卓越計劃與學科競賽平臺相結合的嵌入式方向人才培養(yǎng)創(chuàng)新實踐

王冠軍, 江海峰, 林果園, 趙 瑩

(中國礦業(yè)大學 計算機科學與技術學院，江蘇 徐州 221116)

卓越計劃與學科競賽平臺相結合的嵌入式方向人才培養(yǎng)創(chuàng)新實踐

王冠軍, 江海峰, 林果園, 趙 瑩

(中國礦業(yè)大學 計算機科學與技術學院，江蘇 徐州 221116)

以嵌入式方向人才培養(yǎng)為目標，針對嵌入式方向理論課程體系中理論講授過多，實踐偏少、實踐教學缺乏實踐環(huán)境與平臺支持以及學生學習過程中缺乏興趣，積極性不高等問題，結合卓越工程師計劃與學科競賽平臺，通過構建嵌入式方向理論與實踐課程體系，建立基于卓越目標的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)平臺與“學競一體”的嵌入式學科競賽平臺等措施進行改革，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。

卓越工程師計劃； 嵌入式； 學科競賽平臺； 創(chuàng)新實踐能力； 創(chuàng)客實驗室

0 引 言

隨著云計算、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的深入發(fā)展，信息技術做為世界經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)增長方式轉變過程中的關鍵因素，正在進入新的發(fā)展階段。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育成為當前高校一項重要的工作[1]，“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”在這其中扮演十分重要的角色[2-3]。目前高質(zhì)量的工程技術人才匱乏，信息技術行業(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]。它以引導高等學校加強相關專業(yè)和課程建設，提高學生創(chuàng)新能力、理論知識應用能力為目標，使學生精通嵌入式硬件開發(fā)和相關軟件編程開發(fā)工具,掌握嵌入式設計的基本理論和開發(fā)流程,達到各類智能硬件開發(fā)企業(yè)、移動應用開發(fā)企業(yè)對卓越工程師的基本要求是我們追求的目標。這類課程的教學改革也成為亟待解決的難題。

1 教學問題

(1) 嵌入式方向理論課程體系中理論講授過多，實踐偏少。

(2) 實踐教學缺乏實踐環(huán)境和大型實踐案例。

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

(4) 學生學習過程中缺乏興趣，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)計劃為依托，參考當前流行的人才培養(yǎng)模式[8]、教學模式與教學思想[9-12]。以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，課程體系和教學內(nèi)容按照“理論與實踐相交錯、課堂與競賽相結合、基礎和創(chuàng)新能力同步培養(yǎng)”的原則進行設計，緊密結合社會需求，增加創(chuàng)新教育、創(chuàng)業(yè)教育、實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容和所占比重，將學科競賽融入教學、促進教學[13]，構建跨學科交叉融合的課程體系。

2.1 主要內(nèi)容

(1) 構建以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為導向的卓越工程師理論課程體系。注重嵌入式方向基礎理論，科學型與應用型兼顧。突出求解復雜工程問題的有效方法。重點培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)設計與分析能力，嵌入式應用軟件和系統(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)計劃理論課程體系。課程內(nèi)容更加面向工程，強調(diào)寬基礎、重實踐、重應用，教學內(nèi)容適當削減部分課程學時。課程教學與考核結合工程實際進行，在專業(yè)課教學中逐步推進交互式微課與翻轉課堂相結合的教學方式。

(2) 構建層次型嵌入式人才培養(yǎng)實踐教學體系。增強實踐教學，構建課內(nèi)課外相結合，以能力培養(yǎng)為主線的實踐教學體系。增加創(chuàng)新性、綜合性實踐。將實踐教學擴展到課外，開展廣泛的課外研究學習，通過學科競賽和創(chuàng)客實驗室等提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力，鼓勵學生申報研究創(chuàng)新性研究題目。重視引導,通過不同層面的實踐，提升不同層面的實踐能力。同時與高水平軟件企業(yè)合作建設校外實習基地，校外實習基地主要面向嵌入式軟件專業(yè)方向?qū)W生的畢業(yè)實習和畢業(yè)設計環(huán)節(jié)的教學，結合企業(yè)實際工程需要[14]，提高學生解決實際問題的能力和就業(yè)競爭力。

通過硬件相關課程和硬件課程設計，增強學生的硬件設計和實現(xiàn)能力，克服學生“喜軟怕硬”的現(xiàn)象。

(3) 構建基于卓越目標的創(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習平臺，錄制相關課程的微視頻，利用交互式MOOC+翻轉課堂的形式進行知識講授，全過程培養(yǎng)學生的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實踐能力，課下利用QQ群、微信公眾號、微博等方式與學生進行交流溝通，及時答疑解惑，提高學生的學習質(zhì)量與學習效果。

(4) 構建 “學競一體”的嵌入式學科競賽平臺。以教育部產(chǎn)學合作專業(yè)綜合改革項目為依托，組織成立學科競賽指導委員會和嵌入式設計俱樂部。組織和指導學生參加各級嵌入式專題邀請賽、機器人比賽、電子設計競賽，組建高質(zhì)量競賽隊伍。積極參加高水平嵌入式相關賽事，與學工密切溝通，完善獎勵機制，激發(fā)師生的熱情，有力地推動創(chuàng)新型學生培養(yǎng)。

2.2 實施方案

(1) 以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導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系，在認真研究課程內(nèi)涵的基礎上，確立各門課程的授課內(nèi)容，構建知識內(nèi)容前后銜接、實驗環(huán)節(jié)密切配合的一體化理論教學體系。

實踐創(chuàng)新能力訓練分布在高級語言程序設計、數(shù)據(jù)結構、離散數(shù)學、信息學科概論等基礎課程中，以及編譯技術、操作系統(tǒng)、人工智能、計算機圖形學等專業(yè)課程中。

嵌入式程序設計能力通過高級語言程序設計教學，以掌握程序設計與實現(xiàn)的基本技能，數(shù)據(jù)結構、組成原理、數(shù)字系統(tǒng)設計、單片機、嵌入式系統(tǒng)設計與應用等持續(xù)加強學生程序設計的訓練。

嵌入式軟件工程實踐、嵌入式Linux應用程序設計、Android應用開發(fā)技術、電子設計Ⅰ(Ⅱ)、企業(yè)實習、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)新實踐能力培養(yǎng)關系如圖1所示。

(2) 層次型嵌入式人才培養(yǎng)實踐教學體系。該體系從第一學年基礎層、第二學年專業(yè)基礎層、第三學年應用設計層到第四學年綜合實踐層，構建了由基礎到應用、由理論到實踐的一整套循序漸進的實踐教學體系，以上實踐環(huán)節(jié)分別對應于專業(yè)基本認知能力、綜合程序設計能力、硬件初步開發(fā)和系統(tǒng)認知能力、大型嵌入式軟件開發(fā)工具、環(huán)境、流程、文檔綜合應用能力、大型嵌入式應用軟件開發(fā)能力、系統(tǒng)軟件開發(fā)和系統(tǒng)認知能力、專業(yè)知識綜合應用能力等專業(yè)能力培養(yǎng)。實踐教學體系如圖2所示。

圖1 理論主干課程與創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

(3) 基于卓越目標的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)平臺。構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，大力進行教學改革(課程開展流程如圖3所示)。同時結合工程項目的應用需求，構建了接口開放、便于二次開發(fā)的多樣化嵌入式系統(tǒng)實踐開發(fā)平臺。以此為基礎，通過導向性、趣味性、開放性及綜合性問題的設計，使學生完成由淺入深、由易到難一系列環(huán)環(huán)相扣、逐層遞升的實踐訓練，從而引導創(chuàng)新人才培養(yǎng)向縱深推進，構建循序漸進的嵌入式實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法。

圖2 基于“卓越工程師”計劃的嵌入式人才培養(yǎng)實踐教學體系

圖3 嵌入式方向課程開展流程

(4) “學競一體”的嵌入式學科競賽平臺。課外科技競賽是激發(fā)學生學習興趣最好的方式，項目組老師在組織課堂教學的同時積極宣傳并組織學生參加各種硬件類科技競賽，如全國大學生電子設計大賽、“飛思卡爾杯”全國大學生智能車競賽、全國機器人大賽等。實行全過程導師負責制，包括參賽學生的選拔、培訓和參賽等工作。經(jīng)過項目組老師多年的探索，建立了一套完善的導師負責制下 “學競一體”的嵌入式學科競賽平臺。學生創(chuàng)新實踐現(xiàn)場如圖4所示。

(a)

(b)

3 改革效果

嵌入式方向人才培養(yǎng)模式已在我校計算機科學與技術、電子信息科學與技術、信息安全和網(wǎng)絡工程4個本科專業(yè)相關課程中進行了全面實施，為其他3個本科專業(yè)卓越人才培養(yǎng)提供了借鑒。在學院內(nèi)的多次經(jīng)驗交流，也對計算機學院的專業(yè)建設起到了示范和推動作用。

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

(2) 總結出的教學論文在全國性教學研討會上進行了交流，獲得同行的認可，并發(fā)表在國家級核心教學期刊上。累計發(fā)表教學論文10余篇，其中國家級核心教學期刊3篇。

(3) 人才培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高。學生學習興趣、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)，積極組織學生參與各類學科競賽和大學生科研訓練計劃活動，給學生自由發(fā)展的空間和時間，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。在培養(yǎng)體系中堅持拓寬專業(yè)口徑，充分注重理論與實踐相結合，注重課內(nèi)課外相結合，強化實踐能力特別是創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

重視大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃的實施,組織實施學生的項目申報、項目的初選、導師配備、項目進展情況監(jiān)控、業(yè)務指導、聯(lián)系企業(yè)等工作。指導學生先后獲得100余項科技競賽的獎勵，連續(xù)3屆獲得全國大學生電子設計競賽全國與江蘇省一、二、三等獎，在2011～2015年中國機器人大賽、“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、二等獎20余項、三等獎20余項的優(yōu)異成績。同時鼓勵學生科技創(chuàng)業(yè)，目前已培育學生嵌入式及機器人方向創(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、教案均已在計算機學院學生中使用，嵌入式微學堂平臺也已投入使用，學生反映良好。

4 結 語

嵌入式方向人才培養(yǎng)是一項復雜系統(tǒng)工程，學校結合卓越工程師計劃，構建以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為導向的卓越工程師理論課程體系，層次型嵌入式人才培養(yǎng)實踐教學體系，建立了基于卓越目標的創(chuàng)新型嵌入式人才培養(yǎng)以及"學競一體"的嵌入式學科競賽平臺。圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)，積極組織學生參與各類學科競賽和大學生科研訓練計劃活動，給學生自由發(fā)展的空間和時間，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。在培養(yǎng)體系中堅持拓寬專業(yè)口徑，充分注重理論與實踐相結合，注重課內(nèi)課外相結合，強化實踐能力特別是創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

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

[1] 劉炯天. 將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入大學人才培養(yǎng)過程[J]. 中國高等教育,2015(Z2):14.

[2] 陳亞玲.本科工程人才培養(yǎng)模式變革及學生滿意度調(diào)查——基于江蘇省“211工程”高校卓越計劃實施的實證研究[J].現(xiàn)代大學教育,2015(6):64-69.

[3] 趙同剛.以卓越工程師為目標驅(qū)動人才培養(yǎng)方式的改革[J].實驗技術與管理,2015,32(1):164-166.

[4] 韓 彬.全面深化實踐教學改革 培養(yǎng)學生工程實踐能力[J].實驗室研究與探索,2015,34(9):196-199.

[5] 劉宏珍,侯義斌,黃樟欽,等. 國際校企深度合作培養(yǎng)卓越工程人才的實踐[J]. 中國大學教學,2012(5):16-18.

[6] 胡小勇,鄭曉丹,馮智慧.信息技術與教學深度融合的優(yōu)課課例研究[J].中國電化教育,2015(4):36-40.

[7] 萬智萍,王 鳳,王高亮.基于工程訓練模式的嵌入式復合型拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究[J]. 電子設計工程,2012(11):163-166.

[8] 鄭會娟.行業(yè)需求視角下嵌入式人才培養(yǎng)模式探索[J].中國成人教育,2014(23):60-61.

[9] 鄭曉丹,張華陽,胡小勇.基于智慧終端的翻轉課堂教學策略研究[J].教育信息技術,2015(7):115-119.

[10] 曾明星,周清平,蔡國民,等.基于交互式MOOC的翻轉課堂教學模式研究[J].中國電化教育，2015(4):102-108.

[11] 王同聚. “微課導學”教學模式構建與實踐[J]. 中國電化教育,2015(2):112-117.

[12] 胡小勇,李麗娟,鄭曉丹.在線環(huán)境下學習者協(xié)作解決問題的策略研究[J].中國電化教育,2015(1):44-50.

[13] 以學科競賽促進卓越工程師能力培養(yǎng)的實踐與研究[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2013(26):34.

[14] 趙 乾,易 兵.校企聯(lián)合培養(yǎng)“卓越工程師”新機制研究[J].中國大學教學,2015(10):21-24.

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

國家青年科學基金項目(61402483);國家大學生創(chuàng)業(yè)實踐項目(201310290080);2016教育部產(chǎn)學合作專業(yè)綜合改革項目(NXP);江蘇省卓越工程師教育培養(yǎng)計劃;中國礦業(yè)大學教育教學改革與建設課題 (2016QN21、2014YB27) ;卓越工程師專業(yè)教學成果培育項目(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，機器人技術。

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

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0187-04