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簡(jiǎn)論CDIO的地方高校嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研論文
論文摘要：主要結(jié)合CDIO工程教育模式下地方高校對(duì)實(shí)踐教學(xué)的要求和地方高校實(shí)驗(yàn)室的功能定位，探討地方高校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性，提出了改善實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)和深化管理體制改革等完善嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)想。
論文關(guān)鍵詞：CDIO；嵌入式；仿真；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
CDIO工程教育模式的核心內(nèi)容中關(guān)于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐場(chǎng)所有專門的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)、科研的重要場(chǎng)所，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的地方高校尤為重要，這決定了開設(shè)了電氣信息類專業(yè)的地方高校必須建設(shè)嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室。本文主要從改善實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)等方面提出了完善嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)想。
一、CDIO工程教育模式地方高校實(shí)驗(yàn)室的功能定位
CDIO工程教育模式是直接按照工業(yè)界的要求建立的一整套工程教育實(shí)施體系，得到了國(guó)際高等工程教育界的認(rèn)同，它從“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”這兩個(gè)根本問(wèn)題出發(fā)探索工程教育問(wèn)題。它具有全面系統(tǒng)性、實(shí)踐可操作性、國(guó)際先進(jìn)性和普遍適應(yīng)性，CDIO工程教育模式是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的有效途徑，它有利于促進(jìn)我國(guó)高等工程教育改革，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高等工程教育國(guó)際化。CDIO的核心內(nèi)容包括一個(gè)愿景、一個(gè)教學(xué)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)，其中12條標(biāo)準(zhǔn)分別考察專業(yè)培養(yǎng)理念、課程計(jì)劃的制定、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐場(chǎng)所、教與學(xué)的方法、教師提高以及考核和評(píng)估等最根本的、體現(xiàn)CDIO工程教育特色的要求。
實(shí)驗(yàn)室是教師教學(xué)、科研和學(xué)生實(shí)踐的重要基地和場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)室的功能定位直接關(guān)系到實(shí)踐教學(xué)的效果和人才培養(yǎng)的質(zhì)量。CDIO工程教育模式采用相互聯(lián)系、相互依存的理論和實(shí)踐課程體系培養(yǎng)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)和全程實(shí)踐體系中獲得設(shè)計(jì)、制作和主動(dòng)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的地方高校來(lái)說(shuō)，CDIO教育模式特別適合電氣信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。筆者認(rèn)為依據(jù)以上模式，地方本科院校實(shí)驗(yàn)室的功能如下：以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型工程人才為目標(biāo)，堅(jiān)持以基本能力和素質(zhì)訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以綜合素質(zhì)提高為核心，進(jìn)一步拓展專業(yè)技能訓(xùn)練，突出學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在實(shí)踐技能訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于創(chuàng)新的工作作風(fēng)，形成以學(xué)生為主體，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新相互促進(jìn)的教學(xué)理念，促使學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合提高。
二、嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性分析
實(shí)驗(yàn)室作為開展科學(xué)研究、實(shí)踐教學(xué)和科技競(jìng)賽等活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究基地，即使資金特別緊張的地方高校為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，也會(huì)優(yōu)先滿足電氣信息類工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需要，如湖北科技學(xué)院（簡(jiǎn)稱“我院”）就建立了電工電子實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室和金工實(shí)習(xí)車間，一般都采用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)箱、各種儀器儀表來(lái)滿足教學(xué)的需要；但是由于資金和場(chǎng)地的限制，在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室包括所有的設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的。一般實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備功能較單一、適應(yīng)性較差，造成部分實(shí)驗(yàn)室利用率低下，儀器設(shè)備不能共用共享，人力資源、物力資源都不能被充分利用。因教育經(jīng)費(fèi)投入不足，很多地方高校教學(xué)儀器設(shè)備的更新率低于退廢率和毀損率，造成儀器設(shè)備陳舊、老化嚴(yán)重，無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)實(shí)際對(duì)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要；另外，隨著招生規(guī)模日益擴(kuò)大，儀器設(shè)備的臺(tái)套數(shù)趨于不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也受到不同程度的制約。
嵌入式技術(shù)是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和概括性，不易理解，需要用大量實(shí)驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)和理解，建設(shè)好相關(guān)實(shí)驗(yàn)室直接關(guān)系到學(xué)生能否真正掌握所學(xué)知識(shí)，教學(xué)能否達(dá)到人才培養(yǎng)目標(biāo)。隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，新的應(yīng)用環(huán)境對(duì)嵌入式技術(shù)提出了更高、更嚴(yán)格的要求，嵌入式系統(tǒng)不僅需要具有低功耗、高安全性等基本特征，還將向高效性、高實(shí)時(shí)性的組件化方向發(fā)展。目前，嵌入式軟件已成為軟件體系的重要組成部分，嵌入式技術(shù)的研究已經(jīng)成為我國(guó)信息化進(jìn)程的重要課題之一，開設(shè)了電氣信息類專業(yè)高校都在積極準(zhǔn)備建立嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，改進(jìn)現(xiàn)有的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制，從教學(xué)、科研及專業(yè)發(fā)展等方面來(lái)說(shuō)都很有必要，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論知識(shí)和智能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)技能，而且有利于教師掌握嵌入式技術(shù)的應(yīng)用技能，提高教學(xué)、科研服務(wù)水平。
三、完善嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)想
要提高嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用水平，解決地方高校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題，必須以建設(shè)和完善嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室為前提，筆者認(rèn)為主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面完善嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。
1.改善實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境
隨著擴(kuò)招，地方高校實(shí)驗(yàn)儀器不足、設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)室的硬件不硬，實(shí)驗(yàn)室追求小而全、小而散，如我院電子與信息工程學(xué)院擁有計(jì)算機(jī)、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)、ARM實(shí)驗(yàn)箱、邏輯分析儀、示波器、信號(hào)發(fā)生器等相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，還有專門的金工實(shí)習(xí)車間，但不少設(shè)備長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)；有的實(shí)驗(yàn)室又沒(méi)有足夠數(shù)量、配套的儀器設(shè)備，在實(shí)際教學(xué)中一些常規(guī)儀器設(shè)備經(jīng)常超年限使用，由于儀器設(shè)備的超常使用，客觀上降低了教學(xué)質(zhì)量。因此，在硬件建設(shè)方面必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的整體規(guī)劃，合理配置資源，在新購(gòu)置儀器設(shè)備時(shí)必須加強(qiáng)可行性和必要性論證，優(yōu)先購(gòu)置先進(jìn)的、實(shí)用的和急需的教學(xué)科研儀器設(shè)備，對(duì)儀器設(shè)備使用率不高、以前存在閑置浪費(fèi)現(xiàn)象的院部或?qū)嶒?yàn)中心提出的采購(gòu)申請(qǐng)計(jì)劃不予批準(zhǔn)，即使已經(jīng)批準(zhǔn)的采購(gòu)計(jì)劃也要采取向多家供貨單位了解其儀器設(shè)備的功能和信號(hào)，以免造成新的閑置和浪費(fèi)。 2.引入PROTEUS軟件
軟件建設(shè)主要指根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和內(nèi)容，有針對(duì)性地給學(xué)生提供一個(gè)實(shí)際操作平臺(tái)。PROTEUS軟件可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，具有三十多個(gè)元器件庫(kù)，數(shù)千種元器件仿真模型，多種信號(hào)激勵(lì)源和虛擬儀器儀表；能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合；支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真，提供軟件調(diào)試功能。嵌入式仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中引PROTEUS軟件，既適合課堂理論教學(xué)，也適合實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)，具體做法如下：
（1）在嵌入式系統(tǒng)課堂教學(xué)中引入PROTEUS軟件，PROTEUS的極為接近實(shí)際的動(dòng)態(tài)演示可以激發(fā)學(xué)生興趣。授課教師在備課階段先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備好PROTEUS仿真模型，上課開始時(shí)先運(yùn)行PROTEUS仿真模型，使學(xué)生看到模擬的運(yùn)行現(xiàn)象或結(jié)果，讓學(xué)生產(chǎn)生一種好奇感，教師還可提出幾個(gè)與課堂內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，教師在理論知識(shí)講授完畢，再把PROTEUS仿真模型的硬件搭建和軟件調(diào)試給學(xué)生演示一遍，就會(huì)使得具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、概括性、不易理解的嵌入式技術(shù)變得容易理解和接受。
（2）在嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入PROTEUS軟件，會(huì)增強(qiáng)仿真性。PROTEUS軟件的運(yùn)行簡(jiǎn)單，只需一臺(tái)電腦就可以了，引入PROTEUS軟件，學(xué)生在寢室的電腦上就可以通過(guò)PROTEUS軟件自己學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，可以自行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)PROTEUS平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從硬件的搭建，軟件的設(shè)計(jì)，軟硬件的聯(lián)合調(diào)試都可以自己動(dòng)手先做一遍，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生就可以通過(guò)實(shí)物平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)這種課內(nèi)外相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、流程和結(jié)果都有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)和理解，效果是可想而知的。此外，PROTEUS軟件還可用于大學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、電子競(jìng)賽及畢業(yè)設(shè)計(jì)。
3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期被視為一種教學(xué)輔助手段，實(shí)驗(yàn)人員作為教輔系列，進(jìn)入的門檻相對(duì)教師系列要低的多，而且有些高校大多數(shù)實(shí)驗(yàn)人員都是本校引進(jìn)的高職稱高學(xué)歷人才的家屬，本身的專業(yè)背景根本無(wú)法滿足指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求，人員的進(jìn)修和業(yè)務(wù)培訓(xùn)得不到應(yīng)有的重視，只能勝任儀器設(shè)備的擺放和內(nèi)務(wù)整理及開關(guān)門的工作，致使實(shí)驗(yàn)室工作人員的總體業(yè)務(wù)素質(zhì)偏低，制約了實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)功能的發(fā)揮。筆者認(rèn)為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)。
�。�1）多渠道、多層次引進(jìn)優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員。通過(guò)制定相關(guān)政策，激勵(lì)教授、博士等高學(xué)歷高層次人才進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與專業(yè)建設(shè)和學(xué)科建設(shè)相結(jié)合；鼓勵(lì)青年理論教師深入企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐鍛煉，使他們成為“雙師型”人才，便于日后壯大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師資力量；還可以花大力氣將企業(yè)界高層次的離退修技術(shù)人員補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍中來(lái)。
�。�2）加大培養(yǎng)力度。為了提高實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍的業(yè)務(wù)素質(zhì)，學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)人員參加在職進(jìn)修，到部屬高�；蛐Ｆ蠊步ǖ膶�(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)交流等。
�。�3）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的業(yè)務(wù)考核。為了調(diào)動(dòng)廣大實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，應(yīng)制定一套引入激勵(lì)機(jī)制、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的科學(xué)合理的考核管理辦法，如“實(shí)驗(yàn)人員工作職責(zé)”、“實(shí)驗(yàn)室工作人員考核辦法”等，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的德、勤、能等方面德工作全面實(shí)行量化考核，有效地激勵(lì)實(shí)驗(yàn)人員的工作熱情。
4.深化實(shí)驗(yàn)室管理體制改革
有效的實(shí)驗(yàn)室管理體制有利于實(shí)驗(yàn)人員積極性的提高、學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。要深化實(shí)驗(yàn)室管理體制改革，筆者認(rèn)為地方高�？梢詫�(shí)現(xiàn)校、院部?jī)杉?jí)管理模式，明確劃分各自的職責(zé)和權(quán)限，校級(jí)的發(fā)展規(guī)劃處對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行宏觀管理，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室的整體規(guī)劃，校級(jí)的財(cái)務(wù)部門提供正常運(yùn)轉(zhuǎn)、日常維修以及儀器設(shè)備更新的經(jīng)費(fèi)來(lái)源和保障，校級(jí)的國(guó)有資產(chǎn)管理處負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)用房的調(diào)配，校級(jí)的設(shè)備處負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的采購(gòu)和招標(biāo)工作，校級(jí)的人事部門負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室主任的任命、實(shí)驗(yàn)室工作人員的編制和待遇。院部的實(shí)驗(yàn)中心則需要規(guī)劃本院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體目標(biāo)，制訂具體的實(shí)驗(yàn)室管理措施，并負(fù)責(zé)組織開展實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理工作。通過(guò)實(shí)現(xiàn)校、院部?jī)杉?jí)管理模式，可以進(jìn)一步明確兩者之間的職責(zé)分工，從而把對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理的責(zé)、權(quán)、利結(jié)合起來(lái)，提高實(shí)驗(yàn)室的利用率和使用效益。
四、結(jié)束語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是辦好高校、培養(yǎng)合格人才的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，要在搞好硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，更注重軟件建設(shè)。要辦好電氣信息類應(yīng)用型專業(yè)必須依靠實(shí)踐，因而實(shí)驗(yàn)室必須先行建設(shè)；我校的嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室還剛剛起步，為全校電氣信息類專業(yè)提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，下一步將繼續(xù)總結(jié)我校以及其他兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍的素質(zhì)和責(zé)任心，深化管理體制改革，為全校師生提供一個(gè)良好的教學(xué)、科研和實(shí)踐環(huán)境。
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