屈召貴

(四川旅游學院 信息與工程學院， 四川 成都 610100)

0 引言

為貫徹落實 《國務院辦公廳關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》(國辦發(fā)〔2015〕36 號)文件精神，深入推進高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育工作，加強高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程建設，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)全過程[1]。各高校開展了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育系列建設工作，成立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示孵化中心，建設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范課程，舉辦“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，積極探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式，極大的推動了教育改革[2]。在應用型本科院校中的電氣信息類專業(yè)中大都開設了“嵌入式系統(tǒng)原理及應用”課程。該門課程內(nèi)容涉及數(shù)模電、微型計算機等硬件知識和操作系統(tǒng)等軟件知識，綜合性強、知識面廣。傳統(tǒng)的教學方式只是從技術(shù)的角度從CPU的結(jié)構(gòu)、匯編語言、處理器的應用和操作系統(tǒng)使用等內(nèi)容講解，與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)沒有直接聯(lián)系，不利于發(fā)揮學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性和創(chuàng)業(yè)意識，沒有充分發(fā)揮該課程的綜合性的特點優(yōu)勢[3～12]?；诖?，提出面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的課程改革探索，在課程教學體系、大綱、教學方法、考核形式等方面依據(jù)應用型人才培養(yǎng)要求，以“雙創(chuàng)”教育為載體探索改革與實踐。

1 “三個層次，一個核心”教學模式

課程以“三個層次，一個核心”的教學模式開展教學，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，即在教學內(nèi)容安排上采用三個層次，在教學目標上形成一個核心能力。

圖1 嵌入式系統(tǒng)課程教學模式

依據(jù)應用型人才培養(yǎng)的需要，課程內(nèi)容融合基礎理論知識、綜合應用實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓“三層次”教學內(nèi)容安排形式?；A階段，主要讓學生掌握嵌入式系統(tǒng)設計基本方法、微控制器(STM32)的基本結(jié)構(gòu)及應用、嵌入式實時操作系統(tǒng)(μC/OS)工作原理及應用。綜合應用階段，主要完成嵌入式系統(tǒng)課程設計，要求學生以小組為單位，協(xié)作完成軟硬件并做出實物，撰寫設計報告，參加答辯；并組織學生參加“藍橋杯”全國軟件和信息技術(shù)人才大賽嵌入式設計與開發(fā)大賽和全國大學生電子設計大賽，旨在提高學生的綜合應用能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)階段，要求學生申報并參與大學生科研項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、互聯(lián)網(wǎng)“+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識。教學內(nèi)容及按排如表1所示。

通過課程的學習，讓學生掌握嵌入式技術(shù)，具有扎實的理論知識，較強的實踐動手能力。能進行硬件電路設計，制作PCB和電路調(diào)測；能進行軟件設計、RTOS系統(tǒng)應用和常用算法的實現(xiàn)。

表1 教學內(nèi)容案排表

“三層次、一個核心”的實踐教學模式涵蓋全部教學環(huán)節(jié)，明確各環(huán)節(jié)的目標、任務、時間按排考核體系，將各環(huán)節(jié)有機地、循序漸進地貫穿起來，實現(xiàn)了教學內(nèi)容的整體優(yōu)化和功能的最大化，實現(xiàn)“雙創(chuàng)”教育的目的。

2 以創(chuàng)新為核心創(chuàng)業(yè)為引領(lǐng)的教學改革

課程采用理實一體、項目驅(qū)動和線上線下混合式教學方法，按照OBE教育理念，以學生為主體，教師為主導的教育理念。注重實踐動手能力培養(yǎng)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)意識。

2.1 通過產(chǎn)教融合促進教學內(nèi)容優(yōu)化

課程教學大綱與企業(yè)聯(lián)合，協(xié)同研究制定教學內(nèi)容、授課時間、教學方法、實踐教學平臺、考核方式、具體實施等問題。嵌入式系統(tǒng)設計課程為電氣信息專業(yè)必修課，4個學分,64學時，兩周集中綜合設計(企業(yè)導師指導項目化教學)，課程按排在第5學期。課程教學理論講課34學時，實驗34學時。理論課程內(nèi)容主要有ARMCortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)(4個學時)、STM32F103微控制器片上外設資源應用(16個學時)和C/OS操作系統(tǒng)原理及應用(12個學時)，課程內(nèi)容與ST公司中國大學計劃部長期合作，提供最新技術(shù)指導。實驗課主要分為基本驗證性實驗(8學時)和綜合應用設計性實驗(20學時)。綜合應用設計性實驗，其實驗內(nèi)容來自企業(yè)實際項目，由校企合作單位指導，以項目方式實施。課程要求每一位同學從項目需求分析、方案設計、詳細設計、測試調(diào)校等環(huán)節(jié)，力求讓學生掌握電子產(chǎn)品開發(fā)的全過程。課程大綱從知識目標、能力目標和素質(zhì)目標方面全面檢查學生的達成度。

2.2 形成“二化，三賽”的教學方法與手段改革

通過“二化，三賽”的課程教學改革，促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)?！岸奔蠢碚摻虒W與實踐教學一體化，教學內(nèi)容項目化?！叭悺奔辞度胧皆O計校內(nèi)賽，“藍橋杯”全國軟件和信息技術(shù)大賽嵌入式開發(fā)與設計大賽和大學生電子設計大賽。

課程教學采用理實一體化模式，授課過程在實驗室進行。實驗室授課有利于講練結(jié)合，理論與實際統(tǒng)一，有助于學生對知識點的掌握。課程教學采用小班教學模式，指導過程全覆蓋，體現(xiàn)以學生為主體、教師為主導的OBE教育理念。

教學內(nèi)容項目化，以企業(yè)的真實項目為載體，以CDIO理念為指導，為讓學生從項目可行性論述、軟硬件設計、電路制作、調(diào)測等，歷經(jīng)一次產(chǎn)品開發(fā)的全過程。實驗室提供“口袋實驗機”平臺，為每個項目小組同學提供開發(fā)板套件，讓學生進行第二次開發(fā)。體現(xiàn)了開放式及個性化的教學，教學過程在時間和空間上得到延伸。

課程教學團隊重點篩選了三項學科競賽(校級嵌入式設計大賽、藍橋杯軟件及信息技術(shù)大賽、電子設計大賽)貫穿整個教學過程。分階段分層次進行，在基礎階段，要求學生參加校內(nèi)的嵌入式設計大賽；在綜合應用階段，要求參加“藍橋杯”軟件及信息技術(shù)大賽嵌入式組的訓練比賽和全國大學生電子設計大賽的訓練比賽。通過課賽融合能激發(fā)學生積極主動性，提高創(chuàng)新思維能力。

2.3 形成以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為孵化的創(chuàng)業(yè)引領(lǐng)

通過課程的教學，引導學生積極申報參與大學生科研項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和互聯(lián)網(wǎng)“+”大賽項目，通過項目的創(chuàng)新，培育創(chuàng)業(yè)項目并進行孵化。其中10個獲得省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計計劃項目，4個獲得國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目。

2.4 形成“N+1”的多元考核機制

課程考核主要針對基礎層的理論知識、實驗知識和課程設計。課程的成績由“N+1”組成，其中“N”代表平時成績(占總成績的60%)，由實驗、作業(yè)、課程設計和校內(nèi)課程競賽構(gòu)成；“1”代表期末筆試成績(占總績的40%)。筆試考試主要考核課程的理論知識的靈活運用；實驗主考核實驗項目設計、調(diào)測、結(jié)果分析(占30%)；課程設計主要考核方案分析、軟硬件設計和設計報告(占30%)；作業(yè)主要考核對各個知識點(占10%)；校內(nèi)課程競賽主要考核學生對知識的綜合應用能力(占30%)。

在綜合應用層和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)層的考核不再是以成績形給出，而是依據(jù)人才培養(yǎng)方案直接和學科競賽與專業(yè)創(chuàng)新實踐學分掛鉤。要求學生參加學科競賽獲得的獎項和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓練項目等轉(zhuǎn)換為對應的自主學習與拓展實踐教育學分。

3 建立科學合理的保障機制

3.1 實驗實訓保障

構(gòu)建了“一室，二地，一中心”的實驗實訓環(huán)境，如圖2所示，其中“一室”即嵌入式計算機實驗室，主要承擔課內(nèi)實驗；“三地”即ARM-ST嵌入式創(chuàng)新實驗基地、Altium電子設計聯(lián)合實訓基地，主要承擔綜合應用實驗和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目；“一中心”即大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心，主要承擔大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓練項目和互聯(lián)網(wǎng)“+”大賽的指導和項目孵化。

圖2 實驗室體系基本架構(gòu)

3.2 師資力量保障

課程教學團隊教師共計5位，其中教授1名，副教授2名，講師2名。雙師型教師5名，國家注冊電氣工程1名。教學團隊與企業(yè)深度合作，打造雙師教師隊伍，寒暑假教師到企業(yè)頂崗訓練，共同進行科學研究、產(chǎn)品開發(fā)，共同開發(fā)實驗項目，編寫教材。

4 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果突出

4.1 創(chuàng)新促進創(chuàng)業(yè)效果好

經(jīng)過實踐教學檢驗，學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)效果明顯改善，培養(yǎng)了一批受企業(yè)歡迎的綜合實踐能力強的電子工程師。

課程教學案例中，通過同學創(chuàng)新，有6個獲得國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目。分別是：四旋翼自動巡邏小型無人機設計與實現(xiàn)、基于DSP的新能源可控整流技術(shù)的設計與實現(xiàn)、基于攝像頭的無人駕駛小車設計與實現(xiàn)、無線電能及信息傳輸設計與實現(xiàn)、基于嵌入式的3D打印機設計與實現(xiàn)、基于MSP430和4G網(wǎng)傳輸?shù)谋銛y式心電監(jiān)護儀設計與實現(xiàn)。

2013年以來獲電子設計競賽一等獎4項，二等獎16項，三等獎32項； “藍橋杯”全國軟件和信息技術(shù)大賽一等獎65項，二等獎64項，三等獎84項。

創(chuàng)業(yè)成效顯著，2014級學生張寶等同學，創(chuàng)建的四川龍騰古科技有限公司設計生產(chǎn)的“一卡通智慧校園”產(chǎn)品，其產(chǎn)品原型也來自于課程創(chuàng)新項目成果。2013級學生向俊橋，創(chuàng)建四川芯力量科技有限公司，研發(fā)的鋰電池管理系統(tǒng)。其產(chǎn)品原型就是課程案例項目的創(chuàng)新成果。2013級同學候弘岐、楊彬為首的創(chuàng)新團隊創(chuàng)建“四川樓下電子商務有限公司”，開創(chuàng)成都本土O2O“網(wǎng)上超市”的先例，2015年被評為“成都市創(chuàng)新型電子商務企業(yè)”，2016年獲得“國家級高新技術(shù)企業(yè)”稱號。2012級同學賀代斌創(chuàng)建的四川所能電子科技有限公司，其核心產(chǎn)品，礦井人員定位系統(tǒng)，也來課程案例的創(chuàng)新。

4.2 社會影響大，企合作成績突出

教學團隊被四川省人力資源和社會保障廳、教育廳授予2017年度“四川省教育工作先進集體”。嵌入式系統(tǒng)實驗室，于2014年被列入省級實驗教學示范中心建設項目，并于2018年合格驗收。

與ARM公司成立了“嵌入式創(chuàng)新實踐基地”，贈送100套RealView MDK 嵌入式開發(fā)軟件和40套ARM-ST嵌入式實驗開發(fā)裝置；與Altium公司成立了“四川工商學院-Altium電子設計聯(lián)合實驗室”；德州儀器(TI)公司贈送40套ARM-CortexM4嵌入式實驗開發(fā)板。這些實驗設備極大的促進了嵌入式課程教學。

5 結(jié)語

嵌入式系統(tǒng)課程經(jīng)過多年建設，形成了以能力培養(yǎng)為目標，以課程內(nèi)容案例建設為抓手，以“雙創(chuàng)”教育為載體，構(gòu)建培養(yǎng)主動適應行業(yè)發(fā)展需要的應用型和創(chuàng)新型人才。在師資培養(yǎng)、實驗室建設、教學資源建設、教學理念、教學模式、教學方法和組織保障等方面大力改革探索，取得了較好的教學效果，人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著增強。