王艷春，苗鳳娟，夏穎，張勁松，王玨

（齊齊哈爾大學 通信與電子工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

2017 年，教育部、財政部和國家發(fā)展改革委員會聯合頒發(fā)了《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設實施辦法（暫行）》，強調要全面促進高等教育在人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務等方面的綜合實力[1].2018年，國務院學位委員會發(fā)布了《關于制訂工程類碩士專業(yè)學位研究生培養(yǎng)方案的指導意見》，進一步強調專業(yè)學位研究生在工程性、實踐性和應用性等方面的培養(yǎng)定位[2-3].

隨著電子信息產業(yè)的快速發(fā)展，社會對電子信息專業(yè)的人才需求越來越迫切，但目前電子信息專業(yè)學位研究生培養(yǎng)過程中發(fā)現存在一些共性的亟待解決的問題.主要包括應用基礎理論及科學技術與方法指導解決工程問題的能力比較薄弱，課程建設和教學資源的不豐富，工程教育脫離產業(yè)需求，工程應用能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)嚴重缺位等，這些都延緩了專業(yè)學位研究生工程知識、工程素養(yǎng)和工程應用能力的培養(yǎng)[4-5].因此，以解決工程問題、培養(yǎng)應用能力為導向的專業(yè)學位研究生課程改革勢在必行.嵌入式系統(tǒng)設計與應用課程作為電子信息專業(yè)研究生的核心課程，須立足信息與通信學科的優(yōu)勢和特點，精準對接未來社會對嵌入式人才的需要.課程目標不僅要注重嵌入式系統(tǒng)知識體系的構建，使學生全面掌握嵌入式系統(tǒng)設計與應用方法，為從事嵌入式產品的開發(fā)和設計工作奠定理論和技術基礎，更要注重學生能力和素質的培養(yǎng)，使學生產生濃厚的學習興趣和專業(yè)認同感，培養(yǎng)學生自主學習能力、創(chuàng)新意識、工程素質和工程應用能力，提高專業(yè)素質和就業(yè)競爭力.

1 理論教學改革促進學生能力培養(yǎng)

嵌入式系統(tǒng)設計與應用課程理論教學主要采用基于翻轉課堂的混合式教學和基于問題驅動的案例教學模式[6-7]，培養(yǎng)專業(yè)學位研究生自主學習能力，激發(fā)學生學習興趣，不斷提高教學效果和教學質量，加強學生對工程知識的理解和工程素質的提升.

1.1 混合式教學培養(yǎng)學生自主學習能力

在理論教學過程中，充分利用中國大學Mooc和網絡平臺開展混合式教學.課前設置任務、組織學生課前觀看中國大學優(yōu)秀Mooc視頻、課件，完成課前測試.課上教師結合電子設計競賽嵌入式系統(tǒng)專題、大學生創(chuàng)新項目、通信領域嵌入式新產品等案例組織學生展開課堂討論，教學方式從“以教師為中心”轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”.如結合教師指導的省級重點大學生創(chuàng)新項目“基于ZigBee的智能糧倉遠程監(jiān)控系統(tǒng)”，針對智慧農業(yè)糧倉監(jiān)控中涉及的監(jiān)測、控制及無線通信對嵌入式技術的需求，通過“系統(tǒng)分析——問題引入——分組討論——能力提升”引導學生主動思考，積極探究系統(tǒng)設計方案，開發(fā)工具、實驗方法的選擇以及適用性、時效性等，通過各組提出的不同設計方案，討論嵌入式系統(tǒng)設計在工程實踐中的可行性、性價比，提升學生工程意識和對社會效益、經濟效益的認識和理解.課后通過網絡平臺在線答疑、線上討論及在線測試等，充分調動學生學習的積極性和主動性，提高了學生分析、解決問題的能力和自主學習能力，有效提高了教學效果和教學質量.

1.2 問題驅動案例教學激發(fā)學生學習興趣

在本課程教學過程中，教師根據教學內容結合實際應用設計教學案例，結合教學案例設置工程問題，啟發(fā)學生進行探究、研討.如結合目前應用十分廣泛的“智能門禁系統(tǒng)”應用案例，引導學生通過網絡資源查閱智能門禁系統(tǒng)的不同解決方案、不同應用場景，比較各種方案的優(yōu)勢和不足.學生通過對基于指紋識別、人臉識別、虹膜識別等生物信息識別技術，基于RFID 射頻識別技術的卡式識別技術，基于短信驗證的臨時密碼的智能門禁系統(tǒng)多種方案進行分析，對案例中所涉及的方案選擇、關鍵技術、軟硬件配置等復雜工程問題提出解決方案，設計滿足要求的電路及系統(tǒng)，選擇和使用相關的軟硬件設計和仿真平臺、儀器設備，分析其適用性、時效性等.教學過程中通過問題的提出，適時啟發(fā)引導學生找到有效的方法，得到合理有效的結論，培養(yǎng)了學生工程素養(yǎng)和工程應用能力，激發(fā)了學生內在的學習興趣.

2 構建“三梯度”實踐教學模式

本課程是一門軟硬件并重的專業(yè)課程，實踐教學在人才培養(yǎng)過程中起到了舉足輕重的作用.在教學過程中根據學生的認知規(guī)律和實踐內容體系，構建了“虛擬仿真實驗+科研項目實驗+工程應用實踐”相融合的“三梯度”實踐教學模式，加強學生實踐能力的培養(yǎng).

2.1 虛擬仿真實驗

本課程虛擬仿真實驗采用英國Labcenter Electronics 公司的EDA 工具軟件Proteus，該軟件具有功能強大、界面直觀、性能完善等特點，目前已成為國內嵌入式系統(tǒng)設計與仿真的軟件支撐[8].借助Proteus 對CPU和外圍電路強大的仿真能力以及豐富的資源庫進行嵌入式軟硬件實驗仿真，用構建的虛擬嵌入式系統(tǒng)代替實際的硬件電路，有利于增強學生對嵌入式系統(tǒng)構建的感性認識，仿真實驗結果基本理想時再進行硬件調試.Proteus 虛擬仿真有效替代了傳統(tǒng)硬件仿真器進行前期軟硬件調試，不存在器件損耗問題，大大節(jié)約了教學資源，有效解決了實驗室資源緊張和疫情形勢下線上實驗問題.Proteus 虛擬仿真引入本課程教學過程后，接近實際的動態(tài)演示激發(fā)了學生興趣，學生的學習積極性、主動性及理論聯系實際的能力都得以提高.

2.2 科研項目實驗

本課程教學過程中探索以科研項目為依托的實驗教學模式，充分利用教師科研項目和專利中與本課程內容緊密聯系的實驗研究部分，借助教師科研實驗室平臺，構建具有實際工程應用背景的課程實驗目標、實驗內容以及具體要求[9-10].如依托科研項目“滅火機器人路徑規(guī)劃研究”構建了嵌入式滅火機器人實驗平臺，學生在完成滅火機器人控制模塊、傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、電機驅動模塊、通信模塊測試的同時，進一步研究傳感器選擇、器件位置、電機振動特性、轉換接口設計等問題，給出了多種實施方案.以科研項目為引領的嵌入式實驗教學模式通過有計劃、有目標的項目驅動使學生積極獲取、積累、整合所學知識，并培養(yǎng)學生科研道德和科研誠信.學生通過項目實驗不僅能夠驗證問題，而且能夠發(fā)現問題、解決問題，激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學生的工程素養(yǎng)和分析解決實際問題的能力.

2.3 工程應用實踐

在教學實踐過程中，以專業(yè)學位研究生工程實踐能力培養(yǎng)為導向，以電子信息產業(yè)發(fā)展和嵌入式人才需求為牽引，依托學院“黑龍江省微納傳感器件重點實驗室”“黑龍江省農業(yè)多維傳感器信息感知工程技術研究中心”2個省級平臺，校企合作“嵌入式聯合實驗室”等開展各類工程實踐活動.邀請校企合作單位的嵌入式研發(fā)工程師基于工程場景解讀當前國內外嵌入式應用研究與產業(yè)發(fā)展前沿問題，使學生了解了嵌入式在人工智能領域、物聯網領域、通信領域的應用，明確了工程實踐與環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的關系.邀請從事嵌入式研發(fā)的優(yōu)秀畢業(yè)生進行講座、在線指導，將企業(yè)工程實踐中的相關應用案例，如高速公路智能測速系統(tǒng)、智能家居安防系統(tǒng)、掃地機器人等實踐項目引入本課程教學中，使學生通過企業(yè)項目實戰(zhàn)將所學知識、技能與工程實踐相結合，不僅培養(yǎng)了學生工程應用和實踐創(chuàng)新能力，也開拓了視野，提升了學生對行業(yè)的認同感和對本專業(yè)的興趣度，近3年就業(yè)率均達到100%.

3 結語

準確定位“雙一流”背景下適應社會需求的電子信息專業(yè)學位研究生工程應用能力培養(yǎng)目標，深入探討了研究生嵌入式系統(tǒng)設計與應用課程教學改革思路，顯著提高了課程教學效果和教學質量.培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和工程素質，有效提升了學生的學習興趣、自主學習能力、工程應用能力和綜合素質，為培養(yǎng)適應行業(yè)和社會發(fā)展需求的高素質電子信息專業(yè)人才奠定了堅實的基礎.