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簡(jiǎn)論CDIO的地方高校嵌入式系統仿真實(shí)驗室建設研論文
論文摘要：主要結合CDIO工程教育模式下地方高校對實(shí)踐教學(xué)的要求和地方高校實(shí)驗室的功能定位，探討地方高校嵌入式系統實(shí)驗教學(xué)改革的必要性，提出了改善實(shí)驗室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強實(shí)驗技術(shù)隊伍建設和深化管理體制改革等完善嵌入式系統仿真實(shí)驗室建設的構想。
論文關(guān)鍵詞：CDIO；嵌入式；仿真；實(shí)驗室建設
CDIO工程教育模式的核心內容中關(guān)于設計實(shí)驗和實(shí)踐場(chǎng)所有專(zhuān)門(mén)的標準，實(shí)驗室作為教學(xué)、科研的重要場(chǎng)所，對培養應用型專(zhuān)業(yè)人才的地方高校尤為重要，這決定了開(kāi)設了電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的地方高校必須建設嵌入式系統仿真實(shí)驗室。本文主要從改善實(shí)驗室的硬件環(huán)境，引入PROTEUS軟件，加強實(shí)驗技術(shù)隊伍建設等方面提出了完善嵌入式系統仿真實(shí)驗室建設的構想。
一、CDIO工程教育模式地方高校實(shí)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(shí)施體系，得到了國際高等工程教育界的認同，它從“培養什么人”和“怎樣培養人”這兩個(gè)根本問(wèn)題出發(fā)探索工程教育問(wèn)題。它具有全面系統性、實(shí)踐可操作性、國際先進(jìn)性和普遍適應性，CDIO工程教育模式是培養大學(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)我國高等工程教育改革，實(shí)現我國高等工程教育國際化。CDIO的核心內容包括一個(gè)愿景、一個(gè)教學(xué)大綱和12條標準，其中12條標準分別考察專(zhuān)業(yè)培養理念、課程計劃的制定、設計實(shí)驗和實(shí)踐場(chǎng)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CDIO工程教育特色的要求。
實(shí)驗室是教師教學(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)踐課程體系培養學(xué)生從理論學(xué)習和全程實(shí)踐體系中獲得設計、制作和主動(dòng)學(xué)習的經(jīng)驗，對以培養應用型人才為目標的地方高校來(lái)說(shuō)，CDIO教育模式特別適合電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養的需要。筆者認為依據以上模式，地方本科院校實(shí)驗室的功能如下：以培養應用型、創(chuàng )新型工程人才為目標，堅持以基本能力和素質(zhì)訓練為基礎，以綜合素質(zhì)提高為核心，進(jìn)一步拓展專(zhuān)業(yè)技能訓練，突出學(xué)生的創(chuàng )新能力培養，注重工程實(shí)踐能力的培養，在實(shí)踐技能訓練中培養學(xué)生嚴謹求實(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、能力和素質(zhì)的綜合提高。
二、嵌入式系統仿真實(shí)驗室建設的必要性分析
實(shí)驗室作為開(kāi)展科學(xué)研究、實(shí)踐教學(xué)和科技競賽等活動(dòng)的實(shí)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質(zhì)量，也會(huì )優(yōu)先滿(mǎn)足電氣信息類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室建設需要，如湖北科技學(xué)院（簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”）就建立了電工電子實(shí)驗室、單片機實(shí)驗室和金工實(shí)習車(chē)間，一般都采用相應的實(shí)驗臺、實(shí)驗箱、各種儀器儀表來(lái)滿(mǎn)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)驗室包括所有的設備是不現實(shí)的。一般實(shí)驗室的設備功能較單一、適應性較差，造成部分實(shí)驗室利用率低下，儀器設備不能共用共享，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)儀器設備的更新率低于退廢率和毀損率，造成儀器設備陳舊、老化嚴重，無(wú)法滿(mǎn)足當今社會(huì )實(shí)際對校內實(shí)驗教學(xué)的需要；另外，隨著(zhù)招生規模日益擴大，儀器設備的臺套數趨于不足，實(shí)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(shí)踐性和概括性，不易理解，需要用大量實(shí)驗來(lái)加深學(xué)生的認識和理解，建設好相關(guān)實(shí)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)能否達到人才培養目標。隨著(zhù)嵌入式系統的應用領(lǐng)域不斷擴展，新的應用環(huán)境對嵌入式技術(shù)提出了更高、更嚴格的要求，嵌入式系統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)成為我國信息化進(jìn)程的重要課題之一，開(kāi)設了電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)高校都在積極準備建立嵌入式系統實(shí)驗室，改進(jìn)現有的嵌入式實(shí)驗教學(xué)體制，從教學(xué)、科研及專(zhuān)業(yè)發(fā)展等方面來(lái)說(shuō)都很有必要，不僅有利于培養學(xué)生掌握嵌入式系統的基本理論知識和智能產(chǎn)品的設計、開(kāi)發(fā)技能，而且有利于教師掌握嵌入式技術(shù)的應用技能，提高教學(xué)、科研服務(wù)水平。
三、完善嵌入式系統仿真實(shí)驗室建設的構想
要提高嵌入式系統的應用水平，解決地方高校嵌入式系統實(shí)驗教學(xué)存在的主要問(wèn)題，必須以建設和完善嵌入式系統仿真實(shí)驗室為前提，筆者認為主要應從以下幾個(gè)方面完善嵌入式系統仿真實(shí)驗室的建設。
1.改善實(shí)驗室的硬件環(huán)境
隨著(zhù)擴招，地方高校實(shí)驗儀器不足、設備陳舊，實(shí)驗室的硬件不硬，實(shí)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(kāi)發(fā)系統、ARM實(shí)驗箱、邏輯分析儀、示波器、信號發(fā)生器等相關(guān)實(shí)驗設備，還有專(zhuān)門(mén)的金工實(shí)習車(chē)間，但不少設備長(cháng)期處于閑置狀態(tài)；有的實(shí)驗室又沒(méi)有足夠數量、配套的儀器設備，在實(shí)際教學(xué)中一些常規儀器設備經(jīng)常超年限使用，由于儀器設備的超常使用，客觀(guān)上降低了教學(xué)質(zhì)量。因此，在硬件建設方面必須加強實(shí)驗室的整體規劃，合理配置資源，在新購置儀器設備時(shí)必須加強可行性和必要性論證，優(yōu)先購置先進(jìn)的、實(shí)用的和急需的教學(xué)科研儀器設備，對儀器設備使用率不高、以前存在閑置浪費現象的院部或實(shí)驗中心提出的采購申請計劃不予批準，即使已經(jīng)批準的采購計劃也要采取向多家供貨單位了解其儀器設備的功能和信號，以免造成新的閑置和浪費。 2.引入PROTEUS軟件
軟件建設主要指根據實(shí)驗計劃和內容，有針對性地給學(xué)生提供一個(gè)實(shí)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(gè)元器件庫，數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(shí)現單片機仿真和SPICE電路仿真相結合；支持主流單片機系統的仿真，提供軟件調試功能。嵌入式仿真實(shí)驗室建設中引PROTEUS軟件，既適合課堂理論教學(xué)，也適合實(shí)驗室實(shí)踐教學(xué)，具體做法如下：
�。�1）在嵌入式系統課堂教學(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教學(xué)內容準備好PROTEUS仿真模型，上課開(kāi)始時(shí)先運行PROTEUS仿真模型，使學(xué)生看到模擬的運行現象或結果，讓學(xué)生產(chǎn)生一種好奇感，教師還可提出幾個(gè)與課堂內容相關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著(zhù)問(wèn)題聽(tīng)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試給學(xué)生演示一遍，就會(huì )使得具有較強的實(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）在嵌入式系統實(shí)驗教學(xué)中引入PROTEUS軟件，會(huì )增強仿真性。PROTEUS軟件的運行簡(jiǎn)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(guò)PROTEUS軟件自己學(xué)習嵌入式系統的相關(guān)知識，可以自行復習和預習課堂教學(xué)內容，通過(guò)PROTEUS平臺進(jìn)行仿真實(shí)驗，從硬件的搭建，軟件的設計，軟硬件的聯(lián)合調試都可以自己動(dòng)手先做一遍，實(shí)驗課上學(xué)生就可以通過(guò)實(shí)物平臺進(jìn)行驗證，通過(guò)這種課內外相結合的方式進(jìn)行實(shí)驗，學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗的原理、流程和結果都有一個(gè)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)生的課程設計、電子競賽及畢業(yè)設計。
3.加強實(shí)驗技術(shù)隊伍建設
實(shí)驗教學(xué)長(cháng)期被視為一種教學(xué)輔助手段，實(shí)驗人員作為教輔系列，進(jìn)入的門(mén)檻相對教師系列要低的多，而且有些高校大多數實(shí)驗人員都是本校引進(jìn)的高職稱(chēng)高學(xué)歷人才的家屬，本身的專(zhuān)業(yè)背景根本無(wú)法滿(mǎn)足指導學(xué)生實(shí)驗的要求，人員的進(jìn)修和業(yè)務(wù)培訓得不到應有的重視，只能勝任儀器設備的擺放和內務(wù)整理及開(kāi)關(guān)門(mén)的工作，致使實(shí)驗室工作人員的總體業(yè)務(wù)素質(zhì)偏低，制約了實(shí)驗室各項功能的發(fā)揮。筆者認為加強實(shí)驗技術(shù)隊伍建設應該做到以下幾點(diǎn)。
�。�1）多渠道、多層次引進(jìn)優(yōu)秀實(shí)驗技術(shù)人員。通過(guò)制定相關(guān)政策，激勵教授、博士等高學(xué)歷高層次人才進(jìn)實(shí)驗室，把實(shí)驗室建設與專(zhuān)業(yè)建設和學(xué)科建設相結合；鼓勵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(shí)驗技術(shù)隊伍中來(lái)。
�。�2）加大培養力度。為了提高實(shí)驗隊伍的業(yè)務(wù)素質(zhì)，學(xué)校應鼓勵實(shí)驗人員參加在職進(jìn)修，到部屬高�；蛐Ｆ蠊步ǖ膶�(shí)驗室參觀(guān)學(xué)習和經(jīng)驗交流等。
�。�3）加強實(shí)驗人員的業(yè)務(wù)考核。為了調動(dòng)廣大實(shí)驗技術(shù)人員的主動(dòng)性和創(chuàng )造性，應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(shí)驗人員工作職責”、“實(shí)驗室工作人員考核辦法”等，對實(shí)驗人員的德、勤、能等方面德工作全面實(shí)行量化考核，有效地激勵實(shí)驗人員的工作熱情。
4.深化實(shí)驗室管理體制改革
有效的實(shí)驗室管理體制有利于實(shí)驗人員積極性的提高、學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力的培養。要深化實(shí)驗室管理體制改革，筆者認為地方高�？梢詫�(shí)現校、院部?jì)杉壒芾砟Ｊ�，明確劃分各自的職責和權限，校級的發(fā)展規劃處對實(shí)驗室實(shí)行宏觀(guān)管理，負責實(shí)驗中心的建設和實(shí)驗室的整體規劃，校級的財務(wù)部門(mén)提供正常運轉、日常維修以及儀器設備更新的經(jīng)費來(lái)源和保障，校級的國有資產(chǎn)管理處負責實(shí)驗用房的調配，校級的設備處負責實(shí)驗設備的采購和招標工作，校級的人事部門(mén)負責實(shí)驗室主任的任命、實(shí)驗室工作人員的編制和待遇。院部的實(shí)驗中心則需要規劃本院實(shí)驗室建設的具體目標，制訂具體的實(shí)驗室管理措施，并負責組織開(kāi)展實(shí)驗室教學(xué)管理工作。通過(guò)實(shí)現校、院部?jì)杉壒芾砟Ｊ�，可以進(jìn)一步明確兩者之間的職責分工，從而把對實(shí)驗室管理的責、權、利結合起來(lái)，提高實(shí)驗室的利用率和使用效益。
四、結束語(yǔ)
實(shí)驗室建設是一項系統工程，是辦好高校、培養合格人才的一項基礎工作，要在搞好硬件基礎設施建設的同時(shí)，更注重軟件建設。要辦好電氣信息類(lèi)應用型專(zhuān)業(yè)必須依靠實(shí)踐，因而實(shí)驗室必須先行建設；我校的嵌入式系統仿真實(shí)驗室還剛剛起步，為全校電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)提供了一個(gè)良好的實(shí)驗教學(xué)平臺，下一步將繼續總結我校以及其他兄弟院校的經(jīng)驗，提高實(shí)驗技術(shù)隊伍的素質(zhì)和責任心，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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