校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的探索*

羅 樂 仇冀宏 孫 偉

（合肥工業(yè)大學 電子科學與應用物理學院，安徽 合肥 230009）

校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的探索*

羅 樂 仇冀宏 孫 偉

（合肥工業(yè)大學 電子科學與應用物理學院，安徽 合肥 230009）

從卓越工程師標準和CDIO模式出發(fā)論述了校企合作對卓越工程師教育培養(yǎng)的促進作用和積極意義，歸納總結(jié)了通過校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地，并組織學生開展課外科技創(chuàng)新實踐活動的成功經(jīng)驗和具體做法，為卓越工程師的教育培養(yǎng)工作提供了有價值的參考。幾年來的實踐證明：通過校企合作創(chuàng)建校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的做法可以有效培養(yǎng)學生的工程實踐能力與科技創(chuàng)新能力，從而促進卓越工程師的教育培養(yǎng)。

工業(yè)4.0；卓越工程師；校企合作；創(chuàng)新能力；CDIO

引言

2013年4月德國政府為了提高德國的工業(yè)競爭力，在新一輪世界工業(yè)革命中搶占制高點，在漢諾威工業(yè)博覽會上發(fā)布了《保障德國制造業(yè)的未來：關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》，從而開始了德國工業(yè)4.0時代［1，2］。2015年3月中國政府提出了中國版的“工業(yè)4.0”計劃，通過三個十年行動綱領，力爭在2045年把中國由制造業(yè)大國轉(zhuǎn)變成制造業(yè)強國。為實現(xiàn)中國工業(yè)4.0計劃，急需培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的工程技術人才。2010年6月教育部在國內(nèi)部分高等學校中開始實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”3，4］，以加快培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、具有現(xiàn)代工程意識與工程精神、適應現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展需要的工程技術人才。然而如何改革目前高等學校的人才培養(yǎng)模式，有效培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的工程技術人才，以適應中國“工業(yè)4.0”發(fā)展的需要，則是高等教育領域亟待解決的問題。為此，開展了校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基的探索，通過校企合作促進卓越工程師的教育培養(yǎng)。

一、校企合作對卓越工程師培養(yǎng)的作用

卓越工程師培養(yǎng)是一項復雜的、系統(tǒng)的、又各具特色的育人工程，它和商品生產(chǎn)既相似又不同。從質(zhì)量管理的理論來看，為保證卓越工程師的培養(yǎng)質(zhì)量，首先必須制定一套科學完善的質(zhì)量標準體系，其次必須采取行之有效的培養(yǎng)方法。關于卓越工程師的質(zhì)量標準，美國國家科學基金會（The National Science Foundation，NSF）指出工程師的任務是應用科學知識設計、開發(fā)新的工具和系統(tǒng)來解決人類社會所面臨的問題［5］。工程師的創(chuàng)新能力體現(xiàn)在應用科學家創(chuàng)建的科學技術知識去解決工程技術領域中的問題或者去研發(fā)新技術與新產(chǎn)品。根據(jù)工程師的定義，美國工程與技術認證委員會（the Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET）提出了11條工程師培養(yǎng)質(zhì)量標準；歐洲工程師協(xié)會聯(lián)盟（FEANI）也提出了12條工程師培養(yǎng)質(zhì)量標準［6，7］；中國教育部為了更好地指導各個高等院校開展卓越工程師教育培養(yǎng)工作，聯(lián)合中國工程院印發(fā)了《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標準》。在《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標準》中明確了本科工程型人才培養(yǎng)的通用標準、工程碩士人才培養(yǎng)的通用標準和工程博士人才培養(yǎng)的通用標準。上述這些標準雖然有所不同，但存在共同的本質(zhì)上的標準，那就是要掌握現(xiàn)代科學技術知識、技術標準和政策法規(guī)；具有現(xiàn)代工程意識和工程精神；具有創(chuàng)新能力、處理危機的能力、工程管理能力、國際交流能力、繼續(xù)學習能力和團隊協(xié)調(diào)能力。其中核心標準是具有創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力主要包括創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能三部分，其中創(chuàng)新思維是創(chuàng)新能力的核心，而創(chuàng)新意識和創(chuàng)新技能則分別是創(chuàng)新能力的前提與保障［8］。

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，教育工作者進行了大量的教學改革，不斷提出新的教育理論和人才培養(yǎng)模式。在眾多的培養(yǎng)模式中，CDIO模式被普遍認為是一種行之有效的工程技術人才培養(yǎng)模式。CDIO即構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個環(huán)節(jié)的有機結(jié)合［9，10］。強調(diào)以真實的工程研究項目為平臺，使學生在構思、設計、實施和運行的工程實踐全過程中學習理論知識、培養(yǎng)工程意識和工程精神、積累工程經(jīng)驗、提高創(chuàng)新能力、協(xié)作能力和管理能力［11，12］。CDIO的本質(zhì)是以真實的工程項目研究開發(fā)為平臺，讓學生在工程實踐中學習知識、培養(yǎng)能力與素質(zhì)。CDIO模式是90年代末期美國麻省理工學院航空航天系為了提高學生的團隊協(xié)作能力、批判性思考能力和培養(yǎng)學生綜合思考解決問題的意識而探索出的一種人才培養(yǎng)模式。

從卓越工程師質(zhì)量標準和CDIO模式來看，學校和企業(yè)合作，整合雙方優(yōu)勢，共同搭建卓越工程師教育培養(yǎng)平臺是卓越工程師教育培養(yǎng)的有效途徑。卓越工程師是掌握了理論知識具備了解決工程技術問題能力的高級人才，卓越工程師的培養(yǎng)主要由兩部分組成：理論知識的傳授和創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。在卓越工程師教育培養(yǎng)的全過程中，高等學校的優(yōu)勢是善于向?qū)W生傳授理論知識。而企業(yè)是創(chuàng)新的源泉所在，也是創(chuàng)新的主體。因此企業(yè)的優(yōu)勢則是為學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)提供了一個大舞臺。通過校企合作可以充分發(fā)揮學校與企業(yè)各自優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補與整合。通過校企合作，組織學生參與到企業(yè)的創(chuàng)新實踐工作中，可以使學生在構思、設計、實施和運行的創(chuàng)新實踐全過程中培養(yǎng)工程意識和工程精神、積累工程經(jīng)驗、提高創(chuàng)新實踐能力、團結(jié)協(xié)作能力和組織管理能力，最終成長成為符合社會經(jīng)濟發(fā)展需要的卓越工程技術人才。

二、校企合作創(chuàng)建校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的探索

從CDIO工程技術人才培養(yǎng)模式來看，以真實的項目研發(fā)為平臺，讓學生在實踐中學習知識、培養(yǎng)能力是一種行之有效的方法。因此目前國內(nèi)各個高等院校都采取各種措施、制定各種政策、積極組織學生開展課外科技創(chuàng)新實踐活動。但是，在這項工作中面臨的一個瓶頸問題是可供學生開展課外科技創(chuàng)新實踐活動的實驗室嚴重不足。為了解決這一問題，我們開展了校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的探索。

嵌入式系統(tǒng)（Embedded system）是嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應用而設計的專用計算機系統(tǒng)，它是智能制造的核心技術之一。而“工業(yè)4.0”的核心就是智能制造。隨著“工業(yè)4.0”的到來，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為工科學生必須掌握的基本知識之一。因此，組織學生開展嵌入式系統(tǒng)的學習，指導學生開展嵌入式系統(tǒng)應用研究，對于卓越工程師的培養(yǎng)具有積極意義。從2008年9月開始，我們和瑞薩電子有限責任公司開展校企合作，由瑞薩公司提供RX62N嵌入式系統(tǒng)教學實驗開發(fā)板、M16C/62P嵌入式系統(tǒng)教學實驗開發(fā)板和嵌入式RL78/G13教學實驗開發(fā)板與仿真器等實驗設備和各種技術資料，在校內(nèi)建立“嵌入式MCU實驗室”，為教師和學生學習嵌入式系統(tǒng)知識、開展嵌入式系統(tǒng)應用研究提供支持。

為了更好地培養(yǎng)學生應用嵌入式系統(tǒng)進行產(chǎn)品研發(fā)的能力，促進卓越工程師的教育培養(yǎng)，以“嵌入式MCU實驗室”為平臺，開展了校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的探索工作：

首先，把“嵌入式MCU實驗室”建設成“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地。由于“嵌入式MCU實驗室”是企業(yè)資助成立的，沒有計劃內(nèi)的教學任務。因此應采取開放式管理，把實驗室交給學生自己管理。只要是在校學生，憑學生證打一張借條，就可以把實驗儀器拿出實驗室使用，最大限度地滿足了學生學習的需要。我們和學生會合作，把對嵌入式系統(tǒng)感興趣的同學組織起來，利用課余時間開展嵌入式系統(tǒng)學習，并指導學生組成課題組開展嵌入式系統(tǒng)應用研究。為了更好地指導學生開展嵌入式系統(tǒng)學習與應用研究，建立微信群和QQ群，借助現(xiàn)代通信技術及時幫助學生開展學習與研究。通過采取這些措施，使許多大一大二的學生較好地掌握了嵌入式系統(tǒng)知識與應用技巧，在各種大學生科技競賽中取得優(yōu)異成績。2010年，“嵌入式MCU實驗室”被首批列入合肥工業(yè)大學“校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地建設計劃”項目，在“嵌入式MCU實驗室”基礎上組建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地，成為學生開展課外科技創(chuàng)新實踐活動的平臺。

其次，為了更好地指導學生開展嵌入式系統(tǒng)的應用研究，進一步加強校企之間的合作與交流。和瑞薩公司開展定期的互訪和交流活動，經(jīng)常安排教師到公司接受培訓。通過培訓不僅使教師掌握了更多的嵌入式系統(tǒng)知識和開發(fā)技巧，而且使教師積累了工程實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)了教師的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能，使教師的創(chuàng)新能力得到顯著提高，為更好地指導學生奠定了基礎。

第三，開展和物理實驗儀器生產(chǎn)企業(yè)的合作，為學生開展嵌入式系統(tǒng)研究提供項目支持。我們和物理實驗儀器生產(chǎn)企業(yè)合作，在“大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目的資助下，組織學生開展基于嵌入式MCU的智能型物理實驗儀器的研制工作。由于物理實驗儀器的研制工作涉及物理實驗知識、嵌入式MCU、控制電路、傳感器、機械制造和軟件編程等多學科知識，因此有助于學生獲取綜合知識，改善知識結(jié)構。又由于研制工作要求學生在掌握物理實驗知識的基礎上去構思、設計、制作、調(diào)試和改進儀器，因此可以使學生親身經(jīng)歷實驗儀器研發(fā)從構思、設計、實施到運行的全過程，不僅有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、工程意識與工程精神；而且有助于培養(yǎng)學生的團隊精神與組織協(xié)調(diào)能力。

第四，把企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)案例引入教學過程。把企業(yè)提供的嵌入式MCU在工業(yè)控制、信息監(jiān)測、智能家電、智能管理系統(tǒng)、智能機器人和汽車中應用的技術資料編寫成教案，采取案例教學法向?qū)W生傳授嵌入式系統(tǒng)知識與研發(fā)技巧。通過分析講解一個又一個產(chǎn)品研發(fā)的實例達到“舉一反三”、“拋磚引玉”的效果。

第五，組織學生參加各種工業(yè)產(chǎn)品展覽會，如慕尼黑上海電子展覽會和高等學校實驗儀器展覽會等，通過參觀以及和企業(yè)工程技術人員的現(xiàn)場交流來了解嵌入式系統(tǒng)在汽車、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、醫(yī)療和電力電子等熱門領域中的應用以及在物理實驗儀器中的應用，通過參觀來開闊學生的視野。

幾年來的實踐證明：校企合作創(chuàng)建“嵌入式系統(tǒng)應用”校內(nèi)大學生創(chuàng)新基地的工作取得了良好的人才培養(yǎng)效果。通過校企合作的方式組織學生開展嵌入式系統(tǒng)的應用研究，可以使學生很好地掌握嵌入式系統(tǒng)知識，有效培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；有效培養(yǎng)學生的工程意識與工程精神；有效培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神與組織協(xié)調(diào)能力，使學生的科技創(chuàng)新實踐能力和綜合素質(zhì)得到有效提高。通過幾年來的教育培養(yǎng)，使許多大一大二的同學成為我校大學生課外科技創(chuàng)新實踐活動的骨干，成為各種大學生課外科技創(chuàng)新競賽活動的積極參與者。并使一些同學在國家級和省級大學生課外科技創(chuàng)新實踐競賽中取得優(yōu)異成績，還有一些同學在學術期刊上發(fā)表了自己的研究論文。

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According to the standards of outstanding engineer and CDIO mode，this paper expounds promotion effect and positive significance of university-enterprise cooperation to the cultivation and education of outstanding engineers.The methods and successful experience were introduced that the innovation base of embedded system application was founded by the cooperation between university and enterprise and students were coached to do extracurricular scientific practice.These can provide reference to cultivation and education of outstanding engineer.The practice result proved that build student innovation base in campus through university-enterprise cooperation method could enhance student's engineering practice ability and technological innovation ability effectively，thus it could promote cultivation and education of outstanding engineers effectively.

industry4.0；outstanding engineer；university-enterprise cooperation；innovation ability；CDIO

G647

A

2096-000X（2016）20-0008-03

安徽省重大教學改革研究項目（編號：2013zdjy018）和合肥工業(yè)大學“創(chuàng)新基地建設計劃”項目。

羅樂（1963-），男，安徽省淮南市，博士，副教授，主要從事實驗教學與改革研究。