嵌入式Internet常见接入方式的研究
摘要:本文介绍了嵌入式Internet技术的基本概念和原理,综合分析了嵌入式Internet的几种常见的接入方式,并指出了其发展趋势及方向。
关键词
本文来自:计算机毕业网 :嵌入式Internet;接入方式
随着国民经济的持续发展,Internet技术已经深入到人们的生活之中。在工业监控系统、智能仪器、安防系统等很多场合存在的大量电子设备都有接入Internet的需求。通过接入Internet,可以在Internet网络到达的任何地区实现对设备的远程控制、远程维护等操作。Internet技术与嵌入式系统相结合可称之为嵌入式Internet技术。目前嵌入式Internet的接入方式通常有直接接入和间接接入两大类。
1 直接接入方式
直接接入采用处理机加TCP/IP协议方式,微控制处理机像PC机一样直接处理TCP/IP协议,一般需要高档的处理机,如32位的ARM,SH3,MIPS等微控制处理机和一些单周期指令速度较高的8位微控制处理机,如AVR,SX等。当然,这里TCP/IP协议一般都根据具体应用环境可适当进行删减。
对TCP/IP协议的具体处理又有两种方法。在嵌入式操作系统上运行TCP/IP协议和直接在嵌入式处理器上实现TCP/IP协议。
(1)在嵌入式实时操作系统RTOS上运行TCP/IP协议:即用软件方式直接处理TCP/IP协议。目前实时操作系统的功能越来越强大,大多数嵌入式操作系统都带有TCP/IP协议栈,还具有对图像界面的支持能力。采用这种方法最灵活,能按用户需求实现很多复杂的功能。当然,灵活的同时带来的是开发复杂度的增加,对开发人员的要求高,必须对操作系统和TCP/IP协议都要有一定的熟悉,开发周期也较长,难度相对较大。同时嵌入式操作系统的运行需要占用大量的处理器资源和存储器空间,对硬件配置也有较高的要求,因此开发的费用比较高,且高档微控制处理机和RTOS的价格也很高。可以将这种方案简单地表述成:高性能CPU+实时操作系统+以太网接口控制芯片。
这种接入方式示意图如图1所示。
图1在RTOS上运行TCP/IP协议示意图
(2)直接在嵌入式处理器上实现TCP/IP协议:即采用固化了TCP/IP协议的硬件芯片实现,如Seiko Instruments公司的$7600A等,它支持HTTP、SMTP、POP3、MIME等多种协议,通过外部硬件电路处理TCP/IP协议,也可用UBICOM公司(原Scenix公司)的SX单片机加虚拟外设的方式。该方式与前一种相比更方便,不需要操作系统,大大节省了资源,开发难度有所降低,但还是需要熟悉TCP/IP协议和相关接口,技术实现上也比较困难,且对处理器的性能仍然要求较高。这种方案可以简单地表述成:单片机+硬件协议芯片+以太网接口控制芯片。
这种接入方式示意图如图2所示。
图2 直接在嵌入式处理器上实现TCP/IP协议示意图
这种技术的典型应用有沈阳东大新业信息技术股份有限公司按该思路研制开发的嵌入式系统接入Internet的一个实用产品——Webit。Webit将微控制处理机和以太网控制器集成到一块小板卡上,将它装入到嵌入式系统与Internet连接。Webit有自己的IP地址,与第一种接入方式相似,但它有更高的集成度,将协议处理部分独立出来,开发人员省去了网络部分的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
,可将主要精力放在设计应用系统本身。
从以上可以看出,这两种方式都类似于在微控制处理机上实现PC机加网卡的功能。微控制处理机直接处理TCP/IP协议,复杂度较高,且每个微控制处理机也需要一个IP地址,而IP地址需要付费使用。这种方式需要高档的微控制处理机和较高的开发及使用成本,因此一般只会在一些高档产品中使用,使用在低端产品和过去的遗留设备中是不合适的,但它有一个好处是不需要PC机做代理服务器或网关。
应该指出,第一种接入方式我们似乎极为眼熟。确实,它与我们日常用PC上网方案:PC+操作系统+以太网接口控制芯片极为相似。随着硬件技术的飞速发展,相信不远的将来,在一块嵌入式芯片上实现当前台式PC机的性能将成为现实,所以这种方式必将成为未来嵌入式系统接入Internet的主流方式。但由于当前IPv4时代IP地址的短缺,这种接入方式的大发展将是在IPv6到来的时代。
2 间接接入方式
为了克服直接接入方式的主要缺点(即每一个设备都需要IP地址),出现了利用代理服务器/网关等间接方式来实现嵌入式系统接入Internet。代理服务器/网关可以用桌面计算机PC或高档的嵌入式处理器来充当,也可以使用专门设计的嵌入式微网关,它们的原理与通常的普通型相似,具体实现方案的不同在于使用PC或高档的嵌入式处理器还是使用嵌入式专用微网关来实现。
(1)代理服务器/网关接入方式
一般由桌面计算机PC或高档的嵌入式处理器来充当,一方面运行TCP/IP协议实现Internet接入功能,一方面通过轻型网络技术(如RS232、RS485、CAN总线)将多个嵌入式设备接入作为代理的PC机,利用PC机与外部Internet通讯。嵌入式系统中只需要有一部分与代理服务器通信的代码即可。由于和代理服务器的通信方式比较简单,因此这部分代码可以非常少,对嵌入式系统处理器速度、资源要求也比较低,可以解决各种嵌入式系统接入Internet的问题。代理服务器的性能一般比较高,可以同时和多个嵌入式系统通信。因此,此方案特别适用于
嵌入式系统多且较为集中的场合。其优点是可以很方便的解决设备上网问题,开发难度低;缺点是接入成本比较高,不利于大规模推广。该方案比较适合大型或较昂贵工业设备的上网需求,不适合用于低价格设备。
这种接入方式的典型示意如图3所示。
图3代理服务器/网关接入方式典型结构示意图
(2)轻型网关接入方式
轻型网关即嵌入式微网关系统,网关系统提供了一个嵌入式的构成体系,使得即便是最小的嵌入式微控制器都有网络功能。建立一个网关,让它作为轻型设备网络(RS485、CAN、LonWorks等)和重型设备网络(包括Intranet和Internet)间的媒介。这样,嵌入式设备就可以与外界进行通信。网关系统有较多的资源,可以加强嵌入式设备的功能,从而实现更多信息和数据的通信,具体实现技术有以下两种。
j采用专用嵌入式网络协议网关。这种接入方式通常被称为嵌入式微Internet网络技术(EMIT:Embedded Micro Internet working Technology)。EMIT由嵌入式微网络(即emNet)和嵌入式微控制器网关(即emGateway)两部分组成,emNet协议运行在MCU内部,是为嵌入式系统和其他网络(如RS-485、IR、RF和电力线等)进行联接的网络协议。同时,emNet使得集成emMicro的嵌入式系统能够和emGateway进行有效的通信。嵌入式微控制器网关(即emGateway)运行在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中,它是设备网络和Internet之间联接的桥梁。应用系统运行微控制处理机内的emNet,通过emGateway与Internet联接。
这种接入方式的典型示意图如图4所示。
图4 专用嵌入式网络协议网关示意图
这种技术的典型应用有emWare公司开发的一整套嵌入式微Internet网络技术。
k使用专用嵌入式芯片建立网关。这种接入方式通常由专用嵌入式芯片来建立网关。这种芯片一般是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片,它通过
标准
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的输入、输出口与各种微控制处理单元相连。微控制处理单元通过这种芯片与网关联接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给它发送出去。微控制处理单元应用系统通过这种专用嵌入式芯片与网关联接,再进入Internet网。
这种接入方式结构示意图如图5所示。
图5 使用专用嵌入式芯片建立网关结构示意图
这种专用嵌入式芯片的典型开发有武汉力源公司开发的 Webchip芯片,该公司同时推出了基于Webchip芯片的嵌入式电子设备和家用电器与网络方便联接的实用解决方案。
3 结束语
虽然文中指出了在嵌入式芯片上直接运行RTOS接入Internet将是未来的主流方向。但这对大量需要接入Internet的低价小型设备而言,使用8位和l6位MCU仍将是最经济最简便的选择,而在8位和l6位MCU上实现Internet通信协议是比较困难的,所以上面提出的嵌入式系统间接接入Internet方式仍将长期地运用于嵌入式Internet系统之中。嵌入式Internet的多种接入方式将在很长时间内并存互补地存在着。
随着嵌入式Internet的发展,还会出现更多更新的嵌入式Internet的实现方案,但基本原理都不外乎以上几种。大量嵌入式系统需要接入Internet,真正进入寻常百姓家庭,降低接入成本是首要的前提。接入成本包括两个方面,一是硬件成本,即需要开发出价格更低、性能更高的诸如单芯片式的嵌入式设备,以大幅地降低硬件成本,片上系统(System On Chip)是发展方向;二是软件成本,又以IP地址的短缺为首选,这是IPv4时代没有办法根本解决的问题。所以嵌入式Internet大规模发展并真正进入千家万户,需要两个缺一不可的条件,一是硬件成本的大幅降低,二是IPv6时代的真正到来。
参考文献:
本文出自: 计算机毕业网
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[1]
摘要:构件技术是现代软件工程中软件复用的主要发展方向之一,本文结合一个软件包的开发过程,详细分析了构件技术在多媒体系统集成中应用的方法,基于这一技术和方法设计开发的网络多媒体集成软件“E媒体课堂软件包”已经成功地应用于教学。
关键词
本文来自:计算机毕业网 :多媒体;课件;课堂管理;数据库;
多媒体数据的集成技术广泛应用于教育教学领域,教学网站、视频课程和视频课件已经成为远程教育中一项重要的教学资源。多媒体视频课件直观、形象,方便了学生的学习,提高了学习的效果.但是绝大多数的多媒体视频课件受到集成工具的制约,使课堂教学变成了看电影,教师备课变成了写电影脚本,严重影响了教师的个性和主动性的发挥。基于这一认识,在充分分析教师教学的特点和学生的学习特点的基础上,我们认为,构件技术的应用是解决多媒体教学课程中影响教师的个性和主动性发挥的一个重要途径。
1构件及其属性概述
构件又称元件,是指可方便地插入到语言、工具、操作系统、网络软件系统中的一种独立可重用的二进制形式的代码和数据,它由接口(Interface)、实现(Implementation)和部署(Deployment)三部分构成,其中接口告诉构件的用户该构件能完成的主要功能;实现是让该构件得以运作的代码。部署是构件的存在形式,一般即为二进制代码或可执行文件。
构件具有封装性、描述性、替换性、扩展性等四个重要属性。
(1) 封装性。构件内部实现的调整不会影响用户的使用。
(2) 描述性。主要包括对构件的接口、实现和部署的描述。对接口的描述告知用户构件所提供的所有接口名及各接口所能完成的服务;对实现的描述告知用户构件是如何构造的,如数据存储使用的是XML文件还是关系型数据库;对部署的描述则告知用户构件的运行环境,如COM+、CORBA等。
(3) 替换性。构件的封装和描述属性使得构件具有可替换性。只要有相同的接口,一个构件完全可以由另一个构件替换,哪怕它们的内部实现各不相同。
(4) 扩展性。是指在不影响用户使用构件的情况下增加构件的功能。这种扩展可以藉由两种方法达成。一是增加接口,该方法多为构件开发者采用,因为构件开发者可以直接对内部实现进行修改,同时考虑到兼容性,构件的原有接口会保留,而把新增的功能通过新添加的接口供用户调用。二是授权(Delegating Responsibility)。该方法多为构件用户使用,因为构件用户无法直接修改构件的内部实现。该方法将创建一个新的构件,原构件无法提供的功能在此新构件中实现,已提供功能则在此新构件中继续被调用。
2多媒体集成系统的特点
(1) 多媒体展示的集成性
这里的集成,包括两方面的含义,一方面是多媒体信息载体的多样性,需要一种能够把多种信息进行集成展示的工具;另一方面是多个多媒体课件的集成展示。信息技术的发展,为多媒体数据的集成管理提供了高效、实用的信息平台,多媒体课件的集成性是未来多媒体课件发展的主要方向。
(2) 多媒体元素的开放性
这里的多媒体元素是课件中所包含的任意文本、图形、图象、音频和视频信息。课件的开放性是指用户可以根据教学需要,分离或组合课件所包含的任意元素或构件,或者增加若干相适应的构件元素。开放性的课件需要一个能够有效管理这些元素数据的课件开发工具。开放性管理有利于媒体的集成,更有利于个性化的因材施教。但要注意,这里的开放性指的是开放式管理和整合,并不是侵权修改。
(3) 数据管理的智能性
多媒体课堂里的数据应该有两方面的含义。一是多媒体课程数据,即前面提到的文本、图形、图象、音频和视频等信息资源和课件数据等,这些数据是多媒体集成系统中最有效的构件元素。二是课堂管理数据,包括学生听课情况、学习效果等反馈数据。对这些数据的智能化分析和调整,是保证教师进行多媒体教学成败的关键。
3基于构件技术的多媒体课件集成系统的功能结构及实现
多媒体课件集成系统由系统由课件管理模块、课堂管理模块、多媒体集成模块、发布演示模块和构件库等五部分组成,其应用结构示意图如图1所示。
下边给出课件编辑模块、多媒体集成模块和课堂管理模块的功能设计方法。
3.1课件编辑模块
为了突出本系统在课件方面的“集成性”、“可编辑性”和“灵活性”特点,我们专门设计了一个个性化的课件编辑器,该编辑器不仅具备所有的文本编辑器的特性,而且集成了课件模板、特效编辑功能,同时还分别支持试题库数据、学生库数据等数据库,支持章节表数据、检索数据、课堂日志数据、讲义教案数据等数据列表,支持音频视频等多媒体数据。如果有必要,用户还可以灵活增加其它的数据,如主题词数据和飞播数据等等。经过综合编辑的课件可以经过课件转换工具加入构件库或利用浏览器来播放。如图2所示。
3.2多媒体集成模块
多媒体集成模块是本系统设计的重要组成部分,该模块管理的主要对象是课堂教学中的各类教学资源构件。根据教学资源的不同的数据表现形式和不同的数据结构,我们把教学资源构件分为课程资源构件、学生资源构件和媒体资源构件三个部分。其中课程资源包括教学课件、课件素材、电子教案等;学生资源包括学生基本信息、课内教学活动信息和课外学习信息;媒体资源构件包括课堂内外的各类教学媒体和互联网络资源等。三类信息资源通过互联网和浏览器整合在一起,如图3所示。
3.2.1课程资源构件
包括教学课件、课件素材和电子教案的课程资源构件是该系统构件的重要数据对象。它们的表现形式为文本、图形、图象、音频和视频等元素,内容涉及面广,格式丰富多样。考虑到多媒体元素的集成性,我们采用开放式素材管理模式,对各类素材进行相对独立的管理。例如,对文本素材(包括章节表、教案和讲义等),我们使用了话框方式或视图方式进行单独管理,以本文、超文本或其它文档方式进行存储。完整的素材还可以上传到远程素材库,方便了课件的整合和异构。
根据课件的使用方式,对已做好的课件的管理分为章节表管理、索引管理和使用方式管理等部分。章节表管理给出本课程的所有章节;索引管理可以对任一章节进行检索;使用方式管理分为行出现式和整屏出现式,行出现式模仿教师板书方式,符合教师和学生的思维方式,整屏出现式适合学生自学和教师浏览总结。
为了方便教师对学生的考核,课程资源构件还集成了试题库、知识要点库等内容。教师对试题库的管理分两个层次。一是编辑层次,即在课件编辑和备课过程中编辑、增加、删除和修改题库中试题内容。二是在课件演示过程中(或者是在授课过程中),随时点击相应按钮,所选文字自动入库。这样大大增强了教师选题的灵活性,通常是在一门课程授完之后,一个完整的试题库就建成了,不仅方便了期末考试和考查,更有利于本学科的课程建设。
3.2.2媒体资源构件
不同的学习方式要用到不同的教学媒体资源,教师在多媒体教室的授课方式和学生在课外通过互联网进行学习方式截然不同,媒体资源也不尽相同。但要得到同样的教学效果,必须对多种媒体资源进行整合。本系统把媒体资源构件按照不同的使用对象进行了统一的编码管理,使教师和学生可以在不同时间,不同地点共享同一种教学资源。
3.3课堂管理模块
课堂管理模块由考勤管理、学习控制管理、课堂日志管理等几部分组成,如图4所示。
图4 课堂管理模块结构示意图
本系统中,我们利用条形码技术实现了本地课堂考勤的自动化,不论是课堂授课还是大型讲座或报告,只需在门口或入口处放置一台条形码识别仪,报告者便可采集到学生的第一手资料。当然,如果不方便使用条形码方式,可使用手动方式实现。学习控制管理是教师在多媒体教学环境中根据学生的学习特点将教学资源信息传播给学生的一个重要途径。这一过程中教师可灵活利用系统提供的各类教学策略,如重点播放式、要点提示式、课堂提问式等,不同的教学策略因人而异。课堂日志是根据上课时间、地点、内容和听课人数、讲课内容、提问方式和课堂效果等几项内容的实时
记录
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,教师在上课前启动课堂日志,下课后把课堂日志存盘,不仅方便了教师对学生的日常管理,而且做到了教学效果的实时反馈,加强了教师对教学过程的管理;基于试题库的课堂提问方式,可以以提问、抢答和游戏的形式对学生的学习效果进行有效的检测;课堂分析是对课堂日志综合分析后形成的课堂教学效果的综合评价。本系统的课堂效果展示如图5所示。
4结束语
把多种媒体元素作为“构件”实时嵌入多媒体作品中,是多媒体数据集成的一个新思路,这一技术在我们开发的多媒体课件集成系统“E媒体课堂软件包”中得到了具体的应用。和传统的课件开发工具相比,基于构件技术的多媒体课件集系统把媒体元素作为“构件”引入课件集成领域,具有三个突出的优点:一是可以把在丰富的教学资源数据加以整合,引入课堂,二是用该系
统制作的课件可以即时加入课件资源库和互联网,三是可以通过教学过程全程“录制”的数据分析,指导教师的教学设计和教学改革。
参考文献
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摘要:在Photoshop图像处理的教学中,探索性的使用了案例教学法。本文从课前准备、课堂实施和总结评价三个阶段阐述和分析了教学改革尝试,得出案例教学法很好的培养了学生的求异思维和探索精神,开发了智力。
关键词
本文来自:计算机毕业网 :案例教学法;Photoshop教学;三个阶段
1引言
Photoshop平面图形处理是学生毕业后从事平面设计工作所需具备的基本技能,因此该课程具有较强的实用性。在Photoshop的教学中,目前多数采用演绎法和例证法来组织教材编写和开展教学活动,这种教材和教法常常是先阐述某种理论或某种操作的基本知识和步骤,然后举例分析,是比较典型的从一般到个别的教学过程,在高校应用普遍。但是这种教学法也有待改进,因为它在创新知识、引导学生开展研究性学习方面尚有不足,在知识创新和能力养成方面,它需要其它教学法或研究法来补充和辅助。案例教学法就是一种新的方法。
2案例教学法
案例教学早在1870年首先在美国哈佛大学法学院兴起,其目的是通过对典型案例进行剖析,以期达到对法律规则的理解,从而掌握法学的基本知识和理论。目前,案例教学方法在商业、法律、医学等领域占据着重要地位。如今,在普通学科教学中进行案例教学的探索正方兴未艾。近两年来,我们一直在努力进行着Photoshop案例教学的探索。
Photoshop案例教学是通过描述一个具体的制作实例,引导学生对案例进行讨论,用案例组织学生进行学习、研究。在目前的教学中,教材提供了一定数量的直观形象的典型案例,教师也可以编选一些更典型、更贴近学生生活实际的案例,如图形制作、图像处理、照片修饰等。在教学改革的探索研究中,我们主要从课前准备、课堂实施和总结评价三个阶段进行案例教学法的尝试。
3课前准备
(1) 教师的课前准备
该课程的教学对象是司法信息系大三的学生。教师的课前准备包括:首先深入研究教材内容,把
知识点
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大体分为几个专题,寻找并选择具有代表性的典型案例。其次,教师在课前充分了解学生的基本情况,包括他们对教材的认识和需要、兴趣、知识储备状况和关心的话题等。还要充分地估计到学生在课堂上的可能反应和可能遇到的各种问题,拟定多种相应的教学方案。再次,课前充分运用网络环境,发布课程教案,使学生可以随时预习案例中提出的问题。
(2) 学生的课前准备
案例教学要求学生也要在课前做相应的准备,如仔细阅读案例,以便参与课上的讨论等。学生把遇到的疑问发表在网站上,老师、同学还有社会上其他爱好或擅长Photoshop的朋友都能参与和回答他们的疑问,互相交流心得。学生间的沟通和交流激发了他们更高的学习热情。
4课堂实施
案例分析教学法的课堂实施要根据不同情
况灵活组织。在时间分配上要根据学生讨论情况和理解程度合理安排;在组织方式上采用分组讨论、中心发言的形式或独立思考、自由发言的形式;在问题的设置上体现教学内容的逻辑顺序与学生认知能力的有机结合。
在教学安排上,我们一般先提出一个案例任务,如设计要求,制作效果,达到何种目的,以及服务对象等。学生根据要求进行分析、讨论,提出自己的设计、制作方案,使学生逐步养成独立思考的习惯。讨论到一定程度,教师再进行适当的讲解,介绍涉及到的新知识和新技能,引导学生在完成设计、制作时学习相关知识。例如,在学习设计的过程中,遇到比较多的问题就是选择和抠图,针对这一情况,我们围绕如何用Photoshop做选区和抠图设计了一专题,让学生学习体验到各种不同的抠图方法。为了增强学生的学习信心,向他们展示历届学生的优秀作品,从图片的整体构思、创意、色彩、整体效果等审美角度给学生进行讲解。从实践过程来看,学生们觉得这些知识能帮助他们解决生活中的实际问题,因而表现出极大的学习兴趣。
5案例讲解
案例讲解旨在分析问题,提出解决问题的途径和方法。对于同一个案例,不同的学生允许提出不同的分析结果和实现方法。具体做法是在多媒体网络计算机实验室,教师对一般案例和要求辅以样品演示, 然后讲解完成作品的步骤和方法。教师主要是方法上的指导,同时结合实际应用做一些启发性的提问。针对基础薄弱的学生,也可以进行针对性的辅导,通过演示解决一些共同的问题。
对案例的完成时间,因为课时有限,主要在平时让学生自己安排时间完成任务。然后通过网络上传到服务器上,让教师掌握任务的完成情况。同时,教师通过网络发布反馈意见和参考资料。对学生提出的问题进行回答,鼓励学生在网上讨论。对于有余力的学生可以布置些补充作业,鼓励他们参与一些辅导操作,并积极在网上回答同学的问题,和同学分享自己的学习心得。这样既能提高这些学生的能力,有时还能解决教师来不及指导的问题。
在讨论中,教师要引导学生滤除掉案例中次要的细节,发现案例中主要的结构和案例与理论知识之间的内在联系。教师还要做好启发引导工作,创造自由宽松的讨论氛围,让学生成为案例讨论的真正的主角,帮助让学生综合运用所学的知识独立思考,大胆交流研究,在没有压力和顾忌的良好心态下进行创造性的探索。
6效果评价
对于学生完成任务情况的掌握, 我们主要采用课堂检查和作业检查两种方式。 对于部分简单的一般练习,采用教师课堂检查的方式,通过巡视,教师将每个学生的操作情况记录在表。而对于部分复杂的一般案例,如创作设计类的案例,则采用作业检查的方式。由学生通过校园网络,将作品提交到网站上,教师和同学以及社会上的Photoshop爱好者都可以发表评论,教师将部分优秀作业公开点评。对学生所完成的任务及时提供反馈信息,帮助学生了解自己的学习情况,及时调整学习
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
和方法;同时,教师可以了解学生完成的任务是否达到了教学目标、学生对所要求的知识技能是否有扩充、学生的学习方法或学习能力是否有提高,从而分析出预定的教学目标与学生实际学习状况的差异,为进行下一步的教学设计提供准确的信息。针对作业完成的质量,可以组织学生互相讨论、交流、评价,让学生在互动中学习,这也是一种协作学习的方法。在讨论交流中,学生可以表达自己的见解,接纳他人的观点,同时不断地对自己和他人的观点进行反思。在评价的过程中,教师要注意引导学生去欣赏、肯定他人的长处。
实践证明,将案例教学法运用到Photoshop课程教学中,学生的学习兴趣和积极性都得到了很大的提高。新方法重视学生自我意识培养,使学生在教学活动中充分发挥了主体作用。在学习和其他活动中显示出更强的上进心、自信心和学习能力,很好的培养了学生的求异思维,开发了智力,更重要的是培养了学生的探索精神。
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摘要:本文论述了高职环境艺术设计专业“电脑效果图”课程建设的探索和实践。课程建设结合新时期高职教学改革的进程,按专业培养目标,以工学结合的理念构建课程体系,用工作过程系统化的课程建设方法进行课程教学设计,加强了学生电脑效果图制作的职业核心能力,提高了人才培养质量。
关键词:专业建设;职业核心能力;课程体系;工学结合;工作过程系统化
高职院校的专业设置取决于社会经济发展对高技能实用型人才的需求,专业建设的核心任务是构建科学、合理而实用的课程体系。专业培养目标的实现取决于培养计划,培养计划的核心是课程体系,科学实用的课程体系是实现本专业职业核心技能和综合技能的保证。而任何一门课程的设置要按照“WWH”模式进行,即Why—为什么开设这门课(课程教学目标),明确课程在专业培养计划中的地位和作用;What—这门课讲什么(课程教学内容);How—怎样设计课程(课程教学方法)。
本文将围绕环境艺术设计专业的职业核心课程“电脑效果图”的建设实践,与同行进行交流讨论。
1环艺专业的课程体系设置
1.1环艺专业的培养目标
广州番禺职业技术学院环境艺术设计专业的培养目标是“培养适应建筑装饰设计领域第一线需要,具有良好的职业道德,掌握室内环境艺术设计基本理论知识,具有室内设计策划与表现技能,具备‘一技之长+综合素质’的德、智、体、美等方面全面发展的高素质技能型人才”。其中“具有室内设计策划与表现技能”是核心内容。在培养方案中,根据市场调研,在分析职业岗位群的典型工作任务后,归纳出本专业的几门核心职业能力课程,“电脑效果图”是其中之一。
1.2环艺专业的课程体系
根据目前高职课程设置的最新理念,该专业课程设置采用工学结合、基于工作过程系统化的课程开发方案,如表1所示(表中只列出了“电脑效果图”课程的部分学习情境)。
表中的“学习领域”,是从实际职业岗位调研得出的典型工作任务经过归纳而形成的相对独立的课程,学习情境是某一学习领域(课程)中相对独立的学习型工作任务。每一个学习型工作任务是在企业(装潢设计公司等)收集的相关职业岗位的实际工作任务中归纳、筛选和提炼而成的。
课程体系的逐步实施促进了“两个转变”,即学生基础能力向职业能力的转变,单一能力向综合能力的转变。
1.3制定“电脑效果图”课程标准
制定课程标准就是解读“WWH”模式,课程标准包括:
(1) 课程性质—根据课程体系确定,包括课程职业能力的定位、与前后课程的衔接。
(2)课程设计思路—包括课程组织方式、教学环节设计。
(3)课程目标—包括知识目标和能力目标。本课程的目的不是学习3ds Max软件,而是学习借助软件来表达设计思想与方案的效果图技能。
(4) 教学内容—包括学习情境、每个学习单元的案例、知识点、主要技能、学时安排。
(5) 实施建议—包括教材选用和自编教材的编写要求、教学方法、课程评价、教学资源建设等方面的参考建议。
2电脑效果图课程建设实践
2.1教学设计与组织
“电脑效果图”按环艺专业项目教学的改革方案组织教学。相关课程组成三个课程项目组,“电脑效果图”课程是课程项目组中的一门主要课程,三个课程项目组分别安排在第二、三、四个学期。相关课程与主要专业课采用“三段式教学模式”,分3个学期完成,不同课程按需要前后错开或同步进行,如表2所示。
这样交叉同步安排教学能使效果图技能与专业设计结合紧密,不脱节。软件应用更具有专业性、目的性,专业设计的表现技能更强,效果更好。课程学习周期的拉长也使学生的训练更充分,保证综合职业能力逐渐而坚实地形成。毕业设计时,学生的作品质量大幅度提高。
每一个学习情境是一个完整的学习型工作过程,随着多个学习情境学习进程的展开,学生的知识逐渐增加,技能逐渐深入,最后形成扎实的专业技能。
2.2课程教学内容
3ds Max是专业三维动画制作软件,也是目前制作建筑与室内设计电脑效果图广泛采用的三维设计软件。它的功能强大,命令繁多,使用3ds Max作为电脑效果图课程的工具软件,只需要选择与工作内容紧密相关的部分功能作为教学内容,而不宜全面系统地介绍软件。
比如学习情境一是“效果图制作的准备”,知识点包括效果图概念、3ds Max的操作界面和常用基本操作、简单的建模、材质的初步应用、渲染出图的方法等,教师通过讲解简单房间一角效果图的制作案例来讲解这些知识点,使学生在课程初期就能完成简单的效果图,通过这张看似幼稚的效果图来熟悉常用的基本操作,初步掌握制作方法流程,如图1所示。学习情境二是对象建模,教师用小型的家具、陈设等工作任务讲解基础建模的各种方法及用各类修改器创建完善复杂模型的技巧。其他的学习情境各有侧重点,如材质表现、场景设计等,都通过客厅、大堂、卧室等实际的效果图工作案例进行,后期的学习情境为综合实际案例。
2.3教学方法
传统的设计软件教学方法是按照软件的功能,系统讲解界面、工具、命令、参数、选项等。例如3ds Max的传统教学模式中,教学内容是从软件用户界面开始到二维绘图、三维基本体、扩展几何体、材质编辑器、灯光、场景建立、摄像机、渲染等,学生至少要到课程中后期才能完成一幅效果图。以工作任务、典型案例引导教学,将相关知识融入工作任务中,看起来不系统、不全面、不完整,但对于熟练操作,迅速掌握技能却相当有效,能提高学生的学习兴趣,激发学生的创造力。
在电脑效果图课程的整个教学过程中,我们采用了教、学、做一体化的教学模式,精讲多练,边讲边练,讲练结合的方法。用小型案例讲解常用工具命令;用中型案例串起相关命令功能;用综合案例熟练操作,最后形成电脑效果图制作的职业技能。
典型的课堂教学环节是教师引入案例(效果图的最终成品),分析制作思路,示范操作,学生课上重复练习熟悉操作,教师进一步提供新的实例,简单提示后由学生自主完成,完成的同时加强答疑和辅导。课后练习案例扩展和加深,可以逐渐熟练掌握操作技能。
2.4教学资源建设
2.4.1建材建设
课程改革需要高水平的教材配合。目前出版的有关3ds Max的书籍非常多,表面上看似乎不需要再编写了,但市场出版的书籍适宜高职教育的不多。一类是只讲软件本身,全面介绍命令工具参数选项,篇幅过大,只能作为参考手册查阅。另一类书籍是根据企业优秀案例编写的,案例水平高,尽管步骤详细篇幅很大,学生照书可以做出书中的一、两个优秀案例,效果也不错,但离开书就不会做了,以上两类书籍可以作为提高的参考资料,却不适合做教材。
高职电脑效果图课程的教材面对的是有一定美术基础的初学者,教材要满足“教”和“学”两方面的使用要求,要符合教学规律。教材要按照课程教学设计的思路组织编写,兼顾软件基础与专业应用、兼顾普及与提高。电脑效果图课开设以来,笔者先后在高教出版社出版了《3ds Max4.0实例教程》(国家“十五”规划教材)、《电脑效果图与动画制作教程》(国家“十一五”规划教材)两本教材。
以上2本教材虽然也被很多高职院校选用,有较高的发行量,但与课程建设与改革的步伐仍有差距。目前由笔者正在编写的《建筑与室内设计电脑效果图》一书,专门针对室内与建筑环境类专业,根据教学改革的最新成果,按工学结合的高职课程设计理念,将更加符合专业建设和提高学生职业能力的需求。
2.4.2网络资源建设
本课程建成了网络课程,结合精品课程建设,我们开发了练习题库、测试题库,制作了实用的教学课件,整理收集了网络资源,包括行业优秀效果图库、材质贴图库、3D模型库、光域网灯光等教学辅助学习资源,引导学生上网搜集相关学习资源,如图2所示。
这样的教学资源建设提高了学生的自学能力,丰富了教学内容,为青年教师上好课提供了良好的条件。
3一点体会
“电脑效果图”课程建设取得一定成效,主要表现在本专业学生学习效果图与室内设计等专业课同时进行,相互影响和促进,设计表现技能提高很快,能充分表达设计思想。学生在顶岗实习中能胜任企业的职业岗位,在毕业设计中能做出高质量的作品。本课程在2005年建成广东省精品课程后,课程的建设与改革仍在继续。
通过本课程的建设探索与实践,我们深刻体会到,课程建设不仅只是一门课本身的建设问题,必须在高职教育改革的大环境中进行,它与专业建设的诸多方面均处在同一个系统工程之中。课程建设必须用能力为本、工学结合的理念作为指导,从实际出发,紧紧围绕培养学生职业技能的目标来进行,大幅度提高学生专业设计的综合能力,这才是我们开设这门课程的最终目的。
引言
在中国高等职业教育改革的大潮中,学习和借鉴国外先进的办学理念和培养模式、教学策略,已成为提高办学水平,培养高质量、高素质人才,更好地为国家经济建设、社会发展服务的必然,这也是中国高等教育一项与国际接轨的举措。
新加坡南洋理工学院(NanYang Polytechnic,以下简称NYP),是新加坡国立的五所理工学院之一,在新加坡及海外国际高等职业教育中享有卓越名校的盛誉。它所传立的办学思想、策略方法,教学与科研成果,大量高素质、高质量人才的表现,吸引了国内众多高职院校组团前往学习考察。本文作者也曾多次到NYP学习,进行专业研修及教学考察,通过“近距离”的观察和体验,对所见所闻颇有感触,并引发许多思考。
本考察报告试图对NYP的IT专业做一个客观、全面的评价和反映,对所获取的大量一手材料及相关信息进行梳理和分析,由表及里、深入分析,探求其办学理念的真谛,人才培养与教学成功的精髓,期望能对我国高职IT专业教育的改革和发展有所启发,供国内同行借鉴和吸收。
本文将从IT专业的办学理念、专业设置和课程体系、教学模式及教学及科研工作成果四方面进行探讨与分析,最后提出一些对高职IT教育改革发展的设想和建议。
1NYP的办学理念
1.1建校历程与办学使命
新加坡南洋理工学院的办学历史和发展脉络可追溯到上世纪70年代。20世纪70~80年代,新加坡政府的国家经济发展局为适应当时新加坡技能密集型工业发展状况的需求,建立了所属旗下的四个技术培训中心:即Tata(印度)培训中心(1972)、Rollei(法国)培训中心(1973)、菲利浦(荷兰)培训中心(1975)与日新(日本)培训中心(1979),以期解决新加坡当时外向型经济、以加工工业为支柱的大量技能性人才的需求。经过近10年的建设,学习和引进许多国外先进的办学思想和策略,积累了职业教育办学的经验。80~90年代,又在上述四个培训中心的基础上开拓发展了四个科技学院:即德新学院(德国—新加坡,1982)、法新学院(法国—新加坡,1983)、日新学院(日本—新加坡,1983)与精密工程学院(1989),以适应新加坡在该历史阶段的科技密集型工业发展时代对科技型人才的需求。20世纪90年代到21世纪初,新加坡政府将经济发展的阶段目标确立为创新及科研工业时代,由此,1992年,新加坡政府经济发展局在上述四个学院的基础上成立了新加坡南洋理工学院,并于1993年移交新加坡国家教育部隶属。
NYP的办学历史与发展历程表明了与新加坡经济社会发展的密切关联和战略性发展进程。对于新加坡政府经济发展局大力发展职业教育,以适应经济发展的需要,新加坡资政李光耀这样评价:“经发局的宗旨在于推销新加坡是一个高附加值产业与服务的全方位商务中心,而这有赖于行业优质的工作环境和顶尖的劳动队伍”。今天,NYP的办学使命就是为了适应新加坡当前创新及科研工业时代的经济发展需求,为迎接逐步到来的知识型经济时代而培养新型、高素质的科技创新型人才。
1.2办学基本状况
下面是NYP 2007~2008学年度的有关数据。NYP的学制设定:全日制三年和业余制高级培训两种结构,招生来自新加坡及海外的高中及以上教育程度的毕业生(含外国留学生)、新加坡社会与企业在职人士。目前在校生规模1.5万余人,教职工总数1250余人,其中专职教师950余人(不含校外兼职教师,生师比约16:1),师资数量充足,素质和质量较高。
NYP目前设立工程/信息技术/设计/工业设计/生命科学/化学技术/商业管理/食品科学与健康科学共9个专业咨询委员会。
NYP教学单位设立7个学院(学系),分别是:工程学院、信息学院、设计学院、交互与数字媒体学院、化学与生命科学学院、工商管理学院及健康学院,共开办32个文凭专业及业余制专业课程。
NYP的两级机构设置合理、职能完善、责任明确、协调有致、运行高效,充分发挥了两级组织的作用和职能。从管理运行体制上看,学校一级的组织主要在办学宏观指导、协调与服务方面承担责任,专业学院在专业设立与发展、课程体系构建、教学策略制定和教学组织实施等方面负责任,并有较大的办学自主权和灵活的管理机制。
NYP在所开办的专业中,重点发展和办学规模较大的是在新加坡科技工业中具有创新特征的专业领域,这些专业涵盖和服务于当前乃至今后新加坡的经济和社会发展的主要方面,都与新加坡当前及未来国家的发展战略具有高度的关联性。专业涉及工程技术(计算机、通信、机电等)、信息技术(计算机、软件)等领域。如工程学院与信息学院的办学历史最长、规模最大,目前在校生达到了4900余人(占在校生总数的32%),开办9个专业文凭课程(约40个专业方向),配备师资460余人,建立了近50个专业教学组织机构和科技中心、实验室。工程学院建有应用研究、生物信息技术、电子系统、电子技术、控制工程中心、嵌入式技术中心、IC设计中心、影像技术中心、无线技术中心、生物医学工程中心、工程设计中心、制造系统与软件工程、机电一体化与系统集成、精密工程中心、快速原形中心、机器人技术与自动化中心、训练支持与关联学习、工程数学与科学、交流沟通技能等教学组织与科研机构;信息学院建有软件技术、数据库技术、网络技术、信息安全、软件方法、软件改进、商业信息、电子商务开发、企业系统、金融信息、互联网技术、电子贸易中心、管理信息系统、网络服务、应用系统、工程信息、软件应用、系统集成、网络管理、通信与网络、计算机技术、信息通信汇聚、互联网解决方案、互联网移动网等24个教学与科研中心。实验室和科技中心的建设投资巨大,拥有各类专业的、国际先进水准的技术装备和系统。由此可体现出NYP在办学侧重、学科专业建设力度、师资力量配备、教学科研装备等方面的真实状况。
NYP实施开放策略与广泛的国际合作,使办学与人才培养的水平具有国际水准,视野开阔、博采众长、借鉴吸收,紧跟世界科技进步和教育改革潮流,保持和增长师资的专能,为学生建立广泛、畅通的上升通道,充分发挥学生的潜能,引导各类学生个性化成长,非常人性化。开放的办学策略与方针使得NYP能够始终具有良好的声誉、优秀的生源,培养的人才具有高质量,不断注入办学活力,坚持可持续发展,保持一流的教育水准。目前,NYP与全球240多所高校开展广泛的交流合作与联合办学,合作方式包括互派师资进修或授课,进行学术与科技方面的交流,互派留学生,毕业生直接升入大学本科深造(接受的院校均认可NYP的专业课程及学分)等多种形式。现在,NYP每年约有18%~25%的毕业生直接升本深造,或工作一段时间后再行升学或进修。据介绍,学生毕业5年之后,有50%~60%的学生升入或完成了本科及以上学历的提升及教育。接受NYP毕业生升学的高校中,英联邦国家院校最多,许多国际著名大学,如新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学,澳大利亚昆士兰大学、悉尼大学,加拿大滑铁卢大学、麦吉尔大学,英国牛津布鲁克斯大学、路丁大学、约克大学,美国德福瑞大学、密苏里大学、俄勒冈大学、华盛顿大学、哈佛大学、纽约大学等著名学府都是NYP毕业生的深造目标。
2专业设置与课程体系
2.1NYP的IT专业设置
2.1.1学科专业的设置方向与定位
新加坡政府推行“教育必须配合经济发展”的方针,因此把高等教育,特别是高职教育基本放在了实用(或应用)领域,在学科和专业设置上不搞小而全,不平均财力,而是发展那些与新加坡经济建设、社会发展密切相关的学科专业,凡是耗资大、周期长、见效慢的基础性学科,即使是像新加坡国立大学,也基本上实行“拿来主义”。NYP这样的理工学院,依照国家这个办学总方针,基本上不搞基础性的学科研究,但对基础理论研究成果、先进技术的应用十分重视,如化学与生命科学学院和信息技术学院应用生物科技与信息技术研制成功便携式DNA检测仪,便于远程、实时地采集和传送DNA数据,广泛应用于医学研究、刑侦办案、法庭案件审理等诸多领域。
专业设置的方向明确、清晰和定位准确,十分强调专业在行业领域的应用特征,坚持以学科(知识)基础为特征,以掌握技术原理、方法和技术手段在应用领域中的具体实现策略及运用为目标的专业特征。因而专业的领域及应用特色非常鲜明,专业适应面适中,而深度方面却很突出。专业设置的另一特色是对应用领域中的背景知识介绍和研究到位,并在此基础上进行专业方向的细化与扩展,由此加强了专业领域的应用性和深广度。
为适应和满足经济、社会领域应用而办学和培养高质量的技术应用创新人才,十分强调创新能力培养,重视师生创新意识,以Innovation(创新) 一词为主要表达理念的大幅标语和宣传画像在校园中随处可见,十分抢眼和醒目,起到随时随地“潜移默化”的教育作用,树立创新意识。NYP对创新能力的培养不仅仅停留在宣传方面,在办学策略、课程体系以及教学过程中处处得以体现。如课程体系的创新,做到了理论与实践的“