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教改故事 | 西邮严老师:把培养工程设计能力装入嵌入式教学日常

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本帖最后由 STM新闻官 于 2023-8-24 15:53 编辑

在人工智能和物联网应用推动下,嵌入式成为当前最热门最有发展前途的技术领域之一。企业对高质量嵌入式人才的需求越来越大;全国高校也在不断探索、改革和深化嵌入式人才培养体系,以满足产业界对嵌入式系统创新人才的迫切需要。

西安邮电大学严学文老师于2019年推出的嵌入式教学系列精品课程《嵌入式系统设计实验》、《光电系统设计》及《专业课程设计》,在众多嵌入式教学课程中独具特色。3年来,课程得到许多高校学生、教师、嵌入式爱好者的广泛好评,在教学改革、学科建设、人才培养、学生就业等各方面都收到了积极反馈。
这些课程究竟有怎样的魔力?来听听严老师的教改故事。

新技术装不进旧课程,嵌入式课程教改势在必行


作为从事高校教学多年的资深教师,严老师对于当前中国高校嵌入式课程教学存在的种种问题有着深切体会。

教学内容明显落后于市场需求
意法半导体在2007年推出 STM32系列单片机,并逐步成为业界主流,而目前很多高校的嵌入式课程还停留在51单片机和汇编语言的教学内容。这远远落后于当前主流技术,无论是从性价比、开发方式的可视化、学生入门的难度、人才市场需求,以及后续开发生态,都不能与时俱进。

课程系统性和逻辑性不清晰
学生在专业课学习过程中,关联课程的逻辑关系不清晰,前后衔接不好,没有形成完整的培养体系,学生上手较困难,普遍觉得入门困难,挫伤学习积极性。比如,有的课程用51单片机,有的课程用MSP430,有的课程用FPGA,前后逻辑关系不清,导致高年级学生课程设计或者毕业设计作品的综合性和系统性较差,功能、结构、人机界面等方面与市场上同类工业成品相比差距很大。另外,一些实验教学案例的设计留给学生自主创新、发挥的空间也不够。
总的来说,当前的教学已经滞后于社会和市场需求,落后于业界主流芯片和技术,学生体验不佳,教学改革势在必行。

与时俱进,选定STM32平台


那么,如何确定课程改革的具体方向?严老师通过兄弟院校的教学调研和自身在企业技术顾问经历,获得了很多启发。教学之外,严老师与工业界接触一直比较紧密,也在企业担任过技术顾问,接触到很多流行的新技术方案,均采用STM32,普及度高;已经毕业的学生们也向严老师反馈,当前嵌入式系统会采用平台化开发策略,而STM32的平台化及各类开发资源非常丰富;通过与业内诸多同行老师密切交流、学习借鉴先进的教学理念和教学方案,如浙大的章玮老师、苏州大学的王宜怀老师、电子科大的漆强老师、大连理工的李胜铭老师等。


2019年,严老师教学团队对嵌入式系列课程进行彻底的教学改革。这不仅是改革一门课程,而是彻底改革从大二到大四整个教学体系,引入市占率高的STM32芯片和STM32CubeMX 软件开发工具,在学生历时三年的嵌入式应用相关课程学习中,推出系统化、平台化的教学内容,并辅以大量实践练习,提高学生的实践能力。在整个教学改革过程中,得到了意法半导体大学计划部门的大力支持,为课程提供了大量的开发板。

零门槛,面向所有嵌入式学习者


严老师和电子科大的漆强老师一起悉心设计了嵌入式系列实践类课程,主要课程从大二开始,属于零基础的入门级嵌入式系统及实验课程。针对大三学生开设了进阶的光电系统设计、显示器驱动技术及实验课程,以及高年级的综合性专业课程设计等。
课程从零基础的通识知识开始,到后面的外围器件、数码管、液晶LED显示、SD卡、触摸屏、音频芯片、电机驱动、PID光电传感器检测,底层的核心平台均采用STM32,技术方案一脉相承,教学内容逐步深入,与业界接轨,以培养学生解决复杂工程问题的能力为目标。


严老师把400多个教学视频上传到B站和慕课等平台后,很多本校其他本科专业学生也非常感兴趣,不少外校如广西师范大学、广州大学、北京林业大学等学校也将其作为他们本科生的教材。因为入门简单,讲解细致,很多职高专院校也把它作为大专教材选用。甚至浙江大学的个别研究生课程,也把该课程作为教学参考。

这门课程同时也适用于嵌入式爱好者和企业工程技术人员进行自学参考,面向对象非常广泛。



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沙发
STM新闻官|  楼主 | 2023-8-24 15:54 | 只看该作者
本帖最后由 STM新闻官 于 2023-8-24 15:57 编辑

与市场接轨,培养工程设计能力

在教学理念、课程设计、推广方式等各方面,严老师的课程都独具特色。

以结果为导向,提高解决问题的能力
很多学生直至毕业都没接触过一个复杂的电子工程。这门课程以结果为导向、以提高工程设计能力为理念,设计要求对标市场同类工业产品,全面比对性能指标和技术功能,成本功耗、美观程度、便携性能。同时,留给学生自主改进和发挥空间,培养学生自主研学、综合设计和实践创新能力。

系统性、普适化
嵌入式学习入门易,但学习过程中总会遇到一些硬件问题,很容易半途而废。现在面向大学生的各类大赛虽然很多,但针对性拔尖学生,也需要投入大量时间和精力学习及实验,对于普通学生的难度较大。因此,严老师教学团队在教改过程中,特别注意教学内容对普通水平学生的普适性,注重降低门槛、编写详尽、循序渐进。此外,课程微控制器选型全部采用市场主流的STM32F4系列,从单片机技术支持、光电显示驱动传感、控制,到最后的综合设计,前后衔接贯通,形成一个由浅入深逐步进阶的培养体系。

开发方法可视化
STM32的开发方法具有可视化特性,TouchGFX软件所见即所得,用C++的方法开发界面容易入门,很快带来成就感,激发学生学习动力。开发软件平台则采用STM32CubeMX进行底层配置驱动程序的开发,分工合作效率高,学生上手容易。

与市场主流产品接轨课程案例涉及市场流行的电子产品,如市场主流的智能手表、可穿戴设备等消费电子产品,提高学生学些习积极性,并可以延申至就业环节。

充分利用自媒体平台 教改充分利用了大学慕课、B站等自媒体平台,免费发布每节课的课件、实验操作流程、结果演示、课程源代码,教学视频大纲、配套教案、器件清单、原理图、PCB源代码,包括需要安装的软件等等教学资源,让大家轻松获取全套资料包;同时利用 QQ群进行技术交流,发布作业答案,以便教学成果的广泛传播。

提高教学成果可复制性独乐乐不如众乐乐。团队致力于提高教学成果的标准化,可复制和可推广性。比如案例注重新鲜性、选择性价比较高的主流器件,在电商平台就可以购买。同时及时总结和沉淀教学成果、出版教材,便于推广,让本校、外校的教师可直接借鉴使用。


正是由于课程在内容设计、传播推广等方面的独特优势,一经推出就得到了学生、教师和嵌入式爱好者的积极反馈。B站课程点击量已超过21万,教材也因应需求多次印刷。
严老师说,教改项目带来的最大成就感。他教授的光电专业学生的就业质量明显提升,以2018级学生为例,采用新教学体系的学生优质就业比(就业方向是上市公司、行业龙头企业、大型国企及知名研究所)达到87%,而沿用旧教学体系的学生这个数字是58%。

此外,在教改过程中,与同行、业界充分交流合作、共享资源,共同受益,也让严老师深受感动,并进一步激发出更强大信心和动力,继续不遗余力、积极探索,为推动中国嵌入式创新人才培养作出更大贡献。



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天意无罪| | 2023-8-26 22:43 | 只看该作者
确实如此,现在高校的一些教材是应该改革重编了,很多前沿的技术应该写到教本里面去。

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地板
guoyt| | 2023-8-29 19:48 | 只看该作者
现在还停留在51单片机和汇编语言的教学内容

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Stahan| | 2023-9-2 23:12 | 只看该作者
我那时候连标准库都不教

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MessageRing| | 2023-9-3 21:27 | 只看该作者
我那时候51也是汇编

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MessageRing| | 2023-9-3 21:28 | 只看该作者
PPT蓝底白字不知道传多少年了

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