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簡論CDIO的地方高校嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室建設(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實踐教學(xué)的要求和地方高校實驗室的功能定位，探討地方高校嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)改革的必要性，提出了改善實驗室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)和深化管理體制改革等完善嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室建設(shè)的構(gòu)想。
論文關(guān)鍵詞：CDIO；嵌入式；仿真；實驗室建設(shè)
CDIO工程教育模式的核心內(nèi)容中關(guān)于設(shè)計實驗和實踐場所有專門的標(biāo)準(zhǔn)，實驗室作為教學(xué)、科研的重要場所，對培養(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)仿真實驗室。本文主要從改善實驗室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)等方面提出了完善嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室建設(shè)的構(gòu)想。
一、CDIO工程教育模式地方高校實驗室的功能定位
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施體系，得到了國際高等工程教育界的認同，它從“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”這兩個根本問題出發(fā)探索工程教育問題。它具有全面系統(tǒng)性、實踐可操作性、國際先進性和普遍適應(yīng)性，CDIO工程教育模式是培養(yǎng)大學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的有效途徑，它有利于促進我國高等工程教育改革，實現(xiàn)我國高等工程教育國際化。CDIO的核心內(nèi)容包括一個愿景、一個教學(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、課程計劃的制定、設(shè)計實驗和實踐場所、教與學(xué)的方法、教師提高以及考核和評估等最根本的、體現(xiàn)CDIO工程教育特色的要求。
實驗室是教師教學(xué)、科研和學(xué)生實踐的重要基地和場所。實驗室的功能定位直接關(guān)系到實踐教學(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踐課程體系培養(yǎng)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)和全程實踐體系中獲得設(shè)計、制作和主動學(xué)習(xí)的經(jīng)驗，對以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的地方高校來說，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。筆者認為依據(jù)以上模式，地方本科院校實驗室的功能如下：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)，注重工程實踐能力的培養(yǎng)，在實踐技能訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹求實、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)與實踐創(chuàng)新相互促進的教學(xué)理念，促使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)的綜合提高。
二、嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室建設(shè)的必要性分析
實驗室作為開展科學(xué)研究、實踐教學(xué)和科技競賽等活動的實驗研究基地，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，也會優(yōu)先滿足電氣信息類工科專業(yè)的實驗室建設(shè)需要，如湖北科技學(xué)院（簡稱“我院”）就建立了電工電子實驗室、單片機實驗室和金工實習(xí)車間，一般都采用相應(yīng)的實驗臺、實驗箱、各種儀器儀表來滿足教學(xué)的需要；但是由于資金和場地的限制，在同一個實驗室包括所有的設(shè)備是不現(xiàn)實的。一般實驗室的設(shè)備功能較單一、適應(yīng)性較差，造成部分實驗室利用率低下，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，無法滿足當(dāng)今社會實際對校內(nèi)實驗教學(xué)的需要；另外，隨著招生規(guī)模日益擴大，儀器設(shè)備的臺套數(shù)趨于不足，實驗教學(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，具有較強的實踐性和概括性，不易理解，需要用大量實驗來加深學(xué)生的認識和理解，建設(shè)好相關(guān)實驗室直接關(guān)系到學(xué)生能否真正掌握所學(xué)知識，教學(xué)能否達到人才培養(yǎng)目標(biāo)。隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，新的應(yīng)用環(huán)境對嵌入式技術(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、高實時性的組件化方向發(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)成為我國信息化進程的重要課題之一，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)實驗室，改進現(xiàn)有的嵌入式實驗教學(xué)體制，從教學(xué)、科研及專業(yè)發(fā)展等方面來說都很有必要，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論知識和智能產(chǎn)品的設(shè)計、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)仿真實驗室建設(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)實驗教學(xué)存在的主要問題，必須以建設(shè)和完善嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室為前提，筆者認為主要應(yīng)從以下幾個方面完善嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室的建設(shè)。
1.改善實驗室的硬件環(huán)境
隨著擴招，地方高校實驗儀器不足、設(shè)備陳舊，實驗室的硬件不硬，實驗室追求小而全、小而散，如我院電子與信息工程學(xué)院擁有計算機、單片機開發(fā)系統(tǒng)、ARM實驗箱、邏輯分析儀、示波器、信號發(fā)生器等相關(guān)實驗設(shè)備，還有專門的金工實習(xí)車間，但不少設(shè)備長期處于閑置狀態(tài)；有的實驗室又沒有足夠數(shù)量、配套的儀器設(shè)備，在實際教學(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)方面必須加強實驗室的整體規(guī)劃，合理配置資源，在新購置儀器設(shè)備時必須加強可行性和必要性論證，優(yōu)先購置先進的、實用的和急需的教學(xué)科研儀器設(shè)備，對儀器設(shè)備使用率不高、以前存在閑置浪費現(xiàn)象的院部或?qū)嶒炛行奶岢龅牟少徤暾堄媱澆挥枧鷾?zhǔn)，即使已經(jīng)批準(zhǔn)的采購計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，以免造成新的閑置和浪費。 2.引入PROTEUS軟件
軟件建設(shè)主要指根據(jù)實驗計劃和內(nèi)容，有針對性地給學(xué)生提供一個實際操作平臺。PROTEUS軟件可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，具有三十多個元器件庫，數(shù)千種元器件仿真模型，多種信號激勵源和虛擬儀器儀表；能實現(xiàn)單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合；支持主流單片機系統(tǒng)的仿真，提供軟件調(diào)試功能。嵌入式仿真實驗室建設(shè)中引PROTEUS軟件，既適合課堂理論教學(xué)，也適合實驗室實踐教學(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的極為接近實際的動態(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，上課開始時先運行PROTEUS仿真模型，使學(xué)生看到模擬的運行現(xiàn)象或結(jié)果，讓學(xué)生產(chǎn)生一種好奇感，教師還可提出幾個與課堂內(nèi)容相關(guān)的問題，讓學(xué)生帶著問題聽課，教師在理論知識講授完畢，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，就會使得具有較強的實踐性、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)實驗教學(xué)中引入PROTEUS軟件，會增強仿真性。PROTEUS軟件的運行簡單，只需一臺電腦就可以了，引入PROTEUS軟件，學(xué)生在寢室的電腦上就可以通過PROTEUS軟件自己學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識，可以自行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容，通過PROTEUS平臺進行仿真實驗，從硬件的搭建，軟件的設(shè)計，軟硬件的聯(lián)合調(diào)試都可以自己動手先做一遍，實驗課上學(xué)生就可以通過實物平臺進行驗證，通過這種課內(nèi)外相結(jié)合的方式進行實驗，學(xué)生對整個實驗的原理、流程和結(jié)果都有一個深刻的認識和理解，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、電子競賽及畢業(yè)設(shè)計。
3.加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)
實驗教學(xué)長期被視為一種教學(xué)輔助手段，實驗人員作為教輔系列，進入的門檻相對教師系列要低的多，而且有些高校大多數(shù)實驗人員都是本校引進的高職稱高學(xué)歷人才的家屬，本身的專業(yè)背景根本無法滿足指導(dǎo)學(xué)生實驗的要求，人員的進修和業(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，致使實驗室工作人員的總體業(yè)務(wù)素質(zhì)偏低，制約了實驗室各項功能的發(fā)揮。筆者認為加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)應(yīng)該做到以下幾點。
�。�1）多渠道、多層次引進優(yōu)秀實驗技術(shù)人員。通過制定相關(guān)政策，激勵教授、博士等高學(xué)歷高層次人才進實驗室，把實驗室建設(shè)與專業(yè)建設(shè)和學(xué)科建設(shè)相結(jié)合；鼓勵青年理論教師深入企業(yè)進行實踐鍛煉，使他們成為“雙師型”人才，便于日后壯大實驗教學(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)人員補充到實驗技術(shù)隊伍中來。
�。�2）加大培養(yǎng)力度。為了提高實驗隊伍的業(yè)務(wù)素質(zhì)，學(xué)校應(yīng)鼓勵實驗人員參加在職進修，到部屬高�；蛐Ｆ蠊步ǖ膶嶒炇覅⒂^學(xué)習(xí)和經(jīng)驗交流等。
�。�3）加強實驗人員的業(yè)務(wù)考核。為了調(diào)動廣大實驗技術(shù)人員的主動性和創(chuàng)造性，應(yīng)制定一套引入激勵機制、競爭機制的科學(xué)合理的考核管理辦法，如“實驗人員工作職責(zé)”、“實驗室工作人員考核辦法”等，對實驗人員的德、勤、能等方面德工作全面實行量化考核，有效地激勵實驗人員的工作熱情。
4.深化實驗室管理體制改革
有效的實驗室管理體制有利于實驗人員積極性的提高、學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。要深化實驗室管理體制改革，筆者認為地方高校可以實現(xiàn)校、院部兩級管理模式，明確劃分各自的職責(zé)和權(quán)限，校級的發(fā)展規(guī)劃處對實驗室實行宏觀管理，負責(zé)實驗中心的建設(shè)和實驗室的整體規(guī)劃，校級的財務(wù)部門提供正常運轉(zhuǎn)、日常維修以及儀器設(shè)備更新的經(jīng)費來源和保障，校級的國有資產(chǎn)管理處負責(zé)實驗用房的調(diào)配，校級的設(shè)備處負責(zé)實驗設(shè)備的采購和招標(biāo)工作，校級的人事部門負責(zé)實驗室主任的任命、實驗室工作人員的編制和待遇。院部的實驗中心則需要規(guī)劃本院實驗室建設(shè)的具體目標(biāo)，制訂具體的實驗室管理措施，并負責(zé)組織開展實驗室教學(xué)管理工作。通過實現(xiàn)校、院部兩級管理模式，可以進一步明確兩者之間的職責(zé)分工，從而把對實驗室管理的責(zé)、權(quán)、利結(jié)合起來，提高實驗室的利用率和使用效益。
四、結(jié)束語
實驗室建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，是辦好高校、培養(yǎng)合格人才的一項基礎(chǔ)工作，要在搞好硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時，更注重軟件建設(shè)。要辦好電氣信息類應(yīng)用型專業(yè)必須依靠實踐，因而實驗室必須先行建設(shè)；我校的嵌入式系統(tǒng)仿真實驗室還剛剛起步，為全校電氣信息類專業(yè)提供了一個良好的實驗教學(xué)平臺，下一步將繼續(xù)總結(jié)我校以及其他兄弟院校的經(jīng)驗，提高實驗技術(shù)隊伍的素質(zhì)和責(zé)任心，深化管理體制改革，為全校師生提供一個良好的教學(xué)、科研和實踐環(huán)境。
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