嵌入式创新实验室发展的探讨

摘要:嵌入式系统技术的迅猛发展,使得整个行业对嵌入式技术人才的需求量激增,而现阶段因师资、体制和经验的不足,以课堂为中心的培养模式,不能满足市场的需求。本文针对这一状况,介绍了我院结合创新教育理念,提出创建嵌入式创新实验室,采用梯队化和矩阵式学习管理方法来培养具备嵌入式技术专业能力学生的措施。

关键词:嵌入式创新实验室;梯队化管理;矩阵式学习管理

中图分类号:G642 文献标识码:B

1创新实验室创建原因

1.1市场的需求

嵌入式系统是当今IT应用领域最具发展前景的技术之一,它涵盖了微电子技术、电子信息技术、计算机软硬件等多项技术领域的应用。近年来我国嵌入式系统市场快速增长,电信、医疗、汽车、安防、工业控制和消费类等行业对嵌入式系统设计人才需求量日益旺盛。因此国内各大高校在嵌入式方面的教学已经全面展开,以适应发展的需要。然而,现阶段因为师资、体制、经验的不足,以课堂为中心的培养方式,还远远不能满足市场的需求。

1.2传统教学的弊端

传统的教学,以授课为中心,以实验为培训手段,提供给学生的是一概而全的统一化教育,再加上长期重理论、轻实践、重分数、轻能力的教学模式,使学生缺乏创造性,缺乏发现问题、分析解决问题的能力。嵌入式系统注重培养“应用型”人才,重视实践教学环节,而在具体实践教学过程中又存在下面这些问题:

(1) 相应的实验课程按照教学大纲来设置,考虑到实验的难易程度和时间长短,往往多是验证性的实验和装配性实验,学生只需要按照实验手册的流程一步步来实现,填写好规定格式的实验报告。这样学生始终处于被动接受的状态下。

(2) 因学生人数众多,实验设备数量有限,往往是三两个同学一组来做实验,学生缺乏充分动手操作的机会,多次观摩之后就养成依赖心理,渐渐散失了对实验课程的兴趣,无法培养学生创造性。

(3) 受实验室开放时间条件的限制,学生创造性的思维和兴趣只能在有限的实验课时间来施展,课后各种灵动的想法因为无法实现,往往淹没在萌芽状态。

(4) 实验教师因为繁重的工作任务,无法做到因材施教,面对面地引导学生。

综合以上因素,结合创新教育的理念,我校创建了嵌入式创新实验室,其目的旨在课程之外,充分利用现有硬件设备资源,以项目为中心,提供实践机会,培养一批具备嵌入式系统设计开发能力的创新型人才。

2创新实验室培养目标

嵌入式创新实验室专注于培养学生的综合素质和专业能力,综合素质体现的是学生知识的综合运用能力,专业能力是学生应具备的相关专业知识,具体内涵如图1、图2所示。

图1综合素质的内涵

本文受广东省21世纪教改课题“创新软件人才培养模式的构建与实践”支持。

作者简介:尹令(1977-),女,讲师,硕士,研究方向为嵌入式系统开发,无线传感器网络。

图2专业能力的内涵

学生的综合素质和专业能力难以度量,因此考核时看学生是否具备“三能”:能做、能写、能说。

(1) 能做:有别于普通实验做什么、怎么做都有老师指导,在嵌入式创新实验室里,需要学生开动脑筋来思考做什么、怎么做。指导老师仅提供方向上的引导,讨论实验或项目方向是否可行,实践过程中的难点,并检查各项实验任务进度情况,具体的过程则由学生自己来完成。创新实验室为每位学生提供充足的硬件设备和开放的学习氛围,学生在这里实践需要学会收集各种资料和资源,不仅是从互联网上搜索资料,还要充分利用学校图书馆的期刊、书籍、文献检索等途径获取信息,掌握一批常用的官方技术网站。更为关键的是要学会整理、分类收集到的资料,如数据手册、软件资料、硬件资料等。同时掌握对嵌入式系统的规划和设计,具体包括硬件原理图及PCB设计,底层驱动程序编写,操作系统移植,系统平台搭建,以及上层软件实现,系统的测试和调试。

(2) 能写:学生通常是做起事情来备感兴奋,可是要提笔来写就痛苦不已,不知道如何下笔。培养学生写的能力是在教他们如何有效阅读资料的同时进行的。在教学生分类阅读各类专业文档,如资料手册(Data book)、规格书(Data sheet)、用户手册(User manual)、专业书籍、专业杂志、技术文档时,提示学生留意各类文档独有的写作风格和信息内容,惯用的语句和图表信息,为将来自己撰写文档做好准备。这样学生阅读的过程不仅将信息转换成个人的知识,也领悟到了各种技术文档应该如何来写。另外一方面反复训练学生来写,要求他们每完成一个实验或者相关项目都总结相应齐备的文档,作为实践效果的一个重要参考,并且统一放在ftp空间上供大家共享、参考。

(3) 能说:不少学生能埋头苦干地做事情,可让他把所做的工作进行总结表述出来的时候,常常思路凌乱,不知所云。为此每周开一次专题讨论会成了创新实验室的一个固定项目。在讨论会上所有学生轮流作项目进展报告,在场的人都可以对他质疑和提问。通过这种方式,一方面可以集思广益,分析设计方案是否合理,规划步骤是否正确等,大家也可以了解更多方面的资讯。另外一方面,各自精彩的报告是一个效仿的动力,有助于学生增强自信心,提高语言的组织能力。

3创新实验室的管理

3.1梯队化管理

嵌入式创新实验室刚成立时,由于学生对新知识、新技术的渴望,所以热情高涨,报名参加的人很多。可是经过几次实践后,有不少同学发现基础差,实验内容太难,无法继续下去,最后能坚持下来的学生并不多。针对这种虎头蛇尾的现象,我们采取了梯队化管理的方式来适应不同能力程度的学生。基础实验面向兴趣浓但基础薄弱的低年级学生设计,主要包括嵌入式系统各接口应用实验,Bootloader和操作系统移植等实验。这样可以巩固基础,尽快让学生入门。自拟题实验是经过基础实验之后的学生根据自己的兴趣和想法,拟定实验题目来做,这主要是针对具备了一定基础,有创新想法的学生。学生将自拟题目方案提交给指导老师,指导老师根据其可行性和科学性来安排实验条件。科研性实验则是由指导老师挑选悟性好,动手能力强的学生来协助完成科研项目。梯队化的管理照顾到了不同能力程度学生的适应性,可以逐步培养学生创新能力和实践能力。

图3梯队化管理示意图

3.2矩阵式学习管理

嵌入式创新实验室采用纵横交错矩阵式学习方式对学生进行培养,纵向上注重专业技术能力培养,横向上按项目管理方式运作。

嵌入式系统涉及的知识面非常繁多,总体上分为硬件和软件两方面。硬件方面有逻辑电路设计、高频电路设计和EDA设计以及电路调试等;软件方面又分底层驱动开发、操作系统的裁剪和移植以及上层应用程序的开发等。考虑到以学生的时间和精力很难做到各个方面都精通,所以纵向上根据学生的兴趣爱好和基本技能,注重定位软硬件的一个方向来重点发展。具体实施时采取传、帮、带的方法,高年级指导低年级,一帮一,这样有助于学生之间信息的交流,相互讨论,树立榜样,鼓舞信心,消除疲劳。

纵向上是对学生个人专业技能的培养,横向上按项目管理方式来运作,就是团队培养。嵌入式的开发往往涉及软硬的各个方面,单纯一个人来做通常力不从心,效率不高。我们把不同年级以及专业技术能力不同的学生组合成一个个开发团队,以项目为中心来进行培育。这样一方面学生能学以致用,通过项目的实现来享受学习的成果,同时通过项目的推进过程才知道自己哪些方面还有待提高;另外一方面因项目组建的团队,通过相互学习合作,知识面获得扩张,思维领域变得更广阔,优势互补,在更大程度上提高了学生自我学习能力,提高了综合素质。

4结束语

嵌入式创新实验室创建已经有两年多的时间,通过这个平台,嵌入式系统开发和创新的意识在学生中间慢慢得到扩展,越来越多的学生将嵌入式开发作为将来的职业规划,也有些学生开始关注生活中的一些小发明、小创造。在嵌入式创新实验室里组建起来的学生团队开发设计了CITK2410的嵌入式开发板一套,用来承担嵌入式系统原理实验课程的教学工具;完成了基于Sumsang2410平台的GPRS网关的设计,参与了多项国家863项目和国家基金等项目的研究工作。

开放的实验环境,良好的团队氛围,使目前嵌入式创新实验室已成为有志在嵌入式设计开发方向发展学生的一个灯塔和一块磨刀石,并为他们指明了前进道路,锻炼了综合素质和专业能力。

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