嵌入式系统本科人才培养体系的建设与实践

郑巧彦　范延滨

摘  要：为了满足社会发展对嵌入式系统人才迫切需求，需要改革建设嵌入式系统本科人才培养体系。基于“新工科教育理念”，培养嵌入式系统方向特色人才的目标，文章提出了以“产品研发”为核心人才培养体系的建设和实施方案。

关键词：新工科;嵌入式系统;特色人才;培养体系

中图分类号：C961       文献标志码：A 文章编号：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”是为了应对新一轮科技革命和

产业变革所面临的新机遇、新挑战而提出的。为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障。嵌入式系统是非常典型的新工科专业，需要培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”专业人才。基于此理论导向，充分与毕业生用人单位、产学协作育人单位、进行合作研讨，制定了以“产品研发”为核心人才培养体系。具体内容又分为培养理念、培养体系、课程体系、教学体系、实践体系、考核体系。

二、培养理念

本体系的培养理念是“培养研发兴趣，启迪自然创新”。

以尊重学生专业兴趣为基础，以指导学生独立完成具体任务为手段，激发学生研发兴趣、提升学生成功信心。在培养实践中，重点引导学生自觉发现问题、主动解决问题，在解决问题的过程中提出新思路、尝试新方法，培育学生的创新意识与创新能力。

三、培养体系

嵌入式系统本科人才“培养体系”如图1所示。

培养体系的主体包括课程教学、实践教学两个部分。在课程教学中，制定了与之对应的课程体系、课程大纲、课程教案;在实践教学中，制定了与之对应的实践体系、实践大纲、实践教案。

嵌入式系统人才培养特色是：建立课程体系与实践体系深度交叉耦合的教学体系，同步培养知识体系、研发能力。

在教学体系中，构建了包括理论教学、课堂演示、课堂实践、同步实验、实践实训的多层次、立体式教学过程。在考核体系中，每门课程的考核不再单纯采用闭卷考试方式，同时还要求每个学生分阶段报告自己的研究内容、展示自己的设计作品，推行理论和实践综合考核的办法。

经过该“培养体系”培养的本科毕业生，基本上能够达到掌握嵌入式系统开发技术、具备嵌入式产品研发能力的目标，缩小了学校人才培养与社会需求之间的“距离”、人才培养与创新创业之间的“差距”，可有效解决人才培养“同质化”的问题。

四、课程体系

嵌入式系统本科人才培养的“课程体系”如图2所示。

图2给出了与嵌入式系统密切相关的专业基础课、专业课及其相互关系和开课顺序，所有的专业方向课程主要在第5-8学期组织教学。

从图2可以看出：课程体系中，在纵向上可分为基础层课程、核心层课程、应用层课程、实践层课程四个层次;在横向上可分为“三条主线”和“一个实践综合”。

第一条主线：以ARM技术为主，由嵌入式处理器、嵌入式系统接口设计与应用、ARM项目设计与技术创新构成;第二条主线：以DSP技术为主，由信号处理原理、嵌入式处理器、数字信号处理器原理与应用、DSP项目设计与技术创新构成;第三条主线：以软件技术为主，由嵌入式操作系统、嵌入式系统驱动设计与开发、EOS项目设计与技术创新构成。

“一个实践综合”包括课程设计创新、校内实践和校外实践。校内实践主要完成原型产品研发，校外实践主要参与企业实际产品研发，这是嵌入式系统课程的一个大综合，是理论与实践的大结合，是嵌入式系统研发技术的大提升。

五、教学体系

嵌入式系统本科人才培养的“教学体系”如图3所示。

从图3可以看出，把“原型产品”的知识点与研发技术细化到每门课程教学之中，通过“原型产品”开发，就把课堂教学与实践教学有机结合起来了。学生在完成课程学习的同时，完成“原型产品”各模块软硬件的开发，同步培养了创新思维和研发能力。再通过校企联合培养，让学生直接参与企业产品的研发，进一步培养了学生产品创新能力和项目合作能力。

通过借鉴国际上CDIO教学模式的先进理念，建立了图3给出的软件/硬件教学体系：每一门课程都采用“理论学习-课堂演示/课堂实践-同步实验-实践实训”的教学模式（学中做），达到了“边学习-边实践-邊掌握”的目标（做中学）。

在理论教学中，主要由任课教师讲授本课程的原理、技术和设计方法等，这是课程教学的重点和核心。

在课堂演示中，主要针对本课程的重点和难点，由任课教师当堂进行设计并演示这些重点和难点的学习技巧和应用特点，提高学生对重点难点的理解程度、加深记忆。

在课堂实践中，主要是由任课教师当堂指导学生对知识和技术进行练习和应用，完成一个课堂练习项目，使学生加深对所学知识和技术的理解。

在同步实验中，主要针对本课程知识模块，以综合设计为主，通过实验课，由任课教师指导学生完成综合设计与实践项目。

在实践实训中，学生通过申报学校实践教学项目、参加任课教师的研发项目、参与企业实践实训等环节，运用自己所掌握的知识和技术，遍历项目的研发过程、掌握项目研发的步骤、体会项目研发的技术和思路。

六、实践体系

嵌入式系统本科人才培养的“实践体系”如图4所示。

实践体系以“产品研发”为核心构建。一是将“产品研发”层次化为“原型产品”和“实际产品”两个层次。二是把实践体系划分为“校内实践体系”和“校外实践体系”。在“校内实践体系”中，以“原型产品”研发为主，培养学生的创新思维和研发能力;在“校外实践体系”中，以完成或参与“实际产品”研发为主，培养学生的产品创新能力和项目合作力。

在“校内实践体系”中，其教学要求是理论教学与实践教学紧密结合、相互支撑、学做相长。在教学方案的设计上，采用（3+2+2）模式：即对一门课而言，如果课堂教学安排3学時，那么实验教学至少2学时，另外还需要安排2学时的开放实验。

“课程体系”与“原型产品”之间的对应关系如表1所示。

在校外实践体系中，其教学要求是参与企业“实际产品”的研发团队、遍历“实际产品”研发的各个过程。在企业生产实习中，学生要走进企业生产线，参加生产实践、了解产品生产流程;在企业实践实训中，学生要参加企业研发与生产团队，学习企业的研发规范和产品化技术;在毕业设计环节中，学生要具体参与企业产品的部分研发或产品化的相关工作。

嵌入式系统的实践教学具有实践教学方式多、实践工具丰富的特点：既可以通过软件模拟与仿真、实验箱操作等方式完成验证性实验和设计性实验，也可以通过“原型产品”开发等方式完成综合性实验和创新性实验，直至参与研发“实际产品”。实施路径为：在校内实践中使学生掌握嵌入式产品研发技术、有能力完成企业委托的任务;学生进入校企协同培养平台，直接参加企业产品研发，实现校企共赢。

七、考核体系

全面、科学的考核体系对激发学生的学习兴趣、提高学生的成功信心具有重要意义。参考CDIO评价体系，以产品研发为核心、以能力考核为重点，根据嵌入式系统人才培养理论与实践并重、教学体系深度交叉耦合的特点，建立了理论考试与实践测评相结合、阶段考查与集中考试相结合的多元化考核体系。

评分机制：理论考试为50%、实践测评为50%。理论与实践都分为平日成绩、阶段成绩和期末成绩，期末成绩不超过总评的40%。

评价方法：理论课评价分为阶段报告和期末笔试;实践课评价分为成果展示和实际操作。

考核过程：平日成绩包括考勤、课堂练习、实验、课后作业等;阶段成绩包括期中考查、按知识模块进行的阶段考查;期末成绩：每门课程结束后，由任课老师和实验老师共同组织课程讨论与成果展示。理论部分通过基础知识测试和专题报告两部分评定成绩;实践部分通过报告自己的设计过程、实际操作演示作品的设计与调试技术两部分评定成绩。最后由老师结合平日成绩和阶段成绩、综合评定出总评成绩。

八、结束语

抓住嵌入式系统人才培养的根本，实施以能力培养为基础的特色培养，能够很好地解决人才培养的“同质化”问题，能够缩小人才培养与企业需求之间的“距离”，具有实用推广价值。

参考文献：

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