嵌入式软件工程人才系统化教育探索
作者:admin      发布时间:2014/9/26
 

搞要:本文介绍了当前嵌入式软件人才的培养现状,提出了市场需要的嵌入式工程人才的能力素质模型,在此基础上,介绍了北京航空航天大学软件学院嵌入式软件专业的课程体系及实验与实践环节建设,最后提出还需加强的方向。

关键词:嵌入式软件、能力素质模型、软件工程人才、课程体系、系统化教学

1   引言

          嵌入式系统无所不在,各种各样的嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机,嵌入式系统广泛应用于航天、航空、仪器仪表、工业控制、通信、信息家电、移动计算设备、网络设备、仿真、医疗仪器、汽车电子等各个领域,包括计算机的许多外设,如打印机、光驱等等都用到嵌入式技术。

但是对于嵌入式系统的定义仍在讨论之中。广义地讲,带有微处理器的专用软硬件系统为嵌入式系统,而嵌入式软件是实现嵌入式系统功能的关键。在各个高校的计算机、自动控制、电子工程、通讯、机械、车辆、导航等各学科领域,都有许多人从事嵌入式系统的研究与开发。但是,将嵌入式系统作为一个专业进行系统化教学的却很少,这也导致我国现有的嵌入式系统开发人员知识体系不完整,嵌入式软件开发不成规模,嵌入式软件产业化发展较慢。

此外,传统的高等教育注重学生的专业知识培养,但随着市场经济的发展,我国各行业的企业在规模、管理、竞争等各个方面的发展需求,期望学校在培养学生专业知识与技能的同时,关注对学生的职业素质的培养。

因此,我们在探索系统化培养嵌入式软件工程人才的同时,也加强对学生职业素质的培养与提高,以便学生能够适应企业对人才的全面要求。

2   嵌入式软件工程人才能力素质模型

           嵌入式软件工程人才应是适合企业环境,具有专业知识和工程实践能力的复合型人才,图1描述嵌入式软件工程人才需要具备的能力素质模型。

 

2.1 职业素质

传统的高等教育注重的是专业知识的传授,培养的是专业人才,而现代企业需要的是职业化的专业人才。企业选拔人才、考核人才主要是从德、能、勤、绩四个方面考核,德排在首位。因此,职业素质的培训应是培养嵌入式软件工程人才的基础,主要培训学生的职业道德、团队合作精神以及沟通能力。

2.2 知识结构

嵌入式系统融合了微电子、计算机硬件、通信和电子工程等多种技术,嵌入式软件的开发也是一个基于多种技术、工具和应用域专业知识的软件工程,嵌入式软件的开发同样要经历软件工程的需求分析、系统设计、编码、测试、维护等各个过程,因此嵌入式软件专业人才的培养不同于传统的计算机软件人才的培养,除了系统学习软件工程的开发方法、项目管理等知识,硬件知识、应用域专业知识、嵌入式系统的开发技术与工具也都需要了解,但又不可能在有限的时间内对各个领域的知识进行全面深入的学习,于是,对硬件、应用域专业基础、开发技术与工具的知识点、范围与深度的选择变得非常重要。

2.3 工程能力

 对于嵌入式软件工程人才而言,工程能力是非常重要的。因为他们要去创建一个实际的系统,在这个过程中,他们要不断学习新的开发平台与工具,需要有软件、硬件的集成能力,也需要过程控制、项目管理的能力。

3   课程体系

 抛开应用域的差异,分析嵌入式系统开发的技术、平台、工具与开发方法,北航软件学院嵌入式软件专业软件工程硕士课程体系设置如图2所示。

课程体系设置主要分为以下五层,除图2所描述的课程之外,还开设《职业生涯规划》、《软件心理学》、《软件经济学》等公共选修课程。

3.1 公共基础课

公共基础课主要是研究生必修的基础课程,如政治、英语、数学及科技协作与沟通技巧。

3.2 专业基础课

软件工程是所有软件专业人才必须学习的基础课程,嵌入式软件工程人才也不例外。在这一层,将软件工程分为方法、过程、管理三个部分进行讲授,并有系列相关前沿技术讲座。

3.3 专业方向基础课

    通过专业方向基础课的学习,学生可以基本掌握嵌入式软件设计的方法与技术。《嵌入式系统概论》让学生了解(认识)嵌入式软件和硬件的一般开发环境与流程,并掌握一种实验开发工具;《嵌入式操作系统》使学生了解各种嵌入式操作系统的发展与现状,并重点掌握Linux操作系统及在嵌入式系统中的裁剪与选择;《嵌入式软件设计》将基于Linux操作系统,使学生掌握嵌入式软件设计的要点与方法、软件开发调试的工具与方法等;《DSP软件开发技术》使学生了解DSP的基本结构及工作原理,理解和掌握基本的数字信号处理算法的基础知识,掌握嵌入式DSP系统的软件设计开发实用技术。

3.4 专业选修课

    专业选修课使学生掌握全面的嵌入式软件开发的技术、工具、应用域基础知识。《工业数据通信与控制网络》使学生掌握工业总线与控制网络的基本概念、标准及应用等,而《嵌入式应用算法基础》使学生掌握在工业控制、通讯、数据采集等应用域经常用到的滤波算法、优化算法等,这些算法与计算机专业所学的《算法分析设计》完全不同。

3.5 工程实践、企业实习

    整个学习过程由实践贯穿始终,工程实践、企业实习一级一级由基础到专业、由简单到复杂、由个体到团队逐步强化训练。

4   强化实验与实践

培养嵌入式软件工程人才,工程实践能力非常重要,我们通过多级实践、专业的实验室、企业合作、有实践经验的教师等多方位的努力,使学生在毕业时成为一名合格的嵌入式软件工程师。

4.1 多级实践

1)课程实验

每门课程都有大量的实验,通过实验与作业掌握所学内容。

2)一级工程实践

通过强化训练,使学生掌握CC++编程语言,并独立完成应用程序设计。

3)二级工程实践

专门设计针对工业控制、通信、移动等应用领域的嵌入式软件的实践项目,以及项目要考核学生的知识点与能力标准,并在实践过程中模拟企业的管理体系,训练学生项目管理、团队合作、学习创新的能力。学生组成团队完成一嵌入式系统应用软件的开发,实践项目可选择不同应用领域的项目。

4)企业实习

学生将在企业进行一年的实习,参与企业实际项目的开发。

4.2 专业实验室

    建立专门的嵌入式软件专业实验室,配备相应的软件、硬件环境,软件包括常用的VxWorksuCOSLinux等操作系统,以及SybaseSqlite等常用应用软件;硬件包括DSP仿真器+开发板,ARM仿真器+开发板以及试验用的其他模块。实验室能同时容纳30人进行实验,每个同学和教师都有自己的PC,并由专业软件NetOp School管理,实现教师和同学的互动教学。

4.3 企业合作

 时代集团为北航软件学院嵌入式软件专业的建设投资,并设立专项奖学金,创建专用于本专业学生实践的嵌入式软件实验室。日本理光也为本专业提供实验室设备,学生可以进行数码相机等嵌入式应用系统的开发。时代集团、华为集团、siemensnokia等业内知名企业为本专业学生提供工业界实习、就业机会,并提供指导教师、授课教师。

4.4实践经验丰富的教师

嵌入式软件专业的授课教师、实验指导教师都是有丰富项目开发经验的教师,有北航各院系嵌入式实验室的教授,还有来自时代集团、华为集团、siemensnokia等企业的工业界人士。

5   结束语

    虽然我们在嵌入式软件工程人才培养体系中关注学生的职业素质培养,尽可能对硬件、软件、技术平台、开发与调试工具以及相关应用域的基础知识进行系统化的教学,同时非常重视学生的实践能力、工程能力的训练。但是对于高等学位教育,真正要做到系统化教育,学科建设、学术研究是非常重要的,这需要从事本领域的研究与教学工作的人员共同长期努力。

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