傅文淵

1.華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 福建廈門 361002

2.廈門市專用電路系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建廈門 361008

基于嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程的產(chǎn)學(xué)研模式研究

傅文淵1,2

1.華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 福建廈門 361002

2.廈門市專用電路系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建廈門 361008

針對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程采用傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的諸多問題，將產(chǎn)學(xué)研模式引入到課程教學(xué)，提出一種基于該課程的產(chǎn)學(xué)研模式教學(xué)方法。將課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，突出課程的基本知識(shí)和基本技能，結(jié)合案例式教學(xué)和研討式教學(xué)的特點(diǎn)，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主觀能動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)積極性。將課程教學(xué)方法與實(shí)訓(xùn)教育結(jié)合，強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的工程背景，注重理論知識(shí)和實(shí)踐要求，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)?；诋a(chǎn)學(xué)研模式的研究和實(shí)施，能夠推進(jìn)教學(xué)模式改革并且為教學(xué)方法的研究和改進(jìn)提供一種新思路。

教學(xué)模式；產(chǎn)學(xué)研；嵌入式；教學(xué)方法

嵌入式是一種以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合軟件和硬件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)整機(jī)設(shè)計(jì)的專用集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的行業(yè)每年增長(zhǎng)18%，約為整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)平均增長(zhǎng)速度的兩倍。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的重要增長(zhǎng)點(diǎn)[1]。嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程包含嵌入式原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、SOPC設(shè)計(jì)技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理等。這些課程的特點(diǎn)是理論和實(shí)踐性較強(qiáng)，與當(dāng)今時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展緊密相連。產(chǎn)學(xué)研模式是指將生產(chǎn)、教學(xué)、科研三者聯(lián)系在一起，利用這三者的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)兩兩相輔相成的協(xié)同合作，是高等教育的一種教學(xué)模式。

產(chǎn)學(xué)研模式最早起源于美國(guó)，后經(jīng)歐洲傳入亞洲。在此期間涌現(xiàn)了許多經(jīng)典的產(chǎn)學(xué)研合作范例。例如，美國(guó)斯坦福大學(xué)依靠強(qiáng)大的科研能力和校方對(duì)產(chǎn)學(xué)研的支持力度創(chuàng)造了“硅谷”，時(shí)至今日，其仍然是全世界IT工程師所向往的黃金圣地。英國(guó)劍橋大學(xué)在20世紀(jì)70年代成立了科技工業(yè)園區(qū)，并于20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展。如今，劍橋大學(xué)已成為歐洲最大的產(chǎn)學(xué)研基地和高科技工業(yè)園區(qū)。我國(guó)高等教育學(xué)會(huì)產(chǎn)學(xué)研合作教育分會(huì)會(huì)長(zhǎng)朱傳禮認(rèn)為：產(chǎn)學(xué)研合作教育的基本原則是產(chǎn)學(xué)研合作，雙向參與，實(shí)施的途徑和方法是工學(xué)結(jié)合，定崗時(shí)間，要達(dá)到的目標(biāo)是提高學(xué)生全面素質(zhì)，適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需要，產(chǎn)學(xué)研合作教育是產(chǎn)學(xué)研集合的一種最重要的模式，也是最為成熟完整的高級(jí)發(fā)展模式[2]。 基于產(chǎn)學(xué)研模式的教學(xué)需要把科研和企業(yè)結(jié)合在一起，利用這兩者優(yōu)勢(shì)資源服務(wù)于學(xué)生，并且使這三者相輔相成，有機(jī)結(jié)合，共同進(jìn)步。因此，產(chǎn)學(xué)研教育模式不僅是高等學(xué)校的一種教學(xué)形式，同時(shí)也是一種人才培養(yǎng)模式，具有豐富的內(nèi)涵。

1 課程體系現(xiàn)狀

目前大部分高校針對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程存在以下特點(diǎn)。

1.1 重視理論知識(shí)的講授 忽視實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)

現(xiàn)有的教學(xué)體系架構(gòu)下，教師針對(duì)理論知識(shí)講授過多，而忽視了將該知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際問題的解決方法及思路的講述，導(dǎo)致學(xué)生無法將所學(xué)理論知識(shí)靈活運(yùn)用于實(shí)際問題的解決。誠(chéng)然，理論知識(shí)是解決問題的基礎(chǔ)和源泉，離開理論知識(shí)而空談實(shí)踐是沒有任何實(shí)際意義的。因此為了提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)實(shí)踐的水平，需要將嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的專業(yè)特點(diǎn)與社會(huì)實(shí)踐緊密聯(lián)系在一起，突出學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)學(xué)生最大程度的理解并掌握所學(xué)知識(shí)。

1.2 知識(shí)體系架構(gòu)不明晰 未能突出課程的特色

目前，絕大部分高等院校開設(shè)的嵌入式相關(guān)課程并未考慮具體的培養(yǎng)方向。對(duì)于前期相關(guān)基礎(chǔ)配套課程未能形成一個(gè)體系，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)課程的目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)積極性受到影響。

1.3 師資力量較為薄弱

由于嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程具有非常明顯的實(shí)踐特點(diǎn)，因此任課教師不僅需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且還需要豐富的實(shí)踐動(dòng)手能力以及實(shí)際工程項(xiàng)目經(jīng)歷。雖然嵌入式系統(tǒng)概念提出已有30年，但是直至最近幾年才得到快速發(fā)展。基于嵌入式的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想層出不窮，并且知識(shí)的更新?lián)Q代周期縮短。所有這些特點(diǎn)使得教師在講授課程時(shí)不僅需要豐富的知識(shí)儲(chǔ)備，同時(shí)需要敏銳的行業(yè)目光，能捕捉行業(yè)最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)。目前，由于高校的師資力量主要來源于高等院校內(nèi)部，因此同時(shí)具備這兩者要求的教師極其匱乏。

2 課程的產(chǎn)學(xué)研模式

基于以上分析，將產(chǎn)學(xué)研模式引入到嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程的教學(xué)過程中。結(jié)合實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，注重理論知識(shí)和實(shí)踐要求，將產(chǎn)學(xué)研中的“產(chǎn)”和“研”嵌入到課程教學(xué)過程中。利用啟發(fā)式和引導(dǎo)式教學(xué)方法讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。

2.1 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

將嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)課程的內(nèi)容整合，突出課程的基本知識(shí)、基本技能，結(jié)合案例式教學(xué)和研討式教學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行闡述和講授。具體來說，把嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用劃分為三大塊內(nèi)容：硬件部分、軟件部分以及操作系統(tǒng)部分。這三者缺一不可，互相聯(lián)系。硬件部分以專業(yè)課程數(shù)字系統(tǒng)組成原理為基礎(chǔ)，應(yīng)用硬件描述語(yǔ)言構(gòu)建可編程片上系統(tǒng)。此部分側(cè)重于學(xué)生對(duì)中央處理器理解程度，為操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。軟件部分側(cè)重于應(yīng)用軟件的講授，主要內(nèi)容集中于嵌入式系統(tǒng)的接口以及UI界面的學(xué)習(xí)。這部分的內(nèi)容主要以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，在講授過程中以應(yīng)用軟件編程思維為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，提高學(xué)生的編寫程序的能力。第三部分為操作系統(tǒng)，講授的重點(diǎn)放在對(duì)系統(tǒng)的理解上，并且需要掌握實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(包括高精度計(jì)時(shí)系統(tǒng)、多級(jí)中斷系統(tǒng)和實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng))具體的組成部分以及每部分的工作原理。學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)硬件工作原理的基礎(chǔ)上，深刻理解操作系統(tǒng)的作用、其各模塊分工以及如何與硬件配合完成操作系統(tǒng)的各項(xiàng)管理功能，并如何為應(yīng)用提供支撐。從而在具備了一定硬件和軟件開發(fā)基礎(chǔ)后，能夠在開發(fā)板或自制的系統(tǒng)板上搭建起成本、性能滿足要求的嵌入式系統(tǒng)，并且在這個(gè)嵌入式系統(tǒng)上完成設(shè)備應(yīng)用的軟件開發(fā)。

課程采用在普通個(gè)人計(jì)算機(jī)上直接開發(fā)的方式，并且關(guān)鍵模塊采用底層設(shè)計(jì)語(yǔ)言和硬件描述語(yǔ)言編寫，可以保證該控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開發(fā)方式可以保證系統(tǒng)的開發(fā)效率和可靠性。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的多中斷和多任務(wù)調(diào)度功能，可以有效地管理操作系統(tǒng)多周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度。操作系統(tǒng)提供的時(shí)間、信號(hào)和任務(wù)的通信機(jī)制，可以有效地解決系統(tǒng)中資源共享中的互斥問題。

課程實(shí)踐以課程設(shè)計(jì)的方式結(jié)合實(shí)際內(nèi)容設(shè)計(jì)。教師命題的題目以產(chǎn)學(xué)研模式，將企業(yè)或者研究院實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行修改得到。課題要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式完成，鼓勵(lì)學(xué)生自我創(chuàng)新，在題目的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，完成更復(fù)雜和完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 課程教學(xué)方法與實(shí)訓(xùn)教育結(jié)合

在教學(xué)過程中結(jié)合多種教學(xué)方法，教學(xué)手段，以學(xué)生為中心，多采用講解和項(xiàng)目教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行講授。提供豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)平臺(tái)，增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)、自學(xué)機(jī)會(huì)和創(chuàng)新機(jī)會(huì)，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[3]。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的理論和實(shí)踐特點(diǎn)較強(qiáng)的特點(diǎn)，將實(shí)訓(xùn)教育方法引入到本課程的教學(xué)過程中。

實(shí)訓(xùn)教育的指導(dǎo)思想是根據(jù)專業(yè)課程的教學(xué)要求，保持專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的穩(wěn)定性，以及相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的先進(jìn)性，教育效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的示范性，管理模式和運(yùn)作方式的規(guī)范性，與理論教學(xué)和技術(shù)發(fā)展同步的緊密性。實(shí)訓(xùn)教育的核心是素質(zhì)教育，由于該課程具有實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此在教學(xué)過程中融合實(shí)訓(xùn)教育思想，對(duì)于提高學(xué)生的素質(zhì)教育和能力教育具有重要作用。

實(shí)訓(xùn)教育的基礎(chǔ)是產(chǎn)學(xué)研模式，而產(chǎn)學(xué)研教學(xué)反過來又促進(jìn)了實(shí)訓(xùn)教育的發(fā)展。實(shí)訓(xùn)教育的最終目標(biāo)是將學(xué)生培養(yǎng)成為社會(huì)和企業(yè)認(rèn)可的人才，因此需要分析該課程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃、調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)情況及企業(yè)對(duì)嵌入式人才的要求，本著為提高學(xué)生綜合競(jìng)爭(zhēng)力提供實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)，制定針對(duì)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的綜合實(shí)訓(xùn)安排。社會(huì)和企業(yè)對(duì)人才特別是學(xué)生主要有三方面要求：知識(shí)、技能和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、崗位勝任能力。學(xué)生經(jīng)過學(xué)院的公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了先進(jìn)的技術(shù)知識(shí)，但是由于缺乏將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的外部因素，導(dǎo)致技能和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)比較欠缺，要將學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能，必須為其提供真實(shí)的、大量的、反復(fù)的項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)。同時(shí)，學(xué)生向職業(yè)人的轉(zhuǎn)變，除了必須具備相應(yīng)的知識(shí)和技能以外，在心態(tài)上也需要一個(gè)轉(zhuǎn)變和準(zhǔn)備的過程，心態(tài)的轉(zhuǎn)變問題也是綜合實(shí)訓(xùn)教育必須解決的問題。因此在該課程的教學(xué)過程中結(jié)合實(shí)訓(xùn)教育的方法有助于提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，同時(shí)能改善學(xué)生的心態(tài)，為學(xué)生畢業(yè)后走向社會(huì)提供了強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前高等院校嵌入式設(shè)計(jì)課程存在重視理論知識(shí)的講授，忽視實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)、知識(shí)體系架構(gòu)不明晰，未能突出課程的特色和師資力量較為薄弱的特點(diǎn)，將產(chǎn)學(xué)研模式引入到嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)講授中。結(jié)合實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，注重理論知識(shí)和實(shí)踐要求，將實(shí)訓(xùn)教育方法引入到課程的教學(xué)過程中，提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，拓展了專業(yè)知識(shí)寬度，磨練了意志和責(zé)任心，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，為學(xué)生畢業(yè)后走向社會(huì)提供堅(jiān)實(shí)的知識(shí)儲(chǔ)備和健康的心理狀態(tài)?；诋a(chǎn)學(xué)研模式的研究和實(shí)施，能夠推進(jìn)教學(xué)模式改革并且為教學(xué)方法的研究和改進(jìn)提供一種新思路。

[1]熊光澤,詹瑾瑜.嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)罔設(shè)計(jì)技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2006,26(4):757-764.

[2]任煥霞.產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,高職院校發(fā)展的必由之路:訪中國(guó)高教學(xué)會(huì)產(chǎn)學(xué)研合作教育分會(huì)會(huì)長(zhǎng)朱傳禮[J].中國(guó)高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化,2006(10):18-20.

[3]谷偉,陳蓮君,徐方勤.產(chǎn)學(xué)模式在《數(shù)據(jù)庫(kù)原理》課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].軟件,2012,33(7):152-155.

Research on Practical Teaching Mode Based the Relevant Course of Embedded System Design

Fu Wenyuan1,2

1.College of Information Science and Engineering, Huaqiao Univesity, Xiamen, 361002, China
2.Xiamen Key Laboratory of Application-Specific Integrated Circuit System, Xiamen, 361008, China

Aiming at existing problems in traditional teaching, a practical teaching method used to "Embedded system: principle and application" is proposed. First, course of teaching content which links to practical teaching mode is to emphasize the course of fundamental knowledge and basic skill. Combined with the feature of case teaching and discussion teaching, active learning and attitude is improved during the students of learning process. Second, combined with the teaching measure and practical training, practical skill and cooperation awareness of student is presented to stress the background of teaching content and pay close attention to theory knowledge with practical teaching. Based on the research of practical teaching mode, it could promote teaching mode reform and provide a new thought for the research of teaching method.

teaching mode; practical teaching; embedded; teaching method

2016-02-23

傅文淵，在讀博士研究生，講師。

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(編號(hào)：JA 15037)。