面向工程教育专业认证的嵌入式技术一流课程建设的探索与实践

◇重庆文理学院电子信息与电气工程学院 李 鹏 杜西亮

针对电类专业嵌入式技术课程教学中存在的问题，面向工程教育专业认证，制定课程标准，选择教学内容、教学方式、教学手段，建成嵌入式技术“一流课程”。使电类专业嵌入式技术课程形成一个有机的整体，各门课程在完成各自教学目标的同时，相互衔接，循序渐进、有层次地训练、培养学生嵌入式系统设计、算法设计、程序设计、实物制作能力。使毕业生具备电类专业的嵌入式技术知识，能够分析嵌入式系统设计需求，并利用专业知识和技能以软件、硬件相结合的方式解决相关领域的嵌入式系统设计与开发工程问题。

我国是工程教育大国，工程人才培养规模位居世界前列[1]。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[2]。随着信息社会的到来，嵌入式技术的应用已经深入到了国民经济、社会发展的各个领域。尤其是在电类行业，嵌入式技术的应用可以说是无处不在。嵌入式技术课程为电类专业学生提供在本专业领域发展不可或缺的专业理论、方法和技术。嵌入式技术课程具有综合化、项目化的特点。基于嵌入式技术的嵌入式系统设计及开发课程是电类专业人才培养的重要载体。如表1所示，电子信息科学与技术、微电子科学与工程、智能电网信息工程、信息工程等电类专业，均开设了大量与嵌入式技术相关的专业课程。因此，建设嵌入式技术“一流课程”，全面提升嵌入式技术课程质量是电类专业人才培养的重要内容。

表1 电类专业嵌入式技术课程一览表

1 嵌入式技术课程体系构建

根据嵌入式技术各门课程对电子信息类专业毕业要求对应的支撑作用，结合嵌入式技术各门课程在嵌入式系统开发过程中的功能和作用，构建嵌入式技术课程体系。如图1所示，“ARM微控制器开发技术”（第4学期）、“Linux操作系统”（第4学期）、“QT编程技术”（第5学期）、“Python编程技术”（第5学期）课程在人才培养方案中依次开出，共同支撑嵌入式系统设计（第6学期）课程。在系统学习嵌入式技术课程之后，学生可利用所学嵌入式技术工程知识和技能，完成嵌入式系统设计和开发。

图1 嵌入式技术课程体系

2 嵌入式技术“一流课程”建设

针对电类专业嵌入式技术课程教学中存在的问题，根据各门课程的特点，制定课程标准，选择教学内容、教学方式、教学手段，建成嵌入式技术“一流课程”。使电类专业嵌入式技术课程形成一个有机的整体，各门课程在完成各自教学目标的同时，相互衔接，循序渐进、有层次地训练、培养学生嵌入式系统设计、算法设计、程序设计、实物制作能力。使毕业生具备电类专业的嵌入式技术知识，能够分析嵌入式系统设计需求，并利用专业知识和技能以软件、硬件相结合的方式解决相关领域的嵌入式系统设计与开发的工程问题。

根据嵌入式技术主流工程软件和硬件实际，结合电子信息类专业人才培养要求编写嵌入式技术教材。通过产学合作、外部引进、内部培养等方式进一步完善嵌入式技术课程团队的建设。在现有实验、实训条件的基础上，设计、开发及完善嵌入式技术课程的实验实训项目。以实验、实训项目为载体，使学生全面深入掌握嵌入式系统开发所需工程知识和技能，完成特定应用场景下的嵌入式系统设计与开发。

3 嵌入式技术课程对电类专业工程教育专业认证的支撑

基于工程教育专业认证的指标体系要求，根据嵌入式技术课程特点分析各门课程与毕业要求关联度的高低，确定各门课程对工程教育专业认证毕业要求各指标点的支撑。根据课程与毕业要求关联度的高低，分别用“H”表示高、“M”表示中、“L”表示低。例如：“嵌入式系统设计”课程对毕业要求1（工程知识）是中等程度（M）支撑；对毕业要求2（分析问题）是中等程度（M）支撑；对毕业要求3（设计、开发解决方案）是强（H）支撑；对毕业要求5（使用现代工具）是中等程度（M）支撑；毕业要求8（职业规范）是中等程度（M）支撑；对毕业要求11（项目管理）是弱（L）支撑。构建嵌入式技术课程体系和制定课程标准时，根据课程与毕业要求关联度的高低，完善课程体系、课程标准、课程内容，使嵌入式技术各门课程对毕业要求起到对应的支撑作用。

4 嵌入式技术课程“项目制”教学的一体化设计与实施

面向工程教育专业认证，调研、分析、总结电类专业嵌入式技术课程在各电类专业人才培养方案中的地位及课程标准。分析、总结电类专业嵌入式技术课程在学生算法设计、程序设计、系统软硬件设计能力培养中存在的共性问题，设计教学方案。在确定了嵌入式技术课程教学方案后，根据各门课程的教学目标及特点，选取教学内容，选择教学方式及手段，使各门课程的教学内容相互衔接，层层递进，教学方式、手段与教学目标、教学内容的特点相适应。

采用“CDIO项目制教学法”。如图2所示，“C”为构思（Conceive），“D”为设计（Design），“I”为实现（Implement），“O”为运作（Operate）[3-4]。学生根据嵌入式系统项目需求，通过需求分析，构思、设计嵌入式系统，利用软件、硬件知识和工具实现嵌入式系统设计开发，通过运作嵌入式系统发现设计和制作方面的问题并持续改进，最终满足嵌入式系统项目需求和性能指标约束。“CDIO项目制教学法”强调学生的主观能动性，以学生为主，教师为辅，学生在教师指导下自主学习，产生高效的学习效益[5]。嵌入式技术CDIO项目制教学打破传统的学科体系，体现在跨学科、以能力为基础的职业活动之上，以培养学生的工程实践能力，使学生成为一个具有嵌入式技术项目开发经验的工程技术人才。

图2 “CDIO”项目制教学法

5 结束语

项目是各种当前和未来复杂工程问题的集合体。嵌入式技术课程“项目制”教学，面向工程教育专业认证，以嵌入式系统开发为目标任务，一体化设计嵌入式课程理论教学、实验教学、实训教学。在理论课上进行算法设计，控制程序设计，程序编制，程序模拟调试，将通过模拟调试的控制程序，带到实验室，下载到控制器中，接模拟对象，如LED灯，小型电机等模拟对象对控制程序的性能进行进一步的验证，最后结合物联网应用、工业控制应用、电子商务应用、电力设备监测等实际嵌入式系统，对控制程序和外围硬件，外围线路进行全面的测试，改进，理论联系实践，实现预定教学目标，培养学生的工程能力和综合素质。