实践驱动教学在独立学院应用型人才培养中的探索

［摘要］独立学院的理工类学生，整体上存在文化基础弱、学习主动性缺乏等“先天不足”，可同时又表现出个性强、思维活跃等特点，因此，独立学院应从学生自身特点和培养定位来改革传统的教学模式。本文以独立学院软件工程系下的“嵌入式系统”课程为例，探索一种以应用为目标，以学以致用为原则，以实践环节为核心的培养模式，优化课程内容，去繁就简,侧重提高学生的工程开发能力，由此来培养理论适用、技能过硬的应用型工程人才。

［关键词］独立学院应用性人才嵌入式课程实践教学

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0004-03一、嵌入式系统课程教学现状和问题

在21世纪的后PC时代，嵌入式技术及产品已成为信息产业研究和应用的热点。近年来许多高校的电子、自动化及计算机、通信等专业针对市场需求纷纷开设了针对32位处理器的嵌入式系统课程。但由于嵌入式系统教育发展历史不长，各高校在课程的设置和内容编排上，尚处于起步和探索阶段，其主要问题表现在：

第一，与其他专业课程相比，嵌入式系统课程涉及内容庞杂，培养的是软硬件相结合的复合型人才，对学生的专业知识有较高要求。

第二，嵌入式系统课程一般都脱胎于传统的自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业领域，为了通用于这些专业下的嵌入式技术教学，市面上的教材和实验指导书的内容设计都力求面面俱到，缺失了专业的针对性，其中又以偏硬件居多。

第三，传统的高等教育偏重于理论的传授，而嵌入式技术学科交叉性强，实践比重大，学生若在实践应用上没有得到良好的锻炼，则无法较快胜任嵌入式工程师的职位。

独立学院作为公办民营的应用型本科，学生整体理论底子薄，学习起点低，可同时又不乏思维活跃，动手能力强等潜质。独立学院如果简单地套用“一本”院校的嵌入式系统课程设置，则将面临更为棘手的挑战，也不能反映独立学院人才培养的特色。

笔者所在的宁波大学科学技术学院于2009年在软件工程专业开设了嵌入式系统课程。在前期教学过程中，我们发现围绕理论知识授课，往往内容枯燥，无法达到好的教学效果。而作为辅助的实验课内容，主要完成的是实验箱附带的验证性实验，缺乏探索性和开放性，制约了学生的主观能动性。

同时，嵌入式技术覆盖了软硬件的多项领域，而软件工程专业下嵌入式技术培养的定位应该是嵌入式产品及应用系统设计与开发、产品维护与技术服务的软件工程师。我们如果没有对通用的教学内容进行裁剪和主次区分，既不能突出培养的重点，也不符合工程实践教育专而精的思路。

二、适合独立学院软件工程专业的嵌入式系统课程教学探索

根据市场调研，嵌入式产业人才结构中需求量最大的还是嵌入式软件开发的相关技术人员。因此从独立学院的学生实际学习能力出发，首先我们明确了软件工程专业下的嵌入式系统学习应在熟悉硬件的基础上，以软件学习为重点。目前32位嵌入式系统其软件设计都已经进入到依托对应的软件设计平台应用高级语言开发的时代，软件工程专业的学生没有学习过单片机课程，但先修过“微机原理与接口”，并且系统学习过Linux，因此侧重于学习基于操作系统的驱动编程或者上层应用是可行的。

其次，在具体的教学实施中，我们采用“基础实验+综合实训”来驱动学生实践能力的提高，其特点在于不再以理论知识为主线，而是以案例实践为主线，按照应用性、可操作性的原则进行课程教学内容的编排，通过实例解读来推动学生对理论的掌握和深入。就此，我们从改善实践环境，调整实践内容和强化实践驱动三方面着手进行了课程建设。

（一）改善实践环境

改善实践环境的目的在于把传统相对封闭的实验教学变革为开发式的实验教学，使得学生拥有良好的实践条件，激发他们学习技术的热情。具体从以下四个方面着手：

1.设备配置

我们通过几次追加硬件设备投入，前后共配置了可容纳四十人的嵌入式技术实验室两间，分别为嵌入式课程实验室和嵌入式创新实验室。前者用于课程实验，后者用于学生创新能力的培养。购置基于S3C2410 芯片系列的ARM9教学实验箱40套，PC机80台以及一系列GPRS、GPS、传感器、RFID射频、视频摄像头等实验模块，并购置了若干台最新的ARM11教学平台， Atom凌动平台和Android 3G开发平台，专门用来承担课程的教学和实训。

2.开放时间

除正常课程教学之外，实验室在课外时间也对学生开放，保障学生有充足的动手操作机会。

3.开发环境

所有PC机均通过虚拟机安装上Linux，配备齐全的软件开发环境，并接入互联网，旨在鼓励学生通过互联网、技术社区等方式主动搜索、学习本课程相关知识。

4.开发板租用计划

实验室另外采购了三十套价格低廉的嵌入式开发板，允许选修嵌入式系统课程的同学在完成相应手续的条件下，租借开发板，以此鼓励学生自主学习和创新设计。

（二）调整实践内容

工程应用型技术人才的成长应该是从理论到实践，实践反馈理论的螺旋上升过程。本着这样的思路，我们在教学的组织过程中，划分了“学习”、“演练”、“提高”三个阶段，它们分别对应了三个层面的实践过程：基础实验、综合实训和作品设计。

1.基础实验

这部分实验是整个实践环节的基础部分，案例规模相对较小，目的是使学生了解和熟悉ARM嵌入式软硬件的基础开发流程。实验紧跟理论教学进度，以单元实验为基础，帮助学生进一步加深对理论知识的理解。

由于课程面向的是软件工程专业的学生，我们对前期依据实验箱配套资料而设计的实验内容进行了调整，削减了之前关于32位处理器架构、ARM指令集、ADS汇编程序等部分知识，去除了JTAG仿真调试和无操作系统下的ARM接口驱动开发，扩充了基于嵌入式Linux的ARM接口驱动开发，并添加了嵌入式数据库SQLite的应用内容。

2.综合实训

综合实训让学生完成一个综合的课程设计。这部分任务以大作业的形式进行，题目是在开学后的几周就分配下去。内容综合整个课程的知识，并要求尽可能利用实验设备上的硬件资源。目的在于让学生从课程开始就带着问题去学习，在学习中完善和落实项目计划，并将多个知识点相融合。这类题目有：

基于嵌入式Linux的自动温控系统

基于CGI的远程灯光控制

基于嵌入式的指纹签到系统

基于RFID的图书自助借阅系统

基于嵌入式Linux的智能防火防盗系统

……

以自动温控系统为例，我们要求利用实验箱的设备，实现一个基于嵌入式Linux的模拟温控系统。该系统涉及的知识点有Linux下的字符设备驱动，S3C2410的GPIO驱动，S3C2310的中断驱动，AD驱动，数码管驱动和PWM驱动。这些知识点均分散在基础实验中，在掌握各个部分原理的基础上通过编程集成即可实现整个系统，并且实现过程也增加了探索性和趣味性。

3.作品设计

作品设计结合学生的毕业设计课题或嵌入式竞赛进行，项目一般要求具有较强的应用性，且最终实现一个成形的作品，课题可由学生结合自己的专业特长或兴趣自行选题。这一层面的实践，实验室除了提供实验平台，还提供配套的接口模块，目的使学生能够综合自己的专业知识设计出完整的嵌入式技术方案，并提前积累项目开发经验。

此类题目有诸如“基于嵌入式技术的智能档案柜”、“老年人移动智能守护系统”、“鱼苗自动计数系统”、“基于二维码的专家门诊实名预约挂号系统”、“基于RFID技术的幼儿园儿童出入监控系统”等。从这些题目可以看出在嵌入式系统应用上，软件工程的学生在“偏软”的知识背景下仍然具有较大的发挥空间。

以图1某同学的“基于RFID技术的幼儿园儿童出入监控系统”为例，整个系统整合了软件工程专业的嵌入式技术知识和Web应用开发知识，涉及RFID的嵌入式linux驱动、嵌入式网络通信、QT GUI编程，J2EE编程，数据库设计和嵌入式系统移植，是软件工程专业学生一次有效的毕业鉴定。

（三）强化实践驱动的教学主线

实践驱动的教学主线，核心是利用有限的课堂时间，精简理论教学，让学生从实践入手，主动参与到发现问题寻找答案的过程之中，通过查阅资料，网上搜索，技术社区解答，再结合老师的指导，从而解决具体的技术细节，并获得解决问题的一般性思路和能力。

我院“嵌入式系统”课程，开课学期为第6学期，4学分，85学时，课堂理论和实验比例为1:4（17理论+68实验）。课程的理论部分以ARM9处理器为硬件平台，以Linux操作系统为开发平台，根据需要选择性地介绍ARM常见接口原理及Linux上层开发、驱动开发及内核裁剪等内容。

实践环节中的基础实验，由老师统一讲解，每个学生独立完成。老师指导学生采取原理引导实验，实验体会原理的学习方式，在实践中加深理论的理解。而与基础实验平行开始的综合实训，则以3人为单位的小组来开展。教师协助各小组分析项目特点，讲解学习思路，小组以团队开发的方式推进项目。

综合实训最后完成的项目通过现场演示和答辩，并提交项目报告的方式考核。通过综合实训模拟嵌入式项目开发，培养了学生的综合实践能力和团队协作能力。并为之后的毕业设计和竞赛作了预演。

三、课程实施效果

课程内容经过上述调整，学生学习的兴趣和主动性大大提高。在目前信息类相关专业生源质量逐年下降的大背景下，我院软件工程系“嵌入式系统”模块的同学这几年一直以学风好，专业能力强而获得各任课老师的高度评价。在毕业设计环节，我院嵌入式系统方向的毕业设计都具鲜明的个性化和创意，最终软硬件的集成和演示也排除了抄袭的可能。

每年一届的“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛是行业内最具广泛性和影响力的全国性大赛。在比赛队伍逐年递增，竞争愈加激烈的情况下，我院同学却从2010年第一次参加大赛开始，成绩一年一个台阶取得了跨越式的进步。特别是2012年，我院作为独立学院，与重点一本院校大连理工大学、北京理工大学等四支队伍并肩荣获全国总决赛的一等奖，这也给课题组的教学探索带来了正向肯定。

表1 我院连续三年参加“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛成绩

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除此，学生就业竞争力也呈现出积极态势。从2010年我院有第一届嵌入式方向的毕业生以来，作为独立学院的学生，相继有进入阿里巴巴、虹软、新中大、恒生、HTC等区域知名IT企业的研发部门。专业对口就业率三年分别达到68%，78%和75%。

四、结束语

教改的效果表明，独立学院学生的特点决定了其教师在进行嵌入式的教学中，不能像一本院校一样偏重于理论教学，更多地应该是实践教学，通过学习基础的理论知识，建立起相关概念，通过实训和课程设计更多地去动手操作，从而达到应用型人才培养的目标。作为软件工程专业下的嵌入式系统教学，还要注意教学内容的取舍，注意合理分配软硬件知识的比重，有所学，有所不学，突出专业特色，才能更快地适应市场发展，造就学以致用的嵌入式软件开发人才。

［参考文献］

［1］钟梅，周杭霞.英国密德萨斯大学的团体协作能力培养［J］.高等工程教育研究，2005，（2）.

［2］袁剑波.独立学院应用型人才培养模式创新与实践［J］.高等工程教育研究，2011，（2）.

［3］俞辉，李永.嵌入式 Linux 程序设计案例与实验教程［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［4］胡明庆，高巍，钟梅.操作系统教程与实验［M］.北京：清华大学出版社，2007.