地方院校新工科電賽人才培養教學改革研究

秦傳波 曾軍英 楊敏 麥超云

[摘 要] 結合近年來廣東省大學生電賽作品的出題動向、新技術需求，針對其中亟待解決的AI算法、高速信號采集、圖像識別、無線組網、復雜控制和飛控等問題，在學生培養模式上，提出基于嵌入式平臺的深度學習邊緣計算教學培養模式，加強高速信號和圖像采集、無線通信的訓練;融入“互聯網+”、數據庫和大數據處理;探討電賽人才培養模式。建立一個以培養集智能硬件、無線通信技術、“互聯網+”、數據庫和大數據相融合的新智能硬件電賽團隊，同時吸引計算機學院、數理學院的學生加入，進行跨專業、跨學院合作，將多個學科、多個專業學生的知識進行融合。

[關鍵詞] 電子競賽;學科建設;團隊建設;嵌入式系統

[基金項目] 2020年11月—2022年11月廣東省教育科學“十三五”規劃研究項目“新工科背景下人工智能技術與電子信息類實踐課程相結合的應用探索——以‘嵌入式系統及應用’為例”（2020GXJK352）;2019年9月—2021年12月廣東省教學改革項目（綜合類）“以金課建設為引導，面向新工科和工程認證的通信工程人才培養模式改革與實踐”（GDJX2019011）;2018年11月—2020年10月五邑大學本科教學質量與教學改革工程項目“面向專業質量提升工程中創新創業類人才培養課程研究”（JX2018009）;2018年11月—2020年10月五邑大學本科教學質量與教學改革工程項目“構建面向新工科的‘信號與系統’課程教學改革”（JX2018011）;2018年11月—2020年10月五邑大學本科教學質量與教學改革工程項目“面向工程認證的通信工程人才培養模式改革與實踐”（JX2018040）

[作者簡介] 秦傳波（1982—），男，安徽宿州人，博士，五邑大學智能制造學部講師，主要從事深度學習目標分割研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）09-0081-04 [收稿日期] 2021-09-27

一、簡介

能否在各類大學生電子設計競賽中取得良好成績是體現本科電子信息類人才培養質量最直接最主觀的方法之一，在一定程度上反映了當前教學體系下學生的綜合素質。2017年4月初，兩院院士兼全國電賽組委會主任王越院士在舉辦的2017年全國電賽賽前會議上明確指出：“將互聯網+技術引入全國電賽的題目中來?！边@表明不但要加強電子競賽中傳統技術的基礎考核，還需要面對人工智能、大數據、物聯網、區塊鏈、5G等技術新貴的挑戰。眾所周知，目前“互聯網+”比賽已然是各類全國大學生賽事中的翹楚。對于應用型本科院校而言，在培養大學生學習基礎知識的同時，還必須在課程教學中及時引入當前新一代信息技術、人工智能等。自黨的十八大以來，習近平總書記高屋建瓴，詳盡闡述了新時期人才培養的根本性問題，即“培養什么樣的人、如何培養人、為誰培養人”。這對于地方應用型大學的學生培養，樹立了一個立體的、全新的理念[1]。

二、從電子設計競賽的比賽成績出發反思電子信息類人才培養

（一）近三屆我校省級大學生電子設計競賽同比數據分析

以由廣東省教育廳主辦的廣東省大學生電子設計競賽為例，該競賽逢偶數年舉辦一屆比賽，是一項非常具有時代技術前沿挑戰的專項命名式大賽。參賽對象為廣東省內所有本科和高職院校在校大學生，是電子信息類專業競賽中較有代表性的比賽，間接折射學校的教學和科研水平。以此比賽為例，我們收集了過往幾年廣東省大學生電子設計競賽的比賽主題及本校參賽所獲得的比賽成果數據，用于教學成果的分析。所獲得的比賽獎項的詳盡同比數據如圖1所示。2012年廣東省大學生電子設計競賽的主題是“智慧城市”，我校學生分獲得一等獎1項，二等獎2項，三等獎0項，成功參賽獎3項，總計3個獎項;2014年廣東省大學生電子設計競賽的主題是“智能可穿戴應用”，我校學生分獲得一等獎0項，二等獎1項，三等獎5項，總計6個獎項;2016年廣東省大學生電子設計競賽的主題是“健康電子”，我校學生分獲得一等獎1項，二等獎3項，三等獎2項，總計6個獎項。同比于自身參賽歷史數據，2016年與2014年在獲獎的總數量有所上升，2016年與2014年持平，沒有提高，但2016年在一等獎項和二等獎項的數量上分別增加1項和2項，即質量上有所提高。由圖1可知，近三屆賽事的成果總體成績分布變化不大，進展空間較小。

從“智慧城市”到“智能可穿戴應用”，再到“健康電子”，比賽主題的變遷透射出嵌入式行業的發展變化和市場需求的變化，同時反映了培養人才的風向標應隨著市場的需求做出相應的調整。

（二）省級大學生電子設計競賽地方院校環比數據分析

2016年廣東省大學生電子設計競賽統計數據表明，和我校基本處在相同發展階段和級別的兄弟院校相比，東莞理工獲獎總計10項，佛科院獲獎總計4項，廣東石油化工獲獎總計8項，廣州大學獲獎總計6項，惠州學院獲獎總計5項，韶關學院獲獎總計19項。環比于2016年其他部分高等院校的獲獎數據，盡管我們學校的競賽成績同比略有提高，但環比于其他高等院校的成績，在獲獎總量上，我校明顯被拉開較大的距離。

（三）造成比賽成績不理想的原因分析

1.指導教師的專業技能同步升級略微滯后。從最初的8位單片機，到ARM、DSP、FPGA等新型處理器和邏輯器件，再到當前火熱的嵌入式AI智能終端和智能硬件，對于從業教師而言，需要及時更新自身專業技能。電子信息行業更新周期短，4～5年的時間就會產生顛覆性的新技術。坐吃山空、抱殘守缺的從業態度，會嚴重阻礙新技術的革新和教學工作的創新[2]。

2.學生的培訓和集訓管理策略不完善。因為比賽的時間段主要處于暑假期間，參賽學生的比賽動機具備多樣性，主動性有所欠缺，指導教師本身繁重的科研工作導致并沒有完全發揮應有的指導作用，而部分學生自律性也不夠強。再者，部分指導教師由于科研、家庭等原因，無法保證有充足的時間來打磨作品，不能和同學們并肩作戰，保證不了作品的高質量設計。學生培訓和管理工作存在較大的改善空間。

3.獎勵機制不足以吸引指導教師投入指導工作。從發布賽題到決賽，省電賽一般有4個月左右的準備周期。指導教師和學生均需要投入大量時間、經費和精力。每一項作品的前期調研、方案設計、器件選型、編程調試、工藝外觀設計、技術支持與跨專業合作等，各種事情必然占用指導教師一定的時間和精力，影響指導教師自身的科研進展、教學整改、項目申請等。根據我校獎勵機制，對于省級電賽，我校給予指導教師的獎勵的最高線不足千元，工作績效不高。相對于韶關學院等其他兄弟地方院校，獎勵額度明顯偏低，不足以調動指導教師的積極性，并且在職稱評審等方面沒有開辟單獨的專業評審通道，使得指導學生比賽變成老師的業余愛好而不是專業職責。

4.競賽的種類過多且難度相對較高，導致學生疲于應對。目前我校學生參加賽事的規模大、種類繁多，不乏部分比賽以省級、國家級自居。在時間上，賽事之間存在重疊，使得參與電賽的學生不能做到有的放矢，疲于應對。在技術挑戰難度上，有部分學生更傾向于時間短、難度低的賽事，以便累積更多的第二課堂成果，使得參加高質量電賽的學生群體減少。

5.學生參加省電賽的積極程度受賽事利益的影響。參賽的學生頻繁參加各種賽事，這本來是件好事，但學生會根據往屆學生的經驗，選擇一些獎項重、難度低、周期短的比賽。部分學生有比較重的功利心和目的性，對于獎項重且容易出成績的比賽，積極參加。如2017年合泰杯，組織方為一等獎獎項設定了高達幾千元的獎金。而2016年廣東省電賽，一至三等獎，只有一張證書，沒有獎金。這嚴重影響那些耗時長質量高的良性比賽環境，影響了參賽者最初的積極向上的初心，因此，高校需制定相應的規則對那些高質量和能反映學生水平的比賽，進行第二課堂認定和指導教師工作量認定。

三、電子信息類人才培養改進措施

（一）增加對指導教師的職業技能培訓

隨著各種新技術的出現，如“互聯網+”等技術已經引入競賽中來，指導教師需要及時更新自身的技術儲備，適應新的技能挑戰，指導學生取得好成績。同時，也要緊緊依靠教師科研和研究課題，深入推廣AI技術在嵌入式智能終端的應用，積極學習深度學習、5G技術和RISC-V芯片設計技術。我校不僅建成了人工智能科學館，還在全校范圍內推廣新一代信息技術與人工智能，配套超級超算中心，為同學們準備了12塊高性能A100顯卡，同時滿足教師科研、學生競賽等的需求。

（二）高端儀器儀表設備更新

我校的電子測量儀器的性能指標偏低，實驗室的示波器可測量頻帶小，嚴重制約電賽成績的提高。尤其是國家級電賽，信號發生器的帶寬已經接近1GHz，而我校實驗室示波器僅有200M帶寬，遠遠無法達到參賽要求。適當投入高端設備是需要考慮的重要問題。隨著我?，F代化工程中心的建設，我校一次性引進帶寬1G的主流示波器、100M信號發生器等高端設備近30套，還引進了現代化的制板、焊接等生產設備。

（三）提高對指導教師的獎勵力度，改進對參加電賽學生的學分認同機制

提高對比賽中獲獎的指導教師的獎勵力度，增加工作量計算。在同類型比賽中，提高電賽在信息工程學院各類賽事中的地位。對于各類賽事的指導教師而言，電子競賽始終是衡量我們教學科研水平的重要標準，為了吸引更多同學加入電賽，應該適當增加電賽的積分，甚至可以考慮讓在省一級或國家級電賽中獲獎的同學，免修部分相關課程。同時，相對于其他類型的競賽，提高對獲獎同學的物質獎勵。

（四）建立與企業的合作機制

通過走出去、引進來的思路，積極主動聯系當地企業需求，將產品設計以項目的形式引入各類電子設計競賽中，培養大學生的創新和創業能力、工程實踐能力和團隊精神，將學科理論、最新信息技術和研發技術結合實際企業項目，轉化為電賽中的設計作品，引導學生提高學習興趣，形成良好的學習氛圍，提高大學生的綜合科研素質，從而打造一個基于創業和創新理念的理工科應用型大學的電子類競技平臺。

四、教改目標

我們期望從以下幾個目標，提高大學生電子信息競賽的技術水平。

（一）以AI為導向的綜合電子設計能力培養

結合機器學習、深度學習模型和算法，強化例程訓練，重點解決目標檢測與跟蹤、SLAM、邊緣計算的輕量級人工智能算法在嵌入式終端的開發、移植和部署，結合實際應用場景，培養應用能力。

（二）資料查找能力

競賽中不可避免地需要查閱英文資料，故英語資料閱讀能力尤為重要。文檔組織與撰寫能力能體現出良好的科研素養，故撰寫論文報告是競賽的重要環節。培訓學生具備在競賽期間查閱資料、收集和整理資料的能力也十分重要。競賽題目新，時間短，通常包含一些新知識，在短時間內自學新知識并轉化到實踐中去的能力也必不可少。

（三）作品設計綜合能力

原理圖設計、PCB制板、焊接與裝配能力是基本功。良好的PCB電路制板是提高電路的精度等的關鍵。裝配或焊接是體現動手能力的基本功。系統調試與故障排除能力及良好的心理素質也非常重要，裝配后的作品一般來說都會存在大大小小的問題，如何能在較短的時間里找出問題并解決，是對心理素質和實踐能力的綜合考驗。在競賽中通常會有一些專業級的高精度高性能的電子儀器，能熟練使用儀器儀表，就會達到事半功倍的效果。另外，能正確進行器件選型是作品得以正常進行的保障。

（四）團隊精神、創新能力和應變能力

通常作品由幾個同學共同完成，因此，團隊精神必不可少。對新知識和新事物的知識學習與應用能力、系統集成創新能力也十分重要。

（五）知識產權保護和相關發明專利編寫

對于競賽成果，可以實現自主知識產權和相關發明專利的編寫、申請等。

五、教改效果

2018年，在廣東省大學生電賽“人工智能”專項比賽上，我們取得了一等獎3項、二等獎1項、三等獎7項的成績，相較于往屆比賽，成績略有提升，初步體現了教改后的成果（見圖2）。2019年，在全國大學生挑戰賽中，作品無人機項目和球童訓練機器人分別獲得廣東省特等獎和二等獎。在“互聯網+”比賽中，我校取得銅獎，同時獲得PCT6項，申請專利50余項，授權實用新型10余項，授權發明專利5項。發表多篇核心期刊和SCI論文。2020年廣東省大學生電賽“5G-AI”專題競賽，積極引導技術前沿和發展潮流，對嵌入式相關電子信息課程的教學提出了新的挑戰，我校獲得一等獎2項、二等獎2項、三等項7項的好成績。

綜上所述，傳統意義上的嵌入式教學，已悄然向AI方向發生變化，不再拘囿于單純的驅動程序設計，對于新一代嵌入式從業人員提出了更高的需求，不但基本技術過硬，還要結合AI算法，為產品賦予AI功能的新穎性，以基礎技能為基礎，結合行業需求，實現產品升級換代。通過面向“互聯網+”的電子競賽類人才培養模式和教學改革研究團隊建設，從項目化教學、教師團隊構建等方面，提高了教學質量，培養了高水平工科大學的應用型人才。

參考文獻

[1]孫中皋，趙靜，王玉新.大學生電子競賽實踐活動長效運行機制研究[J].中國現代教育裝備，2017（1）：59-61.

[2]邵云飛，曾勇，汪臘梅.高校協同創新視角下的復合創新型人才培養模式探索——以電子科技大學為例[J].電子科技大學學報（社科版），2017，19（1）：15-19.

Research on the Teaching Reform of Video Game Talent Training under the Background of “Emerging Engineering Education” in Local Colleges and Universities

QIN Chuan-bo， ZENG Jun-ying， YANG Min， MAI Chao-yun

（Department of Intelligent Manufacturing， Wuyi University， Jiangmen， Guangdong 529020， China）

Abstract： Combined with the tendency of problems setting and the new technology requirements for video game works of college students of Guangdong Province in recent years， and aiming at the problems that need to be solved urgently， such as AI algorithm， high-speed signal acquisition， image recognition， wireless networking， complex control and flight control， a deep learning edge computing teaching and training model based on embedded platform is proposed to strengthen the training of high-speed signal and image acquisition and wireless communication in terms of student training model; it is believed that “Internet +”， database and big data processing should be integrated into the training; the talent training model of video games is also discussed in the paper. A new intelligent hardware video game team is set up which integrates intelligent hardware， wireless communication technology， “Internet +”， database， and big data. At the same time， students from the College of Computer Science and the College of Mathematics and Physics are invited to join the team so as to realize the cross-major and cross-college cooperation and the integration of knowledge of students from many disciplines and majors.

Key words： electronic competition; discipline construction; team building; embedded system