嵌入式优秀工程师专业课程体系优化

嵌入式优秀工程师专业课程体系优化

来源:www.51fabiao.org作者:jingju发布时间:2015-05-14 11:28
本文为工程师论文,笔者根据“嵌入式卓越工程师”的培养目标,针对现有专业课程体系中存在的问题,提出层次化和模块化相结合的课程体系架构,对几大课程模块的构成进行了详细阐述。
0引言
 
“卓越计划”核心是学生的工程能力和创新能力的培养。为实施“卓越计划”,我校“嵌入式卓越工程师”的培养目前采取“3+1”模式。具体做法是:前六个学期安排以授课形式为主的理论学习,最后两个学期依次安排生产实习与专业实习以及毕业实习与毕业设计。在“卓越计划”实施之前,我校计算机专业的理论学习分布在七个学期内,采用新的人才培养模式需要在更短的时问内完成相同的理论学习任务,并且还要增加工程实践和创新能力的培养,这就需要对现有课程体系进行调整,改进原有以理论教学为主、实践教学为辅的模式,增加工程实践环节与时问。但工程能力的培养不能只是简单地增加实践教学时问,更不能只依靠单纯的实践教学而忽视理论教学在培养学生能力中的作用[2]。需要围绕我校“嵌入式卓越工程师”的培养目标,参考嵌入式技术行业标准,制定理论教学与实践教学相得益彰的课程体系。

1培养目标
 
我校“嵌入式卓越工程师”的总体目标是:围绕“海西”经济社会发展需要,根据嵌入式产业发展对人才的需求,培养德智体美全面发展,具有良好的政治品质、职业道德和人文科学素养,具有较强的团队合作能力和创新学习能力,具有高度的社会责任感和较强的质量、安全、服务、环保、法律意识,具有扎实的计算机应用技术及嵌入式系统开发的理论知识,具有实际工程的专业实践背景,能综合应用所学知识解决实际问题的工程实践开发能力特别强的嵌入式系统应用的卓越工程人才。
 
2现有专业课程体系
 
完整的课程体系包括人才培养的各个方面,而专业课程是学生专业技能和工程能力的直接承载。针对上述培养目标,在我校2012版的培养计划中制定的专业课程体系中,学科与专业基础课程和专业方向课程分别见表1和表2。这两类课程属于必修。由于我校是按计算机大类招生,学生到大二下学期末才分专业和方向,因而专业选修课实际上是我校计算机所有专业方向选修课的汇总。虽然课程数目多达23门,但由于办学历史、师资、实验设备等原因,主要是面向软件开发方向,针对“嵌入式卓越工程师”方向设置的课程非常少。限于篇幅不再列出。
现有课程体系强调了工程实践能力的培养,多门课程配备了1-2周的课程设计(课程名称标注“*”者),而且结构化程序综合设计、C/S程序综合设计、单片机应用系统综合设计和嵌入式系统开发实例这四门课程是综合实践类课程。
但从近几届“嵌入式卓越工程师”培养的课程实施效果上来看,还存在比较大的不足。原因是多方面的,如师资力量不足、课程体系设置有待完善、课程实施效果不佳、企业参与度不够、嵌入式工程师专业素质要求高等。课程体系方面的不足主要体现在以下三个地方:
(1)学科与专业基础课程总体偏弱,“厚基础”体现不够。离散数学、计算机组成与结构、操作系统原理及应用等核心主干课程的课时数偏少;培养计算机硬件思维能力的数字逻辑课程的缺失,直接影响嵌入式系统开发的硬件基础。
(2)相关课程未能形成一个有机整体,课程相互孤立,重叠内容重复讲授。比如计算机存储系统在微机原理及接口技术、计算机组成与结构、操作系统原理及应用三门课程中都有涉及。由于未形成整体,导致前两门课程中重复讲授CPU与主存的连接,后两门课程中重复讲解虚拟存储器的实现,浪费了有限的授课时问。
(3)专业方向类课程偏少,“宽专业”体现不足,开设时问偏后且集中。专业素养的建立是一个较为长期的积累过程,学生在大三才开始接触专业方向相关课程,且集中在两个学期,学生对此消化不及,尤其是嵌入式系统开发实例与其先修课程嵌入式系统原理及应用同期开设,大大影响前者的学习效果。
 
3专业课程体系优化思路
 
典型的课程体系结构有“层次化课程体系”和“模块化课程体系”两类。层次化课程体系以专业知识为主线,由基础课、专业基础课和专业课三部分构成,符合学科发展规律和循序渐进的认知规律,有利于学生在较短的时问内较为系统地掌握胜任本专业工作所需的专业知识,但容易导致学生知识面狭窄。模块化课程体系由若干个完整的课程模块构成,各模块可根据不同的目标灵活组织,以满足学生的全面发展和个性发展需要,但容易弄成各种课程的“大拼盘”,而失去课程体系的整体功用、价值和特色。如果能将两者有效结合,则能扬长避短。
按专业基础课、专业方向课的安排顺序符合上述层次化结构,每个层次也可以处理一个模块。但如果一个层次对应一个模块,容易导致模块过大,目标太多,反而不利于模块的实施。笔者拟采取层次化和模块化相结合,按照计算机思维能力、程序设计能力以及计算机系统的认知、分析、设计和应用能力,来实现各层次中课程的模块化。

4专业课程体系优化实现
 
4.1学科和专业基础课程优化
学科与专业基础课程旨在帮助学生建立对本专业的整体认识,为将来从事本专业技术开发打下通识基础。笔者对这一层次的课程分成了四个模块(课程群组),分别是:计算机系统模块、计算机思维模块、结构化程序设计模块和面向对象程序设计模块,同一模块内的课程则按由浅到深、先理论后实践的认知过程进行安排。
计算机系统是本层次最大模块,该模块中的课程按照白底向上顺序建立整个计算机体系,从第1至第5学期逐步推进,目的是培养学生对计算机系统的认知、分析、设计和应用能力。为尽早建立计算机系统总体框架,同时体现与微机原理及接口技术课程的先修与后续关系,计算机组成与结构课程提前一学期实施。
计算机思维能力包括硬件逻辑思维和数学思维,该模块由数字逻辑和离散数学两门课程组成。在之前的课程体系中,这两方面的思维能力体现较弱,故增加离散数学的课时数,增设数字逻辑课程。程序设计方法有面向过程和面向对象两种设计,设计思维和开发语言差别均比较大,因而将它们进一步分成两个模块:结构化程序设计模块和面向对象程序设计模块。算法与数据结构与过程化程序设计结合密切,故归入结构化程序设计模块;而面向对象程序设计与数据库开发关系密切,多用于信息系统和企业计算类的开发,程序规模通常都比较大,因而将数据库系统原理及应用和软件工程归入面向对象程序设计模块。
在将课程体系划分为若干课程模块之后,课程的实施要注重课程群组的系统性,避免模块内各课程各白为阵。应围绕具体课程模块目标,合理对交义内容进行分配,避免简单重复;注重后续课程尤其是综合设计类课程,对先修课程的综合应用和升华。
计算机基础应用课程是为解决早期大一新生不熟悉计算机的基本操作而设置的。由于计算机的普及性,保留该课程意义已经不大;另外,根据专业培养目标定位,适当减少计算机电路和电了技术基础课程的课时。节省下来的课时用于充实离散数学等主干课程,增设数字逻辑课程,以夯实专业基础。优化后学科与专业基础课程总学时不变,各学期的课程数与学分数也没有明显调整,符合课程体系的可持续性原则。

4.2专业方向课程优化
专业方向课程围绕嵌入式系统开发相关技术而设置,嵌入式系统开发涉及技术众多,为避免教学过程中面面俱到、泛泛而谈的现象,应将嵌入式系统的应用开发落实到一个具体的平台上,以一个相对稳定的硬件平台开展嵌入式系统开发设计的理论与实践教学。目前ARM体系结构各方面都有其优越性,结合我校办学基础和定位,教学平台选择了以S3C2410芯片构成的嵌入式硬件系统,采用Linux作为操作系统进行嵌入式系统的开发和设计,重点是嵌入式系统软件的开发。
针对原专业方向课程开设效果的不足,对课程时问安排进行了调整,由之前的两个学期分散至四个学期,以利于学生消化吸收。单片机技术应用提前至第四学期开设,为学生参加之后的相关学科竞赛打下一定基础。由于学生在该学期末才选择专业和方向,故该课程可以以系级选修课的形式开设。为提高嵌入式系统开发实例的实施效果,将该课程安排至第七学期。第七学期前两周安排有计算机应用系统开发实践专周,由于时问短,再加之学生忙于找实习单位或正在企业实习,该专周的实施效果并不理想。考虑到嵌入式系统开发实例课程与该专周的目标和任务基本一致,故将它们合并,并集中安排一个月时问,这样也方便聘请企业工程师来担任任课教师,以达到企业参与培养的要求。
针对原有方向选修课程主要面向软件开发方向,拟增加EDA技术和可编程逻辑器件课程、Java程序设计、Android应用开发基础、嵌入式Linux高级编程技术和计算机控制技术五门课程作为该方向的专业方向选修课,分别从嵌入式硬件系统、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件方面进行拓宽或强化。这些课程安排在第四至第六学期。由于原有专业方向课授课时问分散化,因而增设的选修课并不会明显增加所在学期的总学时数。而原课程体系中的专业方向选修课调整为院级选修课。

4.3加强学科竞赛在工程实践教育中的作用
工程实践教育除了课程设计、综合实践、各类实习和毕业设计之外,将学科竞赛体系纳入到教学体系中,可以更好地发挥其在卓越工程师培养过程中的独特功能,培养跨专业、跨学科的复合型人才[[5]各级教育部门主办的学科竞赛是非常好的工程实践能力锻炼途经。以国家教育部倡导的大学生电了设计大赛为例,该赛事中的控制类题目是典型的嵌入式系统,涉及硬件系统设计、数据采集、处理、控制、通信、图像处理、模式识别等多方面的技术。学生只依靠本专业的基础理论知识是很难达到题目所要求的技术,势必会促使白己去学习白动控制、电了、通信等多个专业的相关技术。由于学生要花费很多时问去选修或白学交义专业知识,并且参加各类赛事需要全身心投入,因而会影响本专业课程体系中部分课程的学习。应鼓励学生发挥白己的个性和特长积极参与,并将竞赛成绩按照一定的标准折算成选修或必修课的学分,达到能力和学分的共同增长。
 
5总结
 
本文对现有专业课程体系进行优化和重组,最终形成一个“厚基础、宽专业、重实践、强个性”的课程体系。课程体系只是一个框架,课程内容和实施更是关键,只有高水平的师资队伍才能实现课程体系期望的人才培养目标,这是另一个重要的教学研究课题。采用层次化和模块化相结合进行“卓越工程师”培养课程体系的设计和构建。
 
参考文献:(略)