发布时间:2023-10-11 17:47:15
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关键词:嵌入式系统设计;实践教学;创新
中图分类号:G6420.0 文献标识码:A
嵌入式系统是相对于通用计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”,它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物,是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统,被广泛应用于通信设备、信息家电、工业控制和交通等方面。作为“嵌入式系统设计”的教学应是以应用为中心,结合实践与应用的一系列课程教学,它是本科生在四年学习中进行创新性实践的有力保证。“嵌入式系统设计”需要设计者具有较强的综合理论知识和动手能力,是对设计者综合能力与创新能力的考查。因此,在以“应用型”人才培养为目标的理工科院校的实践教学中应特别重视学生嵌入式系统设计能力的培养,加强实践教学环节,提高学生实践能力、职业技能与就业能力。在此结合地方高校通信工程专业的特点对学生“嵌入式系统设计”能力培养的相关课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索,探讨地方高校理工科学生创新型人才培养体系,培养出理论与实践相结合的创新性人才。
1嵌入式系统设计实践教学层面
嵌入式系统设计是复合型的新兴技术[1][2]。基于嵌入式系统设计的课程既与计算机、电子、通信、自动控制技术相关的专业课程有关,又与具体的应用背景有关。理工科各专业需结合专业特点和嵌入式系统在专业中的应用进行嵌入式系统设计的研究与教学,根据专业特色开设先进的、具有深入内容的嵌入式系统设计课程,使学生具备创新能力和解决实际问题的能力,所以在进行嵌入式系统设计人才培养时必须重点把握实践和创新这两个方面,注意科学对技术所起的基础支持作用,要从嵌入式系统设计动态发展出发,开设具有嵌入式系统设计体系的课程,开设有关含有信息论、系统理论及控制理论等基本内容交叉融合的课程,拓宽学生在专业学习中视野与思维的深度和广度,这样才能培养出学生的创新能力。根据嵌入式系统设计的实践可以按照图1所示三个层面进行相关课程的配置。
层面一是培养学生具备能够针对某个具体嵌入式系统软、硬件平台进行二次开发的能力。要求学生掌握应用系统的设计和开发技能,属于嵌入式系统教学的最低层。集中在微处理器(如MCS51系列、TMS320系列、ARM系列)的体系结构及其语言、接口的工作原理;嵌入式应用系统开发工具、开发语言、交叉编译环境和调试工具的使用。在此
方面以单片机芯片及其开发应用、DSP芯片及其开发应用和ARM微处理器及其开发应用展开教学,并在实践环节对学生动手制作自已所期望的单片机、DSP和ARM的应用系统进行作品展示,并将作品作为成绩考核的依据。
层面二是培养学生具备能够进行嵌入式系统平台设计与开发的能力。不仅要求学生掌握硬件系统的设计与开发技能,还应该掌握软件系统的设计与开发技能。促使学生掌握嵌入式系统体系结构后,掌握嵌入式操作系统的原理及其在特定硬件平台上的移植。使学生具备特定硬件平台下的嵌入式系统裁剪、移植,板载资源的初始化与驱动及外设驱动程序的设计和嵌入式数据库系统开发技能,注重嵌入式系统图形界面和网络通信的设计与开发。在层面一的基础上进行嵌入式操作系统及应用软件开发的教学,并在实践环节对学生动手制作自已所期望的具有图形界面操作、外设驱动和数据信息管理等功能的单片机、DSP和ARM应用系统进行作品展示,并将作品作为成绩考核的依据。
层面三是培养学生具备能够进行基于SOPC嵌入式系统IP内核设计和开发的能力。要求学生在掌握前两层面的基础上,让学生能够进行基于FPGA的SOC系统的设计与开发训练,并结合嵌入式系统的发展进行有关计算机体系结构等理论研究。促使学生结合EDA设计、嵌入式系统优化、计算机体系结构理论、微电子等学科知识,将微处理器等以IP内核的方式植入FPGA中,利用FPGA的可编程逻辑资源,按照系统功能需求来添加接口功能模块,既能实现目标系统功能,又能降低系统的成本和功耗。这样就使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起,高效地实现SOPC嵌入式系统。实践环节以学生参加嵌入式系统设计竞赛、科研创新、发明制作等实践进行作品展示,并将作品作为创新学分修读的依据。
2嵌入式系统设计实践教学方案
(1) 学生实践能力设计
“嵌入式系统设计”系列课程的教学内容应包括嵌入式系统硬件与软件的设计,在以电路与系统集成、计算机信息系统集成及计算机辅助设计与仿真为工程设计基础教学的同时,加强学生在工程设计能力方面的培养,提高学生的电路设计和软件开发能力。因而,通信工程本科专业的实践教学可在基于现代电子技术进行信息的采集、传输、处理、检测、控制和现代通信网工程应用的同时,以信息与通信工程技术为主线,融电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程技术于一体,构建通信与信息系统和信号与信息处理学科方向,使学生实践能力结构如图2所示。
(2) 实践教学方案
在教学中注重理论与实践课程相结合,加强实践与设计课程,设置完善的实践课程体系,强化学生的技能训练,开展工程设计。低年级课程要特别强调基础理论的学习,基本技能的训练;高年级逐步加强技术性,实用性课程,关注信息工业发展的需要。可结合本校学术研究、参与企事业科研及就业市场的方向,分设若干个课程组及专题设计,有利于学生专业化水平的提高,并缩小大学教育与企业要求之间的期望差距。其实践教学具体实施可参考图3进行。
第一学期培养学生认识、发现、探索实践的主动创新思维模式。如通过军事理论的学习,注重介绍通信技术在现代军事中的应用;通过工程制图的学习,以电子CAD为导引学习AutoCAD、Protel等绘图软件的应用;通过认识实习,下企业进行现代通信方式及通信器械的认识学习。
第二学期培养学生工程创新中结构设计及可视化界面编写能力。如在以国家级计算机等级考核展开教学的同时,注重学生计算机语言编程基础能力的培养,注重VB、VC、VF、Delphi、Java等编程的导向学习。
第三学期培养学生可视化界面及数据库管理信息系统的开发设计能力,进行有线与无线通信中电子测量仪器设备的使用。
第四学期培养学生基于单片机与EDA的嵌入式系统设计开发能力。在加强电子工艺实践的同时,以数字系统与逻辑设计教学为基础,加强硬件描述语言与电子技术系统级的融合,基本实现计算机软件到硬件的实践创新技能。
第五学期培养学生基于DSP的嵌入式系统设计开发能力,加强生产实践实习。在各专业课程学习的过程中,以计算机硬件与计算机软件设计来体现信息与通信工程学科下通信与信息系统和信号与信息处理学科方向共性的实践操作创新设计。
第六学期培养学生基于ARM的嵌入式系统设计开发能力。以通信与信息系统和信号与信息处理学科方向构建专业综合课程设计。
第七学期培养学生基于SOPC的嵌入式系统设计开发能力。在通信与信息系统学科方向以现代通信网络系统为导向,构建有线通信与无线通信的通信系统课程设计。在信号与信息处理学科方向以语音、图像等多媒体信号与信息为导向,构建语音与图像信号与信息工程应用的通信系统课程设计。
第八学期培养学生综合的嵌入式系统设计开发能力。通过专题进行企事业单位上岗实践,加强毕业设计的理论与实践相结合,为毕业后就能上岗打下基础。
在以上各环节中除了完成课程实践教学外,还要求学生在课外必须参与科技实践及各项竞赛活动或提供自已的创意作品以取得一定的创新学分。因此在“嵌入式系统设计”实践教学与创新型人才培养体系建设中,要综合考虑实验、实习、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动等实践环节,统筹实践教学体系,使学生能从课内到课外,充分发挥课外科技活动提高自身工程素质。
3嵌入式系统设计实践教学支持
以嵌入式系统设计为指引,将理论与实践进行有效合理的整合,应用现代教育技术,结合工程实践进行分解,变成可供实际推广操作的学习任务,辅以必要的教育技术支持手段(开发教材、课件、培训计划、教学设计、实验设计、必要的评估手段)强调学生自主学习,在实际工程环境中掌握和内化工程的理念。
(1) 开放实验室
在以“学生是主体,教师是主导” 的基础上,为了使学生在高等教育中获取更多的实用知识和创新技能,开辟与课程配套的网上资源系统,鼓励学生遇到问题后上网查找资料,采用基于Web的开放实践教学管理系统[3]。对实验室教学信息进行综合分析,建立开放式实践教学平台和开放式实践教学管理体系,通过Web页完成学生开放实验的各个环节管理,提高教学质量和办学效益。使学生由实验申请到实验结束完全网络化管理,有利于实验设备的充分利用,也有利于学生思维能力、设计能力、知识综合运用能力和创新能力的培养。
实验室开放的对象为所有在校学生,主要以设计性、综合性及研究创新性的实验项目开放为主,培养学生综合运用所学基础理论和专业知识解决复杂问题的能力。在实验室内部的各实验分室可根据自身特点和教学实际需要,采取定时开放与网上预约开放两种不同的模式向学生开放。
所谓定时开放是根据教学安排,在指定时间内向学生全面开放。理论课教师和实践课教师根据实验室仪器设备情况,结合课程内容,确定教学计划以外的自选实践项目。学生可以根据自己的兴趣爱好对实践项目进行创新设计组合成综合型、设计型实践课题,在课外独立完成自己的课题方案设计并经指导教师审核通过,在实践过程中学生必须独立完成实践并撰写上传实验报告。
所谓网上预约开放是学生提前申请拟做实践项目和所需仪器设备及元器件,由实验室根据学生人数、实践内容和网上预约时间安排实践设备、器材和指导教师。学生根据实验室的仪器设备的条件自行拟定科技活动课题并提供方案,在网上预约相应的实验室与指导教师,开展创新发明、科技制作、论文撰写等实践活动。在实践过程中学生都必须进行独立的思考,查阅相关文献资料,综合多方面的知识和技能,在实践设备和操作环节上不受任何限制的情况下自行分析、设计和调试实践系统,最终得出实践结果并撰写上传实践报告或论文。
(2) 实践教学组织
联系专业提供工程设计课题,结合前面所讲的教学层面与科研、科技竞赛工作开展学生设计性实践项目,激发学生的创新热情,如将行走机器人的制作分解为语音识别、图像识别、高精密电机进给控制等实践项目。强化实践过程,选派具有实践经验的教师参与指导,有助于培养学生的创新能力,如通过提供的对比示例来启发学生,增强学生的自信心。在实验方法与实验措施上实现多元化,使学生在不断改进、反复锻炼中提高分析问题、解决问题的能力,在实践过程中真正做到举一反三。
学生须进行嵌入式系统的软硬件设计,为了使实践内容和教学内容联系得更紧密,可结合前面所讲的教学层面要求学生设计实践核心板与扩展板。核心板提供相对应微处理器的最小系统,包括了处理器、RAM、ROM、寄存器接口等;扩展板提供电源、LCD显示、串口、USB、以太网口等模块。
改革课程考核方式,加强学生动手能力的培养,单片机技术、DSP技术、EDA技术、嵌入式系统、可视化程序设计等技术课程的考核成绩全部采用实践环节,实验占总成绩的40%,课程设计(要求有硬件和软件制作)占总成绩的40%,创意制作占总成绩的20%。学生在完成实验基础上,完成选定题目的课程设计,实验与课程设计题目每年不断更新,学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目,分值依据题目难易程度而定。
这样将“嵌入式系统设计”系列课程实践教学融合到地方理工科院校的人才培养体系中。通过加强开放实验与科技制作及科技竞赛等创新学分的管理,改革相关课程考核方式,综合考虑知识、能力和素质三者的关系,统筹实践教学体系,提供丰富的工程设计课题,加强学生对“嵌入式系统设计”的工程训练,促进大学教育的创新性人才培养。
参 考 文 献
1.1通信必修课程模块
主要课程:信号与系统、通信原理、电磁场与电磁波、高频电子线路、嵌入式系统与应用、单片机原理及应用、计算机网络等。形成能力:以信号与系统、通信原理为核心,加强通信技术基础理论的学习,强化数字信号处理能力的培养;以通信信号与系统的分析与设计能力训练为中心,掌握通信系统分析与设计的基本技能,使学生掌握现代通信技术的应用技能。
1.2专业选修课程模块
主要课程:EDA原理及应用、数值计算与MATLAB、光纤通信、无线通信、现代电信交换、微波与天线、数字信号处理、工程制图与CAD等。形成能力:以开阔学生视野,培养学生的复合能力为重点,通过一批反映通信技术发展前沿的课程,使学生了解现代通信技术的现状和发展趋势。模块化的建设强化了课程之间的理论体系,优化了教学内容,减少了课程内容的重复,加强了实践能力的培养,提高了教学效果。
2.实践教学体系建设
根据专业能力培养要求,实践教学体系建设以设计性、综合性、创新性为重点,注重培养学生的实践能力和创新能力。把实验教学的主导思想定位在注重基础、加强应用、追踪前沿、培养学生分析与解决问题的能力、提高学生就业竞争力上。提高实践教学在整个教学活动中的地位,适量开设综合性、设计实验,在教学计划中构建完整合理的实验教学体系,注重实验教学与其它实践教学环节的衔接。加强课程综合实验或设计、专业综合实训和毕业设计(论文)等环节的管理和实施。通信工程专业是一个实践性很强的专业,必须加强实验、实践教学,提高学生的实践动手能力。构建专业实验体系应遵循由简单到复杂、由验证型实验到开放性实验,由单一的实验内容到综合实验的基本思想。实践教学(除毕业设计外)可分为5个层次:专业基础课程实验、课程综合实验、专业综合实训、毕业实习、课外学生科技创新。
(1)专业基础课程实验专业基础课程实验采取教师指定实验内容,在课内学时固定时间分组完成的教学形式。
(2)课程综合实验综合性实验项目主要是针对通信专业课程中的某个功能模块进行,主要培养学生分析单元电路、模仿设计功能模块的能力,有以下几种形式:
①验证型实验。学生在实验中,不仅要测量实验数据,观测波形,同时要求分析电路组成、功能,画出原理图,分析掌握实验用通信集成电路的使用,提高学生分析问题解决问题的能力。例如《通信原理与系统实验》课程中的《时分复用实验(TDM)》,要求学生了解时分复用的基本概念;掌握时分复用与解复用的原理框图;掌握时分复用信号的组帧和拆帧的过程。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)31-7536-03
随着后PC时代的来临,PC机的重要性下降,嵌入式系统将变得功能强大、无处不在。目前,嵌入式系统在消费电子、通信设备、工业控制等领域发挥着越来越重要的作用。物联网和移动互联网作为我国信息产业主旋律,其核心也是嵌入式系统。
与我国嵌入式系统产品的迅猛发展和巨大的产业需求相比,嵌入式系统工程人才培养相对落后[1]。嵌入式系统教学模式成为众多高校都在研究的课题。本文主要针对应用型本科计算机专业的嵌入式系统课程教学,结合我院的具体情况,在教学内容和模式上进行一些改革和探讨。
1 课程特点
嵌入式系统是一门综合性很强的课程,几乎涵盖了所有基本的软硬件设计技术。所需基础知识较多,前修课程包括:数字逻辑、计算机组成原理、微机接口原理、单片机、汇编语言、C语言、操作系统、数据结构等。涉及内容广泛,与通信、自动控制、电子等专业知识相关。教学难度大,学习门槛高。
嵌入式系统是一门实践性很强的课程。嵌入式技术是具有工程应用性的实用技术,只有通过实践才能真正理解和掌握嵌入式系统开发的方法。
2 现状与问题
我校是一所地方性、教学型本科院校,定位于培养“基础厚实、素质较高、创新精神和实践能力较强”的应用型人才。我院计算机系共设有计算机科学与技术、网络工程、通信工程3个专业,所有专业都在第5个学期开设嵌入式系统课程。另外,在第7个学期,学生可以通过校企联合培养选择嵌入式作为专业方向,到企业学习更多嵌入式课程。《嵌入式系统》是学生在校期间开设的唯一一门嵌入式课程,对于要选修嵌入式开发专业方向的学生来说,是打好基础的关键,对于其他绝大部分学生来说,则是了解嵌入式系统的唯一途径。在这门课程的教学过程中,发现主要存在如下问题:
1)课时少,内容多。
2)实践能力培养不够,实验课时不足。
3)前修课不足。3个专业都未开设单片机、微机接口原理,网络工程和通信工程专业未开设汇编语言。
4)学生的基础和学习能力参差不齐。到第5个学期,学生分化比较明显,学生间的差距较大。
5)学生学习目标不同。进入大三之后,许多同学对专业方向已有初步选择,学生对嵌入式系统的学习目标和期望不同。教学内容对所有学生来说都是相同的,难以满足学生个性化发展的需求[2]。
3 层次化教学模式的提出
针对以上问题,我校从教学内容和教学方法出发进行了一系列改革,形成了课内课外相结合、注重基础、因材施教的层次化教学模式。
第一层面向计算机专业的所有学生,注重基础,以《嵌入式系统》课程的课堂内学习为主、开放性实验室学习为辅。课程目标应该从实际出发,与大部分同学的基础和学习能力相适应,不应过高。另外,还考虑到我校开设的前修课较少,因此,教学目标设定为:掌握基础知识,了解嵌入式开发的基本过程,能够设计实现一个简单的最小系统,为进一步学习打好基础。
第二层为嵌入式兴趣小组,面向对嵌入式有兴趣的学生,重在提高。主要是对《嵌入式系统》课程进行知识的扩展和加深,开阔学生视野,培养简单嵌入式系统的设计开发能力。
第三层为嵌入式开发小组,面向有志于从事嵌入式系统开发的学生。学习嵌入式关键技术和实用技术,培养嵌入式高级专门人才,注重创新能力。
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.10.047
Abstract Theoretical teaching and experimental teaching is for colleges to train two essential link, for information engineering and other related majors, experimental teaching is particularly important, key steps of application type talents training. With the continuous development of information technology, traditional experimental teaching content and teaching method has and social demand can not adapts with my school experiment teaching center of telecommunications and computer center specific experiment teaching pattern and system, describes the various problems encountered by the information engineering specialty in experimental teaching and solutions, in order to deepen teaching reform and improve the quality of experimental teaching play an important role, but also for future application key provincial experimental teaching demonstration center provides a basic guarantee.
Keywords experimental teaching system; telecommunications and computer sub center; information engineering; teaching reform
我校信息工程学院所开设的四个专业分别为电子信息工程、通信工程、物联网工程、计算机科学与技术,其80%以上的实验课是在电信与计算机分中心的实验室开设。这四个专业的共同特点就是实验课比例要多于理论课,而且,随着信息技术的不断发展,实验课程的教学模式和实验内容如果一成不变,则会极大地影响人才培养效果,如何让实验课程和社会接轨是目前电信与计算机分中心亟需解决的问题。
1实验教学体系主要研究内容
1.1 实验课程结构
(1)基础类、专业类、综合设计性以及创新性实验课程的比例不够合理,基础类实验所占比例过大;(2)大一可以开设和学科专业特点相近的基础性实验;大二可以以各种竞赛为导向、把硬件故障诊断的实例融入实验教学中去;大三可以把企业中实际的项目和大学生科技创新活动等渗透到平时的实验教学中去。
1.2 实验教师结构
(1)学历结构;(2)年龄结构;(3)职称结构;(4)双师型教师比例。
1.3 实验教学大纲
因为电信、通信、物联网技术发现迅速,需要及时更新实验内容,陈旧的设备和技术手段不能满足社会发展趋势。相对应的实验教学大纲最少三年要更新一次。
1.4 实验教学质量评价
(1)对实验教师的评价主要包括实验讲授方法、以及能否及时处理实验中遇到的各种问题,因为理论课中描述的都是在理想的环境中得出的规律和现象,而在实际进行的实验过程中会有各种不可预知的问题出现,需要教师能逐一分析并解决问题;(2)对学生的评价主要包括实验现象和数据的分析,遇到故障的处理方法等。
2 我校信息工程学院各专业实验课教学体系结构
2.1 电子信息工程专业实验课程体系
(1)专业基础实验课:大学物理实验、C语言程序设计、电信工程导论、数字逻辑电路实验、模拟电子线路实验、电工基础实验、电路分析基础实验、数据结构;(2)专业实验:通信原理实验、数字信号处理实验、高频电子线路实验、信号系统实验、单片机技术应用实验、计算机网络实验、嵌入式与多核技术实验、数字图像处理实验、移动通信系统实验、汽车电子实验;(3)项目综合实训:电子电路实训、电子工艺实训、C语言程序课程设计、模拟电路课程设计、单片机技术课程设计、实用电源实训、FPGA课程设计、嵌入式应用实训。
2.2 通信工程专业实验课程体系
(1)专业基础实验课:大学物理实验、C语言程序设计、通信工程导论、数据结构、JAVA程序设计、电工基础实验、电路分析基础实验、数字逻辑电路实验、模拟电子线路实验;
(2)专业实验:信号系统实验、单片机技术应用实验、通信原理实验、高频电子线路实验、计算机网络实验、数字信号处理实验、嵌入式与多核技术实验、数字图像处理实验、移动通信技术实验、现代交换技术实验、光纤通信技术;
(3)项目综合实训:电子电路实训、电子工艺实训、C语言程序课程设计、模拟电路课程设计、单片机技术课程设计、嵌入式与多核课程设计、传感器技术实训、安卓技术开发、通信系统综合实训。
2.3 物联网工程专业实验课程体系
(1)专业基础实验课:物联网工程专业导论、大学物理实验、数据结构、电路与电子技术实验、计算机概论、计算机组成原理、JAVA程序设计、计算机网络、C语言程序设计;
(2)专业实验:数据库原理、传感器原理实验、操作系统、RFID原理实验、物联网通信技术实验、嵌入式系统设计、JAVA WEB开发技术、单片机原理实验、无线网络技术实验、网络互连技术、CC2530原理、软件工程;
(3)项目综合实训:C语言程序课程设计、数据结构课程设计、语言类综合实训、关系数据库课程设计、嵌入式课程设计、Zigbee应用课程设计、网络通信课程设计、物联网应用项目实训、智能家居模拟实训、移动应用开发实训;
2.4 计算机科学与技术专业实验课程体系
(1)专业基础实验课:数据结构实验、面向对象程序实验、计算机组成原理;
(2)专业实验:JAVA程序设计、操作系统、网页设计、计算机网络、数据库原理、JAVA WEB、计算机系统、软件工程、单片机原理实验、网络管理、XML技术、多媒体技术;
(3)项目综合实训:嵌入式课程设计、JAVA WEB课程设计、数据结构课程设计、单片机技术课程设计、JAVA课程设计、软件测试课程设计、Android系统课程设计、网络工程课程设计、Linux C课程设计。
3 目前实验教学面临的问题和解决方案
3.1 实验课时分配不合理
单片机课程设计、模拟电路课程设计、数字电路课程设计等综合设计类实验为16学时,而通信原理以验证性为主的实验课则安排有34学时,明显设置不合理,今后更新培养方案可重新分配学时。
3.2 实验内容陈旧
(1)电子工艺实训仍使用potel99的最老版本,而目前经过升级后已有最新的potel2008版本;(2)嵌入式系统仍使用的是2006年流行的arm9的操作系统,而目前使用的主流操作系统应该是arm11;(3)移动通信仍使用的是3G技术,而目前4G移动技术已经非常成熟,且有部分高校向5G扩展;(4)单片机技术仍使用的是51系列单片机芯片,而目前应用较多的是STM32系列的单片机,相比处理速度更快,内存更大。(5)计算机网络实验仍是以有线网络教学为主,而目前应用较多的是无线网络技术。
根据以上问题,可在培养方案中注明要求必须使用某种软件或实验方法,实验教学中心适时的淘汰过时的硬件或者软件设备。
3.3 单个教师承担一门课程的局限性
部分课程设计类实验涉及的知识点较多,单个教师不能完全承担整门课程,这相当于做一个项目,项目组成员对于各个知识点进行分工协作才能更顺利完成教学任务。例如:某学生做一个无线电能传输装置的课程设计,就需要掌握单片机技术,开关电源技术,无线网络,高频等多个知识点,而几乎没有一个教师能同时精通这所有知识,这就需要在排课的时候能同时安排几个相关教师授课。
3.4 各专业实验课的专业性不强
电子信息工程专业可不开设移动通信实验、数字图像处理,可增开设自动控制原理实验,微波技术等实验课程;通信工程专业可不开设电子工艺实训、FPGA技术,可增开设射频技术,光纤通信等实验课程;物联网工程可不开设计算机组成原理;计算机科学与技术专业可增开部分专业基础实验课。
3.5 大部分实训课程未能和生产实际紧密结合
例如软件类实验相互抄袭、网上拷贝较多,学生毕业后不能胜任项目开发工作,因为真实的项目开发不同于普通按部就班的实验课教学,其整个过程中会遇到各种不可预知的困难,为了让学生学会分析处理各种问题,应把企业中实际的项目融入平时的实验教学中,让学生真实体验项目开发整个过程,这样学生踏上工作岗位后就能直接进入企业第一线工作。
4 结语
实验教学体系改革是一个长期的过程,要根据社会发展趋势,学科专业特点随时改进,而信息工程专业实验发展尤为迅速,这就要求实验教师长期不断地学习,经常深入企业掌握先进的技术和方法,实验教学中心也要适时更新硬件和软件设备,保障实验教学体系的实用性、先进性、创新性和完整性。
参考文献
[1] 柴文妍,王皖贞.电子信息工程专业“综合课程设计”教学实践与探讨[J].北华航天工业学院学报,2011.21(3).
一、引言
嵌入式系统的应用日益广泛,可以说无所不在、无处不在,嵌入式系统的快速发展也极大地丰富、延伸了嵌入式系统的概念。嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统。以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统是继IT网络技术后,又一个新的技术发展方向。IEEE(国际电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义为:嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。嵌入式系统已广泛应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域,可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求,使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。
二、嵌入式系统教学特点
嵌入式系统开发与应用的内容繁杂,涉及基本的硬件知识(如嵌入式微处理器及其基本的接口知识、扩展的人机接口、网络通信接口等)、操作系统(应该至少了解一种操作系统的中断、优先级、任务间通信、同步等知识)、程序设计知识(C、C++、汇编语言程序设计,至少熟悉C语言);同时,还涉及一定的数字电路知识以及使用示波器、逻辑分析仪等基本技能。因此,在系统学习本门课程之前,必须先修微机原理与接口、C语言程序设计课程,有一些计算机操作系统原理、体系结构和系统结构的基本概念,同时对于网络协议有一定的了解。在IEEE计算机协会2004年6月的Computing Curricula Computer Engineering Report,Ironman Draft报告中,把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一,把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录包括实时嵌入式系统导论、嵌入式系统设计和嵌入式系统工程训练课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程名称是嵌入式系统设计导论,它基本包括了前面三门课程的内容。
三、嵌入式系统教学现状
从2002年起,全国许多高校的计算机系、电子系、自动化系和软件学院陆续开设了嵌入式系统课程,据估计大约有200多所院校开设了这门课程,有的院校甚至还开设了嵌入式技术专业和嵌入式技术系,本校也在计算机、自动化等专业开设了这门课程。但由于受传统教学体系的影响以及实验条件的限制,目前本校的嵌入式系统课程在教学内容设置、教学方法手段、实验实习等方面都与这门课程以实际应用为主的基本特征严重脱节。学生完成这门课程后,只能进行一般的、基于指令基础上的简单编程,而不能进行基本的应用系统设计,而要想进行较大规模的应用系统设计则需要更长的时间。经过仔细分析,存在的问题主要有以下几个方面:
(1)教学内容不够合理。各个专业的教学内容基本一样,重点不突出,无法发挥学生所学专业的特长。通常嵌入式开发人员由两部分人组成,一部分是电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人,另一部分是学软件编程的计算机专业出身的人。电子工程、通信工程等专业的学生在硬件设计方面比较突出,而计算机专业的学生则比较善于软件的设计。
(2)教学方法手段不合理。课程的授课方式以理论课为主,实验学时较少,一般理论课时都会占了全部课时的80%左右,而实验课时一般只占了20%。实验的内容也不够合理,实验的深度不够,学生的动手能力得不到充分的锻炼。
(3)本校目前的嵌入式实验教学,仍停留在20世纪80年代初发展起来的以8位51单片机为核心的教学水平上。在面向实际的工程应用中,以32位ARM为核心的嵌入式技术日益成为高性能嵌入式技术应用的基础,所以建立一个全面的、新的、基于ARM技术的嵌入式实验教学体系十分必要和紧迫。
(4)没有安排专门的嵌入式系统课程设计,使学生无法把所学的知识联贯起来运用,系统开发的能力得不到提高。
(5)师资力量匮乏,熟悉嵌入式技术的教师数量不多,教师的实践能力不强,造成只能照本宣科,无法实际指导学生。
四、嵌入式系统课程教学改革措施
针对这些问题,应从基础课程改革、新教学体系建立、教学方法、教师培养等方面入手,对嵌入式系统课程进行不断探索和改革。
(一)对基础课程改造
将单片机课程改造为嵌入式系统应用,完成从定式设计到实时设计的转变;将计算机原理课程改造为嵌入式系统原理,着重介绍嵌入式系统原理和体系结构,将电路课程改造为集成电路工程应用,由模拟电路、数字电路通过HDL/EDA/CPLD向IP设计、SoC设计发展;开设“嵌入式系统工程设计方法学”课程,介绍知识平台的观念与方法、计算机工程方法、系统工程作业方法、企业项目管理方法等。
(二)建立基于ARM的嵌入式系统课程教学体系
1.理论教学
理论教学的教学内容设置如下:
(1)嵌入式概述
主要介绍嵌入式开发的基本知识。
(2)硬件环境
这部分应对ARM技术进行论述,包括ARM指令集、Thumb指令集、存储控制器、I/O端口、DMA功能、UART接口、中断控制器、时钟电源管理器、PWM定时器、LCD控制器、A/D转换器、RTC功能、IIS总线等。
(3)嵌入式操作系统
现在大部分院校都开设了Linux操作系统的课程,而且国家也大力提倡使用Linux操作系统,所以建议选用嵌入式Linux。这部分应主要介绍操作系统概念、操作系统内核、Linux和μCLinux、任务和任务调度、实时OS(RTLinux)、GUI、API、文件系统等。
(4)软件开发环境
主要介绍软件开发环境、软件开发过程、交叉编译、链接调试、下载、板级支持包(BSP)、MiniGUI图形应用程序设计、Linux内核移植与编译等。
(5)驱动程序
主要介绍设备驱动机制、键盘鼠标驱动、触摸屏驱动、网口驱动、红外、USB驱动等。
2.实验教学
实验硬件平台可选择基于ARM9内核的微处理器芯片,如S3C2410(基于ARM920T),软件平台可选择ARM-Linux。实验内容包括基础实验和综合实验。
(1)基础实验。
基础实验内容可包括熟悉Linux开发环境、多线程应用程序设计、串行端口实验、A/D接口实验、D/A接口实验、CAN总线通信实验等。
(2)综合实验
综合实验内容可包括Linux内核移植实验、触摸屏驱动实验、系统中断实验、键盘鼠标驱动实验、SD驱动使用实验、基于PCMCIA的CF卡读写和无线局域网通信实验等。
3.课程实习
在整个课程完成后,还应该安排专门的嵌入式课程实习。课程设计的任务是完成一个应用程序的开发,课程设计题目每年不断更新,学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目,分值依据题目难易程度而定。学生也可以自拟题目,为保证题目的难度和规模能达到教学要求须经任课教师认可。题目有:在Linux环境下的闹钟提醒程序、串口调试程序、文本编辑器、计算器、画图、贪吃蛇等。
实习的过程可以模仿企业嵌入式系统开发过程进行,如厂商新推的嵌入式微控制器(MCU),模拟开发MCU评估板。因为嵌入式系统的开发一般包括硬件设计和软件开发两部分,所以可以安排不同专业的同学混合编组,共同实习,这样即贴近开发实际,又培养了组员之间的合作精神。
如果有条件的话,还可以与企业合作,建设与产业水平同步的工程实践环境。另外,可以鼓励学生积极参与国家和地区举办的各种电子设计大赛。在实践中强化知识,锻炼综合能力与检验学习效果。
(三)合理的教学方法
应多采用多媒体教学,制作符合教学内容和教学实验的CAI课件。教学时注重启发式教学,引导学生思维,充分发挥学生的主体地位,培养学生的思维能力与自学能力,提高书面表达能力。
嵌入式系统是一门实践性很强的学科,它的教学目的是为了让学生学到一种嵌入式平台开发和设计的方法,所以实验教学在整个教学体系中占了很重要的地位,所以在课时分配上,理论课可以占总课时的1/3,基础性实验课可占总课时的1/3,综合性实验课可占总课时的1/3。授课地点可以设在实验室,实现“边做边学,先学后做,现做现学”等灵活的教学手段,提高学生的学习效率。
采用合理的考核方式,由应试教育向素质教育的转变,考核方式的改革是一个重要因素。本课程学生的综合成绩的评定,由期末考试成绩(60分) +实验成绩(20分) +实习成绩(20分)构成。这样更能全面和客观地反映学生的学习情况。
(四)嵌入式教师培养
由于“嵌入式系统”作为一门新兴的学科,需提供更多的研讨学习交流机会,鼓励青年教师多参加相关的科研项目,以建立一批既具有嵌入式理论知识和实践经验、又有较高教学水平的教师队伍。
五、结束语
本文针对嵌入式系统课程存在教学效果不理想的实际情况,分析了问题存在的原因,针对信息类学科特点和学生学习的特点提出了一些改革建议,以此努力构建融课堂教学和包括实践教学在内的多样化教学形式相结合的新型教学模式。希望对于广大教师能够具有一定的参考价值,进一步促进该门课程教学水平的提高和教学效果的增强。
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毕业生应掌握电子技术、通讯技术和计算机技术的基本理论与设计方法及程控交换技术、光纤通讯、移动通讯和计算机网络通讯的基本原理及应用方法,具有各类通讯系统的设计、研究及开发的工作能力。
通信工程专业就业前景
面向新的世纪,通信工程专业将会迎来其发展的广阔天地。随着通信技术应用的日趋广泛,和信息化社会的逐渐发展,这势必会给中国信息产业的发展带来更大的发展空间。而通信工程专业人才的短缺成为我国参与国际间竞争的一个十分不利的因素。因此,在未来若干年,我国势必会更加重视通信专业人才的培养,更加重视通信工程专业的教育,提高教育水平。
通信工程专业毕业的学生应该说就业面非常宽泛,炙手可热的都去了华为等公司,也有去移动、联通及电信等通信公司,还可以去很多大国企负责,当然也可以进政府,考公务员,可以说这个专业的就业面非常广,同时,这个专业的毕业生的薪水也是非常令人咂舌的,估计除了财经类专业,工科的通信工程类专业就算刚毕业的起薪也是非常令人羡慕的。
通信工程专业就业方向本专业学生毕业后可研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的工作。
从事行业:
毕业后主要在通信、新能源、计算机软件等行业工作,大致如下:
1 通信/电信/网络设备;
2 新能源;
3 计算机软件;
4 通信/电信运营、增值服务;
5 电子技术/半导体/集成电路;
6 互联网/电子商务;
7 计算机服务(系统、数据服务、维修);
8 其他行业。
从事岗位:
毕业后主要从事通信工程师、硬件工程师、项目经理等工作,大致如下:
1 通信工程师;
2 硬件工程师;
3 项目经理;
4 网络工程师;
5 无线通信工程师;
6 技术支持工程师;
随着民办高校应用性转型背景下,民办高校专业如何将专业培养出建设成企业需求的应用型人才成为各大高校教学工作者的研究热点,通信工程作为工科电类专业的专业方向之一,随着现代通信技术的快速发展和企业的需求不断的变化,传统的人才培养模式已经无法适应企业和社会的需求,作为民办高校,基于学生的学习基础,随社会的发展对通信专业的人才培养方向要适应企业的需求。
1课程设置改革
传统的通信工程专业课程设置方向不够明确,各个方向的课程均有开设,但没个方向都学不深,没有专业特色和学校特色。每门专业课程虽都安排课内实验,但实验主要是以一些验证性实验为主,课程与课程之间的理论和实验没有很好的衔接和联系,实践课程开设学时数较少,学生只学习理论知识,无法系统的将所学知识用到通信综合实验中,达不到通信的实际实践能力,大部分民办高校由于资金问题,在实验室的投入上无法做到与时俱进的通信实验条件,在培养应用型通信专业人才下首先必须将课程优化,每所民办高校应该根据自身的发展优势确定学生主要的发展方向而优化课程的设置,通信方向的知识更新得比较快,几乎没两年就应该更新教学的教材和知识,下面列举调研中做得比较好的同等学校开设的通信专业方向比较有代表性的课程设置。1.1理论课程的设置:通信工程专业的方向很多,但从从事的企业工作大方向分,主要分为通信方向的硬件开发、软件开发、网络规划。而硬件开发主要需要学生掌握数字电路、模拟电路、FPGA、单片机以及嵌入式系统应用等硬件方向的知识。从事软件开发的需要掌握C语言、单片机编程语言等,而网络规划只有有相关实验室或者到企业才能进一步的学习,据调研,有些实力雄厚的民办高校通过校企合作等方式已经建立了网络规划的实验室,为企业培养相关的应用型人才。课程设置实行专业主干课程+专业化模块的课程形式,主干课程经调研并优化后包括以下各课程:电路理论、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、通信电子线路、信号与系统、计算机网络、单片机原理与应用、C语言程序设计、通信原理、嵌入式系统与应用,等作为专业主干课程,而模块方向的课程设置列举以下几个较为热门的方向并给出其专业课程的设置。通信系统集成及应用方向:专业模块课程:光纤通信、移动通信、嵌入式应用技术、通信系统集成,等课程。以电子信息类专业基础课程为基础平台,以现代通信技术为方向,以现代电子设计、应用为基础,以计算机为重要工具,将“通信技术及应用”、“通信系统集成技术”两个方向相结合,培养具备从事现代通信系统和网络的集成、应用、安装、调测和工程应用基本能力的高素质应用型人才,为湖北省地区经济发展提供服务。移动通信网络优化与维护方向:专业模块课程有:移动通信系统技术、移动通信网络维护、光纤通信、程控交换技术、无线网络设计、网络工程设计,等课程。在校企合作的推动下许多实力较强的民办高校与企业合作共建网络优化与维护方向的特色班,为企业培养了大量继续的网络规划人才。学生在校期间学习移动通信网络优化与维护的基础知识,通过企业合作深入企业掌握网络运行网络问题的操作技能和优化分析能力,掌握评估移动通信网络性能和解决实际网络问题的能力。移动互联终端技术方向:光纤通信、移动通信、物联网技术、SDH通信网络设计、移动技术终端、现代交换与通信网,等从事通信终端、通信网络系统等方面设计制造、编程、安装调试、操作运行、维护管理以及市场营运等岗位的工作。1.2实践课程的设置:传统的通信专业实践课学时少,必须加大实践教学的学时和指导力度,除了每门专业课必须的课内实验外,实践课程应该有专业基础知识综合实践教学和专业实践教学,专业基础综合实践教学包含:单片机软硬件结合实践教学、传感器网络方向的实践教学、通信仿真实践教学。专业实践教学需根据学校自身通信方向进行专业的实践教学。
2加强校企合作
应用型转型使高校必须加强与企业的合作,正确定位并培养企业所需人才,推动应用转型下民办高校通信专业为地方经济服务。我校处于有中国光电子信息产业基地之称的武汉-中国光谷,需要大量的通信应用型人才如现代通信系统和网络的集成、应用、安装、调测、网络优化规划等方面。校企合作已经形成了比较成熟有效的合作模式,主要有学校主导企业配合模式,该模式课程教学和教学大纲的制定主要以高校为主,企业处于配合状态,一般辅助完成部分实践教学,大多高校早期使用这种模式,但该模式校企合作便不够深入,学生在企业实践经验上不够。第二种模式为校企联合培养模式,该模式是现在校企合作的主要发展方向,在课程教学中有企业人员进行授课,有高校教师和企业人员共同指导毕业设计,企业人员参与教学大纲的修订等,这种模式培养的学生适合一毕业就可以适应企业相关岗位,甚至在实习期满即可转正成正式员工。第三种模式为企业主导学校参与形式,该模式主要是企业在高校建立为自身所需人才建设的专业,按照企业的培养计划,高校给予相应的师资和教学场地等,该模式培养的人才具有其他模式不可比拟的优点,但该模式在高校和企业还处于探索阶段。在现目前的校企合作中,主要以第二种模式为主,下面以在该校企合作模式下提出的相关的问题进行探讨。其一,政府的相应职责,应用型转型主要是为地方经济的发展培养人才,且通信产业是国家和区域经济重点建设和发展的新兴产业,作为需要大量通信技术人才的湖北省,政府应该对应用型人才培养进行一定的政策引导和大力支持,比如政府对能积极进行校企合作的企业给予更多的优待,规定一定规模的企业每年必须将其百分之几的收益进行校企合作,并在一定规模的企业中,要求工程师必须有到高校兼职授课的经历,作为工程师职称评定的标准。同时政府在考虑“双师型”教师的职称评定上应该进行专门的研究和规定,毕竟高校教师如果将精力放到企业实践上,那么理论科研精力必将减少,针对大力发展“双师型”的高校师资下,政府应该出台相应的职称评定规定。这样在政府的督促下,使企业和高校的人才培养联合到一起,能大力的促进高校的应用型人才培养。其二,师资力量的解决,在校企合作中我们以培养通信专业应用型人才为主,必须要有企业人员参与教学,实现校企互兼。企业通信工程师到高校兼职授课:高校应该聘请企业通信相关工程师作为兼职教师到高校教学,课时量必须足够,培养目标明确,务必使学生掌握一定企业实践的基础,不得以一两次讲座形式使学生无法深入进行实践。当然高校也需要对企业工程师的兼职给予较高的薪酬待遇,并且能灵活安排相关授课时间,比如可以利用晚上或者周末时间跟学生上课,在相关的项目资金上要积极的配合和解决。高校教师到企业兼职:“双师型”教师是作为应用型转型的人才培养的基础,企业以营利为主,高校不能将人才培养的重担完全交给企业,高校必须建立具有自身特色的“双师型”师资队伍,有明确的实践研究方向,分方向建立科研实践团队,并深入企业进行学习和锻炼,企业实践的时间不能太短,比如利用寒暑假到企业实践,并每隔3年必须累积不低于半年的企业实践作为评优评先的前提,当然高校教师任务繁重,在双师型职称评定上最好有区别的对待,使应用型高校教师能全心的进行应用型人才培养和教学。其三,实践教学,实践教学应该分为校内和校外两部分,通信专业的技术更新快,其低年级的基础实践教学可以在校内开展,高年级的实践应该结合合作的企业进行培养,比较成熟的实践教学主要是项目式教学,这样学生可以将所学知识有效的联系在一起,为将来从事的工作打下基础。其四,人才培养方案,人才培养方案,需由企业相关工程师参与,我校在2016年的人才培养方案中已经聘请了通信相关企业的工程师参与到人才培养目标的修订,并得到了较好的建议,有利的推动了我校通信专业的应用型人才培养。
3应用型下学生的培养
在应用型转型背景下学生的培养既要区别于一般的职业技术学院又不能按照完全的学术型人才培养,把握既要使学生掌握一定的理论基础,又要使学生具有较强的动手能力,在学习过程中,应该使学生有自身的发展方向。其一,提高学生自主学习能力,比如成立各门课程的微课团队,将课程的关键知识进行录播,并放入学校微课网站,学生平时没听懂的可以在网上自学。其二,加强学生参加各种竞赛以有效提高学生的实践动手能力,常见的与通信工程专业相关的大学生比赛有全国大学生电子科技大赛、信息工程大赛、飞思卡尔智能大赛、挑战杯、蓝桥杯等大赛,教师也应该积极的提高自身能力指导学生参赛。其三,提高学生考证能力,在高校拥有充分的学习时间,以及企业获得较多的专业实践,学生应该加强职业资格证的学习,以保证毕业后能胜任相关技术岗位,比如通信设备维修、有线通信设备调试、华为和中兴的网络工程师认证以及思科认证等,这些考证的培养也可以通过校企合作和相关“双师型”教师指导。
4结论
文章从应用型民办高校通信专业人才培养的课程设置、校企合作、学生培养三个方面给出了经总结后合适民办通信专业的理论和实践课程设计、学生培养以及在校企合作中出现的相关问题以及解决方案的研究,总结出了民办高校通信专业现阶段较为有效的人才培养改革方向。
参考文献
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[3]周宇雄.高校通信工程专业校企合作模式的探索与研究[J].科技创新导报,2016(12):139-140.
1 引言
通信工程专业是信息科学技术发展迅速并极具活力的一个领域。本文基于Bloom目标分类法构建合理、规范的通信工程专业课程群,通过对教学内容的优化、教学方法和手段的改革等措施,提高学生通信基础理论知识水平,以及学生的综合能力,达到培养满足社会需求的高素质人才的目的。
2 Bloom目标分类
Bloom目标分类包括认知领域、动作技能领域、情感领域三大版块,如图1所示[1]。
认知领域:认知领域目标分类包括6个模块,分别为识记、领悟、应用、分析、综合和评价。情感领域:情感领域目标分类包括5个模块,分别为接受(注意)、反应、价值化、组织、价值和价值体系的个性化。动作技能领域:动作技能领域目标分类包括6个模块,分别为知觉、定向、机械动作、复杂的外显行为、适应和创新。
3 基于Bloom目标分类的通信工程专业课程群
根据人才培养提高学生通信基础理论知识水平,以及学生的综合能力,到达培养满足社会需求的高素质人才的目的。基于Bloom目标分类的通信工程专业课程群对通信工程专业课程的教学内容进行了优化和整合,从认知、情感和动作技能领域重点解决课程之间内容的脱节和重叠问题,统一前后课程的授课重点,形成具有一定特色的专业课程群。
基于认知领域的通信工程专业课程群建设[2]。基于认知领域的通信工程专业课程群服务于基于情感领域的通信专业课程群和基于动作技能领域的通信专业课程群,为学生不仅在通信领域而在其它自动控制、生物医学等工科领域的继续学习及从业能力方面打下坚实的理论基础。认知领域6个模块分类是对知识从辨认-领会-运用-分析-综合分解的各要素-理性判断客观事实的逐级认知过程。基于这6个过程,把通信工程专业的基础课高等数学、概率与数理统计、线性代数、大学物理、随机过程、信号与系统、数字信号处理、电磁场、通信原理、通信网归入认知领域课程群。
基于情感领域的通信专业课程群以基于认知领域的通信工程专业课程群为基础,逐步形成了通信工程专业从事的通信系统研发、运行、维护的专业体系,根据通信技术行业和信息产业建设和发展的需要, 以通信设备产品和网络系统开发、生产、维护、维修、管理与营销等与通信行业相关的能力培养为核心, 基于情感领域的通信专业课程群建设能够激发学生的学习兴趣, 是学生进入职业生涯的必要条件。情感领域的5个模块分类是从学生愿意注意特殊的现象或刺激-主动参与-将特殊的对象,现象或行为与一定的价值相联系-建立内在一致的价值体系-性格化“生活方式”的价值体系的逐级意识形成过程。基于这5个模块的含义,把通信工程专业中电路分析、模拟电子、数字电子、高频电子、单片机技术、嵌入式系统、DSP技术、FPGA/CPLD,光纤通信、移动通信、短距离无线通信、卫星通信、NGN、电力线通信归入情感领域课程群。
基于动作技能领域的通信专业课程群建设构建了理论与实践结合的平台,给予了学生创造个性发挥的空间,激发了学生的创新思维以及培养了学生的社会综合能力。动作技能领域的6个模块从学生通过感觉器官觉察客体或关系借此获得信息以指导动作-为某种稳定的活动的准备-复杂动作技能学习-学生以某种熟练和自信水平完成动作-操作的熟练性-学生能改变动作以适应新的具体情境的需要-学生在动作技能领域中形成的理解力、能力和技能创造新的动作模式。基于这6个模块的含义,通信工程专业中电子工艺实习、电子技术综合课程设计、通信电子综合实训、实习实践、通信系统的DSP/FPGA设计与实现、毕业设计,科技协会、社会实践、国家或国际通信工程师资格认证培训均归入动作技能领域课程群。
4 结束语
在分析通信工程专业学生培养目标认知领域、动作技能领域、情感领域分类的基础上,提出了通信工程专业课程群建设的方法,充分展示了布鲁姆教育目标分类法在通信工程专业课程群建设中的应用,从而实现了高素质人才培养的目标。
摘 要:分析目前高校嵌入式系统原理课程重理论轻项目应用实践操作的教学方式,提出理论强化学习、实验项目分析操作训练、科研项目实训和校企联合订单式培养四位一体的实践教学模式。强调采用引导性笔记授课方式强化学生理论知识,单步引导学生实验项目操作,结合综合系统实例项目及企业需求订单式针对性培养,可以锻炼学生动手操作和实践创新能力,以及在综合性项目开发过程中的工程创新、团队协作能力,从而解决理论教学与实践相互脱节的问题。
关键词 :嵌入式系统课程;项目分析操作;科研实训;订单式培养
0 引 言
嵌入式系统是专业技术性、实践性和综合性都很强的学科领域,近年发展极为迅速,目前精通嵌入式系统专业技术的人才严重缺乏,学校培养的人才和企业实际需求严重脱节,使得嵌入式硬件和软件研发工程师成为近年来较为热门的职业之一。为缩小毕业生与用人单位实际需求间的差距,使高校的人才培养方向和培养目标更贴近现实,嵌入式系统的教学改革迫在眉睫。
1 授课方式及课程理论分析设置
嵌入式系统原理目前是通信工程和自动化专业的核心课程,也是计算机科学与技术、软件工程等专业的重要课程。嵌入式系统更新换代快,学习难度大,难以形成系统性的知识体系[1-2]。同时嵌入式课程讲授难度很大,它要求教师不仅具备一般的单片机开发系统的软硬件知识,而且需要从事过嵌入式系统工程项目实际开发实践,才能很好地讲授该课程。
1.1 授课方式分析
嵌入式系统原理理论知识点多,覆盖学科面广,命令操作多,采用引导性笔记的授课方式强化学生的理论知识水平[3]。课堂上授课人数较多,授课教师营造学生积极参与的课堂气氛,激发学生的课堂参与积极性。同时,改变以往将所有授课讲义上课前给学生的做法,而是将引导性笔记提前给学生,引导性笔记包括本堂课内容的信息提纲、基本概念、定理、公式关键环节、图形图表、最终结论观点等,学生只需补充其中的细节内容。学生边记笔记边理解重点内容,注意力能够相对集中在老师的授课重点,避免没有经过理解分析的简单记录,从而提高课堂的学习效率,使学生达到高强度的理论强化学习目的。天津商业大学嵌入式系统教学团队紧紧围绕ARM 架构微处理器作为教学的理论和实验主要对象,编写了可作为引导性笔记的实验教材《嵌入式系统原理开发与设计——基于SamsungS3C2410微处理器的设计与应用》。教学团队采用课堂讲授与实验有机结合的教学模式,采用引导性笔记的授课方式,强化理论与应用实践相结合,引导学生独立思考,培养他们的学习兴趣和学习积极性、主动性[4]。
1.2 课程理论分析设置
嵌入式系统课程是一门系统性强、软硬件结合的综合性课程,一般分为硬件开发方向和软件开发方向,两方向均要求学生能够掌握嵌入式系统基本理论知识和简单的嵌入式操作系统,具有嵌入式系统软硬件开发、设计、调试和维护的基本能力。通信工程专业和自动化专业的学生授课重点偏向于嵌入式硬件开发方向,而计算机科学与技术专业和软件工程专业的学生则偏向于嵌入式软件开发。根据不同专业的专业特点以及学生的兴趣爱好和素质,可以建立一套适合嵌入式系统教学的课程体系,将嵌入式系统课程体系概括为3个阶段,第一阶段为偏软和偏硬方向的学生均要求学的专业基础课,主要有C语言程序设计、计算机组成原理、模拟电路和数字电路、汇编语言程序设计等基础课程;第二阶段为偏软和偏硬方向的学生均要求学习,主要开设课程有Linux操作系统、WinCE操作系统、数据结构、嵌入式系统原理及应用、操作系统原理、计算机网络等课程;第三阶段为偏软专业学生重点学习基于操作系统的开发课程,如QT图形界面设计、C++程序设计等开发应用性强的人机界面软件设计;偏硬专业学生重点学习嵌入式系统结构、传感器原理、PCB设计制作、Multisim和PADS等仿真设计类的课程[5-6]。
2 课程实验项目实践
嵌入式系统教学的实验项目分为基础类实验项目和提高类实验项目。基础类实验项目均要求学生掌握利用现有实验设备理解嵌入式系统设计的原理和过程、掌握建立嵌入式系统开发环境的开发方法和过程;提高类实验项目主要是让学生把所学本学科知识综合起来,培养学生嵌入式系统综合应用实际开发能力、软硬件协同设计思想及解决开发过程遇到问题的能力[7-9]。
基础类实验项目包括:①基于ARM的汇编语言程序设计;②基于ARM的C语言程序设计;③基于ARM的I/O接口实验;④基于ARM的中断实验;⑤基于ARM的UART实验;⑥基于ARM的A/D接口实验;⑦μCOSII的内核在ARM处理器上的移植;⑧Linux实验环境的搭建;⑨Boot loader引导程序实验;⑩Linux的移植、内核、文件系统的生成与下载; WinCE中的控件编程; WinCE下的多线程编程; WinCE下文件操作与通信编程。
提高类实验项目包括:①触摸屏实验;②音频录放实验;③USB设备收发数据实验;④基于μCOSII 的串口驱动编写实验;⑤基于μCOSII 的LCD 驱动编写实验;⑥基于Linux 的键盘驱动程序编写;⑦基于Linux 的LCD 驱动程序编写;⑧USB 播放mp3的实验;⑨WinCE 系统定制;⑩WinCE 下的流接口驱动开发; WinCE 内核调试。
其中提高类的实验项目均为小系统设计,综合性较强,有一定开发难度,授课教师在实验项目分析操作中单步引导学生自己通过操作来寻求答案,让学生由被动学习变为主动学习,通过给学生分析项目需求、设计方法,进一步引导学生进行实例项目的学习。部分项目需要仿真测试的利用虚拟仿真软件MATLAB、PROTEUS 和AD6.3等各种绘图仿真软件进行试验仿真测试。虚拟仿真实验可以提高学生实验项目的正确率,操作的便捷性,降低设备的损坏率,强化学生的理论知识。提高类的实验项目均是具体的实例展开教学,从而达到培养能力的目的,进而激发学生的学习兴趣。信息技术综合实验教学中心现有达盛ARM860 教学实验实训平台32 套(CPU 为SamsungS3C2410 处理器) 以及该平台配套的硬件设备和软件环境,结合2012版教学计划,将课程实验项目再设计为启发型-综合性-创新型实验项目。学生3~4人为一个团队,每人分工明确,完成项目的分析设计、编写、调试代码、功能演示,共同讨论共同完成实验项目。
3 科研项目培养结合企业订单培养
在理论知识强化学习和必修的实验项目后,很多学生认为学到的知识点相对零散,缺乏一条主线将各章的知识点结合起来,不能从全局角度整体看待问题,知识点得不到灵活运用。授课教师选取难度合适且有意义的综合系统实例项目作为学生的课外拓展性教学补充[10],这些软硬协同设计的综合系统实例项目尽量将各知识点贯通起来,增强学生对课程的整体把握。综合系统实例项目来自于教师的纵向和横向科研项目子课题、各类竞赛项目、创新研究课题和企业的实际需求。
科研项目子课题、各类竞赛项目开发设计过程中,3~5名学生组成项目应用开发兴趣小组,共同完成项目的需求分析设计、功能实现和测试工作,便于学生理解各功能的实现原理,每个小组汇报该组项目的设计目的、实现原理、实现功能、开发调试及功能测试的过程,最后采取学生答辩、老师验收的结题方式,达到锻炼学生的团队能力,协作能力及自学能力的目的,也可以使其他未做该项目的同学得到参考和借鉴。教师授课团队在开发设计过程中提供必要的课外指导,各实验教学中心和工程训练中心提供相应的设备及开发平台。目前,这种模式培养的学生已经获得全国大学生电子设计竞赛、天津市大学生电子设计竞赛、天津市大学生物联网设计竞赛、博创杯、合泰杯等多项大奖。
对于创新研究课题和企业的实际需求项目,对学生采用订单式培养,要求学生有针对性地完成嵌入式系统的实际硬件电路设计、程序的编写、调试环境搭建、各级功能的调试、系统的集成测试和文档的编写等环节,其中硬件电路设计和软件编程需重点学习,通过项目需求分析、方案比较、资料归纳整理、系统方案定型、电路板级调试、软件编程调试、系统功能测试、文档编写等全过程,完成一个标准的产品级的工程项目研发,锻炼学生的工程项目研发和实际动手能力。在开发的不同阶段,学校企业共同搭建平台,学校提供必要设备和实验室,企业提供部分研发平台及资金支持,企业一线产品研发专家不定期到校内和学生交流,学生近距离和企业嵌入式系统资深专家面对面探讨问题,提高学生的工程项目经验、创新能力和实践能力,提高学生的专业素养,让学生在实际项目研发环境中成长,也为日后的工作有针对性地积蓄经验和专业本领,提高学生就业率。这种教学模式实现了为企业量体裁衣式的培养,教师也达到对不同学生因材施教的目的。
4 结 语
嵌入式技术发展突飞猛进,市场实际需求变化无穷,系统的展开嵌入式系统教学内容改革与实践工作以适应市场需求,构建理论强化学习、实验项目分析操作训练、科研项目实训和校企联合订单式培养四位一体的实践教学模式,形成专业技术应用能力与综合实践技能相结合的实践教学体系。在教学内容上,要将理论与实践相结合,课堂教学和实验项目操作训练相结合,科研项目训练和企业需求相结合,提高学生分析问题和解决问题的能力,加强学生工程系统掌控能力和创新能力。
笔者所在教学团队积极主动拓宽教学方法视野,掌握先进科学的教学理念,优化和完善教学方法,经过多学期的实践教学证明这种教学模式具有较好的可行性,提升了学生工程实践能力,激发了学生的学习兴趣,教学实践效果也较符合实际应用。
基金项目:天津商业大学教改基金项目(2013XXJG-08)。
第一作者简介:徐文超,男,实验师,研究方向为模式识别和嵌入式技术, xuwenchao@tjcu.edu.cn。
参考文献:
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【关键词】
通信工程;应用型;研究
依据学校指导性意见、教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》(2012版)中关于“通信工程专业表述为基础,结合学校办学定位。从2015年5月份开始了通信工程专业人才培养方案进行了修订,成果显著。现总结如下:
1研究的主要内容
1.1科学定位,明确人才培养目标
在制定人才培养的过程中,我们遵照学院的“科学定位,明确人才培养目标”的原则,我们首先进行了通信工程专业人才培养的论证工作,我们调研了辽宁省内与通信相关的公司,了解到了通信产业的背景、企业的需求方向。其次,结合通信行业的岗位需求、社会需求、学院培养目标我们进行了专业生产岗位群类型分析,分别从无线通信、计算机网络通信、数据传输三个行业类别出发,进行了各自的岗位职责分析以及岗位能力需求分析,并建立了通信工程专业相关的工作岗位群分析表,最终总结出来通信工程专业的培养目标。
1.2结合实际、建立培养要求
首先,我们明确了通信工程专业的学生应获得能力要求。第一方面是学习研究的能力,包括自学能力,信息获取能力和学生交流能力。第二方面是技术应用的能力,包括基本实验能力,信息分析、处理能力,知识迁移能力,工程实践能力和设计开发能力,其中基本实验能力是通过电工实验、电子技术综合实验、自动控制系统综合实验等方面的训练学生应具备独立完成实验的能力。信息分析、处理能力是发现问题,分析问题,解决问题的能力;获取信息并对它进行加工处理,使之成为有用信息并出去的过程的能力。知识迁移能力是将所学知识应用到新的情境,解决新问题时所体现出的一种素质和能力,包含对新情境的感知和处理能力、旧知识与新情境的链接能力、对新问题的认知和解决能力等层次。工程实践能力是通过校内教师与企业工程师联合指导,使学生在工程现场直接参加工程项目实践,实现了理论与实践的结合,不仅拓宽了学生的就业门路,还为企业解决了工程技术问题,设计开发能力实现校企双赢。为生产新的产品、装置,建立新的工艺和系统而进行实质性的改进工作的能力。最后一方面是创新创业能力,包括团队协作、组织管理、人际交往能力和研发创新能力。其次,我们围绕着通信工程专业人才培养的目标明确了通信工程专业的学生应获得的具体知识结构,第一方面扎实的公共基础知识、包括数学知识,思想政治,外语,体育等基础知识;第二方面是专业基础知识,地基的牢固性决定了上层建筑的稳定性,因此根据通信工程专业制定了通信工程专业的基础知识应该包含电路基础知识,信号与信息处理,通信基础知识;第三方面是专业知识,包括计算机网络通信知识,有线通信,嵌入式等知识;最后一个方面是综合素质知识包括计算机,外语,团队协作组织协调等知识。再次,我们围绕着通信工程专业所需要的工作岗位素质建立了工作岗位素质支撑体系,该体系从职业道德素养,爱国敬业精神和社会责任,健康的身心素质,人文科学素养,人文科学素养,工程素质,技能素质,管理素质这几方面出发,通过思想道德修养与法律基础的学习加强学生的职业道德素养,通过中国近现代史纲要的学习加强学生爱国敬业精神和社会责任感。在健康身心素质方面,制定健康教育方面的活动。通过基本原理和思想道德修养与法律基础的学习培养学生的人文科学素养。通过单片机原理及应用、通信原理课程设计等方面的学习对学生工程素质进行支撑。通过电路分析基础,模拟电子技术,信号与系统等专业课的学习对学生技能素质方面进行支撑。我们通过军训,毕业实习等活动对管理素质方面进行支撑,最终我们确立了毕业生应获得的具体知识、能力和素质。
1.3遵循培养应用人才,制定教学体系
根据这些能力我们要制定出相应的人才培养教育教学体系。教学计划包括学分汇总表,学期教学计划,教学进程表,理论课程汇总表和工程实践环节。我们立足通信工程专业的特点建立了专业核心课程,如信号与系统、数字信号处理、通信原理、高频电子线路、单片机原理及应用、计算机网络及通信技术、光纤通信等。通过专业核心课的学习,培养专业基础扎实的本科人才。同时我们根据就业需求将通信工程专业分为三个专业方向,分别为无线通信方向,计算机通信方向,数据传输方向,并根据不同的专业方向设立了特色专业方向课。无线通信方向我们设立了移动通信系统、卫星通信、专用无线通信系统、微波技术与天线、无线传感器网络与应用等课程。计算机通信方向,我们设立了数字图像处理、多媒体通信、语音信号处理、嵌入式系统及应用、数据库原理等课程。数据传输方向我们设立了IP电话原理、电视与视频技术、数据通信、信息理论与编码等课程。
1.4结合学校办学定位,加强工程实践环节
1)前三年的实践能力培养方案包括实验教学体系改革设计;建设通信工程专业平台;与企业加强合作;鼓励学生参加各种科技竞赛、不断提高教师的指导能力与水平,提高教师工程教育能力,改善教学方法;课程设计的实现原则;课程设计的特色创新。
2)第七学期集中实践组织方案,第七学期为集中实践阶段。要充分利用校企合作与校企联合办学的资源优势,广泛建立校外实习基地,有组织的安排学生到这些实习基地进行实习。
3)第八学期为毕业设计(论文)时间,共12周,计12学分。在毕业设计组织方案中包括毕业设计的质量要求、毕业设计的组织管理、毕业设计(论文)选题、毕业设计(论文)指导、毕业设计的答辩等环节。
2人才培养方案修订过程中遇到的问题
1)在市场调研阶段,认真开展工作,但在调研报告提交时,由于本人理解有误,未能将前期的调研结果按学院的要求格式完整的展示出来,造成通信工程专业的调研报告严重缺乏规范性、内容过于简单。
2)在提纲撰写阶段,由于有些老师有课,存在系领导开会不能保证全部在场,导致在信息的传达以及提纲最新版本发送过程中,存在不是最新版本的情况。针对此问题,采取解决的办法是,无论哪名老师修订为最新版本后,都先传给专业负责人,然后再由专业负责人传给系领导。
3)存在通信工程专业相关课程的教学目标以及内容把握不是很好。
4)在培养方案汇报阶段,存在的问题是将通信原理课程放到了专业课中。在汇报当天,学院领导指出:应夯实基础,不要拘泥于学分的限制。针对这种情况,系领导带领通信工程专业培养方案组员,积极研讨,最后将通信原理课程调整到专业基础课中。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)20-0155-02
一、引言
随着计算机技术的飞速发展与普及,特别是嵌入式系统在各行各业的普遍应用,使得软件技术基础知识的应用领域更加广阔,软件技术基础的教学几乎存在于所有的普通高校的非计算机电气信息类专业中。本课程是以应用为目的,选择性地介绍数据结构、操作系统、软件工程等部分内容,通过这些内容的学习,学生能对计算机软件系统有一个整体的认识和了解。《软件技术基础》课程的特点是知识点多、操作性强,且许多知识点之间存在某种内在的联系,而学时却非常有限。这就需要我们更加有效、合理地组织教学内容,改革教学方法,使软件技术基础这门课程与电子信息工程和通信工程专业应用紧密的结合起来,以利于培养应用型人才。
二、软件技术基础课程教学现状分析
1.教学内容没有专业特色。软件技术基础课程涉及到的内容很多,包括数据结构、操作系统、软件工程3个部分。这3个部分对于计算机专业而言都是单独的一门课程,但是现在要把各部分的内容综合到一门课程中去,给教学带来了一定的难度。该课程是以“C语言程序设计”的学习作为基础,软件技术基础的程序通常是C语言描述的,《C语言程序设计》是软件技术基础的前导课程,学生对它的掌握程度直接关系着软件技术基础的教学效果。《C语言程序设计》是大一学生的一门基础课程,由于学生刚开始接触语言类的课程,学习思维并没有发生转变,故学习效果并不是很好。再有,C语言的学习是在VC的环境下以纯软件的角度学习的,而电子类专业所使用的C语言以嵌入式为主,更注重结合硬件环境。目前软件技术基础方面的教材基本上都是通用型,没有专业区分,只是相对于计算机专业的数据结构、操作系统、软件工程3个部分内容的深度和广度的简化。
2.教学方式的陈旧致使师生之间缺乏交流和沟通。教师按照课本沿用一贯的思维方法传授知识,学生被当成听众,不经意间学生就受到教师思维模式的影响,这种教学思维严重落后技术发展的现象也是影响学生学习兴趣的重要原因。由于学生的认知水平有差异,这种单一的教学模式不利于学生个性化的发展,阻碍了学生创新力和分析问题能力的提高。
3.学生实践能力的培养不够。软件技术基础课程为48学时,其中,理论课38学时,实验课10学时,也就是说学生大部分都在上理论课,上机机会偏少。而软件技术基础这门课强调培养学生对问题的分析处理能力,而这一能力的培养需要在实践中不断的提升。
三、教学内容及模式的研究与探索
1.将嵌入式操作系统内容引入到教学中。为了培养面向市场、面向应用的人才,必须开设紧跟时代潮流的、面向实用的教学内容。将嵌入式操作系统内容引入到软件技术基础教学中,通过分析嵌入式实时操作系统,一方面使学生对操作系统的原理及结构有更深入的理解;另一方面,在嵌入式实时操作系统中大量应用了数据结构中所学习的知识,因此也是对数据结构应用实例的分析研究。例如,嵌入式实时操作系统ucosii是源代码开放的,其核心部分代码量并不是很大,通过对ucosii源代码的讲解,鼓励学生自己读源代码,理解操作系统管理的精髓,消除对操作系统的神秘感。在ucosii中对任务就绪表的管理,充分利用了各种编程手段,提高系统的响应速度,而这些都是在软件工程中所倡导的。在ucosii中对内存的管理运用了大量的链接表,这也是数据结构中的重点和难点,学生在学习数据结构时大多是在这部分开始遇到困难的。因此,通过嵌入式实时操作系统的学习,将软件工程、数据结构、操作系统各部分内容有机的结合在实例中。
2.采用案例教学的模式,压缩课上讲授内容,变教师讲解为主为学生自主学习,注重学生实践能力的培养。案例教学法能够密切联系社会实践,有利于学以致用,有利于理论与实际相结合,且适用性、可操作性非常突出,培养出来的学生是实用性人才。教学中强调功夫在课下,无论教师和学生都需要在课下做大量的准备工作,同时要培养学生良好的科研意识,有利于校企衔接。
在教学模块的划分上,深入分析课程知识点之间的联系,结合学生的知识水平、认知能力,合理规划案例模块,精心设计各类教学模块中应用案例之间的联系,使各个案例合起来构成一个完整的大任务。例如在设计内存管理算法案例时,首先在数据结构的线性表章节设计小案例:能实现单链表各种基本功能的函数库;再在操作系统的内存分区章节利用前面的案例进一步实现内存分块管理的空闲块的管理;再在内存管理方法章节,设计实现内存管理;最后再将前面这些运用到教师的科研课题的子模块里。这种由易到难、由小到大逐步加强深度的方式,有利于学生对专业兴趣、科研兴趣的培养。部分学生在案例逐步加深的过程中,发挥创新精神,主动提出自己的案例设想、解决方案等,极大地提高了学生的科研素养。具体教学过程如表1。
3.将软件技术基础这门非计算机专业的通用课改造成针对电子信息工程和通信工程专业的专业性较强的课程。在应用案例的设计上,充分考虑本课程在专业领域的应用,同时也要考虑学生的知识水平,由于本课程多开设在大二年级,学生还有许多专业课没学,所以在设计应用案例时,可适当提供一些现成的硬件系统和底层驱动程序,学生在一定的软硬件基础上进一步完成整个项目,使学生充分体会到所学即所用,激发学生的学习热情,开阔学生的视野,提高学生的专业素养。
4.考核模式不再采取闭卷笔试的形式,而是采取阶段性的总结,强调学生“学习过程”的评价,注重对运用所学知识解决实际问题的能力的评价。考核形式、标准制定是否合理也是教学是否成功的关键一步,需考虑以下几个方面:(1)认识思维方面,评价学生在教学活动过程中,其思维的品质、方法和能力是否达到期望的高度。(2)技能方面。考核学生能否理解案例的丰富内涵,在表达意见、分析信息及问题解决等方面的能力是否得到发展,是否具有运用理论解决实际问题的能力,对事物的分析是否具有独到的见解。(3)学生自我考核。建立个人学习历程档案来评价学生的学习成效,因为自我评价可以建立学生的自信心,有效消除他们的从众心理和过度依赖他人的思想。
四、结语
本文所述教学方法在电子信息工程学院电子信息工程及通信工程专业学生的教学实践中,促进了学生实践能力的提高和创新意识的形成,激发了教师科研立项与更新知识的积极性,全面提高了教学效果和教学质量。
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电子信号处理是电子技术的一个重要内容,主要的处理方式有:信号的转换、滤波、转换。信号放大是指强化接收到的电子信号的等级和强度,从而方便信号的再次接收或传输;信号转换是指转换信号表达形式,以满足接收方设备的型号要求。以应用方向为依据,电子技术主要分为电力电子技术、信息电子技术两大类。以应用方式为依据,又可将信息电子技术细分为数字(Digital)电子技术和模拟(Analog)电子技术两种。(1)电力电子技术。随着电力电子技术的发展,实现了传统电力电子技术向现代电力电子技术的完美转变。传统电力电子技术主要为低频技术,低频技术是指其信号传输、波段强度均较低;现代电力电子技术主要为高频技术,高频技术的信号传输频率、强度都相对较高,也更能满足现代信息传输的高要求。就电力电子技术的应用规模、应用范围而言,它已覆盖了传统工业和高新技术产业。高新技术行业中的电力电子技术应用,在与其他科学技术下的协同作用下,为现代化建设做出了巨大的贡献。(2)信息电子技术。信息电子技术在汽车工业中的应用,产生了“电子汽车”概念,并使之变为现实。智能化传感器,主要提供用于处理、模拟的信号,并能对信号进行放大;软件技术,是指在各种新型技术的不断应用下,原有软件需要进一步加以完善,或需要接入互联网;嵌入式微处理机目前已广泛应用于汽车的故障诊断、速度控制、传动系、发动机、环保、安全等方面。目前,通过应用微处理机来对汽车性能加以改善,将是汽车电子设备的一大发展趋势。
二、通信工程发展现状
在信息科技中,通信工程是一个极具活力而发展迅速的领域,特别是互联网络通信、光纤通信、数字移动通信的发展,让人们在信息的传递、获取方面的便捷程度大为提高。随着人们对于信息传递、交流需求的不断提高,各种信息沟通极大地改变了人们的工作和生活,其中以现代网络技术尤为典型,目前,在人们生活的各个方面都能看到网络技术的影子,网络技术的应用极大地满足了人们的信息交流、信息的需求,鉴于此,通信工程的发展前景将蔚为可观。对于信息产业来说,其覆盖面非常广泛,既包括了媒介信息获取与处理所需的器件设备,还包括计算机、卫星、光纤、自动控制、激光等,信息产业以其范围广、产值高、技术新等特点,已逐步成为了我国国民经济建设的重要组成产业。通信工程的硬件基础是现代声、电、光技术,并在相关软件的配合下,实现信息交流。20世纪末以来,互联网、多媒体得到了极大的推广应用,对于通信工程的发展也起到了很好的推动作用,在21世纪初,光通信、宽带技术就逐渐开始发展。
三、电子技术与通信工程的结合
在工程技术方面,电子技术、通信工程二者的结合主要表现在:个人和移动通信、宽带通信、宽带通信网、光通信、卫星通信、多媒体通信、人机交互、语音处理、图像通信与处理、信号处理及应用、EDA技术、集成电路制造、微波技术、微波工程、微波元器件、微波辐射和散射、微波传输、微波电路、光电子学工程、光纤通信工程、真空电子工程、纳米材料、纳米技术、微电子系统制备,等等。电子技术、通信工程在各行业中的广泛应用,也受到了国家教育部门的重视,通过各大高校的专业学习,培养了一批批具有扎实理论基础、创新精神,能从事通信技术、通信系统、电子信息技术等领域的设计、研究、开发、运营工作的高级技术人才。纵观社会经济和科学技术的发展,电子技术、通信工程的发展前景必将十分广阔。
参考文献
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中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)29-0033-02
移动互联网,是移动通信与互联网的结合。主要是指智能手机和平板电脑等移动终端利用移动通信网或者各种无线网作为接入网络访问互联网。移动互联网和传统互联网的主要区别在于:终端和接入网络以及由于终端和接入网络的特性所带来的独特应用。[1]在短短几年时间里,移动互联网已渗透到社会生活的方方面面,产生了巨大影响,改变了人们的工作、学习和生活方式。
移动互联网目前已经成为技术发展最快、市场潜力最大、应用前景最为广阔的新兴产业。以移动智能终端、云计算、物联网等为代表的移动互联网新技术新应用迅速兴起,在促进经济结构调整和转变经济发展方式方面发挥着日益重要的作用。目前国内高校尤其是应用型本科院校,开设移动互联网领域课程的学校非常少,人才培养模式还在探索当中。传统通信工程专业的培养目标已无法适应和满足社会发展的需求,应用型本科院校如能适应市场变化,及时调整培养思路和培养方案,就能赢得更多的发展机会和生存空间,培养的学生也更加适应社会的需求。
一、移动互联网现状及发展趋势
CNNIC的第33次中国互联网络发展状况统计报告显示,截至2013年12月,我国网民规模达6.18亿,全年共计新增网民5358万人。互联网普及率为45.8%,较2012年底提升了3.7个百分点,普及率增长幅度与2012年情况基本一致,整体网民规模增速持续放缓。与此同时,手机网民继续保持良好的增长态势,规模达到5亿,年增长率为19.1%,手机继续保持第一大上网终端的地位。而新网民较高的手机上网比例也说明了手机在网民增长中的促进作用。2013年中国新增网民中使用手机上网的比例高达73.3%,远高于其他设备上网的网民比例,手机依然是中国网民增长的主要驱动力。[2]
2013年是移动互联网市场加速“重塑、培育、共建”的一年,快的打车等打车软件的出现让出租车市场与移动互联网的结合成为人们关注的话题。艾瑞咨询数据显示,2013年国内PC端网站的日均覆盖人数基本保持在2.3亿人次上下并趋于停滞,而移动端APP的日均覆盖人数则呈现持续上涨接近2亿,移动互联网的日均覆盖超过互联网成为必然。[3]4G的商用,虚拟运营商的进入,无不显示着移动互联网市场正在经历着深刻的行业变革。移动硬件普及、网络基础设施提升带来的市场容量扩张将为移动互联网市场的持续增长提供内源动力,而行业参与者的增加也将为市场竞争注入鲜活的力量,移动互联网市场正进入高速发展时期,正在深刻影响人们的日常生活。
二、移动互联网人才需求与培养情况
1.人才需求情况
移动互联网人才需求主要分为两类:一类偏向硬件,一类偏向软件开发。从目前的招聘需求来看,后者的需求更大。移动互联网软件开发包括手机终端游戏应用软件开发、移动增值业务开发和其他嵌入式系统应用软件开发等。移动互联网人才通常要具备以下几个特点:第一,有创新精神。创新能力是移动互联网行业人才的最大特征和基本要求。第二,复合型人才。移动互联网本身结合了移动通信和传统互联网两个不同行业,并且在很多传统行业上进行多样化的应用,因此移动互联网人才复合能力要求比较高。第三,学习适应能力强。移动互联网行业变化日新月异,一个新的应用可能很快得到普及,也可能很快走向没落,所以必须具备快速学习能力和行业适应能力。
2.人才培养情况
目前移动互联网人才无论在数量上还是质量上都处于供需失衡状态,缺口比较大。高校的培养机制、专业设置和市场的需求之间有一定的脱节。教育部《普通高等学校本科专业目录(2012年)》中并没有“移动互联网”专业,目前国内一些学校都是依托相关专业开设移动互联网方向。就通信工程专业而言,国内高校都偏向通信技术、通信系统和通信网络方向。
为了能够培养出高素质的移动互联网应用技术人才,紧跟社会需求,在课程设置和人才培养模式上必须进行改革和尝试。
三、应用型通信工程专业人才培养模式改革
相对于传统的通信行业,移动互联网具有自己特有的行业特征,所需求的人才必须是复合型的人才。不仅需要具备移动通信技术,还应该掌握软件开发能力,同时还必须具有较强的适应能力和创新精神。
1.修订人才培养方案
人才培养方案体现了教学的目标以及达到这个目标必须完成的教学内容,对最终能培养出什么样的人才起至关重要的作用。黑龙江科技大学(以下简称我校)根据社会和市场对人才的要求定期对通信工程专业的培养方案进行修订。首先由通信工程专业骨干教师讨论培养方案,根据行业的变化确定交流考察的重点。接着由学院组织相关教师,采取向社会问卷调查,走访相关企事业单位,以及与历届毕业生座谈等多种形式,弄清社会人才需求状况及应掌握的知识与技能,根据通信行业未来发展趋势,确定人才培养方案的目标和内容。同时,还需协调学校相关授课部门,讨论培养方案的可行性,最终确定通信工程专业新的人才培养方案。
(1)实行分专业方向培养。在培养方案中,对专业课按不同的方向实行分专业培养并设了专业方向类课程,重点突出课程的应用性和技术性。模块课程主要以专业课程为主,在进行知识传授的同时注重对学生综合能力的培养。为适应移动互联网的发展和社会需求,在专业方向上将通信工程的专业课程分为通信网络和通信软件两个方向。
(2)理论课程体系建设。理论课程体系由三个不同层次的平台构成,如图1所示。第一层次是公共基础教育平台,该平台主要由国防与安全教育模块、思想政治教育模块、体育与健康教育模块和通用基础教育模块组成。第二层次是专业基础教育平台,是在公共基础教育平台课程的基础上,为专业教育平台课程提供学习基础的课程。第三层次是专业教育平台,分为两个方向,即:通信网络方向和通信软件方向。
(3)实践教学体系建设。实践教学是培养学生的实际动手能力,提高学生综合素质的重要环节。通过实践提升学生的专业兴趣,提高学生综合运用知识的能力,培养学生的创新精神。有特色的实践教学体系是目前教育发展的趋势,鉴于移动互联网迅猛发展的态势,针对我校实际情况和应用型人才培养的特点,通信工程专业实践教学环节开设了认识实习、课程设计、工程实践等集中实践教学环节,共计40周,实践教学环节占总学时的比例近44%。为进一步提高实践教学效果,在所开设的所有专业基础课、专业方向课中增加设计型、综合型实验内容,以提高学生的创新实验能力。
2.加强师资队伍建设
(1)师资队伍建设现状。我校通信工程专业创办于2002年,近几年来,通信工程专业在师资队伍建设上主要采取了引进、培养、访问交流等几个环节,并且注重对教师实践能力的培养。目前有教师18人,具有博士学位1人,具有硕士学位17人,具有硕士、博士学位教师所占比例为100%。
(2)师资队伍建设目标。我校属于地方性本科院校,培养目标是应用型人才。这就要求通信工程专业的教师不但理论知识丰富,更需要具有工程实践经验,尤其是擅于将计算机与通信技术结合来解决工程实践的教师,所以师资队伍的培养应以“双师型”教师为目标。具体采取用了以下几个措施:第一,建立青年教师导师制度。由有经验的教授和专家做导师,从青年教师的教学、工程实践及学科方向、科研等各个方面进行指导和培养,针对青年教师教学过程中存在的实际问题,提出具体的建议和意见。青年教师不仅能从导师那里学到教学经验,而且导师的思维方式、人格魅力都会对青年教师产生潜移默化的影响。第二,完善教师培养机制。定期举办青年教师教学技能比赛,以赛促学、以赛促教;举办课件制作大赛,提高教师多媒体与网络技术应用能力;选派青年教师到省内外高校盯课、学术交流;有计划地选派教师深入企事业单位或生产一线进行实践锻炼,全面提升自身的综合素质。目前已有5名教师到深圳NC中兴通讯学院进行课程培训,实现了教学内容与通信技术发展的同步更新,保证了双师型师资队伍的长效性培养。
3.深入开展校企合作
应用型人才的培养不仅需要具备扎实的理论知识,更应具备相应的专业技能。国内外的研究和实践表明,校企合作是培养应用型人才的一种有效方式。[4]我校在2007年投资200多万元与中兴通信和H3C公司联合建设了通信工程实践基地。[5]整个通信工程实践基地包括程控交换平台、智能网平台、光网络传输平台、宽带接入平台、数据通信平台五大系统,并提供包括中兴通信的NC程控交换、网络通信工程师认证,以及H3C的数据通信工程师认证。通过几年的教学实践证明:校企合作建设的通信工程实践基地有助于学生及早接触业界,了解专业学习方向,学生所学习的知识在实践过程中交织使用,学生的能力逐步提高,并具备了针对此类系统设备的上岗工作能力,实现学生从学校到企业的无缝链接。今年我校与飞思卡尔半导体公司签订了大学计划项目,共同建立了“嵌入式系统设计及应用”创新实验室,还将建设“Android平台仿真开发实验室”,可以给通信软件方向的学生提供更多的实践环境。
四、总结
应用型通信工程专业人才的培养,应注重学生创新精神和实践能力的培养,移动互联网行业的飞速发展,对高校人才的培养提出了新的要求。我校通信工程专业人才培养模式还处于一个探索的阶段,本文从国内移动互联网行业的发展、移动互联网人才需求、应用型人才培养模式改革等几个方面进行了阐述,以期为通信工程专业人才培养起到一定的参考作用。
参考文献:
[1]肖志辉.移动互联网研究综述[J].电信科学,2009,(10):30-36.
[2]CNNIC.第33次中国互联网络发展状况统计报告[R].北京:
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