王冠军, 江海峰, 林果园, 赵 莹

(中国矿业大学 计算机科学与技术学院，江苏 徐州 221116)

卓越计划与学科竞赛平台相结合的嵌入式方向人才培养创新实践

王冠军, 江海峰, 林果园, 赵 莹

(中国矿业大学 计算机科学与技术学院，江苏 徐州 221116)

以嵌入式方向人才培养为目标，针对嵌入式方向理论课程体系中理论讲授过多，实践偏少、实践教学缺乏实践环境与平台支持以及学生学习过程中缺乏兴趣，积极性不高等问题，结合卓越工程师计划与学科竞赛平台，通过构建嵌入式方向理论与实践课程体系，建立基于卓越目标的创新型嵌入式人才培养平台与“学竞一体”的嵌入式学科竞赛平台等措施进行改革，希望对高校培养嵌入式方向实践创新型人才起到参考作用。

卓越工程师计划； 嵌入式； 学科竞赛平台； 创新实践能力； 创客实验室

0 引 言

随着云计算、大数据、智能感知、微纳制造、生物材料、智能交通等高新技术的深入发展，信息技术做为世界经济与产业增长方式转变过程中的关键因素，正在进入新的发展阶段。创新创业教育成为当前高校一项重要的工作[1]，“卓越工程师教育培养计划”在这其中扮演十分重要的角色[2-3]。目前高质量的工程技术人才匮乏，信息技术行业人才倍受青睐，嵌入式方向就业前景广阔[4-5]。嵌入式方向类课程在这其中扮演起越来越重要的作用[6-7]。它以引导高等学校加强相关专业和课程建设，提高学生创新能力、理论知识应用能力为目标，使学生精通嵌入式硬件开发和相关软件编程开发工具,掌握嵌入式设计的基本理论和开发流程,达到各类智能硬件开发企业、移动应用开发企业对卓越工程师的基本要求是我们追求的目标。这类课程的教学改革也成为亟待解决的难题。

1 教学问题

(1) 嵌入式方向理论课程体系中理论讲授过多，实践偏少。

(2) 实践教学缺乏实践环境和大型实践案例。

(3) 缺少学科竞赛平台与支持及企业实际开发环境的问题。

(4) 学生学习过程中缺乏兴趣，积极性不高。

2 嵌入式人才培养改革与探讨

改革以江苏省卓越工程师(软件类)教育培养计划为依托，参考当前流行的人才培养模式[8]、教学模式与教学思想[9-12]。以实践创新能力培养为主线，课程体系和教学内容按照“理论与实践相交错、课堂与竞赛相结合、基础和创新能力同步培养”的原则进行设计，紧密结合社会需求，增加创新教育、创业教育、实践环节的内容和所占比重，将学科竞赛融入教学、促进教学[13]，构建跨学科交叉融合的课程体系。

2.1 主要内容

(1) 构建以创新实践能力培养为导向的卓越工程师理论课程体系。注重嵌入式方向基础理论，科学型与应用型兼顾。突出求解复杂工程问题的有效方法。重点培养嵌入式系统设计与分析能力，嵌入式应用软件和系统软件开发能力。明确社会发展对本专业卓越工程师人才的要求，制定卓越工程师教育培养计划理论课程体系。课程内容更加面向工程，强调宽基础、重实践、重应用，教学内容适当削减部分课程学时。课程教学与考核结合工程实际进行，在专业课教学中逐步推进交互式微课与翻转课堂相结合的教学方式。

(2) 构建层次型嵌入式人才培养实践教学体系。增强实践教学，构建课内课外相结合，以能力培养为主线的实践教学体系。增加创新性、综合性实践。将实践教学扩展到课外，开展广泛的课外研究学习，通过学科竞赛和创客实验室等提高学生的实践能力、创新能力，鼓励学生申报研究创新性研究题目。重视引导,通过不同层面的实践，提升不同层面的实践能力。同时与高水平软件企业合作建设校外实习基地，校外实习基地主要面向嵌入式软件专业方向学生的毕业实习和毕业设计环节的教学，结合企业实际工程需要[14]，提高学生解决实际问题的能力和就业竞争力。

通过硬件相关课程和硬件课程设计，增强学生的硬件设计和实现能力，克服学生“喜软怕硬”的现象。

(3) 构建基于卓越目标的创新型嵌入式人才培养平台。以嵌入式方向课程为核心，通过开发针对嵌入式方向类课程的微学习平台，录制相关课程的微视频，利用交互式MOOC+翻转课堂的形式进行知识讲授，全过程培养学生的嵌入式系统开发实践能力，课下利用QQ群、微信公众号、微博等方式与学生进行交流沟通，及时答疑解惑，提高学生的学习质量与学习效果。

(4) 构建 “学竞一体”的嵌入式学科竞赛平台。以教育部产学合作专业综合改革项目为依托，组织成立学科竞赛指导委员会和嵌入式设计俱乐部。组织和指导学生参加各级嵌入式专题邀请赛、机器人比赛、电子设计竞赛，组建高质量竞赛队伍。积极参加高水平嵌入式相关赛事，与学工密切沟通，完善奖励机制，激发师生的热情，有力地推动创新型学生培养。

2.2 实施方案

(1) 以实践创新能力培养为导向的嵌入式方向卓越工程师理论课程体系。

嵌入式方向系列课程在课程内容上存在着一定的相互交叉和依赖关系，在认真研究课程内涵的基础上，确立各门课程的授课内容，构建知识内容前后衔接、实验环节密切配合的一体化理论教学体系。

实践创新能力训练分布在高级语言程序设计、数据结构、离散数学、信息学科概论等基础课程中，以及编译技术、操作系统、人工智能、计算机图形学等专业课程中。

嵌入式程序设计能力通过高级语言程序设计教学，以掌握程序设计与实现的基本技能，数据结构、组成原理、数字系统设计、单片机、嵌入式系统设计与应用等持续加强学生程序设计的训练。

嵌入式软件工程实践、嵌入式Linux应用程序设计、Android应用开发技术、电子设计Ⅰ(Ⅱ)、企业实习、硬件类竞赛提供了大型嵌入式软件与系统开发的综合能力培养。理论主干课程与创新实践能力培养关系如图1所示。

(2) 层次型嵌入式人才培养实践教学体系。该体系从第一学年基础层、第二学年专业基础层、第三学年应用设计层到第四学年综合实践层，构建了由基础到应用、由理论到实践的一整套循序渐进的实践教学体系，以上实践环节分别对应于专业基本认知能力、综合程序设计能力、硬件初步开发和系统认知能力、大型嵌入式软件开发工具、环境、流程、文档综合应用能力、大型嵌入式应用软件开发能力、系统软件开发和系统认知能力、专业知识综合应用能力等专业能力培养。实践教学体系如图2所示。

图1 理论主干课程与创新实践能力培养

(3) 基于卓越目标的创新型嵌入式人才培养平台。构建了较为完善的嵌入式人才培养平台。平台依托嵌入式方向课程，大力进行教学改革(课程开展流程如图3所示)。同时结合工程项目的应用需求，构建了接口开放、便于二次开发的多样化嵌入式系统实践开发平台。以此为基础，通过导向性、趣味性、开放性及综合性问题的设计，使学生完成由浅入深、由易到难一系列环环相扣、逐层递升的实践训练，从而引导创新人才培养向纵深推进，构建循序渐进的嵌入式实践创新人才培养方法。

图2 基于“卓越工程师”计划的嵌入式人才培养实践教学体系

图3 嵌入式方向课程开展流程

(4) “学竞一体”的嵌入式学科竞赛平台。课外科技竞赛是激发学生学习兴趣最好的方式，项目组老师在组织课堂教学的同时积极宣传并组织学生参加各种硬件类科技竞赛，如全国大学生电子设计大赛、“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛、全国机器人大赛等。实行全过程导师负责制，包括参赛学生的选拔、培训和参赛等工作。经过项目组老师多年的探索，建立了一套完善的导师负责制下 “学竞一体”的嵌入式学科竞赛平台。学生创新实践现场如图4所示。

(a)

(b)

3 改革效果

嵌入式方向人才培养模式已在我校计算机科学与技术、电子信息科学与技术、信息安全和网络工程4个本科专业相关课程中进行了全面实施，为其他3个本科专业卓越人才培养提供了借鉴。在学院内的多次经验交流，也对计算机学院的专业建设起到了示范和推动作用。

(1) 促进了本科教学工程建设。电子信息科学与技术被列为江苏省软件类卓越工程师建设试点，首轮检查被评为优秀，获批教育部产学合作专业综合改革项目立项支持。

(2) 总结出的教学论文在全国性教学研讨会上进行了交流，获得同行的认可，并发表在国家级核心教学期刊上。累计发表教学论文10余篇，其中国家级核心教学期刊3篇。

(3) 人才培养质量明显提高。学生学习兴趣、工程能力和创新意识得到全面提升。围绕创新人才培养，积极组织学生参与各类学科竞赛和大学生科研训练计划活动，给学生自由发展的空间和时间，激发学生的创新思维。在培养体系中坚持拓宽专业口径，充分注重理论与实践相结合，注重课内课外相结合，强化实践能力特别是创新能力的综合培养。

重视大学生创新创业训练计划的实施,组织实施学生的项目申报、项目的初选、导师配备、项目进展情况监控、业务指导、联系企业等工作。指导学生先后获得100余项科技竞赛的奖励，连续3届获得全国大学生电子设计竞赛全国与江苏省一、二、三等奖，在2011～2015年中国机器人大赛、“飞思卡尔”智能车大赛、英特尔嵌入式专题邀请赛中获得全国一等奖10余项、二等奖20余项、三等奖20余项的优异成绩。同时鼓励学生科技创业，目前已培育学生嵌入式及机器人方向创业公司3家，效益良好。

(4) 针对嵌入式方向课程的微视频、教案均已在计算机学院学生中使用，嵌入式微学堂平台也已投入使用，学生反映良好。

4 结 语

嵌入式方向人才培养是一项复杂系统工程，学校结合卓越工程师计划，构建以创新实践能力培养为导向的卓越工程师理论课程体系，层次型嵌入式人才培养实践教学体系，建立了基于卓越目标的创新型嵌入式人才培养以及"学竞一体"的嵌入式学科竞赛平台。围绕创新人才培养，积极组织学生参与各类学科竞赛和大学生科研训练计划活动，给学生自由发展的空间和时间，激发学生的创新思维。在培养体系中坚持拓宽专业口径，充分注重理论与实践相结合，注重课内课外相结合，强化实践能力特别是创新能力的综合培养。

随着嵌入式微学堂平台投入使用，学生反映良好，成果已获校级教学成果奖一等奖和江苏省教学成果奖，平台在人才培养中发挥了积极作用。

[1] 刘炯天. 将创新创业教育融入大学人才培养过程[J]. 中国高等教育,2015(Z2):14.

[2] 陈亚玲.本科工程人才培养模式变革及学生满意度调查——基于江苏省“211工程”高校卓越计划实施的实证研究[J].现代大学教育,2015(6):64-69.

[3] 赵同刚.以卓越工程师为目标驱动人才培养方式的改革[J].实验技术与管理,2015,32(1):164-166.

[4] 韩 彬.全面深化实践教学改革 培养学生工程实践能力[J].实验室研究与探索,2015,34(9):196-199.

[5] 刘宏珍,侯义斌,黄樟钦,等. 国际校企深度合作培养卓越工程人才的实践[J]. 中国大学教学,2012(5):16-18.

[6] 胡小勇,郑晓丹,冯智慧.信息技术与教学深度融合的优课课例研究[J].中国电化教育,2015(4):36-40.

[7] 万智萍,王 凤,王高亮.基于工程训练模式的嵌入式复合型拔尖创新人才培养的研究[J]. 电子设计工程,2012(11):163-166.

[8] 郑会娟.行业需求视角下嵌入式人才培养模式探索[J].中国成人教育,2014(23):60-61.

[9] 郑晓丹,张华阳,胡小勇.基于智慧终端的翻转课堂教学策略研究[J].教育信息技术,2015(7):115-119.

[10] 曾明星,周清平,蔡国民,等.基于交互式MOOC的翻转课堂教学模式研究[J].中国电化教育，2015(4):102-108.

[11] 王同聚. “微课导学”教学模式构建与实践[J]. 中国电化教育,2015(2):112-117.

[12] 胡小勇,李丽娟,郑晓丹.在线环境下学习者协作解决问题的策略研究[J].中国电化教育,2015(1):44-50.

[13] 以学科竞赛促进卓越工程师能力培养的实践与研究[J].中国科教创新导刊,2013(26):34.

[14] 赵 乾,易 兵.校企联合培养“卓越工程师”新机制研究[J].中国大学教学,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

国家青年科学基金项目(61402483);国家大学生创业实践项目(201310290080);2016教育部产学合作专业综合改革项目(NXP);江苏省卓越工程师教育培养计划;中国矿业大学教育教学改革与建设课题 (2016QN21、2014YB27) ;卓越工程师专业教学成果培育项目(20150626-11/15)

王冠军(1981-)，男，博士,讲师，山东临沂人,主要研究方向：SoC/EDA技术，机器人技术。

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

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0187-04