工程教育認證背景下嵌入式系統設計課程的建設

牛玉軍 王東 周東生

摘要：以工程教育認證為導向，以企業實際項目驅動為載體，對本校軟件工程專業嵌入式系統設計課程進行了改革。對該課程的教學項目的收集、教學的組織與實施、績效評估和教學項目庫的完善進行了全面的建設和探索。實際教學應用后，學生學習興趣和創新實踐能力都得到了提高，更加符合企業的用人要求。

關鍵詞：工程教育認證;嵌入式系統設計;教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）17-0140-02

1 引言

工程教育認證是對工程技術領域相關專業的工程教育質量進行評價、認可并提出改進意見的過程。旨在促進高校的相關專業制定符合自身定位和社會需求的培養目標，最終達到提高工程教育質量的目的[1-2]。作為地方性高校，本校以工程教育認證為指引，正在向應用技術類型大學發展[3-4]。在新一輪2019版培養方案的修改過程中，制定的指導思想是，以新時代中國特色社會主義思想為指導，貫徹黨的教育方針，落實新時代全國高等學校本科教育工作會議和全國教育大會精神，堅持立德樹人，推進“四個回歸”，遵循高等教育規律和人才成長規律，圍繞創建全國一流教學研究型地方大學的戰略目標，發揮綜合性、地方性大學優勢，深化人才培養模式和教學模式改革，以學生發展為中心，以學生學習成果為導向，激勵學生刻苦學習，引導教師潛心育人，為培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人奠定基礎。

在新編教學方案指導思想的指導下，結合我們專業的特色和師資隊伍、教學設備等教學資源的實際情況，對軟件工程專業2014版的培養方案進行了全面的修改。其中，作為軟件工程專業必修課的嵌入式系統設計課程具有如下特點[5-9]：1）內容覆蓋面廣，包括計算機、電子、通信等諸多技術;2）難度大，要求學生有數字電路、計算機組成原理等課程知識的儲備;3）對于軟件工程專業的學生，偏硬件方面的課程多有畏懼心理。所以軟件工程專業嵌入式系統設計課程的建設具有較大難度。

2 嵌入式系統設計課程的建設

本校這一次修改培養方案的指導思想和原則，充分地體現了以學生為中心、以產出為導向、持續改進、對教學效果進行評估和評價的工程教育認證的主旨[1]。根據這一指導思想，軟件工程專業發揮自身的專業特色，明確本專業的培養目標：面向大連軟件產業發展需求，強調軟件的工程性，以培養軟件工程能力為核心、培養高素質應用型軟件人才。

根據專業的培養目標，我們制定了嵌入式系統設計課程的教學目標，1）知識目標：能夠運用嵌入式系統的基礎知識，包括嵌入式系統軟硬件平臺、開發方法和應用等，判斷嵌入式產品的優劣。2）能力目標：具備嵌入式系統設計和開發能力，利用Qt Creator語言進行實際項目的實現、測試與應用。能夠正確的使用嵌入式系統的開發方法和工具進行嵌入式工程的實施與管理。3）素質目標：基于嵌入式產品的分析與設計資料，判斷嵌入式產品可能對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。

按照工程教育認證的要求，教學目標要支撐畢業要求。這一門課程教學目標對于畢業要求的支撐為：1）工程知識：掌握軟件工程在應用領域的基本知識和實踐方法，了解計算機軟硬件原理、技術和方法在工程領域的應用，了解項目管理的基本知識，認識某個具體軟件工程的實施與管理過程;2）工程實踐與創新能力：具有能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程的能力。具有能夠在設計環節中體現創新意識，掌握基本創新方法，并得到實際運用;3）政治與道德素質：具有能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任的能力。

相應的，我們以工程教育認證為導向，以項目驅動為載體，對嵌入式系統設計課程的教學項目的收集、教學的組織與實施、績效評估和教學項目庫的完善進行了建設，并在教學實施過程中逐步地修改與完善，獲得了較好的教學效果。

2.1以市場需求為導向的教學項目收集

工程教育認證要求，高等教育為企業輸送的人才要滿足企業的用人要求，也就是以企業需求為導向的人才培養。為了達到這一要求，嵌入式系統設計課程的全部教學項目全部來自合作企業的實際項目。由教師到合作企業學習和收集相關的實際應用項目，并結合本門課程的教學大綱進行修改和整理，在教學的每個階段設置一個或多個綜合項目，劃分為多個相互獨立又彼此聯系的子項目。根據課堂需求通過設置相應的問題情景引出，達到理論學習與實踐應用的有機結合。同時，學生能夠清楚地知道自己畢業時，需要掌握哪些知識和技術，明確企業的用人需求，通過學習達到這一目標，從而最大程度上保證了教育結果與用人需求的一致性。

軟件工程專業已經與多家企業建立了校企合作關系，有些課程已經實現了校企共同建設。本專業的老師可以到合作的企業學習和教學項目的收集。這些項目一般應用型、綜合性較強。要符合教學大綱規定的教學內容，能夠實現教學目標。教學項目的選擇不能太大，以防止在教學大綱規定的學時內無法完成項目的開發。如果選擇的項目太小，就無法激起學生開發的熱情，也不能夠實現教學目標。

2.2以學生為中心的教學組織與實施

在教學的組織和實施過程中，我們充分考慮了工程教育認證中以學生為中心這一點。收集來的教學項目需要進一步分解，才能應用于實際的教學中。一個綜合的嵌入式系統項目可以根據功能分解為多個模塊，一般可以分為前端的交互部分，核心算法部分，接口的驅動部分等。這樣學生可以根據自己的知識水平、能力和興趣選擇不同的功能模塊。功能模塊的知識點可能被劃分成不同的教學單元，學生帶著自己的任務目標去學習、掌握和運用相關的知識點來完成自己的模塊開發任務，該課程的教學以實際應用項目模塊的開發和實施為主。

（1）老師的職責

在教學的實施過程中，老師的主要是承擔項目經理的角色。最初是組織學生進行項目任務模塊的分配。一個綜合性的項目一般包括5、6個模塊，一個模塊由1個學生來完成，特別大的模塊由2個學生來完成，一個項目的學生組成一個開發小組。在任務模塊分配完成后，老師和學生一起制定各個小組的項目開發計劃，處理各個開發小組的矛盾。在后期，學生已經掌握了開發的知識和技術，開發小組內各個成員之間的默契也形成了，老師主要是掌控項目的開發進度和指導項目開發文檔的書寫。項目開發完成后，由老師負責項目的驗收，并給每個開發小組評分。

（2）學生的組織

在項目的實施過程中主要是以學生為中心，要求每個學生必須按照P（Plan）、D（Do）、C（Check）、A（Action）的流程和要求去執行。即，確定自己的開發任務和制定開發計劃;嚴格按照開發計劃來執行開發任務;接受來自老師和開發組長的監督和檢查，并完成相關文檔的撰寫;對開發過程中的經驗和教訓及時總結、分享，提高項目開發效率。

在項目的開發過程中，我們還采取了一些激勵措施：1）學生可以利用課外時間進行項目的開發，并給學生提供開發的場地和環境;2）學生根據自己的能力，可以在完成開發任務的基礎上，增加功能;3）好的項目作品，可以參加合作企業或相關部門的大學生競賽，或者大學生創新創業項目;4）對于開發過程中，表現突出和創新能力強的同學，推薦到相關企業實習;5）組織帶領學生到合作企業去參觀大型的嵌入式應用項目展示或相關活動。

2.3 以成果為導向的績效評估

根據工程教育認證中以成果為導向的原則，進行本門課程的績效評估。績效評估分為平時成績和項目評分。平時成績主要是根據平時提交的各個階段的各種文檔，包括開發文檔，實現功能的測試說明、使用操作說明、學習或調試資料、開發任務進度表。平時成績主要體現的是開發過程中對學生的監督和反饋，能夠使開發小組明確自己的開發情況、督促開發小組規范撰寫開發文檔，適當調節開發進度，使開發小組能夠按照計劃完成開發任務。

整體項目完成后，各個開發小組要逐個的展示自己的項目成果，包括項目的功能演示、所用技術說明、改進或創新說明、參加競賽項目的成果等，并提交項目的完整代碼和全部項目文檔。每個小組要進行自己項目的評價和互評，老師要進行相應的評價和解答，并進行總結，以便進一步完善以后的教學活動。

2.4以持續改進為理念的項目庫完善

根據工程教育認證中持續改進的理念，我們對本課程的應用項目庫不斷完善。主要體現在如下方面：1）對于過時開發技術的項目，及時刪除;2）對于學生在開發過程中反應有不妥的項目進行修改和完善;3）保持與相關企業的溝通和聯系，緊跟嵌入式開發技術的發展，及時收集補充新技術的項目。

3 結論

嵌入式系統設計課程知識是物聯網、機器人等智能應用的基礎。軟件工程專業如何以工程教育認證為導向，以項目驅動為載體，與企業緊密合作，培養出真正滿足社會需求的畢設生，是一個非常值得研究的教育課題。我們對本校軟件工程專業嵌入式系統設計課程進行了全面的建設與探索，形成了以市場需求為導向的教學項目收集、以學生為中心的教學組織與實施、以成果為導向的績效評估和以持續改進為理念的項目庫的完善。在實際教學中的應用后，取得了較好的效果，希望對其他高校相關課程的建設能起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

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【通聯編輯：王力】