校企合作創建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地的探索*

羅 樂 仇冀宏 孫 偉

（合肥工業大學 電子科學與應用物理學院，安徽 合肥 230009）

校企合作創建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地的探索*

羅 樂 仇冀宏 孫 偉

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

工業4.0；卓越工程師；校企合作；創新能力；CDIO

引言

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

一、校企合作對卓越工程師培養的作用

卓越工程師培養是一項復雜的、系統的、又各具特色的育人工程，它和商品生產既相似又不同。從質量管理的理論來看，為保證卓越工程師的培養質量，首先必須制定一套科學完善的質量標準體系，其次必須采取行之有效的培養方法。關于卓越工程師的質量標準，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、開發新的工具和系統來解決人類社會所面臨的問題［5］。工程師的創新能力體現在應用科學家創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新技術與新產品。根據工程師的定義，美國工程與技術認證委員會（the Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET）提出了11條工程師培養質量標準；歐洲工程師協會聯盟（FEANI）也提出了12條工程師培養質量標準［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工作，聯合中國工程院印發了《卓越工程師教育培養計劃通用標準》。在《卓越工程師教育培養計劃通用標準》中明確了本科工程型人才培養的通用標準、工程碩士人才培養的通用標準和工程博士人才培養的通用標準。上述這些標準雖然有所不同，但存在共同的本質上的標準，那就是要掌握現代科學技術知識、技術標準和政策法規；具有現代工程意識和工程精神；具有創新能力、處理危機的能力、工程管理能力、國際交流能力、繼續學習能力和團隊協調能力。其中核心標準是具有創新能力。創新能力主要包括創新意識、創新思維和創新技能三部分，其中創新思維是創新能力的核心，而創新意識和創新技能則分別是創新能力的前提與保障［8］。

為了培養學生的創新能力，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模式。在眾多的培養模式中，CDIO模式被普遍認為是一種行之有效的工程技術人才培養模式。CDIO即構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個環節的有機結合［9，10］。強調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、培養工程意識和工程精神、積累工程經驗、提高創新能力、協作能力和管理能力［11，12］。CDIO的本質是以真實的工程項目研究開發為平臺，讓學生在工程實踐中學習知識、培養能力與素質。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作能力、批判性思考能力和培養學生綜合思考解決問題的意識而探索出的一種人才培養模式。

從卓越工程師質量標準和CDIO模式來看，學校和企業合作，整合雙方優勢，共同搭建卓越工程師教育培養平臺是卓越工程師教育培養的有效途徑。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，卓越工程師的培養主要由兩部分組成：理論知識的傳授和創新實踐能力的培養。在卓越工程師教育培養的全過程中，高等學校的優勢是善于向學生傳授理論知識。而企業是創新的源泉所在，也是創新的主體。因此企業的優勢則是為學生創新實踐能力的培養提供了一個大舞臺。通過校企合作可以充分發揮學校與企業各自優勢，實現優勢互補與整合。通過校企合作，組織學生參與到企業的創新實踐工作中，可以使學生在構思、設計、實施和運行的創新實踐全過程中培養工程意識和工程精神、積累工程經驗、提高創新實踐能力、團結協作能力和組織管理能力，最終成長成為符合社會經濟發展需要的卓越工程技術人才。

二、校企合作創建校內大學生創新基地的探索

從CDIO工程技術人才培養模式來看，以真實的項目研發為平臺，讓學生在實踐中學習知識、培養能力是一種行之有效的方法。因此目前國內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建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地的探索。

嵌入式系統（Embedded system）是嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統，它是智能制造的核心技術之一。而“工業4.0”的核心就是智能制造。隨著“工業4.0”的到來，嵌入式系統已經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的學習，指導學生開展嵌入式系統應用研究，對于卓越工程師的培養具有積極意義。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嵌入式系統教學實驗開發板、M16C/62P嵌入式系統教學實驗開發板和嵌入式RL78/G13教學實驗開發板與仿真器等實驗設備和各種技術資料，在校內建立“嵌入式MCU實驗室”，為教師和學生學習嵌入式系統知識、開展嵌入式系統應用研究提供支持。

為了更好地培養學生應用嵌入式系統進行產品研發的能力，促進卓越工程師的教育培養，以“嵌入式MCU實驗室”為平臺，開展了校企合作創建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地的探索工作：

首先，把“嵌入式MCU實驗室”建設成“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地。由于“嵌入式MCU實驗室”是企業資助成立的，沒有計劃內的教學任務。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，把對嵌入式系統感興趣的同學組織起來，利用課余時間開展嵌入式系統學習，并指導學生組成課題組開展嵌入式系統應用研究。為了更好地指導學生開展嵌入式系統學習與應用研究，建立微信群和QQ群，借助現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知識與應用技巧，在各種大學生科技競賽中取得優異成績。2010年，“嵌入式MCU實驗室”被首批列入合肥工業大學“校內大學生創新基地建設計劃”項目，在“嵌入式MCU實驗室”基礎上組建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地，成為學生開展課外科技創新實踐活動的平臺。

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知識和開發技巧，而且使教師積累了工程實踐經驗，培養了教師的創新意識、創新思維和創新技能，使教師的創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企業的合作，為學生開展嵌入式系統研究提供項目支持。我們和物理實驗儀器生產企業合作，在“大學生創新性實驗計劃”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、調試和改進儀器，因此可以使學生親身經歷實驗儀器研發從構思、設計、實施到運行的全過程，不僅有助于培養學生的創新能力、工程意識與工程精神；而且有助于培養學生的團隊精神與組織協調能力。

第四，把企業產品研發案例引入教學過程。把企業提供的嵌入式MCU在工業控制、信息監測、智能家電、智能管理系統、智能機器人和汽車中應用的技術資料編寫成教案，采取案例教學法向學生傳授嵌入式系統知識與研發技巧。通過分析講解一個又一個產品研發的實例達到“舉一反三”、“拋磚引玉”的效果。

第五，組織學生參加各種工業產品展覽會，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工程技術人員的現場交流來了解嵌入式系統在汽車、物聯網、工業、醫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：校企合作創建“嵌入式系統應用”校內大學生創新基地的工作取得了良好的人才培養效果。通過校企合作的方式組織學生開展嵌入式系統的應用研究，可以使學生很好地掌握嵌入式系統知識，有效培養學生理論聯系實際、發現問題、分析問題和解決問題的能力；有效培養學生的工程意識與工程精神；有效培養學生的團隊協作精神與組織協調能力，使學生的科技創新實踐能力和綜合素質得到有效提高。通過幾年來的教育培養，使許多大一大二的同學成為我校大學生課外科技創新實踐活動的骨干，成為各種大學生課外科技創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新實踐競賽中取得優異成績，還有一些同學在學術期刊上發表了自己的研究論文。

［1］高星海.工業4.0背景下的新思維［J］.航空制造技術，2014（18）：30-33.

［2］芮明杰.“工業4.0”：新一代智能化生產方式［J］.世界科學，2014（5）：19-20.

［3］李延斌，高有華，田方，等.面向培養卓越工程師的機械設計基礎課程改革［J］.實驗技術與管理，2012，29（4）：231-233.

［4］扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程師計劃”培養實踐型工程人才［J］.實驗技術與管理，2011，28（11）：155-158.

［5］廖娟，李小忠.美國工程師培養模式研究［J］.中國高教研究，2011（2）：52-55.

［6］趙婷婷.適應科學綜合化發展的國外高等工程教育改革［J］.復旦教育論壇，2005，3（2）：40-44.

［7］李茂國.中國工程教育全球戰略研究［J］.高等工程教育研究，2008（6）：1-11.

［8］孔蓉.本科生創新能力培養方法的思考與實踐［J］.重慶交通大學學報（社科版），2012，12（3）：116-118.

［9］李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應用前景［J］.清華大學教育研究，2008，29（5）：78-87.

［10］逯燕玲，戴紅，侯爽.基于CDIO教育理念的數據庫課程實驗設計［J］.實驗技術與管理，2013，30（1）：22-24.

［11］陳冬松.國際創新型工程教育模式中國化研究述評［J］.長春理工大學學報，2010，23（5）：106-109.

［12］曾麗娟.工科大學生工程精神與工程意識的培養［J］.中國石油大學學報（社會科學版），2013，29（3）：110-113.

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）和合肥工業大學“創新基地建設計劃”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。