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據(jù)介紹,目前我國的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平還處于初級(jí)階段,現(xiàn)有計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)設(shè)施的功能沒有得到很好的開發(fā)和運(yùn)用,比發(fā)達(dá)國家落后10-20年。但我國信息技術(shù)在不斷地發(fā)展中,目前的軟件營業(yè)收入是十年前的25倍,預(yù)計(jì)到2005年軟件產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將達(dá)到2500億元。隨著我國軟件業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,軟件人才結(jié)構(gòu)性矛盾日益顯得突出。教育部關(guān)于緊缺人才的報(bào)告稱,軟件從業(yè)人員近60萬人,其中專業(yè)人才約有34萬人(其中高級(jí)人才4萬人,中級(jí)人才20萬人,初級(jí)人才10萬人)。人才結(jié)構(gòu)呈兩頭小中間大的橄欖型結(jié)構(gòu),不僅缺乏高層次的系統(tǒng)分析員、項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師,也缺少大量的從事基礎(chǔ)性軟件開發(fā)人員。根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn),軟件人才高、中、初之比為1∶4∶7。按照合理的人才結(jié)構(gòu)比例進(jìn)行測算,到2005年,我國需要軟件高級(jí)人才6萬人,中級(jí)軟件人才28萬人,初級(jí)軟件人才46萬人,再加上企業(yè)、社區(qū)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等行業(yè),初步測算,全國計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)人才的需求每年將增加百萬人左右。
數(shù)控人才
藍(lán)領(lǐng)灰領(lǐng)需求都明顯增加
藍(lán)領(lǐng)層數(shù)控技術(shù)人才是指在生產(chǎn)崗位上承擔(dān)數(shù)控機(jī)床具體操作的技術(shù)工人,在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占70.2%,是目前需求量最大的數(shù)控技術(shù)工人。教育部關(guān)于緊缺人才的報(bào)告稱,部分企業(yè)已經(jīng)大規(guī)模引進(jìn)了高職畢業(yè)生從事數(shù)控機(jī)床的操作,可以預(yù)見,企業(yè)對藍(lán)領(lǐng)層的數(shù)控技術(shù)工人有很大的需求,而對他們的知識(shí)和能力要求會(huì)越來越高;灰領(lǐng)層是指在生產(chǎn)崗位上承擔(dān)數(shù)控編程的工藝人員和數(shù)控機(jī)床維護(hù)、維修人員,這類人員在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占25%,其中,數(shù)控編程技術(shù)工藝人員占12.6%,數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修人員占12.4%,隨著企業(yè)進(jìn)口大量的設(shè)備,灰領(lǐng)層數(shù)控人才需求明顯增加。
汽車維修人員
兩年將新增80萬從業(yè)人員
當(dāng)前汽車維修從業(yè)人員法律意識(shí)淡薄,技術(shù)素質(zhì)不高,這已經(jīng)成為制約汽車維修業(yè)發(fā)展的瓶頸。緊缺人才的報(bào)告稱,汽車維修業(yè)從事技術(shù)管理的有26.2%文化程度為初中以下。一線工人中,有38.5%文化程度為初中以下,接受過管理培訓(xùn)的只有9.3%,接受過新技術(shù)培訓(xùn)的為11.7%,接受過維修基礎(chǔ)培訓(xùn)的有38.7%。汽車維修人員高等級(jí)技能人才比例偏低,高、初、中的比例為26.6%、43.1%、30.4%,而發(fā)達(dá)國家為35%、50%、15%。工人文化程度偏低,初中、高中、??票壤謩e為38.5%、51.5%、10%,而發(fā)達(dá)國家為20%、40%、40%。目前,我國汽車數(shù)量每年以13%的速度遞增,據(jù)此,預(yù)計(jì)汽車維修業(yè)兩年將新增80萬從業(yè)人員,大部分從業(yè)人員需要接受職業(yè)教育。
護(hù)士
未來十年需增加一百萬
中圖分類號(hào):G642
摘要:針對我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域和山西轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展急需的信息化工程技術(shù)人才的培養(yǎng)問題,提出一種側(cè)重于制造業(yè)信息化不同層次人才需求的專業(yè)群人才培養(yǎng)模式,將太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院建設(shè)的4個(gè)專業(yè)構(gòu)建成一個(gè)信息化人才培養(yǎng)專業(yè)群,通過構(gòu)建不同的課程教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)專業(yè)群共性知識(shí)的聯(lián)合教學(xué)和特色化專業(yè)知識(shí)的分布教學(xué)。
關(guān)鍵詞:制造業(yè)信息化;專業(yè)群;人才培養(yǎng);層次化培養(yǎng)體系
0 引言
在我國,制造業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)之一,在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展和企業(yè)全球化趨勢的進(jìn)一步擴(kuò)大,’制造業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐加快、國際市場競爭更加激烈的局面。目前,我國已成為全球的制造業(yè)大國,但還遠(yuǎn)不是制造業(yè)強(qiáng)國,特別是裝備制造業(yè)發(fā)展嚴(yán)重滯后。中國的制造業(yè)大部分是發(fā)達(dá)國家制造業(yè)轉(zhuǎn)移的結(jié)果,勞動(dòng)密集型居多,有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)制造企業(yè)較少。另外,制造企業(yè)的信息化程度偏低,許多企業(yè)僅僅實(shí)現(xiàn)了“甩圖版”工程,無法實(shí)現(xiàn)資金流、信息流、物資流的高效運(yùn)行和科學(xué)管理,在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造、企業(yè)數(shù)字化管理以及信息化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐平臺(tái)建設(shè)方面還存在諸多問題,無法適應(yīng)國家“兩化融合”的戰(zhàn)略發(fā)展需求。究其原因,除了制造企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力較弱外,制造業(yè)信息化的水平與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距,從事制造業(yè)信息化所需的軟硬件開發(fā)與服務(wù)的人才嚴(yán)重缺失。
制造業(yè)信息化是企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新、制造模式創(chuàng)新和經(jīng)營管理方式創(chuàng)新的重要手段,是打造優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈、提升中小企業(yè)集群競爭力的有效工具,是制造業(yè)發(fā)展的必由之路,是全面貫徹黨的十六大關(guān)于“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化,以工業(yè)化促進(jìn)信息化,信息化和工業(yè)化相互融合”精神,推動(dòng)科技與經(jīng)濟(jì)結(jié)合的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略舉措。從制造業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和生產(chǎn)管理的信息化需求來看,制造業(yè)信息化技術(shù)包括信息化支撐環(huán)境技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化管理技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)等4個(gè)重要技術(shù)領(lǐng)域,其中數(shù)字化制造技術(shù)又分為制造裝備數(shù)字化和生產(chǎn)流程數(shù)字化兩個(gè)方面。制造業(yè)信息化軟硬件開發(fā)、設(shè)計(jì)與服務(wù)人才培養(yǎng)涉及眾多的學(xué)科專業(yè),但是其人才培養(yǎng)的核心專業(yè)集中在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類學(xué)科中。2012年,教育部提出了新的學(xué)科專業(yè)設(shè)置目錄,其中計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類學(xué)科中包含了制造業(yè)信息化人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程以及物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)。
基于上述分析,筆者以太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院課程群建設(shè)為例,研究面向制造業(yè)信息化的專業(yè)群人才培養(yǎng)體系建設(shè)問題。學(xué)院按照面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域各層次技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo),依托太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院所承辦的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)、信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)以及軟件工程專業(yè),構(gòu)建具有裝備制造業(yè)信息化特色的人才培養(yǎng)專業(yè)群。在打通大學(xué)科同類基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程的前提下,學(xué)院確定網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境技術(shù)方面的工程技術(shù)人才;計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)面向裝備制造業(yè)信息化領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)方面的工程技術(shù)人才;信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)面向裝備制造業(yè)信息化領(lǐng)域的生產(chǎn)管理自動(dòng)化方面的工程技術(shù)人才;軟件工程專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與工業(yè)控制應(yīng)用軟件方向,培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)方面的工程技術(shù)人才。該研究,為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域培養(yǎng)具有行業(yè)特色的高級(jí)信息化工程技術(shù)人才,提供了一種專業(yè)群的人才培養(yǎng)體系和方法。
1 培養(yǎng)目標(biāo)定位
依托太原科技大學(xué)在我國重型機(jī)械和重大技術(shù)裝備領(lǐng)域的行業(yè)優(yōu)勢,面向裝備制造業(yè)信息化和山西省地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求,適應(yīng)國家“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、信息化與工業(yè)化相融合”的戰(zhàn)略發(fā)展,計(jì)算機(jī)學(xué)院努力尋找為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域和山西地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)信息化高級(jí)工程技術(shù)人才的專業(yè)群人才培養(yǎng)目標(biāo)定位。
1)專業(yè)群建設(shè)目標(biāo)定位。
面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域的專業(yè)群建設(shè)是為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)化支撐環(huán)境技術(shù)、數(shù)字化管理技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)方面的高級(jí)信息化工程技術(shù)人才。整個(gè)專業(yè)群由計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程、信息管理與信息系統(tǒng)4個(gè)本科專業(yè)構(gòu)成,每個(gè)專業(yè)突出其在制造業(yè)信息化領(lǐng)域不同層次人才培養(yǎng)特色,以實(shí)現(xiàn)面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域所需的軟硬件系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)與服務(wù)等不同層次人才的專業(yè)群培養(yǎng)目標(biāo)。
2)專業(yè)群建設(shè)的服務(wù)面向?qū)ο蠖ㄎ弧?/p>
根據(jù)我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域和山西轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展對制造業(yè)信息化人才的需求,依托太原科技大學(xué)在重型機(jī)械和重大技術(shù)裝備領(lǐng)域的人才培養(yǎng)優(yōu)勢,緊密結(jié)合我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)國家級(jí)特色專業(yè)的建設(shè)成果,堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn),培養(yǎng)面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域和山西轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展急需的制造業(yè)信息化高級(jí)工程技術(shù)人才。
3)專業(yè)群建設(shè)人才培養(yǎng)觀念定位。
把握21世紀(jì)工程教育理念,突出創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng),以行業(yè)需求為導(dǎo)向,在注重對學(xué)生專業(yè)知識(shí)與工程技術(shù)培養(yǎng)訓(xùn)練的同時(shí),培養(yǎng)他們崇尚學(xué)術(shù)、追求真理、弘揚(yáng)理性的學(xué)術(shù)精神,嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、開拓創(chuàng)新、兼收并蓄的治學(xué)態(tài)度和誠信敬業(yè)、吃苦耐勞、踏實(shí)肯干的工作作風(fēng),突出“行業(yè)特色明顯、專業(yè)基礎(chǔ)厚重、實(shí)踐技能突出、素質(zhì)教育鮮明”的專業(yè)群人才培養(yǎng)特色。
2 人才培養(yǎng)課程教學(xué)體系的建立
在制定專業(yè)群相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案時(shí),學(xué)院通過走訪實(shí)施信息化的裝備制造企業(yè)和制造業(yè)信息化軟硬件集成開發(fā)企業(yè),確定從事制造業(yè)信息化軟硬件系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)與服務(wù)人才所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)、工程技術(shù)和業(yè)務(wù)能力,并以此為指導(dǎo),制定專業(yè)群相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。該方案在保證通識(shí)課程和學(xué)科大類基礎(chǔ)課統(tǒng)一的前提下,通過相應(yīng)的專業(yè)課程和專業(yè)選修課程來培養(yǎng)裝備制造業(yè)信息化不同層面的信息技術(shù)人才。
1)專業(yè)群共有知識(shí)體系的基礎(chǔ)課程平臺(tái)構(gòu)建。
制造業(yè)信息化專業(yè)群共有知識(shí)體系是制造業(yè)信息化領(lǐng)域不同層次人才培養(yǎng)必須掌握和具備的基礎(chǔ)課程。專業(yè)群學(xué)科基礎(chǔ)課程平臺(tái)分為通識(shí)基礎(chǔ)、公共基礎(chǔ)和大類基礎(chǔ)3個(gè)部分:通識(shí)基礎(chǔ)課程主要包括大學(xué)英語、政治理論、思想修養(yǎng)、大學(xué)體育等課程;公共基礎(chǔ)主要包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、計(jì)算方法等課程;大類基礎(chǔ)主要包括計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、軟件工程等課程。
2)專業(yè)群特色化專業(yè)課程平臺(tái)構(gòu)建。
根據(jù)專業(yè)群在制造業(yè)信息化領(lǐng)域不同層次的人才培養(yǎng)需求,學(xué)院將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)確定為制造業(yè)信息化領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)方向與計(jì)算機(jī)控制方向的特色化人才培養(yǎng)專業(yè),將信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)定位為制造業(yè)信息化領(lǐng)域生產(chǎn)管理自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)方向的特色化人才培養(yǎng)專業(yè),將網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)定位為制造業(yè)信息化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)集成與架構(gòu)方向的特色化人才培養(yǎng)專業(yè),將軟件工程專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)確定為制造業(yè)信息化領(lǐng)域數(shù)字化設(shè)計(jì)方向的特色化人才培養(yǎng)專業(yè),并根據(jù)各專業(yè)的人才培養(yǎng)特色,構(gòu)建其專業(yè)課程平臺(tái)。
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課平臺(tái)包括專業(yè)課程與特色課程兩大類。專業(yè)課程主要包括模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路與系統(tǒng)、數(shù)字邏輯、數(shù)字信號(hào)處理、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、基于Web的面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)等;特色化課程主要包括工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)、PLC編程與控制、微機(jī)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù),嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、Web系統(tǒng)與技術(shù)等課程。
信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)主要培養(yǎng)掌握現(xiàn)代信息管理學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù),具有生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、集成、管理與維護(hù)能力的高級(jí)工程技術(shù)人才,其專業(yè)課平臺(tái)主要包括信息管理課程和信息系統(tǒng)開發(fā)課程兩類。信息管理課程主要包括信息管理學(xué)、管理統(tǒng)計(jì)學(xué)、西方經(jīng)濟(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、管理信息系統(tǒng)等課程;信息系統(tǒng)開發(fā)課程主要包括軟件分析與建模技術(shù)、電子商務(wù)戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、企業(yè)資源計(jì)劃ERP、物流與供應(yīng)鏈管理SCM、客戶關(guān)系管理CRM、企業(yè)資產(chǎn)管理EAM、知識(shí)工程與專家系統(tǒng)、Web系統(tǒng)與技術(shù)等。
網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主要面向制造業(yè)信息化領(lǐng)域的信息基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃集成和運(yùn)維管理,培養(yǎng)具有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、組織、管理與維護(hù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、集成與項(xiàng)目管理方面的高級(jí)工程技術(shù)人才,其專業(yè)課平臺(tái)包括TCP/IP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集成與管理、信息保障與網(wǎng)絡(luò)安全、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置與管理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、Web系統(tǒng)與技術(shù)、工程項(xiàng)目管理等課程。
軟件工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方向主要培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。本專業(yè)方向開設(shè)軟件設(shè)計(jì)與體系結(jié)構(gòu)、軟件測試與分析、軟件需求工程、人機(jī)交互技術(shù)、CAD軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程、數(shù)字化協(xié)同與網(wǎng)絡(luò)交互設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造技術(shù)等。
3 實(shí)踐教學(xué)體系的建立
專業(yè)群的實(shí)踐教學(xué)體系主要包括課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)周、制造業(yè)信息化不同層次逆向工程案例分析、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)。
專業(yè)群中每個(gè)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)包括3個(gè)課程設(shè)計(jì)和3個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)周。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)包括高級(jí)語言程序開發(fā)課程設(shè)計(jì)、軟件工程課程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)周、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)周、嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)周。信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)包括高級(jí)語言開發(fā)課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、企業(yè)資源計(jì)劃課程設(shè)計(jì)、軟件建模與架構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)周、信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)周、Web系統(tǒng)與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)周。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括高級(jí)語言程序開發(fā)課程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信與協(xié)議分析課程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)周、網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)驗(yàn)周、網(wǎng)絡(luò)集成與配置綜合實(shí)驗(yàn)周。軟件工程專業(yè)由校外聯(lián)合培養(yǎng)單位完成不同方向的專業(yè)綜合設(shè)計(jì)。所有專業(yè)群實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的選題都緊密圍繞制造業(yè)信息化領(lǐng)域的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。在教學(xué)方法上,我們采取送出去和請進(jìn)來的策略,將學(xué)生4年中的一些課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)放在企業(yè)完成或者聘請企業(yè)工程技術(shù)人員來學(xué)校指導(dǎo)。
制造業(yè)信息化不同層次逆向工程案例分析課程在課程體系中單獨(dú)設(shè)置,由具有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的教師或聘請制造業(yè)信息化領(lǐng)域的工程技術(shù)人員擔(dān)任。同時(shí),按照專業(yè)群4個(gè)專業(yè)特色人才培養(yǎng)的需求,依托學(xué)校在重大技術(shù)裝備制造領(lǐng)域的行業(yè)優(yōu)勢,充分借助學(xué)校產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟企業(yè)的資源優(yōu)勢,有計(jì)劃地建設(shè)適合于專業(yè)特色方向的實(shí)習(xí)基地。學(xué)院通過與那些在企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、企業(yè)資產(chǎn)管理(EAM)開發(fā)與應(yīng)用等生產(chǎn)管理信息化水平較高的企業(yè)聯(lián)手,建立有利于學(xué)生在業(yè)務(wù)流程分析、系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)設(shè)計(jì)方面提升實(shí)踐水平的數(shù)字化管理技術(shù)實(shí)習(xí)基地。同時(shí),我們還與那些在生產(chǎn)過程控制與企業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域具有較高水平的企業(yè)聯(lián)合,建立數(shù)字化制造技術(shù)方向的實(shí)習(xí)基地。
4 專業(yè)群師資隊(duì)伍建設(shè)
在教學(xué)實(shí)踐過程中,學(xué)院以學(xué)歷教育、技術(shù)培訓(xùn)和科學(xué)研究等不同方式,積極推進(jìn)專業(yè)群師資隊(duì)伍建設(shè),努力打造一批具有裝備制造業(yè)信息化領(lǐng)域教學(xué)科研背景的師資隊(duì)伍。面向裝備制造業(yè)信息化領(lǐng)域的特色人才培養(yǎng),對師資水平的要求非常高,要想高水平地完成一門課程的教學(xué),不僅需要教師有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),更要掌握先進(jìn)的工程技術(shù)。所以,本專業(yè)積極鼓勵(lì)教師攻讀制造業(yè)信息化方向的博士學(xué)位,同時(shí)積極推進(jìn)在職教師工程技術(shù)培訓(xùn)制度,并鼓勵(lì)他們通過在制造業(yè)信息化開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域掛職鍛煉、參加專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的技術(shù)培訓(xùn)以及在制造企業(yè)技術(shù)研發(fā)中心進(jìn)行項(xiàng)目合作等形式,來提高專業(yè)教師的工程技術(shù)水平。
5 結(jié)語
學(xué)院將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)和軟件工程專業(yè)組合為一個(gè)專業(yè)群,面向制造業(yè)信息化不同層次的人才培養(yǎng)需求,構(gòu)建了相應(yīng)的特色化人才培養(yǎng)體系。通過教學(xué)實(shí)踐,不同專業(yè)在實(shí)現(xiàn)共同知識(shí)課程平臺(tái)教學(xué)的基礎(chǔ)上,突出不同面向的特色化專業(yè)課程設(shè)置與教學(xué)的人才培養(yǎng)模式,有利于制造業(yè)信息化領(lǐng)域的特色人才培養(yǎng)。這種教學(xué)模式的改革,可以有效解決同一類專業(yè)的同質(zhì)化教育問題,也可以很好地形成面向同一領(lǐng)域的特色化人才培養(yǎng)方案。
參考文獻(xiàn):
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(鄭州市電子信息工程學(xué)校,河南鄭州450007)
摘要:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù),又是當(dāng)前最為蓬勃發(fā)展的技術(shù)之一,在中等職業(yè)學(xué)校開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)已經(jīng)勢在必行;同時(shí),中職學(xué)校要注意找準(zhǔn)定位,采取正確的方式方法,這樣才能有利于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程和知識(shí)包括:傳感器、電子電路、單片機(jī)編程基礎(chǔ)、網(wǎng)頁編程、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)配置、安卓編程基礎(chǔ)以及常用軟硬件設(shè)備。如何更好地開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)對中職學(xué)校和教師都提出了更高的要求。
關(guān)鍵詞 :物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);中職學(xué)校;教學(xué)內(nèi)容;軟硬件設(shè)備
DOI:10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.05.049
中圖分類號(hào):G718.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671—1580(2015)05—0111—02
收稿日期:2014—12—02
作者簡介:馮皓(1982— ),男,河南鄭州人。鄭州市電子信息工程學(xué)校,助理講師,研究方向:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù),又是當(dāng)前最為蓬勃發(fā)展的技術(shù)之一,早已滲透到了我國各個(gè)城市、各個(gè)行業(yè)和各個(gè)領(lǐng)域。所以,培養(yǎng)合格的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人員是一項(xiàng)非常重要的工作。另外,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身又是一個(gè)交叉學(xué)科——電子專業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)均扮演著重要的角色,同時(shí),又涉及多方面的專業(yè)知識(shí),如電子電路、傳感器、單片機(jī)、網(wǎng)頁、網(wǎng)絡(luò)等,每項(xiàng)技術(shù)既實(shí)用,又繁雜。因此,在中等職業(yè)學(xué)校開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)要注意找準(zhǔn)定位,采取正確的方式方法,這樣才能有利于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用。
一、教學(xué)內(nèi)容
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中適合中職學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)課程和知識(shí)包括:傳感器、電子電路、單片機(jī)編程基礎(chǔ)、網(wǎng)頁編程、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)配置、安卓編程基礎(chǔ)以及常用軟硬件設(shè)備。其中,傳感器、電子電路、單片機(jī)編程基礎(chǔ)屬于電子專業(yè)的課程,網(wǎng)頁編程、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)配置、安卓編程基礎(chǔ)屬于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容,常用軟硬件設(shè)備相對比較簡單、實(shí)用,適合兩個(gè)專業(yè)所有學(xué)生學(xué)習(xí)。
在傳感器課程中,學(xué)生要能夠識(shí)別主流的傳感器并理解其基本功能和原理,能夠根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的傳感器。在物聯(lián)網(wǎng)中,傳感器是獲取豐富數(shù)據(jù)的重要手段之一,不同的傳感器有著不同的功能。例如:氣體傳感器通過設(shè)置可以檢測一氧化碳、二氧化碳、氧氣或酒精等氣體;溫度傳感器可以實(shí)時(shí)檢測溫度的變化情況。這些傳感器雖然外觀、功能、性能各有不同,但標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,使用簡便,學(xué)生可以通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí),認(rèn)識(shí)部分常見傳感器,并掌握學(xué)習(xí)新設(shè)備的方法。
在電子電路課程中,學(xué)生需要掌握電子電路的基礎(chǔ)知識(shí),能夠根據(jù)應(yīng)用情景正確地識(shí)別、安裝、應(yīng)用、測試電子設(shè)備和電路。當(dāng)前,電子產(chǎn)品集成度高,穩(wěn)定性好,因此,中職學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候不應(yīng)過度強(qiáng)調(diào)集成電路的學(xué)習(xí),而是要注重培養(yǎng)動(dòng)手能力;另外,學(xué)生要能夠在安全用電的基礎(chǔ)上,合理連接電線電路,做到接線牢固、美觀、節(jié)約。
在單片機(jī)編程基礎(chǔ)課程中,學(xué)生只須掌握最簡單的編程技術(shù)以及程序燒寫方法即可。單片機(jī)編程這門課程本身非常復(fù)雜,屬于更高層次學(xué)歷的學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí),因此,中職學(xué)生應(yīng)該重點(diǎn)掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí),提高對單片機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測和應(yīng)用的技能。實(shí)際工作中對中職學(xué)生在此方面的要求并不高,個(gè)別有興趣的學(xué)生可以在入門之后深入學(xué)習(xí)。
網(wǎng)頁編程課程要適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的需要,主要學(xué)習(xí)在IIS平臺(tái)上利用C#語言制作動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁。C#語言功能豐富,使用簡便,可擴(kuò)展性強(qiáng),是當(dāng)前開發(fā)動(dòng)態(tài)網(wǎng)站最常用的編程語言之一。學(xué)好C#編程不僅可以用于物聯(lián)網(wǎng)的搭建,也可以在各網(wǎng)絡(luò)公司、軟件公司中任職。
在數(shù)據(jù)庫課程中,學(xué)生要能夠搭建安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,創(chuàng)建簡單的數(shù)據(jù)表,用于測試、調(diào)試。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用和管理依然要求具有較高的學(xué)歷,對于中職學(xué)生而言,應(yīng)當(dāng)立足于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、常見的知識(shí)。學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)包括MSSQL、MYSQL和ACCESS,這些數(shù)據(jù)庫軟件操作簡便、實(shí)用性強(qiáng)。
網(wǎng)絡(luò)配置課程本身專業(yè)性很強(qiáng),在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用彈性也很大,中職網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生
對該課程
經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)后,就可以非常熟練地應(yīng)對各種常見網(wǎng)絡(luò)的配置和管理。本課程中學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)當(dāng)包括交換機(jī)、路由器、防火墻、VPN和無線設(shè)備等。
安卓是目前最流行的嵌入式開發(fā)環(huán)境,廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板、智能電視以及其他專業(yè)智能平臺(tái)中,更是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。利用安卓系統(tǒng)可以非常方便地查詢、匯總、管理來自傳感器和網(wǎng)絡(luò)的大量數(shù)據(jù),因此,中職學(xué)校應(yīng)當(dāng)適時(shí)開展安卓開發(fā)基礎(chǔ)的教學(xué)。中職學(xué)生要能夠利用安卓開發(fā)工具制作簡易的APP應(yīng)用程序,合理利用網(wǎng)絡(luò)程序資源,熟悉必要的美化和漢化操作,對于學(xué)有余力的學(xué)生,可以深入學(xué)習(xí)安卓程序開發(fā)。
中職學(xué)生應(yīng)掌握常用軟硬件設(shè)備的使用,包括LED展示屏的使用,RFID設(shè)備的使用,條形碼和掃描槍的使用,攝像頭、打印機(jī)、開關(guān)量采集器、模擬采集器、串口服務(wù)器、智能醫(yī)療設(shè)備等設(shè)備的使用。這些設(shè)備和技術(shù)都已經(jīng)很成熟,廣泛應(yīng)用于各個(gè)產(chǎn)業(yè)和行業(yè),而且都有著豐富的應(yīng)用軟件和配置程序,使用方便,非常適合中職學(xué)生學(xué)習(xí)。
二、教學(xué)方法
學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)的過程中,應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持專業(yè)分工、協(xié)同合作,由淺入深、從操作到理論循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí),特別要重視實(shí)訓(xùn)練習(xí)。不同專業(yè)的學(xué)生首先要掌握本專業(yè)的相關(guān)技術(shù),在學(xué)習(xí)的不同階段還要組織不同專業(yè)、不同工種的學(xué)生協(xié)同合作,共同完成一個(gè)比較復(fù)雜、綜合的實(shí)訓(xùn)任務(wù)。當(dāng)學(xué)生的技能已經(jīng)比較熟練時(shí),可以組織他們學(xué)習(xí)必要的跨專業(yè)知識(shí),特別是專業(yè)交叉點(diǎn)的“接口”知識(shí),這樣,有利于他們宏觀地把握整個(gè)技術(shù)體系。
學(xué)生的學(xué)習(xí)可以從合適的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)入手,像搭積木一樣完成必要的實(shí)操練習(xí),積累感性經(jīng)驗(yàn),產(chǎn)生興趣,并培養(yǎng)自己認(rèn)真細(xì)致、追求完美和吃苦耐勞的品質(zhì);當(dāng)學(xué)生實(shí)操練習(xí)熟練之后,再對相關(guān)的各個(gè)知識(shí)模塊進(jìn)行有針對性的系統(tǒng)教學(xué),教學(xué)的深度和廣度要適應(yīng)學(xué)生的接受能力;在教學(xué)過程中,要堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)踐,精講多練,通過多樣化的實(shí)訓(xùn)任務(wù)提高學(xué)生的技能。另外,每一次實(shí)訓(xùn)任務(wù)都應(yīng)當(dāng)與具體的應(yīng)用情景相結(jié)合,在做中學(xué),在學(xué)中練,這樣不僅有助于學(xué)生對工作的認(rèn)識(shí)和理解,還能夠激發(fā)學(xué)生深入思考,觸類旁通,積極創(chuàng)造。
三、注意事項(xiàng)
很多中職學(xué)校都還沒有引入物聯(lián)網(wǎng)這一新興技術(shù),因此,缺少相關(guān)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備和教學(xué)教材,甚至教師本身也很難滿足有關(guān)的要求,學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力也是必須要考慮的因素。
校企合作是引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵,學(xué)校要定期選派合適的教師參加企業(yè)舉辦的相關(guān)技術(shù)培訓(xùn),也可以采購相關(guān)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備,這樣不僅可以掌握最新的技術(shù)動(dòng)向,還可以保證教學(xué)更加接近企業(yè)的實(shí)際需求,有利于培養(yǎng)合格的學(xué)生。有些大學(xué)也開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè),在基礎(chǔ)技術(shù)研究和項(xiàng)目開發(fā)方面也有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,中職教師參加大學(xué)的相關(guān)培訓(xùn)有利于中職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
另外,還要注意各專業(yè)的分工和合作。任何一名中職教師或?qū)W生都不可能完全學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)的全部知識(shí),在實(shí)際的應(yīng)用中也完全沒有這個(gè)必要,教師和學(xué)生要根據(jù)自己的專業(yè)、個(gè)人能力和興趣愛好,在某一個(gè)或某幾個(gè)方向上學(xué)精學(xué)專,在其他方向有所兼顧。從事不同專業(yè)的教師和學(xué)生要經(jīng)常集合在一起,交流學(xué)習(xí)成果,合作完成不同的實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù),這樣有利于提高他們的工作和協(xié)調(diào)能力。當(dāng)然,這就對教師提出了更高的要求,也對學(xué)??鐚I(yè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一提出了新的要求。
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷地發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)正在極大地改變著傳統(tǒng)的工業(yè)和企業(yè)。因此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必然會(huì)迎來更大的發(fā)展空間,中職的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)也將面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
[
參考文獻(xiàn)]
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關(guān)鍵詞:Linux內(nèi)核 嵌入式操作系統(tǒng) 教學(xué)方法
文章編號(hào):1672-5913(2011)18-0029-04 中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
基金項(xiàng)目:北航研究生院精品課程項(xiàng)目(201010);軟件開發(fā)環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(SKLSDE-2009KF-2-0X)。
隨著嵌入式系統(tǒng)中處理器性能和內(nèi)存容量的快速提高,Linux在智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信以及多媒體娛樂設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外高校也對嵌入式相關(guān)課程進(jìn)行了探索[1-2]。
針對軟件學(xué)院高層次工程化創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合國家Linux技術(shù)培訓(xùn)與推廣中心的建設(shè),我們在嵌入式操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中融入Linux的新概念、新技術(shù),以就業(yè)需求為導(dǎo)向,系統(tǒng)而全面地進(jìn)行了課程的教改研究和建設(shè)。
當(dāng)然,作為實(shí)用操作系統(tǒng),將Linux系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中,也有很多問題需要討論和探索,如龐大的代碼量,繁雜的基礎(chǔ)概念和應(yīng)用工具等。針對這些困難,文獻(xiàn)[3-4]進(jìn)行分析并給出了一些嘗試方案。
基于我們在相關(guān)課程中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累,結(jié)合國內(nèi)外針對Linux教學(xué)已經(jīng)取得的成果,我們設(shè)計(jì)了一套具有自己特色的課程體系和實(shí)施方案。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí),不僅可采用實(shí)例方式對嵌入式操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組成原理等核心專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行深入系統(tǒng)地拔高,而且可強(qiáng)化C語言編程能力和UNIX平臺(tái)的系統(tǒng)開發(fā)能力,學(xué)會(huì)以“系統(tǒng)”的觀點(diǎn)來看待嵌入式系統(tǒng)的組成,理清軟件和硬件之間的相互依賴關(guān)系,為將來從事嵌入式軟件的研發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
1 課程群的發(fā)展歷程
北航軟件學(xué)院自2004年起為一年級(jí)研究生和高年級(jí)本科生開設(shè)“Linux內(nèi)核分析與實(shí)踐”課程(該課程2009年得到教育部-英特爾精品課程項(xiàng)目支持),最初強(qiáng)調(diào)對操作系統(tǒng)本身原理(即內(nèi)核機(jī)制、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備管理等部分)的理解。在經(jīng)過一輪授課實(shí)踐后,相當(dāng)部分學(xué)生反映對課程內(nèi)容學(xué)習(xí)有相當(dāng)困難。認(rèn)真分析后,我們結(jié)合軟件學(xué)院承擔(dān)的北航“國家Linux技術(shù)培訓(xùn)與推廣中心”的建設(shè)任務(wù),引入了Novell公司的SUSE Linux的使用和系統(tǒng)管理課程,并另外增加了Linux環(huán)境下應(yīng)用程序設(shè)計(jì)內(nèi)容,用于解決學(xué)生Linux基礎(chǔ)知識(shí)不足的問題。我們發(fā)現(xiàn)根本原因是由于這些學(xué)生不具備Linux的相關(guān)基本概念和使用經(jīng)驗(yàn),在直接學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)時(shí),出現(xiàn)了知識(shí)斷檔。課改的實(shí)施旨在改善課程的教學(xué)效果。
嵌入式操作系統(tǒng)是該專業(yè)一年級(jí)研究生第二學(xué)期的專業(yè)限選課程,該課程和上述兩門Linux相關(guān)的課程相互結(jié)合,強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可定制等特點(diǎn),緊密結(jié)合實(shí)際就業(yè)需求,在課程中設(shè)置內(nèi)核移植、硬件驅(qū)動(dòng)和中斷并發(fā)內(nèi)核機(jī)制等跟硬件平臺(tái)相關(guān)且實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容,并通過μCOSII原理的對比,來加強(qiáng)學(xué)生對嵌入式操作系統(tǒng)中相關(guān)概念的掌握和理解。
綜合以上課程群的內(nèi)容,驅(qū)動(dòng)程序與內(nèi)核的學(xué)習(xí)是相互促進(jìn)的,即先學(xué)習(xí)一些簡單的驅(qū)動(dòng)程序的知識(shí),有利于對內(nèi)核相關(guān)原理的學(xué)習(xí)。反過來,對內(nèi)核知識(shí)的深入學(xué)習(xí),也是進(jìn)行高級(jí)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的前提。這樣做的好處是,不僅強(qiáng)調(diào)驅(qū)動(dòng)程序?qū)W習(xí)的重要性,而且重視相關(guān)的內(nèi)核原理對驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的相關(guān)性,將課程定位于培養(yǎng)高端的嵌入式系統(tǒng)實(shí)用人才,
結(jié)合以上教改內(nèi)容,可以總結(jié)出自頂向下和自底向上相結(jié)合的課程學(xué)習(xí)路線圖,在自頂向下部分,通過對Linux基本使用和應(yīng)用編程的學(xué)習(xí),學(xué)生可由Linux外部使用特性對內(nèi)核相關(guān)機(jī)制形成一些感性認(rèn)識(shí)。在自底向上部分,通過首先學(xué)習(xí)一種硬件平臺(tái),包括一些基本接口及其驅(qū)動(dòng),學(xué)生可對硬件提供的對內(nèi)核的支撐機(jī)制有個(gè)初步了解。
在具備上下兩方面的基礎(chǔ)后,再逐步從應(yīng)用需求和資源管理兩種角度引入操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能需求,通過內(nèi)核相關(guān)實(shí)現(xiàn)將上層的應(yīng)用接口和下層的硬件原理銜接起來。這種知識(shí)的組織結(jié)構(gòu)既符合內(nèi)核設(shè)計(jì)的原則,也有利于學(xué)生將平臺(tái)開發(fā)和計(jì)算機(jī)組成知識(shí)融合起來。
2 課程內(nèi)容與實(shí)施
鑒于嵌入式操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)繁雜、涉及面廣、相互之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)從而造成學(xué)習(xí)時(shí)難于入門的特點(diǎn),基于對實(shí)際開源操作系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方式的分析和對比,我們確定了“理論和實(shí)踐相結(jié)合,強(qiáng)調(diào)課程‘邊界’知識(shí)點(diǎn),關(guān)注并及時(shí)融入新技術(shù)”的課程內(nèi)容設(shè)置原則。
2.1 課堂講授內(nèi)容
課程首先介紹嵌入式操作系統(tǒng)的基本功能和發(fā)展歷程,總結(jié)嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)。然后,講述實(shí)時(shí)系統(tǒng)的相關(guān)概念,包括臨界區(qū)、可重入、同步和任務(wù)切換等內(nèi)容。
課程內(nèi)容基于i386處理器,但在涉及硬件細(xì)節(jié)時(shí)一般會(huì)適當(dāng)對比ARM平臺(tái),并考慮64位結(jié)構(gòu)對內(nèi)核的影響。課堂講授的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)還包括Linux的模塊編程、進(jìn)程管理、內(nèi)核機(jī)制(如中斷和下半部、時(shí)鐘和定時(shí)器、多處理器和內(nèi)核同步等基礎(chǔ)機(jī)制)、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備管理和驅(qū)動(dòng)開發(fā)等部分。各知識(shí)點(diǎn)相應(yīng)的部分,通常都會(huì)與μCOSII的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行適當(dāng)對比。由于內(nèi)容和細(xì)節(jié)繁多,且相互之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng),所以在課堂上只選擇講授各大部分中關(guān)鍵和基礎(chǔ)性的知識(shí)點(diǎn),而對于具體細(xì)節(jié)等需要深入學(xué)習(xí)的部分則通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行涵蓋。在具體內(nèi)容組織時(shí)采用“理論與實(shí)踐”的組織方式,即首先針對各相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(分為源代碼分析和動(dòng)手編碼兩類),然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容確定課堂上的講授內(nèi)容。
嵌入式操作系統(tǒng)處于硬件與應(yīng)用程序之間,這決定了學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)時(shí)存在一些“邊界”知識(shí)。比如,編譯鏈接時(shí)的地址重定位、硬件的支撐機(jī)制、內(nèi)核的啟動(dòng)過程等。盡管這些知識(shí)不屬于核心知識(shí)點(diǎn),但它們是完整理解核心知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ),因此需要在課程講授時(shí)明確指出。
對于軟硬件領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù),如虛擬化、多核等與操作系統(tǒng)內(nèi)核密切相關(guān)的一些新技術(shù),在課程中也會(huì)適當(dāng)解釋。
2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
為適應(yīng)不同基礎(chǔ)和能力的學(xué)生,我們設(shè)計(jì)了分層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,形式上分為源代碼閱讀分析和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩大類。
2.2.1 源代碼閱讀分析
源代碼閱讀分析實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)是使學(xué)生深入理解Linux或μCOSII操作系統(tǒng)的核心工作機(jī)制,并熟悉內(nèi)核代碼的組織方式和編程風(fēng)格。這類實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容涉及內(nèi)核的啟動(dòng)、內(nèi)存映射、進(jìn)程的創(chuàng)建、打開文件、信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)等。
要求學(xué)生選擇2項(xiàng)以上的題目進(jìn)行分析,并完成分析報(bào)告。報(bào)告的內(nèi)容包括所選內(nèi)容的技術(shù)背景和應(yīng)用價(jià)值、所使用的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、具體實(shí)現(xiàn)時(shí)函數(shù)的調(diào)用關(guān)系,并對各函數(shù)的基本功能進(jìn)行說明。報(bào)告最后還要求從操作系統(tǒng)原理的角度對所選擇技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及可能存在的改進(jìn)方法進(jìn)行分析。
2.2.2 上機(jī)實(shí)驗(yàn)
上機(jī)實(shí)驗(yàn)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生C語言和系統(tǒng)平臺(tái)的編程能力,并對課堂和源代碼閱讀所學(xué)習(xí)的原理進(jìn)行驗(yàn)證式或創(chuàng)造式的動(dòng)手技能訓(xùn)練。這類實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容包括內(nèi)核的編譯與安裝、模塊編程與管理、為內(nèi)核增加一種新的同步對象[5]、共享內(nèi)存和內(nèi)存映射文件、字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等,內(nèi)容的設(shè)置在涵蓋主要原理的同時(shí),兼顧實(shí)際就業(yè)時(shí)的技能需求。
2.3 教學(xué)實(shí)施
作為以動(dòng)手能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程,強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體,但同時(shí)也重視教師的引導(dǎo)作用。本課程綜合運(yùn)用以下多種教學(xué)方法和手段,以達(dá)到高層次工程化創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
1) 課堂專題討論。針對操作系統(tǒng)各部分知識(shí)相關(guān)性強(qiáng),不易理清的特點(diǎn),在課堂上給出一些引導(dǎo)性的問題,讓學(xué)生分組進(jìn)行討論。老師根據(jù)各組的討論情況進(jìn)行相應(yīng)的引導(dǎo),從而使學(xué)生在討論的過程中將各相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整理、組合,達(dá)到靈活應(yīng)用的目的
2) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師引導(dǎo)小組討論。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師定期組織其指導(dǎo)的學(xué)生小組進(jìn)行討論,依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和項(xiàng)目文檔對其中存在的難題進(jìn)行解答并展開討論,對一些有爭議的話題進(jìn)行引導(dǎo),鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散型思考,以提高其創(chuàng)新能力。
3) 綜合考評方式。采用源代碼分析論文(25%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(25%)和期末筆試(50%)相結(jié)合的考核方式。源代碼分析論文強(qiáng)調(diào)學(xué)生從分析獲得的個(gè)人體會(huì),實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力和代碼規(guī)范性,而筆試則全部采用簡答題形式,注重對概念與具體實(shí)現(xiàn)方式的理解與對接。
4) 現(xiàn)代教學(xué)手段的運(yùn)用。針對課程中的一些重要內(nèi)容,制作相關(guān)的圖形、動(dòng)畫或視頻,以增強(qiáng)教學(xué)效果。利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境展開教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的及時(shí)溝通和交流,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自主性。
3 課程特色
1) 針對課程特點(diǎn),合理組織教學(xué)內(nèi)容。針對該課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)繁雜,涉及面廣,相互之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)從而造成學(xué)習(xí)時(shí)難于入門的特點(diǎn),本課程采用兩種實(shí)際的軟件硬件平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)相對比的方式進(jìn)行教學(xué),以場景的形式對進(jìn)程創(chuàng)建和切換、虛存映射等操作系統(tǒng)核心知識(shí)進(jìn)行組織,有利于學(xué)生對相關(guān)知識(shí)的理解。另外,為了使學(xué)生理解操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的來龍去脈,增加了(動(dòng)態(tài))連接、系統(tǒng)的引導(dǎo)和啟動(dòng)、可執(zhí)行文件的格式和組成等“邊界”內(nèi)容。
2) 明確課程目標(biāo),注意理清同時(shí)涉及軟硬件的概念之間的關(guān)系。作為軟硬件密切結(jié)合的嵌入式系統(tǒng),嵌入式操作系統(tǒng)的深入學(xué)習(xí)離不開對硬件平臺(tái)的深入理解。但很多技術(shù),比如中斷處理、地址綁定等概念,操作系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)都需要依賴于處理器提供的支持才能實(shí)現(xiàn)。因此,在講述這類知識(shí)點(diǎn)時(shí),強(qiáng)調(diào)哪些是硬件的技術(shù),哪些是軟件的技術(shù)。這種做法非常有利于學(xué)生理解硬件中有哪些技術(shù)是為了操作系統(tǒng)的存在而設(shè)計(jì)的,操作系統(tǒng)中有哪些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是為了在多種硬件平臺(tái)上“通用”而設(shè)計(jì)的,從而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型高級(jí)“系統(tǒng)”設(shè)計(jì)人才的目的。
3) 強(qiáng)調(diào)實(shí)用技能,采用源代碼分析和編程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)踐形式。為了達(dá)到高效運(yùn)行的設(shè)計(jì)目的,操作系統(tǒng)的源代碼通常設(shè)計(jì)得非?!熬馈?,因此可作為編程能力培養(yǎng)的經(jīng)典范例來使用。而上機(jī)編程實(shí)驗(yàn),則需學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)原理和編程技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種系統(tǒng)功能,因此強(qiáng)調(diào)實(shí)際動(dòng)手技能的培養(yǎng)。這種代碼分析與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,真正做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式。
4 結(jié)語
以上教改的實(shí)施顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性,通過學(xué)生反饋的課程評估結(jié)果及其就業(yè)表現(xiàn)驗(yàn)證了課程建設(shè)的有效性。
我們深知,課程的建設(shè)和改進(jìn)沒有止境,教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)效果的反饋不斷地進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化。希望能通過進(jìn)一步借鑒國內(nèi)外同行的寶貴經(jīng)驗(yàn),把我們的教學(xué)水平提高到一個(gè)新的層面。
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Application of Linux Kernel in Embedded Operating System Course Teaching
YUAN Cangzhou, LÜ Weifeng, KANG Yimei, SONG You, SHEN Xueping, WANG Huafeng, ZHAO Heng
(Software College, Beihang University, Beijing 100191, China )
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