基于嵌入式創新平臺的大學生電子創新能力培養

潘俊男 盛虎 王帥 王安迪 袁濤

摘 ? 要：大學生的創新意識和創新能力培養已經成為衡量人才培養水平的關鍵，為了有效提升學生的創新能力，各高校采取不同措施為學生創造更加良好的創新實踐條件。大連交通大學電氣信息工程學院為了有效鍛煉學生實踐和創新能力，以創新工作室和電子學社為依托，基于學生自主研發的模塊化硬件電路建立了一個嵌入式創新平臺。學生利用嵌入式創新平臺培養創新意識、鍛煉創新能力，在大學生電子設計競賽和遼寧省iCAN創新創業大賽中獲得了優異成績。文章主要討論學生自主研發模塊化嵌入式創新平臺在學生創新能力培養和創新成果獲取方面的幫助。

關鍵詞：嵌入式創新平臺;創新能力培養;電子創新

隨著電子信息行業的快速發展，電子信息類專業人才的創新能力培養受到高度重視，在各類創新競賽中重點考察學生的創新意識和創新能力水平[1]。國務院辦公廳印發的《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》中要求進行全面深化高校創新創業教育改革。為了培養學生的實踐創新能力，各高校在課程設置方面增加了創新能力訓練相關課程或者在原有課程中增加創新訓練內容[2]。2019年11月召開的“全國高校電子信息類專業教學論壇”中各高校專家對電子信息類專業創新創業類課程內容進行探討，對相關專業學生的創新意識和創新能力培養提出了建議。電子信息類學生創新能力培養不能完全依靠課內的指導和訓練，需要學生在課外自覺養成勤思考、勤動手、多練習、多實踐的習慣。

各高校學生課外創新能力培養的方式也各有不同，主要采用的方式有課外作業、項目驅動、校企合作、產教融合等，每種方式都有優勢，但也存在一定缺陷。例如校企合作、產教融合等方式并不是每所高校都有條件實現;項目驅動需要學生具備一定的基礎和能力。在這種背景下，大連交通大學電氣信息工程學院在創新創業教育學院的支持下，指導教師引導學生自主研發模塊化嵌入式硬件電路，不但在設計開發過程中鍛煉了實踐創新能力，也為后續參加創新、創業競賽以及大學生創新創業訓練項目奠定了基礎，取得了較好的效果。

1 ? ?電子信息類專業學生創新能力培養方式

電子信息類專業學生的培養應該重視學生實踐能力和創新能力的訓練，以及學生在實踐和創新能力基礎上解決實際工程問題的能力。因此在學生培養過程中需要學校或指導教師為其提供創新實踐的條件和環境，制定合理的培養計劃，采取科學的培養方法[3]。目前各高校在電子信息類專業學生創新能力培養方面主要采取以下方式進行。

1.1 ?增加實踐創新類課程或在原有課程中增加創新訓練內容

各高校為了滿足電子信息類專業學生創新能力和實踐能力培養的需求，增設“創新創業類通識教育”“創新創業教育及實踐”“大學生創新創業導論”“大學生創業基礎”等相關創新實踐類課程，雖然課程名稱有所區別，但開設此類課程的目的是培養學生的創新思維和實踐創新能力[4]。此外，部分高校對現有課程的內容進行調整，增加創新相關的教學內容。例如在“電子信息類專業導論”“專業基礎訓練”或“專業綜合訓練”中增加創新訓練內容。

1.2 ?課外作業結合項目驅動的創新培養方式

增設實踐創新類課程或者在課程中增加創新訓練內容的培養方式受到課時限制，學生訓練的時間和內容豐富程度都很難保證，因此很多高校采取課內演示、指導，課外為學生布置創新相關的練習內容。此外，很多高校布置的課外練習題目與實際項目相結合，不僅可以訓練學生的工程實踐能力，又可以提升學生的創新能力[5]。

1.3 ?校企合作、產教融合創新培養方式

隨著應用型人才需求的增加，校企合作人才培養模式受到重視，企業為應用型人才培養提供實驗實踐條件，高校根據企業的需求和應用型人才的培養建議調整培養方案，為學生提供更好的實踐創新條件。此外，學生在校企合作中可以了解企業的需求及相關先進技術，或者提前參與企業的生產和研發項目，在創新思維和創新能力方面得到更多鍛煉。

2 ? ?基于嵌入式創新平臺的創新能力培養

本文介紹的3種電子信息類專業學生創新能力培養方式中，高校采用最多的是增加實踐創新類課程或在原有課程中增加創新訓練內容的方式，其優點是指導教師直接參與，實踐創新的條件有保障，創新能力訓練見效快[6]。但是也存在訓練時間受課時限制、課程內容相對固定且內容不夠豐富、很難調動學生的積極性和主動性等缺點。而校企合作、產教融合創新培養方式雖然能夠有效調動學生的積極性和主動性，且訓練內容可以結合企業生產和研發，但是學生的受益面不高。很多高校很難找到適合的電子信息類企業進行深度合作，無法有效開展產教融合的創新培養方式。因此，很多高校采用了課外作業結合項目驅動培養方式作為實踐創新類課程的補充，不僅投入成本少、見效快，而且學生受益面廣，也更容易接受這種創新訓練方式。

大連交通大學電氣信息工程學院為了有效鍛煉電子信息類專業學生的實踐和創新能力，在創新創業教育學院的組織和支持下，以現有的“大學生創新工作室”和“電子學社”為依托，結合“大學生創新創業訓練項目”，在課外引導學生自主研發設計硬件電路板（Printed Circuit Board，PCB），自主購買傳感器、芯片等硬件耗材進行焊接調試。硬件電路均以模塊化形式進行設計，最終構建一個嵌入式創新系統平臺。平臺以單片機或處理器（Adanced RISC Machines，ARM）為核心電路，外圍搭建視頻模塊、溫濕度模塊、加速度模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、氣體檢測模塊、電源模塊、藍牙模塊、WiFi模塊等一系列硬件電路。學生在自己搭建的嵌入式平臺上進行軟件編程、調試，實現創新實踐能力的提升。此嵌入式創新平臺實現了以下創新能力的培訓：

（1）學生自主進行模塊化電路設計，將電路原理、模擬電路和數字電路課程中所學的知識應用于嵌入式平臺的電路設計，鍛煉學生系統性思維、理論結合實踐的能力。

（2）學生親自動手進行PCB板繪制、元件采買和電路焊接，將模擬電路、數字電路和相關實驗、實踐課程中所學的知識進行應用，并在電路板焊接調試過程中培養了“發現問題、解決問題”的能力。

（3）學生應用設計好的嵌入式電路模塊完成教師要求的小項目或者根據自己的特長或愛好實現不同功能的系統，培養創新思維、鍛煉創新能力，提升解決工程問題的能力。

（4）學生在應用嵌入式創新平臺進行設計和應用的過程中，可以發現現有平臺各個模塊的缺陷和不足以及各模塊連接及通信中的不便之處，對現有的模塊進行完善和升級，建立更加完善的創新平臺，在此過程中提升“產品設計和系統集成”的能力。

（5）學生應用升級完善后的嵌入式創新平臺參與大學生創新創業訓練項目，參加創新創業學科競賽，系統培養學生的創新思維和創新能力。

大連交通大學電子信息類專業學生通過這種自主研發、設計嵌入式創新平臺并應用于競賽和項目的方式取得了非常好的效果，學生在大學生電子設計競賽和遼寧省iCAN創新創業大賽等一系列競賽中獲得了優異成績，學生自主創新的意識得到激發，創新能力得到明顯提升。

3 ? ?電子信息類學生創新能力培養模式討論

電子信息類專業學生需要進行大量實踐和創新方面的訓練才能滿足培養方案中的畢業要求，具備就業所需的工程實踐能力，符合學生升學深造應該具備的實驗探索技能。但是如何培養實踐創新能力成為電子信息類專業學生培養必須面對的難題，不同高校采取了不同的措施，逐漸形成幾種主要的培養方式[7]。其中課外作業結合項目驅動的創新培養方式作為實踐創新類課程的補充手段而被廣泛采用。然而課外作業不能讓學生簡單地被動接受，需要充分調動學生的積極性，讓學生自發參與創新訓練。文章所介紹的基于嵌入式創新平臺的大學生電子創新能力培養方式，不僅可以讓學生全程參與創新活動，充分調動學生的積極性，而且讓學生應用自主設計的嵌入式平臺參與創新項目和創新競賽獲得創新成果，極大地激發了學生的創新思維并提升創新能力。這種創新能力培養模式在電子信息類專業學生培養中有一定的借鑒和推廣意義。

[參考文獻]

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[2]宋雪麗.科技競賽培養大學生創新實踐能力的問題與對策[J].大學教育，2017（3）：151-152.

[3]ZHEPING Y，JIAN X，HONGHAN Z，et al. On the cultivation of students innovation consciousness and ability under major project[J].Journal of Higher Education，2017（5）：12-13.

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[5]寧志剛，朱衛華，劉華，等.基于Proteus和Keil C51單片機仿真平臺的實踐創新能力培養研究[J].教育現代化，2018（49）：23.

[6]HONG G，WEI H，MIN J. Teaching reform of embedded system course based on innovation ability cultivation[C].Hangzhou：2018 9th International Conference on Information Technology in Medicine and Education（ITME）IEEE Computer Society，2018.

[7]WANG D，YANG Z，TAO Z. Innovation ability and innovation spirit in photoelectric comprehensive experiment teaching[C].Hangzhou：14th Conference on Education and Training in Optics and Photonics（ETOP），2017.

Abstract：The training of college students innovation consciousness and ability has become the key to measure the level of talent cultivation. In order to effectively improve the innovation ability of students， colleges and universities take different measures to create better innovation practice conditions for students. In order to effectively exercise the students practice and innovation ability， the school of Electrical and Information Engineering of our university has established an embedded innovation platform based on the modular hardware circuit independently developed by students， relying on the innovation studio and electronic society. Using this embedded innovation platform， students have developed innovation awareness and exercised innovation ability， and achieved excellent results in college students Electronic Design Competition and Liaoning Province iCAN innovation and entrepreneurship competition. This paper mainly discusses the help of students independent research and development of modular hardware platform to cultivate students innovation ability and obtain innovation results.

Key words：embedded innovation platform; innovation ability training; electronic innovation