嵌入式系統(tǒng)本科人才培養(yǎng)體系的建設(shè)與實踐

鄭巧彥　范延濱

摘? 要：為了滿足社會發(fā)展對嵌入式系統(tǒng)人才迫切需求，需要改革建設(shè)嵌入式系統(tǒng)本科人才培養(yǎng)體系。基于“新工科教育理念”，培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)方向特色人才的目標，文章提出了以“產(chǎn)品研發(fā)”為核心人才培養(yǎng)體系的建設(shè)和實施方案。

關(guān)鍵詞：新工科;嵌入式系統(tǒng);特色人才;培養(yǎng)體系

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2020）23-0156-04

Abstract： In order to meet the urgent needs of the development of society for embedded system talents， it is necessary to reform and build the undergraduate talents training system of embedded system. Based on the "new engineering education concept" and the goal of training talents with embedded system characteristics， this paper puts forward the construction and implementation scheme of the talent training system with "product research and development" as the core.

Keywords： new engineering; embedded system; special talents; training system

一、概述

“新工科教育理念”是為了應(yīng)對新一輪科技革命和

產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機遇、新挑戰(zhàn)而提出的。為培養(yǎng)造就一大批引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力支持和人才保障。嵌入式系統(tǒng)是非常典型的新工科專業(yè)，需要培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”專業(yè)人才。基于此理論導(dǎo)向，充分與畢業(yè)生用人單位、產(chǎn)學(xué)協(xié)作育人單位、進行合作研討，制定了以“產(chǎn)品研發(fā)”為核心人才培養(yǎng)體系。具體內(nèi)容又分為培養(yǎng)理念、培養(yǎng)體系、課程體系、教學(xué)體系、實踐體系、考核體系。

二、培養(yǎng)理念

本體系的培養(yǎng)理念是“培養(yǎng)研發(fā)興趣，啟迪自然創(chuàng)新”。

以尊重學(xué)生專業(yè)興趣為基礎(chǔ)，以指導(dǎo)學(xué)生獨立完成具體任務(wù)為手段，激發(fā)學(xué)生研發(fā)興趣、提升學(xué)生成功信心。在培養(yǎng)實踐中，重點引導(dǎo)學(xué)生自覺發(fā)現(xiàn)問題、主動解決問題，在解決問題的過程中提出新思路、嘗試新方法，培育學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。

三、培養(yǎng)體系

嵌入式系統(tǒng)本科人才“培養(yǎng)體系”如圖1所示。

培養(yǎng)體系的主體包括課程教學(xué)、實踐教學(xué)兩個部分。在課程教學(xué)中，制定了與之對應(yīng)的課程體系、課程大綱、課程教案;在實踐教學(xué)中，制定了與之對應(yīng)的實踐體系、實踐大綱、實踐教案。

嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)特色是：建立課程體系與實踐體系深度交叉耦合的教學(xué)體系，同步培養(yǎng)知識體系、研發(fā)能力。

在教學(xué)體系中，構(gòu)建了包括理論教學(xué)、課堂演示、課堂實踐、同步實驗、實踐實訓(xùn)的多層次、立體式教學(xué)過程。在考核體系中，每門課程的考核不再單純采用閉卷考試方式，同時還要求每個學(xué)生分階段報告自己的研究內(nèi)容、展示自己的設(shè)計作品，推行理論和實踐綜合考核的辦法。

經(jīng)過該“培養(yǎng)體系”培養(yǎng)的本科畢業(yè)生，基本上能夠達到掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、具備嵌入式產(chǎn)品研發(fā)能力的目標，縮小了學(xué)校人才培養(yǎng)與社會需求之間的“距離”、人才培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之間的“差距”，可有效解決人才培養(yǎng)“同質(zhì)化”的問題。

四、課程體系

嵌入式系統(tǒng)本科人才培養(yǎng)的“課程體系”如圖2所示。

圖2給出了與嵌入式系統(tǒng)密切相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及其相互關(guān)系和開課順序，所有的專業(yè)方向課程主要在第5-8學(xué)期組織教學(xué)。

從圖2可以看出：課程體系中，在縱向上可分為基礎(chǔ)層課程、核心層課程、應(yīng)用層課程、實踐層課程四個層次;在橫向上可分為“三條主線”和“一個實踐綜合”。

第一條主線：以ARM技術(shù)為主，由嵌入式處理器、嵌入式系統(tǒng)接口設(shè)計與應(yīng)用、ARM項目設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)成;第二條主線：以DSP技術(shù)為主，由信號處理原理、嵌入式處理器、數(shù)字信號處理器原理與應(yīng)用、DSP項目設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)成;第三條主線：以軟件技術(shù)為主，由嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計與開發(fā)、EOS項目設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)成。

“一個實踐綜合”包括課程設(shè)計創(chuàng)新、校內(nèi)實踐和校外實踐。校內(nèi)實踐主要完成原型產(chǎn)品研發(fā)，校外實踐主要參與企業(yè)實際產(chǎn)品研發(fā)，這是嵌入式系統(tǒng)課程的一個大綜合，是理論與實踐的大結(jié)合，是嵌入式系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)的大提升。

五、教學(xué)體系

嵌入式系統(tǒng)本科人才培養(yǎng)的“教學(xué)體系”如圖3所示。

從圖3可以看出，把“原型產(chǎn)品”的知識點與研發(fā)技術(shù)細化到每門課程教學(xué)之中，通過“原型產(chǎn)品”開發(fā)，就把課堂教學(xué)與實踐教學(xué)有機結(jié)合起來了。學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)的同時，完成“原型產(chǎn)品”各模塊軟硬件的開發(fā)，同步培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和研發(fā)能力。再通過校企聯(lián)合培養(yǎng)，讓學(xué)生直接參與企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)，進一步培養(yǎng)了學(xué)生產(chǎn)品創(chuàng)新能力和項目合作能力。

通過借鑒國際上CDIO教學(xué)模式的先進理念，建立了圖3給出的軟件/硬件教學(xué)體系：每一門課程都采用“理論學(xué)習(xí)-課堂演示/課堂實踐-同步實驗-實踐實訓(xùn)”的教學(xué)模式（學(xué)中做），達到了“邊學(xué)習(xí)-邊實踐-邊掌握”的目標（做中學(xué)）。

在理論教學(xué)中，主要由任課教師講授本課程的原理、技術(shù)和設(shè)計方法等，這是課程教學(xué)的重點和核心。

在課堂演示中，主要針對本課程的重點和難點，由任課教師當(dāng)堂進行設(shè)計并演示這些重點和難點的學(xué)習(xí)技巧和應(yīng)用特點，提高學(xué)生對重點難點的理解程度、加深記憶。

在課堂實踐中，主要是由任課教師當(dāng)堂指導(dǎo)學(xué)生對知識和技術(shù)進行練習(xí)和應(yīng)用，完成一個課堂練習(xí)項目，使學(xué)生加深對所學(xué)知識和技術(shù)的理解。

在同步實驗中，主要針對本課程知識模塊，以綜合設(shè)計為主，通過實驗課，由任課教師指導(dǎo)學(xué)生完成綜合設(shè)計與實踐項目。

在實踐實訓(xùn)中，學(xué)生通過申報學(xué)校實踐教學(xué)項目、參加任課教師的研發(fā)項目、參與企業(yè)實踐實訓(xùn)等環(huán)節(jié)，運用自己所掌握的知識和技術(shù)，遍歷項目的研發(fā)過程、掌握項目研發(fā)的步驟、體會項目研發(fā)的技術(shù)和思路。

六、實踐體系

嵌入式系統(tǒng)本科人才培養(yǎng)的“實踐體系”如圖4所示。

實踐體系以“產(chǎn)品研發(fā)”為核心構(gòu)建。一是將“產(chǎn)品研發(fā)”層次化為“原型產(chǎn)品”和“實際產(chǎn)品”兩個層次。二是把實踐體系劃分為“校內(nèi)實踐體系”和“校外實踐體系”。在“校內(nèi)實踐體系”中，以“原型產(chǎn)品”研發(fā)為主，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和研發(fā)能力;在“校外實踐體系”中，以完成或參與“實際產(chǎn)品”研發(fā)為主，培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新能力和項目合作力。

在“校內(nèi)實踐體系”中，其教學(xué)要求是理論教學(xué)與實踐教學(xué)緊密結(jié)合、相互支撐、學(xué)做相長。在教學(xué)方案的設(shè)計上，采用（3+2+2）模式：即對一門課而言，如果課堂教學(xué)安排3學(xué)時，那么實驗教學(xué)至少2學(xué)時，另外還需要安排2學(xué)時的開放實驗。

“課程體系”與“原型產(chǎn)品”之間的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

在校外實踐體系中，其教學(xué)要求是參與企業(yè)“實際產(chǎn)品”的研發(fā)團隊、遍歷“實際產(chǎn)品”研發(fā)的各個過程。在企業(yè)生產(chǎn)實習(xí)中，學(xué)生要走進企業(yè)生產(chǎn)線，參加生產(chǎn)實踐、了解產(chǎn)品生產(chǎn)流程;在企業(yè)實踐實訓(xùn)中，學(xué)生要參加企業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)團隊，學(xué)習(xí)企業(yè)的研發(fā)規(guī)范和產(chǎn)品化技術(shù);在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中，學(xué)生要具體參與企業(yè)產(chǎn)品的部分研發(fā)或產(chǎn)品化的相關(guān)工作。

嵌入式系統(tǒng)的實踐教學(xué)具有實踐教學(xué)方式多、實踐工具豐富的特點：既可以通過軟件模擬與仿真、實驗箱操作等方式完成驗證性實驗和設(shè)計性實驗，也可以通過“原型產(chǎn)品”開發(fā)等方式完成綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，直至參與研發(fā)“實際產(chǎn)品”。實施路徑為：在校內(nèi)實踐中使學(xué)生掌握嵌入式產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)、有能力完成企業(yè)委托的任務(wù);學(xué)生進入校企協(xié)同培養(yǎng)平臺，直接參加企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)，實現(xiàn)校企共贏。

七、考核體系

全面、科學(xué)的考核體系對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的成功信心具有重要意義。參考CDIO評價體系，以產(chǎn)品研發(fā)為核心、以能力考核為重點，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)理論與實踐并重、教學(xué)體系深度交叉耦合的特點，建立了理論考試與實踐測評相結(jié)合、階段考查與集中考試相結(jié)合的多元化考核體系。

評分機制：理論考試為50%、實踐測評為50%。理論與實踐都分為平日成績、階段成績和期末成績，期末成績不超過總評的40%。

評價方法：理論課評價分為階段報告和期末筆試;實踐課評價分為成果展示和實際操作。

考核過程：平日成績包括考勤、課堂練習(xí)、實驗、課后作業(yè)等;階段成績包括期中考查、按知識模塊進行的階段考查;期末成績：每門課程結(jié)束后，由任課老師和實驗老師共同組織課程討論與成果展示。理論部分通過基礎(chǔ)知識測試和專題報告兩部分評定成績;實踐部分通過報告自己的設(shè)計過程、實際操作演示作品的設(shè)計與調(diào)試技術(shù)兩部分評定成績。最后由老師結(jié)合平日成績和階段成績、綜合評定出總評成績。

八、結(jié)束語

抓住嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)的根本，實施以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)的特色培養(yǎng)，能夠很好地解決人才培養(yǎng)的“同質(zhì)化”問題，能夠縮小人才培養(yǎng)與企業(yè)需求之間的“距離”，具有實用推廣價值。

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