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廖勇:打造经典案例 讲透“编程”本质

原创 来源:成电新闻网 作者:王晓刚 苟灵 2020-04-02
【导读】在《嵌入式系统设计》课堂,信息与软件工程学院廖勇教授通过一系列趣味而经典的案例,激发学生思考和追问编程的本质。

为什么双击QQ图标,它就可以自动运行呢?我们开发APP要用到开发工具软件,开发工具软件的本质又是什么?怎么样通过编程让机器视觉模拟人的双眼、让无人驾驶学会“看路”?……

在《嵌入式系统设计》课堂,信息与软件工程学院廖勇教授通过一系列趣味而经典的案例,激发学生思考和追问编程的本质。

从线下到线上,授课的方式变了,但教学的目标没有变。廖勇对这个课程的定位就是,要驱动研究生的复合创新能力。

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站着上课:“让网课更有线下的感觉!”

廖勇这学期带了三门课,本科生一门,研究生一门,留学生一门。虽然都是轻车熟路、得心应手,但备课、上课的工作量依然有点大,需要投入很多精力。

他爱人也是大学老师,也需要在线授课。巧的是,两个人的授课时间大部分重合,即便分别关在各自的房间在线授课,也感觉有点相互干扰。

为了多给对方一点“清净”,廖勇起初想在清水河校区的办公室里上课,后来,还是决定另外找一个安静的地方。

每周日晚上,他从沙河校区来到郫都区,一个人备课、上课,自己做饭,一连五天。周五晚上下课后,再驱车回沙河校区与家人“团聚”。

在他的“直播间”,有一张比较大的桌子,上面摆放两台笔记本电脑,一台上课、一台备用。电脑旁边是教材和讲义。

为了更好地找到以往在教室上课的感觉,廖勇买了线比较长的耳机,这样他就可以站着上课,仿佛在讲台上一样。

“这不是我一个人的秘诀!”他说,“许多老师都通过站着上网课,找到了线下教学的感觉!站着讲课,老师更自如,上课不呆板!”

有时候,必须在课堂上进行“板书”,廖勇就用手写笔来写,或者用软件在线做“框架图”,学生可以在屏幕分享里看到板书或作图的整个过程。

他说,除了课堂讨论稍微有点时延,其他环节和线下授课没有什么分别。他反倒是担心学生宅在家里整天对着电脑上课,可能会感觉比较“闷”。

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追问本质:“编程软件到底是怎么回事?”

廖勇教授的《嵌入式系统设计》课程,并不是专门给计算机专业或者软件工程专业的学生准备的——他欢迎各个理工科专业的学生。

他说,电子科技大学的很多专业都与计算机和编程紧密相关。如果学生能够理解编程的本质,并和具体的专业或兴趣点结合起来,将受益匪浅。

廖勇所说的“编程的本质”,并不是教学生用软件开发工具编写开发一款APP或者程序,而是让学生思考软件开发工具本身,以及在大规模软件设计中如何更好应用这些工具。

他说:“只有从本质上理解了‘开发软件的软件’,学生将来在各行各业的工作中才会举一反三,‘以不变应万变’!”

许多非软件工程专业或非计算机专业的学生,往往满足于在应用层面学会使用本专业领域的一些软件开发工具。

但是,廖勇却要求他们要知道软件开发工具是怎么把源文件变成“0”和“1”组成的二进制代码,这些二进制代码又是如何变成一个可运行的完整文件的。

他会问学生:“我们在安装QQ的过程中到底发生了什么?它在本质上是一长串的‘0’和‘1’,但是,这么一串‘0’和‘1’为什么能够用来聊天?”

在他的心目中,这才是学生应该掌握的“看家本领”。

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项目驱动:打造经典案例引领交叉融合

为了让学生明白编程的本质,在廖勇的课堂,他会讲到许多有趣的案例。如通过编程帮助机器模拟“双目视觉”,学生自己组队编程,并在沙河校区进行实地测试。

该课程是在本科工程能力和专业素质培养基础上纵向贯通,持续地、更深层次地培养研究生的系统工程能力和和科学发现精神。

课程首先探讨嵌入式系统设计基本理论与技术,重点讨论嵌入式系统运行支撑平台相关设计技术及前沿发展,聚焦跨学科特性嵌入式系统设计与实现,贯穿课程主线。

课程及案例面向大规模嵌入式系统设计和系统中存在的前沿问题,通过更深入的元认知思维,从系统中发现问题、再充分探讨如何应用数学方法描述和量化系统,并回归系统设计本身,指导系统重构和性能优化。

基于此,学生既可往“实践取向”的“制造者”方向发展,也可往“认知取向”的“发现者”方向发展。

廖勇还探索从产业需求和发展出发,顺应技术发展趋势,和产业紧密产学研合作,立足软件工程及相关专业相关的课程体系建设,围绕异构多核实时计算、嵌入式系统设计等核心问题,建设针对研究生的教学案例库。

以“双目视觉”等案例为牵引,该课程设计了教学环节和项目实践环节,以培养研究生的系统工程与跨界融合能力、科学发现精神。

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面向未来:培养引领性跨界创新人才

为什么要立足于嵌入式系统设计,彰显跨学科性呢?廖勇认为,改革开放40年,我国各行各业取得了前所未有的发展成就。进入新时代,中国要实现从“并跑”到“领跑”的角色转变,就必须培养具有引领性的创新人才。

而且,在新经济发展模式下,工程问题复杂度不断增加,工程师遇到越来越多需要突破单一学科边界、综合多个专业知识才能解决的复杂性问题。

另外,从人才培养方法来看,高校人才培养模式更多是按学科门类进行分类传授,知识在某种程度上被割裂,培养的人才缺乏整体和系统思维,最终难以适应新产业发展需要。因此,学科交叉与融合不仅是科技创新的突破口,也成为人才培养的关键。

他对比研究国内外《嵌入式系统设计》课程后发现,国内外一流理工大学纷纷立足各自专业开设了这门课程,但都倾向于从某一专业出发探讨嵌入式系统。而实际上,嵌入式系统本身具有较强跨学科属性,涉及到电子工程、通信工程、计算机科学、自动化、软件工程、航空航天等专业领域的知识。

因此,他认为,在新经济时代,学科在不断交叉融合,传统的嵌入式系统课程体系和教学模式都应该与时俱进,尤其是当前我们要从“并跑”到“领跑”的角色转变,转变课程理念刻不容缓。

“我们要面向引领未来产业的高端研究生培养,紧密结合学科前沿发展动态,建设具有跨学科属性的案例,再通过探究其设计与实现培养学生复杂工程问题解决能力、创新和批判思维能力。”他说,“通过该案例及课程教学环节,我们要帮助学生建立起计算机系统能力,为成为高层次软件系统工程师打下基础。”


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