地方院校新工科电赛人才培养教学改革研究

秦传波 曾军英 杨敏 麦超云

[摘 要] 结合近年来广东省大学生电赛作品的出题动向、新技术需求，针对其中亟待解决的AI算法、高速信号采集、图像识别、无线组网、复杂控制和飞控等问题，在学生培养模式上，提出基于嵌入式平台的深度学习边缘计算教学培养模式，加强高速信号和图像采集、无线通信的训练;融入“互联网+”、数据库和大数据处理;探讨电赛人才培养模式。建立一个以培养集智能硬件、无线通信技术、“互联网+”、数据库和大数据相融合的新智能硬件电赛团队，同时吸引计算机学院、数理学院的学生加入，进行跨专业、跨学院合作，将多个学科、多个专业学生的知识进行融合。

[关键词] 电子竞赛;学科建设;团队建设;嵌入式系统

[基金项目] 2020年11月—2022年11月广东省教育科学“十三五”规划研究项目“新工科背景下人工智能技术与电子信息类实践课程相结合的应用探索——以‘嵌入式系统及应用’为例”（2020GXJK352）;2019年9月—2021年12月广东省教学改革项目（综合类）“以金课建设为引导，面向新工科和工程认证的通信工程人才培养模式改革与实践”（GDJX2019011）;2018年11月—2020年10月五邑大学本科教学质量与教学改革工程项目“面向专业质量提升工程中创新创业类人才培养课程研究”（JX2018009）;2018年11月—2020年10月五邑大学本科教学质量与教学改革工程项目“构建面向新工科的‘信号与系统’课程教学改革”（JX2018011）;2018年11月—2020年10月五邑大学本科教学质量与教学改革工程项目“面向工程认证的通信工程人才培养模式改革与实践”（JX2018040）

[作者简介] 秦传波（1982—），男，安徽宿州人，博士，五邑大学智能制造学部讲师，主要从事深度学习目标分割研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）09-0081-04 [收稿日期] 2021-09-27

一、简介

能否在各类大学生电子设计竞赛中取得良好成绩是体现本科电子信息类人才培养质量最直接最主观的方法之一，在一定程度上反映了当前教学体系下学生的综合素质。2017年4月初，两院院士兼全国电赛组委会主任王越院士在举办的2017年全国电赛赛前会议上明确指出：“将互联网+技术引入全国电赛的题目中来。”这表明不但要加强电子竞赛中传统技术的基础考核，还需要面对人工智能、大数据、物联网、区块链、5G等技术新贵的挑战。众所周知，目前“互联网+”比赛已然是各类全国大学生赛事中的翘楚。对于应用型本科院校而言，在培养大学生学习基础知识的同时，还必须在课程教学中及时引入当前新一代信息技术、人工智能等。自党的十八大以来，习近平总书记高屋建瓴，详尽阐述了新时期人才培养的根本性问题，即“培养什么样的人、如何培养人、为谁培养人”。这对于地方应用型大学的学生培养，树立了一个立体的、全新的理念[1]。

二、从电子设计竞赛的比赛成绩出发反思电子信息类人才培养

（一）近三届我校省级大学生电子设计竞赛同比数据分析

以由广东省教育厅主办的广东省大学生电子设计竞赛为例，该竞赛逢偶数年举办一届比赛，是一项非常具有时代技术前沿挑战的专项命名式大赛。参赛对象为广东省内所有本科和高职院校在校大学生，是电子信息类专业竞赛中较有代表性的比赛，间接折射学校的教学和科研水平。以此比赛为例，我们收集了过往几年广东省大学生电子设计竞赛的比赛主题及本校参赛所获得的比赛成果数据，用于教学成果的分析。所获得的比赛奖项的详尽同比数据如图1所示。2012年广东省大学生电子设计竞赛的主题是“智慧城市”，我校学生分获得一等奖1项，二等奖2项，三等奖0项，成功参赛奖3项，总计3个奖项;2014年广东省大学生电子设计竞赛的主题是“智能可穿戴应用”，我校学生分获得一等奖0项，二等奖1项，三等奖5项，总计6个奖项;2016年广东省大学生电子设计竞赛的主题是“健康电子”，我校学生分获得一等奖1项，二等奖3项，三等奖2项，总计6个奖项。同比于自身参赛历史数据，2016年与2014年在获奖的总数量有所上升，2016年与2014年持平，没有提高，但2016年在一等奖项和二等奖项的数量上分别增加1项和2项，即质量上有所提高。由图1可知，近三届赛事的成果总体成绩分布变化不大，进展空间较小。

从“智慧城市”到“智能可穿戴应用”，再到“健康电子”，比赛主题的变迁透射出嵌入式行业的发展变化和市场需求的变化，同时反映了培养人才的风向标应随着市场的需求做出相应的调整。

（二）省级大学生电子设计竞赛地方院校环比数据分析

2016年广东省大学生电子设计竞赛统计数据表明，和我校基本处在相同发展阶段和级别的兄弟院校相比，东莞理工获奖总计10项，佛科院获奖总计4项，广东石油化工获奖总计8项，广州大学获奖总计6项，惠州学院获奖总计5项，韶关学院获奖总计19项。环比于2016年其他部分高等院校的获奖数据，尽管我们学校的竞赛成绩同比略有提高，但环比于其他高等院校的成绩，在获奖总量上，我校明显被拉开较大的距离。

（三）造成比赛成绩不理想的原因分析

1.指导教师的专业技能同步升级略微滞后。从最初的8位单片机，到ARM、DSP、FPGA等新型处理器和逻辑器件，再到当前火热的嵌入式AI智能终端和智能硬件，對于从业教师而言，需要及时更新自身专业技能。电子信息行业更新周期短，4～5年的时间就会产生颠覆性的新技术。坐吃山空、抱残守缺的从业态度，会严重阻碍新技术的革新和教学工作的创新[2]。

2.学生的培训和集训管理策略不完善。因为比赛的时间段主要处于暑假期间，参赛学生的比赛动机具备多样性，主动性有所欠缺，指导教师本身繁重的科研工作导致并没有完全发挥应有的指导作用，而部分学生自律性也不够强。再者，部分指导教师由于科研、家庭等原因，无法保证有充足的时间来打磨作品，不能和同学们并肩作战，保证不了作品的高质量设计。学生培训和管理工作存在较大的改善空间。

3.奖励机制不足以吸引指导教师投入指导工作。从发布赛题到决赛，省电赛一般有4个月左右的准备周期。指导教师和学生均需要投入大量时间、经费和精力。每一项作品的前期调研、方案设计、器件选型、编程调试、工艺外观设计、技术支持与跨专业合作等，各种事情必然占用指导教师一定的时间和精力，影响指导教师自身的科研进展、教学整改、项目申请等。根据我校奖励机制，对于省级电赛，我校给予指导教师的奖励的最高线不足千元，工作绩效不高。相对于韶关学院等其他兄弟地方院校，奖励额度明显偏低，不足以调动指导教师的积极性，并且在职称评审等方面没有开辟单独的专业评审通道，使得指导学生比赛变成老师的业余爱好而不是专业职责。

4.竞赛的种类过多且难度相对较高，导致学生疲于应对。目前我校学生参加赛事的规模大、种类繁多，不乏部分比赛以省级、国家级自居。在时间上，赛事之间存在重叠，使得参与电赛的学生不能做到有的放矢，疲于应对。在技术挑战难度上，有部分学生更倾向于时间短、难度低的赛事，以便累积更多的第二课堂成果，使得参加高质量电赛的学生群体减少。

5.学生参加省电赛的积极程度受赛事利益的影响。参赛的学生频繁参加各种赛事，这本来是件好事，但学生会根据往届学生的经验，选择一些奖项重、难度低、周期短的比赛。部分学生有比较重的功利心和目的性，对于奖项重且容易出成绩的比赛，积极参加。如2017年合泰杯，组织方为一等奖奖项设定了高达几千元的奖金。而2016年广东省电赛，一至三等奖，只有一张证书，没有奖金。这严重影响那些耗时长质量高的良性比赛环境，影响了参赛者最初的积极向上的初心，因此，高校需制定相应的规则对那些高质量和能反映学生水平的比赛，进行第二课堂认定和指导教师工作量认定。

三、电子信息类人才培养改进措施

（一）增加对指导教师的职业技能培训

随着各种新技术的出现，如“互联网+”等技术已经引入竞赛中来，指导教师需要及时更新自身的技术储备，适应新的技能挑战，指导学生取得好成绩。同时，也要紧紧依靠教师科研和研究课题，深入推广AI技术在嵌入式智能终端的应用，积极学习深度学习、5G技术和RISC-V芯片设计技术。我校不仅建成了人工智能科学馆，还在全校范围内推广新一代信息技术与人工智能，配套超级超算中心，为同学们准备了12块高性能A100显卡，同时满足教师科研、学生竞赛等的需求。

（二）高端仪器仪表设备更新

我校的电子测量仪器的性能指标偏低，实验室的示波器可测量频带小，严重制约电赛成绩的提高。尤其是国家级电赛，信号发生器的带宽已经接近1GHz，而我校实验室示波器仅有200M带宽，远远无法达到参赛要求。适当投入高端设备是需要考虑的重要问题。随着我校现代化工程中心的建设，我校一次性引进带宽1G的主流示波器、100M信号发生器等高端设备近30套，还引进了现代化的制板、焊接等生产设备。

（三）提高对指导教师的奖励力度，改进对参加电赛学生的学分认同机制

提高对比赛中获奖的指导教师的奖励力度，增加工作量计算。在同类型比赛中，提高电赛在信息工程学院各类赛事中的地位。对于各类赛事的指导教师而言，电子竞赛始终是衡量我们教学科研水平的重要标准，为了吸引更多同学加入电赛，应该适当增加电赛的积分，甚至可以考虑让在省一级或国家级电赛中获奖的同学，免修部分相关课程。同时，相对于其他类型的竞赛，提高对获奖同学的物质奖励。

（四）建立与企业的合作机制

通过走出去、引进来的思路，积极主动联系当地企业需求，将产品设计以项目的形式引入各类电子设计竞赛中，培养大学生的创新和创业能力、工程实践能力和团队精神，将学科理论、最新信息技术和研发技术结合实际企业项目，转化为电赛中的设计作品，引导学生提高学习兴趣，形成良好的学习氛围，提高大学生的综合科研素质，从而打造一个基于创业和创新理念的理工科应用型大学的电子类竞技平台。

四、教改目标

我们期望从以下几个目标，提高大学生电子信息竞赛的技术水平。

（一）以AI为导向的综合电子设计能力培养

结合机器学习、深度学习模型和算法，强化例程训练，重点解决目标检测与跟踪、SLAM、边缘计算的轻量级人工智能算法在嵌入式终端的开发、移植和部署，结合实际应用场景，培养应用能力。

（二）资料查找能力

竞赛中不可避免地需要查阅英文资料，故英语资料阅读能力尤为重要。文档组织与撰写能力能体现出良好的科研素养，故撰写论文报告是竞赛的重要环节。培训学生具备在竞赛期间查阅资料、收集和整理资料的能力也十分重要。竞赛题目新，时间短，通常包含一些新知识，在短时间内自学新知识并转化到实践中去的能力也必不可少。

（三）作品设计综合能力

原理图设计、PCB制板、焊接与装配能力是基本功。良好的PCB电路制板是提高电路的精度等的关键。装配或焊接是体现动手能力的基本功。系统调试与故障排除能力及良好的心理素质也非常重要，装配后的作品一般来说都会存在大大小小的问题，如何能在较短的时间里找出问题并解决，是对心理素质和实践能力的综合考验。在竞赛中通常会有一些专业级的高精度高性能的电子仪器，能熟练使用仪器仪表，就会达到事半功倍的效果。另外，能正确进行器件选型是作品得以正常进行的保障。

（四）团队精神、创新能力和应变能力

通常作品由几个同学共同完成，因此，团队精神必不可少。对新知识和新事物的知识学习与应用能力、系统集成创新能力也十分重要。

（五）知识产权保护和相关发明专利编写

对于竞赛成果，可以实现自主知识产权和相关发明专利的编写、申请等。

五、教改效果

2018年，在廣东省大学生电赛“人工智能”专项比赛上，我们取得了一等奖3项、二等奖1项、三等奖7项的成绩，相较于往届比赛，成绩略有提升，初步体现了教改后的成果（见图2）。2019年，在全国大学生挑战赛中，作品无人机项目和球童训练机器人分别获得广东省特等奖和二等奖。在“互联网+”比赛中，我校取得铜奖，同时获得PCT6项，申请专利50余项，授权实用新型10余项，授权发明专利5项。发表多篇核心期刊和SCI论文。2020年广东省大学生电赛“5G-AI”专题竞赛，积极引导技术前沿和发展潮流，对嵌入式相关电子信息课程的教学提出了新的挑战，我校获得一等奖2项、二等奖2项、三等项7项的好成绩。

綜上所述，传统意义上的嵌入式教学，已悄然向AI方向发生变化，不再拘囿于单纯的驱动程序设计，对于新一代嵌入式从业人员提出了更高的需求，不但基本技术过硬，还要结合AI算法，为产品赋予AI功能的新颖性，以基础技能为基础，结合行业需求，实现产品升级换代。通过面向“互联网+”的电子竞赛类人才培养模式和教学改革研究团队建设，从项目化教学、教师团队构建等方面，提高了教学质量，培养了高水平工科大学的应用型人才。

参考文献

[1]孙中皋，赵静，王玉新.大学生电子竞赛实践活动长效运行机制研究[J].中国现代教育装备，2017（1）：59-61.

[2]邵云飞，曾勇，汪腊梅.高校协同创新视角下的复合创新型人才培养模式探索——以电子科技大学为例[J].电子科技大学学报（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