利用备赛扩大“嵌入式系统竞赛”受益面的探索与实践

时间:2022-01-25 06:14:58

利用备赛扩大“嵌入式系统竞赛”受益面的探索与实践

两年一次的“英特尔杯全国大学生电子设计竞赛―嵌入式系统专题邀请赛”(以下简称嵌入式系统竞赛)是教育部大力支持与倡导的重大学科竞赛[1],该项竞赛要求更严、知识面更广、创新更强、竞争更激烈,除对邀请参赛的高校及参赛学生人数有一定限制外,还采用了更为灵活的“开放式”组织方式[2],即要求各参赛代表队在3~4个月的时间内,基于一个包含最新嵌入式技术的特定嵌入式平台,自主命题,自主设计,并独立完成一个有一定功能的应用系统(竞赛作品)。

为了强化创新人才培养方法,在该项重大赛事中取得优异成绩,各高校都积极开展了赛前备赛工作,在以比赛促进创新人才培养方面积累了丰富经验。武汉大学以竞赛为契机,为让更多的学生从竞赛中受益,逐步摸索出了一些通过积极备赛促进创新人才培养的教学思路。

1备赛的意义

竞赛的目的在于引导高校在嵌入式教学中注重培养大学生的自主学习和创新能力、团队协作精神和理论联系实际的学风[3-4];加强动手能力和工程实践能力的训练;提高学生针对实际问题设计和研发嵌入式系统的能力[5]。

实践证明,作为一种重要的教学途径和手段,嵌入式竞赛对创新人才的培养起到了极大的促进作用[6]。但由于竞赛条件(参赛队数和人数)所限,如果是为竞赛而竞赛,最终只能有极少数学生真正参与到竞赛中并获益,而很大一部分学生,包括在选拔过程中因为种种原因被淘汰下来的,纵然有很大的激情和能力,却享受不到竞赛带给他们的机会和挑战,这种强烈反差与竞赛创办的主旨及创新人才的培养目标是明显不相适应的。有些高校在备赛过程中忽略了这种矛盾,盲目强调竞赛结果的重要性,使竞赛成了少数学生的“游戏”。

积极备赛,并不仅仅是在竞赛前积极地组织、选拔和培训优秀学生,取得优异成绩,更重要的是利用嵌入式竞赛的契机,主观能动地将比赛的形式和方法贯穿于备赛和竞赛过程中,让更多的学生真正参与到竞赛中来,在整个过程中得到锻炼和提高,因为共同进步要比一两个单纯的奖项有意义得多。

2将备赛作为扩大竞赛受益面的重要手段

武汉大学嵌入式系统竞赛备赛工作依托武汉大学国家工科基础课程电工电子教学基地和国家电工电子类实验教学示范中心的大共享开放式实验教学平台,以武汉大学―英特尔嵌入式与多核技术联合实验室、创新实验室、电子综合实验室和EDA与DSP技术实验室为主体展开,面向全校电子信息大类的十余个专业(电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程和测控技术与仪器等)及计算机学院和国际软件学院等相关专业的学生,为扩大竞赛的受益面,我们从以下几方面作了积极的探索和实践。

2.1从分步淘汰制转变为分组制

早期的备赛组织就是选拔和淘汰学生的过程,即先海选出一批学生进入实验室,进行第一阶段的培训,中期再进行一次优选,最后在竞赛前夕优中选优,决定正式参赛学生,淘汰下来的学生只能离开。2006年开始,我们将这种分步淘汰制转变为备赛分组制,即根据层次差异,将学生分为研究组和学习组。

备赛时间从比赛前1年的9月份开始到正式开赛前(以2008年竞赛为例,备赛时间为2007年9月~2008年3月),历时约6个月,分为两个阶段,即前3个月的第一阶段和后3个月的第二阶段。

在第一阶段,对报名参加的学生均予以接收,并以3人/队为单位进行统一管理,教学工作主要是分批次在嵌入式与多核技术实验室进行。第一阶段结束后进行一次综合考评,然后将学生分组,研究组的学生被分配到创新实验室或电子综合实验室进行提高和强化,学习组的学生则可以选择继续现有的学习或跟随研究组的学生一起进阶。

在第二阶段,研究组的学生在教师的指导下发挥特长,针对具体的关键技术和应用(如ARM与FPGA混合系统设计、GPS应用等)展开学习和研究。第二阶段结束后,学生提交作品或研究成果等,最终的参赛选手从研究组的学生中产生,学习组的学生若表现突出亦可加入到研究组中。

2.2强化校企合作,为备赛创造优越条件

相对正常的教学过程,备赛的实践性很强,与企业间的合作更为重要。通过强化与企业间的联合,建立高校与企业更深层次的互助合作关系,不仅能节约资金,为扩大竞赛受益面创造条件,更能将企业的创新意识、理念和最新科技成果带进校园。

2005年,为促进嵌入式教学发展,武汉大学正式加入英特尔大学合作计划,2007年和2009年,在与英特尔公司建立长期稳定的互助与合作发展关系的基础上,我校分别建立了武汉大学―英特尔多核技术联合实验室和武汉大学―英特尔嵌入式技术联合实验室,并获赠包括英特尔Xscale架构教学平台、英特尔®凌动教学平台和多核软件开发包在内的,具有很强实践价值的嵌入式和多核系统开发设备与软件,这些硬件环境为利用备赛扩大竞赛受益面工作的有效实施创造了优越条件。

除了硬件配套设施的建立,我校还定期邀请企业专家来实验室讲学,或组织学生进行技术培训,或参与学生设计方案的讨论等。图1展示了英特尔公司知名专家来我校讲座的情况。

2.3以课程为背景,促进教学与备赛的有效结合

武汉大学电子信息学院嵌入式系统与设计和多核架构及编程技术两门本科生课程对备赛工作起着支柱性作用,多核架构及编程技术课程还荣获2007年度“教育部―英特尔精品课程”称号。作为英特尔多核课程大学计划三所种子学校之一,武汉大学在协助华中、华西、华西北等三十几所高校开设多核课程的过程中,与兄弟院校之间进行交流与合作,积累了一定经验。不同于嵌入式课程的正常教学,嵌入式竞赛具有针对性强的特点,在备赛教学过程中,课程组的老师从实践应用的角度出发,结合最新的嵌入式技术,对两门课程的教学与实验内容进行了反复提炼,精炼成“嵌入式系统综合设计”和“多核编程与系统优化”两个课程专题,组织学生强化训练,学生在紧张和连续的短期教学过程中收益很大。

除了两门课程专题外,我们还聘请校内外的技术专家有针对性地讲解电子系统综合设计、图形图像处理与编程技术、音视频处理技术、Linux操作系统与程序设计等,学生可以选听,还可以进行实践,灵活丰富的教学活动受到学生的热烈欢迎。

这些以备赛为基础的教学活动的深入开展,极大激发了学生的创作热情,很多有创意的想法和设计作品反过来又作为各课程的参考设计和实例引入到教学中,丰富了相关课程的建设与发展。

2.4将备赛与竞赛有机融合

备赛第二阶段的结束,正式参赛选手的确定,并不意味着竞赛所带来的机会与挑战对那些未能选上的学生就到此停止了。我们把这部分学生组织起来,除了参赛资格外,让他们享受跟参赛选手同等的待遇,包括接受竞赛指导、专题讲座和讨论、课程免修和研究经费支持等,淡化竞赛概念,支持和鼓励“非参赛”学生进行参赛作品的设计与研究。对于他们提出的创新想法和设计,或酌情加入到竞赛作品并给予丰厚的奖励,或推荐申报部级或校级大学生创新科研项目,或作为嵌入式系统设计优秀作品给予大力支持。

2.5评价与考核重在引导和激发创新潜能

备赛中的评价与考核只部分作为选拔的依据,最终目的还是监督学生做好阶段性知识点和成果总结,鼓励他们进行创新和实践。评价和考核机制参考了竞赛规章,按照实际情况进行了调整,根据学生(或团队)完成的设计作品情况、作品展示、设计总结报告、答辩表现等因素进行综合评价,详细评分标准包括:

(1) 设计作品的原创性(构思、功能、电路、指标等方面的创造性等)(15%)。

(2) 设计作品的功能、指标设定的合理性和完备性(20%)。

(3) 设计作品完成程度(包括主要功能和技术指标等)(30%)。

(4) 答辩过程中回答问题的正确性、准确性和发挥(15%)。

(5) 设计报告(20%)。

评价将设计难度和工作量乘以一定的难度系数,难度系数在1~1.8之间;以自愿为原则,鼓励学生对自己的设计进行5~10分钟的讲解,对表现优秀者给予10分以内的嘉奖;从分值分布的情况可以看出,我们更强调体现学生创新潜能的因素,如设计创新性、构思独特性和合理性等(占35%)。优秀的设计作品或研究内容将被选择参赛或推荐,教师还就有关内容指导学生申请部级或校级大学生科研创新项目,对于半成品或未成品,教师会提出修改意见,并提供技术指导。

3实践成果

近几年来,利用嵌入式竞赛的机遇和挑战,通过组织备赛工作,我校电气信息、电子信息类专业学生在嵌入式系统工程实践能力、知识综合应用能力和综合素质方面有了极大提高。报名参加嵌入式竞赛的人数逐年增加,2010年已达到近200人。嵌入式多核技术实验室创新教育如火如荼,我校成为武汉大学电子信息学院“三创”教育先进模范之一。以下是我校取得的一些成绩:

(1) 以嵌入式系统与综合设计作为重要组成部分之一的电子综合设计实验教学团队在2009年获得武汉大学首届唯一团体杰出教学贡献校长奖;

(2) 我校学生在近几年的各项比赛中取得了优异成绩,在2006年嵌入式竞赛中获得全国三等奖3项;2008年嵌入式竞赛中获得全国一、二、三等奖各1项。

(3) 我校教师积极探索“备赛中扩大嵌入式竞赛受益面”的教学方法,促进了实践教学活动的深入开展,仅2006~2009年,竞赛指导小组教师指导本科生全国大学生创新设计项目5项,校级科研项目30余项,部分项目已以优异的成绩通过科技验收。

4结语

以嵌入式竞赛为契机,依靠积极备赛所形成的优势资源、创新环境及学生互助机制等,能让更多的学生直接从中受益,促进创新人才培养,我们将坚持不懈地探索下去。

参考文献:

[1] 崔金钟,卢显良. 通过国家竞赛促进“嵌入式系统”课程实验教学的改革[J]. 计算机教育,2007(5):39-41.

[2] 以赛促教,以赛促学:“英特尔杯大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛”系列报道之二[J]. 计算机教育, 2008(13):118-119.

[3] 周家伦. 创新型人才培养与大学生综合素质教育[J]. 中国高等教育,2006(5):38-39.

[4] 侯晓峰. 嵌入式系统邀请赛:不仅仅对学生有益[J]. 计算机教育,2006(5):9-10.

[5] 王勇,叶敦范. 依托大学生电子设计竞赛培养学生创新能力[J]. 中国地质教育,2009(1):145-148.

[6] 蒋磊. 教师在嵌入式系统邀请赛中的作用和角色[J]. 计算机教育,2006(5):7-8.

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