硬件平台、课程评价等内高校实验室科学技术容 ,先期进行了小范围学生教学试行,之后针对教学过程中的问题进行了改进和提升,然后开展了 学时的完整课程教学,着重对学生进行实践工程能力训练,并且总结提炼了历年电赛控制类等题目的技术重点,有针对性地进行各项技术训练.课程实施之后,面向全校工科类学生开放,在课程培训学生当中,以电气、能动、机械和电信专业学生为主,覆盖面更宽,学生的受益面也更宽.而不同专业的学生组合在一起,进行电赛组队,在此过程中,除了专业技能得到很大提升之外,学生的团队协作能力、协调能力、处理个性冲突等方面的能力也都得到了很大的提升和锻炼.在第一期学生当中,参加电子设计大赛就取得了不错的成绩.课程的实施解决了我校工程坊现有培养层次不完善,缺少专门面向电赛技能培养环节的问题,同时,现有实习课程面向全校工科学生,偏重基础训练,内容和深度以及针对性都难以很好契合竞赛需求,此外,工程坊内涵提升发展所构建的重要平台 电子电信交叉平台的建设正在紧张进行,该类课程的实施作为该平台的有机组成部分,在培养学生实践动手能力方面正发挥着重要的作用.图培养环节示意图 结语通过建设以比赛为侧重点的嵌入式技术课程,能够在以下方面满足高校人才实践能力培养的需求.首先,弥补工程训练中心实践教学一个关键环节,构建“习训赛”一体化体系.以我校为例,目前,实践实习教学环节作为我校基础的工程认知训练,为学生培养了基本的系统概念,掌握了相关技术和知识,锻炼了学生基本的工程能力.然而,这些与培养学生更高的综合设计能力的培养目标还有很大的距离,通过建设面向竞赛的以培养复杂工程技术能力为主的更有针对性的培养课程,能够搭建起从基础实习实训到大型竞赛之间的能力培养和技术储备的桥梁,构建起了“习训赛”的一体化实践人才培养体系,完善了从基础能力夯实到综合复杂工程设计能力培养的全链条培养过程.第二,面向交叉学科学生,培养学生多维度能力.该课程的另一个建设原则就是面向主要工科类学生,学生来源会在各个工科专业中选择,学科背景更加丰富.因此,在不同学科背景下,在这样专业融合的培养环境下,有利于激发学生新的创意和设计,有利于培养学生多视角考虑问题的能力,有利于锻炼学生的协作沟通能力.最后,紧密结合竞赛需求,以比赛所需技术为牵引点,提高课程吸引力.目前,各高校常见的基础实训课程和开放实验课主要在基础工程能力、较多验证性内容上进行训练,与实际比赛所需的综合设计能力方面相距较远,该课程建立起更贴合竞赛需求的培养和训练内容,项目在训练复杂度,综合程度方面更有针对性,可以设计紧贴竞赛所需的技术训练内容,能够培养学生解决复杂问题的工程能力,同时,以比赛为导向,能够极实验室教学与改革大调动学生参与课程的积极性.参考文献张学民,李银然,王英梅,等新工科背景下大学生的创新能力培养模式研究J大学教育,:程春雨,吴雅楠,马驰,等模拟电子技术实验教学改革与实践J实验科学与技术,():黄宝娟,张育林,王娜“测控实习”教学改革的探索与实践J高校实验室工作研究,:李丽娜测控专业关键实践教学环节的探索J大学教育,:冯小安实践教学评价指标体系的构建与实施J中国电力教育,:赵庚升,陶田,冯岑明,等高校实验课成绩考核与评定探讨J实验室研究与探索,():刘元林,孟庆强,潘莉,等新工科背景下的地方本科高校嵌入式系统课程实践教学改革的探索J高校实验室科学技术,:荣瑞芬,闫文杰,李京霞,等实践教学课程考核评价模式探索J实验技术与管理,():常若葵,刘华,杜艳红浅谈测控专业基本技能实训的探索与实践J武汉大学学报(理学版),(S):李春阳,郑义,付铁,等基于学科竞赛的实践教学模式研究与实践J实验技术与管理,():王明伟,黄宝娟,张育林,等新形势下测控实习教学体系探索J实验室科学,():杨欣基于C D I O理念的基础实验教学改革初探J实验室科学,():韩东升,余萍,李然,等面向创新能力培养的通信电子电路教学改革J实验室科学,():何小兵基于“大工程”理念的工程实践教学改革探索J高等建筑教育,():叶晓勤新工科背景下工程训练中心创新人才培养探究J实验技术与管理,():陈芳,吴俊,武斌计算机类实验教学中心多方位改革与实践J实验室研究与探索,():高校实验室科学技术