時間：2023-11-09 10:40:32
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇低年級足球訓(xùn)練教程，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實驗室；嵌入式系統(tǒng)；開放運行管理
作者簡介：張騰飛（1980-），男，河南商丘人，南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院，副教授；郭前崗（1960-），男，陜西西安人，南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院，教授。（江蘇 南京 210023）
基金項目：本文系南京郵電大學(xué)實驗室建設(shè)與設(shè)備管理研究課題重點項目（項目編號：2011XSG03）的研究成果。
中圖分類號：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0164-03
近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛普及，其復(fù)雜度也迅速增長，嵌入式領(lǐng)域中對能夠適應(yīng)社會需要的創(chuàng)新型設(shè)計人才的需求日益旺盛。盡管高校大量擴招，但整個社會依然缺乏該領(lǐng)域的應(yīng)用型開發(fā)人才，然而畢業(yè)即失業(yè)的大學(xué)生比比皆是，這種就業(yè)難與用人難的自相悖論無疑為我國的高等教育敲響了警鐘，也為嵌入式創(chuàng)新實驗室的建設(shè)及開放運行管理模式的探索提供了驅(qū)動力。嵌入式系統(tǒng)是一項應(yīng)用性很強的工程技術(shù)，企業(yè)所需要的嵌入式工程人員，不僅僅要有扎實的理論基礎(chǔ)，更要有豐富的動手實踐經(jīng)驗。學(xué)生要想從事嵌入式技術(shù)工作，只有經(jīng)歷過很多的實驗、實訓(xùn)項目，才能夠更好地理解和掌握嵌入式技術(shù)，才會在當(dāng)今就業(yè)難度極大的環(huán)境下走出困境，脫穎而出。
一、嵌入式創(chuàng)新實驗室的建設(shè)背景
“根據(jù)嵌入式系統(tǒng)”的課程特點以及南京郵電大學(xué)（以下簡稱“我校”）電氣信息類專業(yè)的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，在前期的嵌入式系統(tǒng)實驗室建設(shè)及實踐教學(xué)改革研究中，已經(jīng)構(gòu)建了從基礎(chǔ)驗證性到綜合性、設(shè)計性實驗，并與課程設(shè)計、大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃、科技創(chuàng)新競賽、畢業(yè)設(shè)計等實訓(xùn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的循序漸進(jìn)的嵌入式實踐教學(xué)體系，增強了學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新實踐活動的積極性，取得了較好的效果。盡管參與各種科技創(chuàng)新實踐活動的學(xué)生人數(shù)逐年增加，但涉及的學(xué)生相對較為集中，一組學(xué)生可能同時參與多種競賽活動，而大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識完成課內(nèi)基礎(chǔ)實驗之后，沒有再從工程實訓(xùn)的角度得到系統(tǒng)的、更為實用的開發(fā)技術(shù)和技能訓(xùn)練，因此，有必要通過創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，讓學(xué)生從基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合實驗、科學(xué)訓(xùn)練、研究設(shè)計性實驗、開放實驗項目、科技創(chuàng)新競賽等多樣化、多層次的開放性科技創(chuàng)新實踐活動中形成良好的競爭氛圍，系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)的實際開發(fā)技術(shù)。
另外，結(jié)合學(xué)生的科技創(chuàng)新實踐項目，將有助于提高嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的內(nèi)涵建設(shè)，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，完善學(xué)生的個性化教育，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
結(jié)合我校電氣信息類專業(yè)的課程建設(shè)以及相關(guān)特色專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，依托自動化省級實驗教學(xué)示范中心、智能電網(wǎng)信息工程省級綜合訓(xùn)練中心、校企共建聯(lián)合實驗室，通過專項資助創(chuàng)立了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室，探索嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，構(gòu)建多樣化、多層次、全面開放的實踐教學(xué)體系，并進(jìn)行了多樣化的實踐教學(xué)與模塊化實驗教學(xué)平臺的建設(shè)探索。
二、嵌入式創(chuàng)新實驗室的平臺建設(shè)
按照個性化教育與開拓創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，我們將嵌入式課堂理論教學(xué)、課內(nèi)基礎(chǔ)實驗、課外綜合性實驗與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程設(shè)計、本科畢業(yè)設(shè)計及課外科技創(chuàng)新實踐活動等環(huán)節(jié)相結(jié)合，在嵌入式創(chuàng)新實驗室的建設(shè)中，構(gòu)建了多樣化的嵌入式系統(tǒng)實驗開發(fā)平臺，包括80C51、MSP430、ARM、DSP等系統(tǒng)開發(fā)平臺200余套。為便于學(xué)生的科技創(chuàng)新，配備了多套不同規(guī)格的儀器儀表設(shè)備，并建立了創(chuàng)新實驗室的元器件庫，創(chuàng)新實驗室的實驗開發(fā)平臺如圖1所示。
另外，在學(xué)校自制實驗儀器設(shè)備專項經(jīng)費的資助下，完成了嵌入式Cortex M3開放實驗?zāi)K化開發(fā)平臺的研制，其模塊化結(jié)構(gòu)如圖2所示。該開發(fā)平臺的研制理念是：同時注重嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新能力的提高兩個方面，讓學(xué)生在這個開放的平臺上盡可能多接觸更多、更新的技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，充分利用課余時間完成實踐與創(chuàng)新。
該平臺具有以下特點：采用較新的Cortex-M3處理器芯片，秉承傳統(tǒng)單片機廉價、穩(wěn)定、控制資源較多、運算資源較少等特性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，學(xué)生不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的操作系統(tǒng)和各種配置就可以實現(xiàn)簡單的操作，在此基礎(chǔ)上可以移植μC/OS等操作系統(tǒng)，適用于操作系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí)和使用；核心板可以作為單獨的開發(fā)板使用，可以配合教程分發(fā)給學(xué)生課后燒寫調(diào)試練習(xí)或研發(fā)新項目；核心板完整的擴展資源、小巧的體積、大容量的存儲器配備，非常適合二次研發(fā)；模塊化的底板外擴資源豐富，設(shè)置外擴資源屏蔽開關(guān)，可兼容擴展；模塊化的設(shè)計便于今后更新處理器，節(jié)約大量成本。
三、創(chuàng)新實驗室的運作和管理
為充分發(fā)揮實驗室的資源優(yōu)勢，為更多學(xué)生提供自主發(fā)展和實踐鍛煉的空間，嵌入式創(chuàng)新實驗室制定了“立體化、模塊化、綜合性、開放性”的創(chuàng)新實踐教學(xué)及管理、運行機制。
1.一體化、模塊化的嵌入式實踐教學(xué)體系
學(xué)生在學(xué)習(xí)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)理論知識之后，如何能從實踐的角度更好地掌握實用的開發(fā)方法和技能，是我們在規(guī)劃、完善嵌入式實踐教學(xué)體系中重點關(guān)注的問題。從課程體系結(jié)構(gòu)的角度，綜合考慮嵌入式系統(tǒng)與先修課程如計算機組成原理、模擬數(shù)字電子技術(shù)、操作系統(tǒng)、控制原理等相關(guān)課程的聯(lián)系，通過創(chuàng)新實驗室的知識講座、科協(xié)活動、學(xué)科競賽等各種途徑讓低年級學(xué)生了解整個學(xué)科課程之間的聯(lián)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程打下堅實的基礎(chǔ)。從嵌入式處理器的角度，綜合考慮單片機與ARM、DSP、FPGA等嵌入式微處理器之間的相互聯(lián)系，并將這種聯(lián)系貫穿在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用開發(fā)這條主線中。如，為便于學(xué)生理解和掌握，我們對單片機的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行口等模塊深入講解其基本原理及接口的擴展技術(shù)；而ARM、DSP等芯片的資源豐富，則重點強調(diào)其體系結(jié)構(gòu)以及實用的設(shè)計開發(fā)技術(shù)，并結(jié)合實例開發(fā)項目進(jìn)行講解。
結(jié)合電氣信息類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，從學(xué)生的個性化教育出發(fā)，將創(chuàng)新實驗室的實驗內(nèi)容由驗證型、提高型向綜合型、設(shè)計開發(fā)型和創(chuàng)新型逐層遞進(jìn)，實驗內(nèi)容的設(shè)計由單純的教學(xué)型向產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)變；采用工程案例化教學(xué)，突出科技創(chuàng)新在人才培養(yǎng)中的作用。以適應(yīng)社會需求創(chuàng)新型人才為目標(biāo)、以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力、實踐創(chuàng)新能力為主線，構(gòu)建了一體化、模塊化的嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)體系。
2.多樣化、多層次的科技實踐創(chuàng)新活動
在嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的建設(shè)過程中，遵循實驗內(nèi)容多層次、實驗設(shè)置多模塊、實驗手段多樣化。構(gòu)建課程基礎(chǔ)實驗、課程設(shè)計、開放實驗項目、大學(xué)生科技創(chuàng)新STITP項目、創(chuàng)新競賽、畢業(yè)設(shè)計、工程實訓(xùn)等相結(jié)合的創(chuàng)新實踐教學(xué)體系，如圖3所示。
在創(chuàng)新實踐教學(xué)體系中，既有簡單的演示性和驗證性實驗，使理論教學(xué)形象化，加深學(xué)生對理論的理解，又有難度較大的設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。學(xué)生可根據(jù)學(xué)習(xí)情況自主選擇與實際能力相符的實驗項目。
3.開放途徑、模式與運行機制
嵌入式創(chuàng)新實驗室全開放運行。除了課堂實踐教學(xué)由教師集中管理，其余的課外實踐主要采取以教師為監(jiān)督指導(dǎo)、由學(xué)生自主管理的運行模式。嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的開放性表現(xiàn)在實驗室資源面向全校學(xué)生全方位開放，即實驗內(nèi)容、實驗場所、實驗時間的開放。
創(chuàng)新實驗室鼓勵學(xué)生申報嵌入式系統(tǒng)相關(guān)開放實驗項目。在學(xué)院相關(guān)教師申報實驗室開放項目的基礎(chǔ)上，由創(chuàng)新實驗室對開放實驗項目進(jìn)行審核，并報學(xué)校實驗室建設(shè)與設(shè)備管理處，由學(xué)校組織專家對開放實驗項目進(jìn)行審定，經(jīng)學(xué)校審定批準(zhǔn)的開放實驗項目由嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室組織對學(xué)生開放。
實驗室開放課題要求學(xué)生以課題小組為單位在一個學(xué)期時間內(nèi)協(xié)作完成一個完整的實際嵌入式課題開發(fā)，近兩年學(xué)生申報完成的典型課題有：“基于指紋識別的智能門鎖系統(tǒng)”、“基于閉環(huán)控制的仿人足球機器人全向行走”、“基于Cortex M3的Modbus RTU通信協(xié)議實現(xiàn)”、“太陽能蓄電池充放電控制電路設(shè)計與實現(xiàn)”、“嵌入式Cortex M3最小系統(tǒng)板設(shè)計與實現(xiàn)”、“基于GSM網(wǎng)絡(luò)的老年人身體姿態(tài)檢測系統(tǒng)設(shè)計”等。
實驗室開放課題注重學(xué)生的已有知識體系和認(rèn)知特點，充分考慮不同年級學(xué)生的能力層次和個體差異，由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)，并突出實踐創(chuàng)新活動的導(dǎo)向性、趣味性、開放性及綜合性，為學(xué)生的實踐創(chuàng)新提供廣闊的思考空間，促進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展。
學(xué)生通過獨立查閱資料、設(shè)計方案、硬件設(shè)計、軟件編程及調(diào)試，系統(tǒng)地掌握了嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計方法。該實驗教學(xué)模式在傳統(tǒng)實驗方法的基礎(chǔ)上，極大激發(fā)了學(xué)生自主探究的興趣，促使學(xué)生創(chuàng)造性思維與解決問題，有效提高了學(xué)生自主實驗與創(chuàng)新能力。
4.校企合作
通過校企合作等多種途徑，強化學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前與美國風(fēng)河公司、德州儀器、北京精儀達(dá)盛、北京博創(chuàng)等多家公司建立了長期合作關(guān)系，為學(xué)生提供了良好的主題創(chuàng)新、實踐平臺，為教師提供了主題研究方向，為企業(yè)主題產(chǎn)品研發(fā)提供了技術(shù)服務(wù)。
結(jié)合企業(yè)的科研項目，讓學(xué)生參與完成一些子功能模塊的設(shè)計、開發(fā)與調(diào)試過程，已完成的典型課題有：“變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”、“基于DSP的USB2.0通訊模塊的設(shè)計”、“變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制軟件設(shè)計”、“基于嵌入式的病蟲調(diào)查統(tǒng)計器”等。通過一些與學(xué)生實踐創(chuàng)新及實際工作能力相關(guān)、受益面大的系統(tǒng)設(shè)計課題，使學(xué)生受到了功能相對完整的嵌入式系統(tǒng)實際工程項目的開發(fā)與調(diào)試過程訓(xùn)練。
5.管理隊伍建設(shè)
結(jié)合研究生助教和本科生助管制度，形成了實驗室專職教師、專業(yè)教師、研究生、勤工助學(xué)本科生相結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室實驗指導(dǎo)與開放運行管理隊伍。
強化對在崗實驗技術(shù)人員的培養(yǎng)，通過制定針對性政策及保障措施，鼓勵實驗技術(shù)人員的再培訓(xùn)；制定了相關(guān)政策及獎勵措施鼓勵，督促實驗教師以及專業(yè)教師投入嵌入式創(chuàng)新實驗室的內(nèi)涵建設(shè)實踐探索，申報相關(guān)研究課題；制定了對實驗教師的多樣化考核機制，使其更好地融入嵌入式實踐教學(xué)的實驗指導(dǎo)。
通過制定較為完備的系列政策，加快推進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室?guī)熧Y隊伍的建設(shè)，提升了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實踐教學(xué)的質(zhì)量。
四、建設(shè)成效
在嵌入式創(chuàng)新實驗室開放實驗平臺的基礎(chǔ)上，以提升學(xué)生的嵌入式實踐創(chuàng)新能力為核心，從整體出發(fā)，構(gòu)建了循序漸進(jìn)的多層次嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)內(nèi)容體系，目前有驗證性實驗近30個，設(shè)計性、綜合性實驗近20個，服務(wù)于自動化學(xué)院4個本科專業(yè)及其他學(xué)院的相關(guān)專業(yè)。
以實際工程需求為導(dǎo)向，構(gòu)建了從開放性實驗項目到STITP創(chuàng)新項目、各級各類創(chuàng)新競賽、畢業(yè)設(shè)計等實訓(xùn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的多層次創(chuàng)新實踐體系。近三年創(chuàng)新實驗室共獲得校級和省級大學(xué)生STITP創(chuàng)新項目96項，包括2012年立項33項，其中國家級4項，省級5項；2011年立項38項，省級4項，校級重點13項；2010年立項25項，省級4項，校級重點9項。通過增加不同種類設(shè)備模塊，拓展實驗領(lǐng)域和實驗項目，近三年創(chuàng)新實驗室共完成了66項開放實驗項目。在畢業(yè)設(shè)計中，多人次獲得優(yōu)秀畢業(yè)論文獎，學(xué)生參與多項嵌入式系統(tǒng)項目設(shè)計與開發(fā)，申請專利十余項，公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文多篇。
近幾年學(xué)生的出國深造、考研率明顯提高，多名學(xué)生被清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等知名高校錄取。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，多名畢業(yè)生陸續(xù)進(jìn)入國電南瑞、南自等大型企業(yè)，為社會輸送了大量優(yōu)秀人才。
依托嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的建設(shè)平臺，課題組完成了“基于問題設(shè)計型引導(dǎo)式教育，構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系”的教學(xué)改革成果，被評為南京郵電大學(xué)教學(xué)成果一等獎，并被學(xué)校推薦申請2013年度江蘇省高等教育教學(xué)成果一等獎。
五、結(jié)束語
結(jié)合我校電氣信息類專業(yè)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)，從學(xué)生的個性化教育出發(fā)，探索了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，構(gòu)建了一體化、模塊化的嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)體系，討論了實驗室的開放途徑、模式與運行機制，探索了開放運行管理、實驗管理師資隊伍建設(shè)等。經(jīng)過不斷實踐，取得了較為明顯的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]周曉蘭，陳寅山，張彥定.本科生創(chuàng)新實驗室的建設(shè)與管理[J].福建師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，27（3）：56-58.
[2]郭成操，李剛俊，杜濤.創(chuàng)新實驗室建設(shè)模式 培養(yǎng)創(chuàng)新型專門人才[J].實驗室研究與探索，2010，29（6）：195-197.
[3]張騰飛，顧亦然，王瑾.電氣類專業(yè)嵌入式實踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革探索[J].中國電力教育，2009，（14）：156-158.
