卓越計(jì)劃與學(xué)科競賽平臺相結(jié)合的嵌入式方向人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐

王冠軍, 江海峰, 林果園, 趙 瑩

(中國礦業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

卓越計(jì)劃與學(xué)科競賽平臺相結(jié)合的嵌入式方向人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐

王冠軍, 江海峰, 林果園, 趙 瑩

(中國礦業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

以嵌入式方向人才培養(yǎng)為目標(biāo)，針對嵌入式方向理論課程體系中理論講授過多，實(shí)踐偏少、實(shí)踐教學(xué)缺乏實(shí)踐環(huán)境與平臺支持以及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣，積極性不高等問題，結(jié)合卓越工程師計(jì)劃與學(xué)科競賽平臺，通過構(gòu)建嵌入式方向理論與實(shí)踐課程體系，建立基于卓越目標(biāo)的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)平臺與“學(xué)競一體”的嵌入式學(xué)科競賽平臺等措施進(jìn)行改革，希望對高校培養(yǎng)嵌入式方向?qū)嵺`創(chuàng)新型人才起到參考作用。

卓越工程師計(jì)劃； 嵌入式； 學(xué)科競賽平臺； 創(chuàng)新實(shí)踐能力； 創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室

0 引 言

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能感知、微納制造、生物材料、智能交通等高新技術(shù)的深入發(fā)展，信息技術(shù)做為世界經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變過程中的關(guān)鍵因素，正在進(jìn)入新的發(fā)展階段。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育成為當(dāng)前高校一項(xiàng)重要的工作[1]，“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”在這其中扮演十分重要的角色[2-3]。目前高質(zhì)量的工程技術(shù)人才匱乏，信息技術(shù)行業(yè)人才倍受青睞，嵌入式方向就業(yè)前景廣闊[4-5]。嵌入式方向類課程在這其中扮演起越來越重要的作用[6-7]。它以引導(dǎo)高等學(xué)校加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)和課程建設(shè)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、理論知識應(yīng)用能力為目標(biāo)，使學(xué)生精通嵌入式硬件開發(fā)和相關(guān)軟件編程開發(fā)工具,掌握嵌入式設(shè)計(jì)的基本理論和開發(fā)流程,達(dá)到各類智能硬件開發(fā)企業(yè)、移動應(yīng)用開發(fā)企業(yè)對卓越工程師的基本要求是我們追求的目標(biāo)。這類課程的教學(xué)改革也成為亟待解決的難題。

1 教學(xué)問題

(1) 嵌入式方向理論課程體系中理論講授過多，實(shí)踐偏少。

(2) 實(shí)踐教學(xué)缺乏實(shí)踐環(huán)境和大型實(shí)踐案例。

(3) 缺少學(xué)科競賽平臺與支持及企業(yè)實(shí)際開發(fā)環(huán)境的問題。

(4) 學(xué)生學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣，積極性不高。

2 嵌入式人才培養(yǎng)改革與探討

改革以江蘇省卓越工程師(軟件類)教育培養(yǎng)計(jì)劃為依托，參考當(dāng)前流行的人才培養(yǎng)模式[8]、教學(xué)模式與教學(xué)思想[9-12]。以實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，課程體系和教學(xué)內(nèi)容按照“理論與實(shí)踐相交錯、課堂與競賽相結(jié)合、基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力同步培養(yǎng)”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合社會需求，增加創(chuàng)新教育、創(chuàng)業(yè)教育、實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容和所占比重，將學(xué)科競賽融入教學(xué)、促進(jìn)教學(xué)[13]，構(gòu)建跨學(xué)科交叉融合的課程體系。

2.1 主要內(nèi)容

(1) 構(gòu)建以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的卓越工程師理論課程體系。注重嵌入式方向基礎(chǔ)理論，科學(xué)型與應(yīng)用型兼顧。突出求解復(fù)雜工程問題的有效方法。重點(diǎn)培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析能力，嵌入式應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件開發(fā)能力。明確社會發(fā)展對本專業(yè)卓越工程師人才的要求，制定卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃理論課程體系。課程內(nèi)容更加面向工程，強(qiáng)調(diào)寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重應(yīng)用，教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)削減部分課程學(xué)時。課程教學(xué)與考核結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行，在專業(yè)課教學(xué)中逐步推進(jìn)交互式微課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方式。

(2) 構(gòu)建層次型嵌入式人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系。增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，構(gòu)建課內(nèi)課外相結(jié)合，以能力培養(yǎng)為主線的實(shí)踐教學(xué)體系。增加創(chuàng)新性、綜合性實(shí)踐。將實(shí)踐教學(xué)擴(kuò)展到課外，開展廣泛的課外研究學(xué)習(xí)，通過學(xué)科競賽和創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室等提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生申報研究創(chuàng)新性研究題目。重視引導(dǎo),通過不同層面的實(shí)踐，提升不同層面的實(shí)踐能力。同時與高水平軟件企業(yè)合作建設(shè)校外實(shí)習(xí)基地，校外實(shí)習(xí)基地主要面向嵌入式軟件專業(yè)方向?qū)W生的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際工程需要[14]，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和就業(yè)競爭力。

通過硬件相關(guān)課程和硬件課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力，克服學(xué)生“喜軟怕硬”的現(xiàn)象。

(3) 構(gòu)建基于卓越目標(biāo)的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)平臺。以嵌入式方向課程為核心，通過開發(fā)針對嵌入式方向類課程的微學(xué)習(xí)平臺，錄制相關(guān)課程的微視頻，利用交互式MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂的形式進(jìn)行知識講授，全過程培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐能力，課下利用QQ群、微信公眾號、微博等方式與學(xué)生進(jìn)行交流溝通，及時答疑解惑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效果。

(4) 構(gòu)建 “學(xué)競一體”的嵌入式學(xué)科競賽平臺。以教育部產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目為依托，組織成立學(xué)科競賽指導(dǎo)委員會和嵌入式設(shè)計(jì)俱樂部。組織和指導(dǎo)學(xué)生參加各級嵌入式專題邀請賽、機(jī)器人比賽、電子設(shè)計(jì)競賽，組建高質(zhì)量競賽隊(duì)伍。積極參加高水平嵌入式相關(guān)賽事，與學(xué)工密切溝通，完善獎勵機(jī)制，激發(fā)師生的熱情，有力地推動創(chuàng)新型學(xué)生培養(yǎng)。

2.2 實(shí)施方案

(1) 以實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的嵌入式方向卓越工程師理論課程體系。

嵌入式方向系列課程在課程內(nèi)容上存在著一定的相互交叉和依賴關(guān)系，在認(rèn)真研究課程內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，確立各門課程的授課內(nèi)容，構(gòu)建知識內(nèi)容前后銜接、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)密切配合的一體化理論教學(xué)體系。

實(shí)踐創(chuàng)新能力訓(xùn)練分布在高級語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)、信息學(xué)科概論等基礎(chǔ)課程中，以及編譯技術(shù)、操作系統(tǒng)、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等專業(yè)課程中。

嵌入式程序設(shè)計(jì)能力通過高級語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)，以掌握程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基本技能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、組成原理、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用等持續(xù)加強(qiáng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。

嵌入式軟件工程實(shí)踐、嵌入式Linux應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、Android應(yīng)用開發(fā)技術(shù)、電子設(shè)計(jì)Ⅰ(Ⅱ)、企業(yè)實(shí)習(xí)、硬件類競賽提供了大型嵌入式軟件與系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力培養(yǎng)。理論主干課程與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)關(guān)系如圖1所示。

(2) 層次型嵌入式人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系。該體系從第一學(xué)年基礎(chǔ)層、第二學(xué)年專業(yè)基礎(chǔ)層、第三學(xué)年應(yīng)用設(shè)計(jì)層到第四學(xué)年綜合實(shí)踐層，構(gòu)建了由基礎(chǔ)到應(yīng)用、由理論到實(shí)踐的一整套循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系，以上實(shí)踐環(huán)節(jié)分別對應(yīng)于專業(yè)基本認(rèn)知能力、綜合程序設(shè)計(jì)能力、硬件初步開發(fā)和系統(tǒng)認(rèn)知能力、大型嵌入式軟件開發(fā)工具、環(huán)境、流程、文檔綜合應(yīng)用能力、大型嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)能力、系統(tǒng)軟件開發(fā)和系統(tǒng)認(rèn)知能力、專業(yè)知識綜合應(yīng)用能力等專業(yè)能力培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)體系如圖2所示。

圖1 理論主干課程與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)

(3) 基于卓越目標(biāo)的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)平臺。構(gòu)建了較為完善的嵌入式人才培養(yǎng)平臺。平臺依托嵌入式方向課程，大力進(jìn)行教學(xué)改革(課程開展流程如圖3所示)。同時結(jié)合工程項(xiàng)目的應(yīng)用需求，構(gòu)建了接口開放、便于二次開發(fā)的多樣化嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐開發(fā)平臺。以此為基礎(chǔ)，通過導(dǎo)向性、趣味性、開放性及綜合性問題的設(shè)計(jì)，使學(xué)生完成由淺入深、由易到難一系列環(huán)環(huán)相扣、逐層遞升的實(shí)踐訓(xùn)練，從而引導(dǎo)創(chuàng)新人才培養(yǎng)向縱深推進(jìn)，構(gòu)建循序漸進(jìn)的嵌入式實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法。

圖2 基于“卓越工程師”計(jì)劃的嵌入式人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系

圖3 嵌入式方向課程開展流程

(4) “學(xué)競一體”的嵌入式學(xué)科競賽平臺。課外科技競賽是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣最好的方式，項(xiàng)目組老師在組織課堂教學(xué)的同時積極宣傳并組織學(xué)生參加各種硬件類科技競賽，如全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、“飛思卡爾杯”全國大學(xué)生智能車競賽、全國機(jī)器人大賽等。實(shí)行全過程導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，包括參賽學(xué)生的選拔、培訓(xùn)和參賽等工作。經(jīng)過項(xiàng)目組老師多年的探索，建立了一套完善的導(dǎo)師負(fù)責(zé)制下 “學(xué)競一體”的嵌入式學(xué)科競賽平臺。學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐現(xiàn)場如圖4所示。

(a)

(b)

3 改革效果

嵌入式方向人才培養(yǎng)模式已在我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、信息安全和網(wǎng)絡(luò)工程4個本科專業(yè)相關(guān)課程中進(jìn)行了全面實(shí)施，為其他3個本科專業(yè)卓越人才培養(yǎng)提供了借鑒。在學(xué)院內(nèi)的多次經(jīng)驗(yàn)交流，也對計(jì)算機(jī)學(xué)院的專業(yè)建設(shè)起到了示范和推動作用。

(1) 促進(jìn)了本科教學(xué)工程建設(shè)。電子信息科學(xué)與技術(shù)被列為江蘇省軟件類卓越工程師建設(shè)試點(diǎn)，首輪檢查被評為優(yōu)秀，獲批教育部產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目立項(xiàng)支持。

(2) 總結(jié)出的教學(xué)論文在全國性教學(xué)研討會上進(jìn)行了交流，獲得同行的認(rèn)可，并發(fā)表在國家級核心教學(xué)期刊上。累計(jì)發(fā)表教學(xué)論文10余篇，其中國家級核心教學(xué)期刊3篇。

(3) 人才培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、工程能力和創(chuàng)新意識得到全面提升。圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)，積極組織學(xué)生參與各類學(xué)科競賽和大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃活動，給學(xué)生自由發(fā)展的空間和時間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在培養(yǎng)體系中堅(jiān)持拓寬專業(yè)口徑，充分注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重課內(nèi)課外相結(jié)合，強(qiáng)化實(shí)踐能力特別是創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

重視大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的實(shí)施,組織實(shí)施學(xué)生的項(xiàng)目申報、項(xiàng)目的初選、導(dǎo)師配備、項(xiàng)目進(jìn)展情況監(jiān)控、業(yè)務(wù)指導(dǎo)、聯(lián)系企業(yè)等工作。指導(dǎo)學(xué)生先后獲得100余項(xiàng)科技競賽的獎勵，連續(xù)3屆獲得全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽全國與江蘇省一、二、三等獎，在2011～2015年中國機(jī)器人大賽、“飛思卡爾”智能車大賽、英特爾嵌入式專題邀請賽中獲得全國一等獎10余項(xiàng)、二等獎20余項(xiàng)、三等獎20余項(xiàng)的優(yōu)異成績。同時鼓勵學(xué)生科技創(chuàng)業(yè)，目前已培育學(xué)生嵌入式及機(jī)器人方向創(chuàng)業(yè)公司3家，效益良好。

(4) 針對嵌入式方向課程的微視頻、教案均已在計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生中使用，嵌入式微學(xué)堂平臺也已投入使用，學(xué)生反映良好。

4 結(jié) 語

嵌入式方向人才培養(yǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，學(xué)校結(jié)合卓越工程師計(jì)劃，構(gòu)建以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的卓越工程師理論課程體系，層次型嵌入式人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系，建立了基于卓越目標(biāo)的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)以及"學(xué)競一體"的嵌入式學(xué)科競賽平臺。圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)，積極組織學(xué)生參與各類學(xué)科競賽和大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃活動，給學(xué)生自由發(fā)展的空間和時間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在培養(yǎng)體系中堅(jiān)持拓寬專業(yè)口徑，充分注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重課內(nèi)課外相結(jié)合，強(qiáng)化實(shí)踐能力特別是創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

隨著嵌入式微學(xué)堂平臺投入使用，學(xué)生反映良好，成果已獲校級教學(xué)成果獎一等獎和江蘇省教學(xué)成果獎，平臺在人才培養(yǎng)中發(fā)揮了積極作用。

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The Combination of the Excellent Plan and the Discipline Competition Platform in the Innovation Practice of Embedded Direction Professionals Training

WANG Guanjun, JIANG Haifeng, LIN Guoyuan, ZHAO Ying

(Department of Computer Science and Technology， China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116， Jiangsu, China)

For the embedded professionals training in Chinese universities, the theory teaching is too much, practice teaching is too few. It lacks practice environment and platform support in practice teaching, and students learning process lacks interest, and enthusiasm is not high. Combined with excellent engineers training and discipline competition platform, we carry out teaching reform through the construction of embedded direction of the theory and practice of curriculum system. The establishment of innovative embedded talent training platform is based on “Learning and Competition” platform. We hope our experience can play a reference role in the cultivation of innovative talents in the universities.

excellent engineer plan; embedded technique, academic competition platform; innovative practical ability; maker laboratory

2016-09-08

國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目(61402483);國家大學(xué)生創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目(201310290080);2016教育部產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目(NXP);江蘇省卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃;中國礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)課題 (2016QN21、2014YB27) ;卓越工程師專業(yè)教學(xué)成果培育項(xiàng)目(20150626-11/15)

王冠軍(1981-)，男，博士,講師，山東臨沂人,主要研究方向：SoC/EDA技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)。

Tel.:15262141242; E-mail:zywgj@cumt.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0187-04