应用型嵌入式系统人才培养模式改革与探索

张晓东 卢 涛 曹 毅

（河南工业大学，郑州 450007）

应用型嵌入式系统人才培养模式改革与探索

张晓东 卢 涛 曹 毅

（河南工业大学，郑州 450007）

依据高校应用型嵌入式系统人才培养过程中存在的普遍问题和中原经济区对嵌入式专业人才的实际需要，介绍了河南工业大学嵌入式系统实验室在实验室建设、培养方案及教学大纲、教材编写、师资队伍等方面的人才培养模式改革经验。实践证明，教改有利于提高大学生的创新精神和实践应用能力，有效地促进了更多符合就业导向的高质量的应用型嵌入式系统人才的培养。

嵌入式系统；应用型人才；培养模式；探索实践

一、引言

美国电气和电子工程师协会（IEEE）将嵌入式系统定义为“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”[1]。具体地说，嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等都有严格要求的专用计算机系统[2]。嵌入式系统是将先进的电子技术、计算机技术、半导体技术和各个行业的具体用融于一体的产物，是一个技术密集、不断创新的知识集成系统。在科学技术高度发展的今天，嵌入式产品充满了竞争和创新，嵌入式技术开发人才成为炙手可热的紧缺人才，也为各个高校应用型嵌入式系统人才的培养带来了机遇与挑战[3-4]。嵌入式系统系列课程已经成为计算机、自动化、电气工程、测控技术、通信工程等多个相关专业的专业主干课程。

河南工业大学作为一所国家粮食局和河南省人民政府签约共建的培养高素质应用型工程技术人才的行业特色院校，肩负着向中原经济区的崛起输送具有扎实的基础理论知识和实践开发能力的“应用型”优秀建设人才的重任[5]。学院自开设嵌入式系统系列课程开始，校、院两级对嵌入式系统系列课程的建设非常重视，在实验室建设、项目立项、师资培养、教材编写、网络教学平台建设、实验室开放等方面都给予了充分的支持。作为河南省教育科学“十二五”规划立项课题，该课程经过近年来持续的教改探索和运行实践，在各个方面都取得了良好的成绩，嵌入式系统系列课程已成为学院的专业特色课程，并积极申报学校“优培”课程。

二、目前应用型嵌入式系统人才培养存在的问题

嵌入式系统系列课程融合了传统的计算机技术、微电子技术、集成电路技术等软硬件设计技术为基础，是一门新兴的课程体系。该课程所涉及的先修基础内容广泛，知识结构复杂，其课程基础结构图如图1所示。嵌入式技术实践性强，知识更新速度很快，因此要求从事嵌入式系统开发的技术人员具备坚实的基础知识储备和过硬的软硬件开发能力。如何培养拥有扎实的理论基础知识和较强的实践开发能力的高素质“应用型”人才已经成为高校嵌入式系统人才培养的首要任务[6]。

随着近年来嵌入式技术的快速进步，嵌入式研发凭借其“应用广、薪资高、前景好”等众多优势已经成为当前最热门的行业之一，嵌入式开发工程师更是日益成为IT领域的紧缺岗位之一，人才需求缺口巨大[7-8]。企业需要的是高素质应用型研发人才，但高校在嵌入式系统人才培养过程中，普遍存在着重理论轻实践、实验设备薄弱、教学手段落后、教学内容单一等问题亟待解决。嵌入式专业毕业生很难达到相关企业的用人标准，传统的嵌入式系统人才培养模式已经无法满足的就业市场的需要。

图1 嵌入式系统课程基础结构图

三、以应用为中心，促进高素质嵌入式系统人才培养

1.不断加大实验室的硬件投入

嵌入式系统系列课程融合了传统的电子设计技术，主要学习嵌入式技术的原理与软硬件设计的基本方法，实践嵌入式系统项目开发的基本流程[9]。结合该课程实践性强的特点，以培养“应用型”嵌入式系统人才为目标，在加强学生专业理论教学的同时，创造良好的实验条件是增强学生实验技能和实践动手能力的必备条件。自嵌入式系统实验室开始筹建，学院筹措经费购置了较为完善的软硬件实验设备，并面向全校多个相关专业的本科学生开放实验室，大大增强了学生的实践动手能力，为培养应用型嵌入式系统人才奠定了良好的开端。

近年来，利用学院“河南省特色专业项目”和“河南工业大学校级优培专业项目”的专业课程建设经费，不断加大嵌入式系统实验室的软硬件建设投入力度。实验室以嵌入式应用市场和“应用型”嵌入式系统人才需求为导向，购置升级了先进的双核心教学科研平台以及多种扩展模块，为学生的课内实验、课程设计、开放实验、毕业设计、大学生科技竞赛等诸多教学环节搭建了良好的实践实训平台，可使学生在实验室学习过程中做到理论知识与实践技能的融会贯通，有利于应用型嵌入式系统人才的培养。

2.修订培养方案和课程大纲

培养具备专业创新能力和工程实践能力的高素质“应用型”嵌入式系统人才，必须实现教育思想和理念的创新、教学机制和手段的创新、教学内容和方法的创新[10]。以现代教育理念和教学思想为指导，根据教育教学改革和人才市场对嵌入式系统专业人才的具体需求，对应用型嵌入式系统人才培养方案和课程大纲进行不断地修订和完善。通过广泛的市场调研，针对中原经济区行业经济发展的特点和学院“厚基础、宽口径、强能力”的嵌入式系统人才培养目标，围绕如何提高学院嵌入式系统人才从事软硬件开发技术和项目管理能力等综合素质，目前已经组织学院教师对2016版人才培养方案进行了深入探讨，并将嵌入式系统系列课程的教学大纲进行了认真地修订和完善。在调整大纲知识结构、整合嵌入式系统系列课程授课内容的基础上，加强各个章节间知识脉络的衔接。此外还增加了课程实验的课时比例，增加对嵌入式技术前沿发展的介绍，以拓宽学生的知识面。在强化嵌入式系统基础理论知识传授的同时，不断更新调整教学内容，将嵌入式系统学科发展的新知识、新理论、新技术和新方法充实到授课体系内。与以往培养方案相比，新大纲偏重提高嵌入式系统选课学生的专业综合素质，培养学生的实践动手能力和应用能力，可使嵌入式系统人才培养方案和课程大纲进一步趋于科学、合理和完善。

3.编写应用型嵌入式系统教材

嵌入式系统系列课程知识结构复杂、实践性较强[11]。为了更好地适应学院“自动化”河南省特色专业发展的需要，以培养具有创新精神和实践能力的高素质“应用型”嵌入式系统人才为中心，实验室组织富有多年教学和工程实践经验的老师编写了《嵌入式系统设计》教材。在列入河南工业大学校级规划教材的基础上，已经成功入选了机械工业出版社普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十二五”规划教材。

这本书将嵌入式系统的最新技术引入教学，坚持“基本理论适度、注重工程应用”的基本原则，每章均增加设计实例，突出应用性[12]。全书内容涵盖了嵌入式系统原理及设计开发等诸方面的知识点，以案例分析的形式引出各章的知识点，将案例融入理论讲解中，围绕问题讲解内容。为了便于教与学，各章末作本章重点小结，设思考题和习题，以便学生加深理解，更好地掌握所学知识。最后结合作者的研发经验，在第十章以实际工程项目为例，详细介绍了嵌入式系统开发过程中的软硬件设计流程。工程实践性强的特点使其既可作为应用型嵌入式系统人才培养的参考教材，也可作为从事嵌入式开发的工程技术人员的参考书。

4.完善实验室的师资团队建设

为了全面提高师资队伍的整体素质，以培养高素质“应用型”嵌入式系统人才为目标，嵌入式系统实验室筹建教学团队并不断加大师资队伍的建设力度，完善教学团队的学历结构和职称结构，科学合理地配置教师资源。根据学院“工程教育专业认证标准”以及“卓越工程师教育培养计划”的要求，嵌入式系统实验室建立并不断完善师资培训体系，加大中青年骨干教师的重点培养力度，以保证嵌入式系统课程师资队伍建设的可持续发展。以提高师资队伍的业务素质为核心，嵌入式系统实验室每年固定选派团队的骨干教师参加嵌入式系统全国教学研讨会以及高品质业内展会，并利用假期时间多次参加全国知名嵌入式软硬件技术开发企业和对口厂商举办的短期实习实训。加强教学团队与企业以及其他高校间的沟通交流，积极组织课程组教师参与嵌入式相关工程项目的实践锻炼，完善工程项目设计的实际经验，以提高青年教师对嵌入式系统课程实践内容的认识，扩充教学实践案例。实验室改变了以往同门课程教师教学交流较少的弊端，建成了一支素质高、业务精、结构合理、适应嵌入式技术发展趋势、满足嵌入式系统课程教学改革需要的优秀教师队伍。

四、结束语

在以往近十年教学实践经验的基础上，嵌入式系统教学团队在实验室建设、理论及实验教学模式、教学方法、教学团队、教材建设以及以大学生科技竞赛促进应用型嵌入式系统人才培养等方面均做了有益探索。团队骨干教师相继荣获河南省教学成果二等奖，河南省教育科学研究优秀成果一等奖，河南省素质教育理论与实践教育教学一等奖等荣誉，并培养学生获得2016年全国大学生物联网设计竞赛华东区一等奖，2015年ARM ST全国大学生智能设备创新大赛全国二等奖，2013年全国大学生电子设计竞赛国家一等奖等多个国家级大学生科技竞赛的奖励。

针对目前高校嵌入式系统人才培养过程中存在的重理论轻实践等普遍问题，嵌入式系统实验室积极探索适应就业市场需要的高素质应用型研发人才培养的新模式。在实验室硬件建设、培养方案和课程大纲的修订、嵌入式系统教材的编写、师资团队的建设与完善等方面进行了改革与实践。下一步，嵌入式系统实验室将继续深化课程改革，巩固已有成果。根据优培工程专业建设和工程教育专业认证的细化要求，进一步优化培养方案，力争将嵌入式系统课程建设成为全校理工类优势特色课程。

[1]韩德强，张丽艳，邵温.计算机工程专业方向嵌入式系统实践教学的探讨[J].实验技术与管理，2010，27（3）：191-193.

[2]汪湛清，彭熙伟，郭玉洁，等.嵌入式系统实验教学中的挑战问题[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：364-366，392.

[3]漆强，刘爽.基于嵌入式系统的“口袋实验室”设计[J].实验技术与管理，2015，32（12）：97-102.

[4]宋焱翼，陈礼，颜芳.嵌入式系统实验教学改革与实验教学装置开发[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：239-241.

[5]郭建，章玥.《嵌入式系统概论》课程教学改革与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（A1）：19-22.

[6]罗怡桂.基于问题解决的嵌入式系统实验教学实践[J].实验室研究与探索，2012，31（10）：377-379.

[7]张其亮，韩斌，田会峰.“流程再造”在嵌入式系统教学中的应用研究[J].现代教育技术，2011，21（1）：153-155.

[8]许童羽，陈春玲，孙国凯.面向卓越工程师培养目标的嵌入式系统课程实践教学改革[J].高等农业教育，2013，4（4）：74-76.

[9]权宁一，权晓林.嵌入式系统专业实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（3）：146-147，157.

[10]罗勇，陈明义.基于NFS的嵌入式系统ARM实验教学平台设计[J].实验室研究与探索，2015，34（10）：89-91，107.

[11]张美平.计算机专业《嵌入式系统》课程实践教学探索[J].福建师范大学学报（自然科学版），2011，27（3）：10-13.

[12]李秀娟，张晓东，于心俊.嵌入式系统设计[M].北京：机械工业出版社，2013.

（责任编辑：张华凡）

Reform and Exploration of the Cultivation Mode of Applied Talents in Embedded System

ZHANG Xiaodong,LU Tao,CAO Yi
（Henan University of Technology,Zhengzhou 450007,China）

According to the common problems in the cultivation of applied embedded system talents in colleges and the market demand of embedded professionals in Central Plains Economic Zone,experience in the reform of the talent cultivation mode of the Embedded System Laboratory in Henan University of Technology is introduced,including laboratory construction,training programs and teaching syllabus,textbook compiling,teacher training,and so on.Empirical evidence shown teaching reform has improved college students’ innovative spirit and practical ability.Furthermore,it has effectively promoted the employment oriented cultivation of qualified applied talents in embedded system.

embedded system;applied talents;cultivation mode;exploration and practice

G642.0

张晓东（1980—），男，副教授，研究方向：嵌入式系统、工业过程控制。

河南省特色专业项目（002052）；河南工业大学高等教育教学改革研究资助项目（2016GJYJXY19）。