秦傳波 曾軍英 楊敏 麥超云

[摘 要] 結(jié)合近年來廣東省大學(xué)生電賽作品的出題動(dòng)向、新技術(shù)需求，針對其中亟待解決的AI算法、高速信號采集、圖像識別、無線組網(wǎng)、復(fù)雜控制和飛控等問題，在學(xué)生培養(yǎng)模式上，提出基于嵌入式平臺的深度學(xué)習(xí)邊緣計(jì)算教學(xué)培養(yǎng)模式，加強(qiáng)高速信號和圖像采集、無線通信的訓(xùn)練;融入“互聯(lián)網(wǎng)+”、數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)處理;探討電賽人才培養(yǎng)模式。建立一個(gè)以培養(yǎng)集智能硬件、無線通信技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)相融合的新智能硬件電賽團(tuán)隊(duì)，同時(shí)吸引計(jì)算機(jī)學(xué)院、數(shù)理學(xué)院的學(xué)生加入，進(jìn)行跨專業(yè)、跨學(xué)院合作，將多個(gè)學(xué)科、多個(gè)專業(yè)學(xué)生的知識進(jìn)行融合。

[關(guān)鍵詞] 電子競賽;學(xué)科建設(shè);團(tuán)隊(duì)建設(shè);嵌入式系統(tǒng)

[基金項(xiàng)目] 2020年11月—2022年11月廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃研究項(xiàng)目“新工科背景下人工智能技術(shù)與電子信息類實(shí)踐課程相結(jié)合的應(yīng)用探索——以‘嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用’為例”（2020GXJK352）;2019年9月—2021年12月廣東省教學(xué)改革項(xiàng)目（綜合類）“以金課建設(shè)為引導(dǎo)，面向新工科和工程認(rèn)證的通信工程人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（GDJX2019011）;2018年11月—2020年10月五邑大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目“面向?qū)I(yè)質(zhì)量提升工程中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類人才培養(yǎng)課程研究”（JX2018009）;2018年11月—2020年10月五邑大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目“構(gòu)建面向新工科的‘信號與系統(tǒng)’課程教學(xué)改革”（JX2018011）;2018年11月—2020年10月五邑大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目“面向工程認(rèn)證的通信工程人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（JX2018040）

[作者簡介] 秦傳波（1982—），男，安徽宿州人，博士，五邑大學(xué)智能制造學(xué)部講師，主要從事深度學(xué)習(xí)目標(biāo)分割研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）09-0081-04 [收稿日期] 2021-09-27

一、簡介

能否在各類大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中取得良好成績是體現(xiàn)本科電子信息類人才培養(yǎng)質(zhì)量最直接最主觀的方法之一，在一定程度上反映了當(dāng)前教學(xué)體系下學(xué)生的綜合素質(zhì)。2017年4月初，兩院院士兼全國電賽組委會(huì)主任王越院士在舉辦的2017年全國電賽賽前會(huì)議上明確指出：“將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)引入全國電賽的題目中來?！边@表明不但要加強(qiáng)電子競賽中傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)考核，還需要面對人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、5G等技術(shù)新貴的挑戰(zhàn)。眾所周知，目前“互聯(lián)網(wǎng)+”比賽已然是各類全國大學(xué)生賽事中的翹楚。對于應(yīng)用型本科院校而言，在培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時(shí)，還必須在課程教學(xué)中及時(shí)引入當(dāng)前新一代信息技術(shù)、人工智能等。自黨的十八大以來，習(xí)近平總書記高屋建瓴，詳盡闡述了新時(shí)期人才培養(yǎng)的根本性問題，即“培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”。這對于地方應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生培養(yǎng)，樹立了一個(gè)立體的、全新的理念[1]。

二、從電子設(shè)計(jì)競賽的比賽成績出發(fā)反思電子信息類人才培養(yǎng)

（一）近三屆我校省級大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽同比數(shù)據(jù)分析

以由廣東省教育廳主辦的廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽為例，該競賽逢偶數(shù)年舉辦一屆比賽，是一項(xiàng)非常具有時(shí)代技術(shù)前沿挑戰(zhàn)的專項(xiàng)命名式大賽。參賽對象為廣東省內(nèi)所有本科和高職院校在校大學(xué)生，是電子信息類專業(yè)競賽中較有代表性的比賽，間接折射學(xué)校的教學(xué)和科研水平。以此比賽為例，我們收集了過往幾年廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的比賽主題及本校參賽所獲得的比賽成果數(shù)據(jù)，用于教學(xué)成果的分析。所獲得的比賽獎(jiǎng)項(xiàng)的詳盡同比數(shù)據(jù)如圖1所示。2012年廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的主題是“智慧城市”，我校學(xué)生分獲得一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，三等獎(jiǎng)0項(xiàng)，成功參賽獎(jiǎng)3項(xiàng)，總計(jì)3個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng);2014年廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的主題是“智能可穿戴應(yīng)用”，我校學(xué)生分獲得一等獎(jiǎng)0項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)5項(xiàng)，總計(jì)6個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng);2016年廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的主題是“健康電子”，我校學(xué)生分獲得一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，總計(jì)6個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。同比于自身參賽歷史數(shù)據(jù)，2016年與2014年在獲獎(jiǎng)的總數(shù)量有所上升，2016年與2014年持平，沒有提高，但2016年在一等獎(jiǎng)項(xiàng)和二等獎(jiǎng)項(xiàng)的數(shù)量上分別增加1項(xiàng)和2項(xiàng)，即質(zhì)量上有所提高。由圖1可知，近三屆賽事的成果總體成績分布變化不大，進(jìn)展空間較小。

從“智慧城市”到“智能可穿戴應(yīng)用”，再到“健康電子”，比賽主題的變遷透射出嵌入式行業(yè)的發(fā)展變化和市場需求的變化，同時(shí)反映了培養(yǎng)人才的風(fēng)向標(biāo)應(yīng)隨著市場的需求做出相應(yīng)的調(diào)整。

（二）省級大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽地方院校環(huán)比數(shù)據(jù)分析

2016年廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，和我?；咎幵谙嗤l(fā)展階段和級別的兄弟院校相比，東莞理工獲獎(jiǎng)總計(jì)10項(xiàng)，佛科院獲獎(jiǎng)總計(jì)4項(xiàng)，廣東石油化工獲獎(jiǎng)總計(jì)8項(xiàng)，廣州大學(xué)獲獎(jiǎng)總計(jì)6項(xiàng)，惠州學(xué)院獲獎(jiǎng)總計(jì)5項(xiàng)，韶關(guān)學(xué)院獲獎(jiǎng)總計(jì)19項(xiàng)。環(huán)比于2016年其他部分高等院校的獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)，盡管我們學(xué)校的競賽成績同比略有提高，但環(huán)比于其他高等院校的成績，在獲獎(jiǎng)總量上，我校明顯被拉開較大的距離。

（三）造成比賽成績不理想的原因分析

1.指導(dǎo)教師的專業(yè)技能同步升級略微滯后。從最初的8位單片機(jī)，到ARM、DSP、FPGA等新型處理器和邏輯器件，再到當(dāng)前火熱的嵌入式AI智能終端和智能硬件，對于從業(yè)教師而言，需要及時(shí)更新自身專業(yè)技能。電子信息行業(yè)更新周期短，4～5年的時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生顛覆性的新技術(shù)。坐吃山空、抱殘守缺的從業(yè)態(tài)度，會(huì)嚴(yán)重阻礙新技術(shù)的革新和教學(xué)工作的創(chuàng)新[2]。

2.學(xué)生的培訓(xùn)和集訓(xùn)管理策略不完善。因?yàn)楸荣惖臅r(shí)間段主要處于暑假期間，參賽學(xué)生的比賽動(dòng)機(jī)具備多樣性，主動(dòng)性有所欠缺，指導(dǎo)教師本身繁重的科研工作導(dǎo)致并沒有完全發(fā)揮應(yīng)有的指導(dǎo)作用，而部分學(xué)生自律性也不夠強(qiáng)。再者，部分指導(dǎo)教師由于科研、家庭等原因，無法保證有充足的時(shí)間來打磨作品，不能和同學(xué)們并肩作戰(zhàn)，保證不了作品的高質(zhì)量設(shè)計(jì)。學(xué)生培訓(xùn)和管理工作存在較大的改善空間。

3.獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制不足以吸引指導(dǎo)教師投入指導(dǎo)工作。從發(fā)布賽題到?jīng)Q賽，省電賽一般有4個(gè)月左右的準(zhǔn)備周期。指導(dǎo)教師和學(xué)生均需要投入大量時(shí)間、經(jīng)費(fèi)和精力。每一項(xiàng)作品的前期調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、器件選型、編程調(diào)試、工藝外觀設(shè)計(jì)、技術(shù)支持與跨專業(yè)合作等，各種事情必然占用指導(dǎo)教師一定的時(shí)間和精力，影響指導(dǎo)教師自身的科研進(jìn)展、教學(xué)整改、項(xiàng)目申請等。根據(jù)我校獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，對于省級電賽，我校給予指導(dǎo)教師的獎(jiǎng)勵(lì)的最高線不足千元，工作績效不高。相對于韶關(guān)學(xué)院等其他兄弟地方院校，獎(jiǎng)勵(lì)額度明顯偏低，不足以調(diào)動(dòng)指導(dǎo)教師的積極性，并且在職稱評審等方面沒有開辟單獨(dú)的專業(yè)評審?fù)ǖ?，使得指?dǎo)學(xué)生比賽變成老師的業(yè)余愛好而不是專業(yè)職責(zé)。

4.競賽的種類過多且難度相對較高，導(dǎo)致學(xué)生疲于應(yīng)對。目前我校學(xué)生參加賽事的規(guī)模大、種類繁多，不乏部分比賽以省級、國家級自居。在時(shí)間上，賽事之間存在重疊，使得參與電賽的學(xué)生不能做到有的放矢，疲于應(yīng)對。在技術(shù)挑戰(zhàn)難度上，有部分學(xué)生更傾向于時(shí)間短、難度低的賽事，以便累積更多的第二課堂成果，使得參加高質(zhì)量電賽的學(xué)生群體減少。

5.學(xué)生參加省電賽的積極程度受賽事利益的影響。參賽的學(xué)生頻繁參加各種賽事，這本來是件好事，但學(xué)生會(huì)根據(jù)往屆學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，選擇一些獎(jiǎng)項(xiàng)重、難度低、周期短的比賽。部分學(xué)生有比較重的功利心和目的性，對于獎(jiǎng)項(xiàng)重且容易出成績的比賽，積極參加。如2017年合泰杯，組織方為一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)定了高達(dá)幾千元的獎(jiǎng)金。而2016年廣東省電賽，一至三等獎(jiǎng)，只有一張證書，沒有獎(jiǎng)金。這嚴(yán)重影響那些耗時(shí)長質(zhì)量高的良性比賽環(huán)境，影響了參賽者最初的積極向上的初心，因此，高校需制定相應(yīng)的規(guī)則對那些高質(zhì)量和能反映學(xué)生水平的比賽，進(jìn)行第二課堂認(rèn)定和指導(dǎo)教師工作量認(rèn)定。

三、電子信息類人才培養(yǎng)改進(jìn)措施

（一）增加對指導(dǎo)教師的職業(yè)技能培訓(xùn)

隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)，如“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)已經(jīng)引入競賽中來，指導(dǎo)教師需要及時(shí)更新自身的技術(shù)儲備，適應(yīng)新的技能挑戰(zhàn)，指導(dǎo)學(xué)生取得好成績。同時(shí)，也要緊緊依靠教師科研和研究課題，深入推廣AI技術(shù)在嵌入式智能終端的應(yīng)用，積極學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)、5G技術(shù)和RISC-V芯片設(shè)計(jì)技術(shù)。我校不僅建成了人工智能科學(xué)館，還在全校范圍內(nèi)推廣新一代信息技術(shù)與人工智能，配套超級超算中心，為同學(xué)們準(zhǔn)備了12塊高性能A100顯卡，同時(shí)滿足教師科研、學(xué)生競賽等的需求。

（二）高端儀器儀表設(shè)備更新

我校的電子測量儀器的性能指標(biāo)偏低，實(shí)驗(yàn)室的示波器可測量頻帶小，嚴(yán)重制約電賽成績的提高。尤其是國家級電賽，信號發(fā)生器的帶寬已經(jīng)接近1GHz，而我校實(shí)驗(yàn)室示波器僅有200M帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到參賽要求。適當(dāng)投入高端設(shè)備是需要考慮的重要問題。隨著我?，F(xiàn)代化工程中心的建設(shè)，我校一次性引進(jìn)帶寬1G的主流示波器、100M信號發(fā)生器等高端設(shè)備近30套，還引進(jìn)了現(xiàn)代化的制板、焊接等生產(chǎn)設(shè)備。

（三）提高對指導(dǎo)教師的獎(jiǎng)勵(lì)力度，改進(jìn)對參加電賽學(xué)生的學(xué)分認(rèn)同機(jī)制

提高對比賽中獲獎(jiǎng)的指導(dǎo)教師的獎(jiǎng)勵(lì)力度，增加工作量計(jì)算。在同類型比賽中，提高電賽在信息工程學(xué)院各類賽事中的地位。對于各類賽事的指導(dǎo)教師而言，電子競賽始終是衡量我們教學(xué)科研水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，為了吸引更多同學(xué)加入電賽，應(yīng)該適當(dāng)增加電賽的積分，甚至可以考慮讓在省一級或國家級電賽中獲獎(jiǎng)的同學(xué)，免修部分相關(guān)課程。同時(shí)，相對于其他類型的競賽，提高對獲獎(jiǎng)同學(xué)的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。

（四）建立與企業(yè)的合作機(jī)制

通過走出去、引進(jìn)來的思路，積極主動(dòng)聯(lián)系當(dāng)?shù)仄髽I(yè)需求，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)以項(xiàng)目的形式引入各類電子設(shè)計(jì)競賽中，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神，將學(xué)科理論、最新信息技術(shù)和研發(fā)技術(shù)結(jié)合實(shí)際企業(yè)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)化為電賽中的設(shè)計(jì)作品，引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，提高大學(xué)生的綜合科研素質(zhì)，從而打造一個(gè)基于創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新理念的理工科應(yīng)用型大學(xué)的電子類競技平臺。

四、教改目標(biāo)

我們期望從以下幾個(gè)目標(biāo)，提高大學(xué)生電子信息競賽的技術(shù)水平。

（一）以AI為導(dǎo)向的綜合電子設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)模型和算法，強(qiáng)化例程訓(xùn)練，重點(diǎn)解決目標(biāo)檢測與跟蹤、SLAM、邊緣計(jì)算的輕量級人工智能算法在嵌入式終端的開發(fā)、移植和部署，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景，培養(yǎng)應(yīng)用能力。

（二）資料查找能力

競賽中不可避免地需要查閱英文資料，故英語資料閱讀能力尤為重要。文檔組織與撰寫能力能體現(xiàn)出良好的科研素養(yǎng)，故撰寫論文報(bào)告是競賽的重要環(huán)節(jié)。培訓(xùn)學(xué)生具備在競賽期間查閱資料、收集和整理資料的能力也十分重要。競賽題目新，時(shí)間短，通常包含一些新知識，在短時(shí)間內(nèi)自學(xué)新知識并轉(zhuǎn)化到實(shí)踐中去的能力也必不可少。

（三）作品設(shè)計(jì)綜合能力

原理圖設(shè)計(jì)、PCB制板、焊接與裝配能力是基本功。良好的PCB電路制板是提高電路的精度等的關(guān)鍵。裝配或焊接是體現(xiàn)動(dòng)手能力的基本功。系統(tǒng)調(diào)試與故障排除能力及良好的心理素質(zhì)也非常重要，裝配后的作品一般來說都會(huì)存在大大小小的問題，如何能在較短的時(shí)間里找出問題并解決，是對心理素質(zhì)和實(shí)踐能力的綜合考驗(yàn)。在競賽中通常會(huì)有一些專業(yè)級的高精度高性能的電子儀器，能熟練使用儀器儀表，就會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。另外，能正確進(jìn)行器件選型是作品得以正常進(jìn)行的保障。

（四）團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新能力和應(yīng)變能力

通常作品由幾個(gè)同學(xué)共同完成，因此，團(tuán)隊(duì)精神必不可少。對新知識和新事物的知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力、系統(tǒng)集成創(chuàng)新能力也十分重要。

（五）知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和相關(guān)發(fā)明專利編寫

對于競賽成果，可以實(shí)現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)和相關(guān)發(fā)明專利的編寫、申請等。

五、教改效果

2018年，在廣東省大學(xué)生電賽“人工智能”專項(xiàng)比賽上，我們?nèi)〉昧艘坏泉?jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)7項(xiàng)的成績，相較于往屆比賽，成績略有提升，初步體現(xiàn)了教改后的成果（見圖2）。2019年，在全國大學(xué)生挑戰(zhàn)賽中，作品無人機(jī)項(xiàng)目和球童訓(xùn)練機(jī)器人分別獲得廣東省特等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。在“互聯(lián)網(wǎng)+”比賽中，我校取得銅獎(jiǎng)，同時(shí)獲得PCT6項(xiàng)，申請專利50余項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型10余項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)。發(fā)表多篇核心期刊和SCI論文。2020年廣東省大學(xué)生電賽“5G-AI”專題競賽，積極引導(dǎo)技術(shù)前沿和發(fā)展潮流，對嵌入式相關(guān)電子信息課程的教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，我校獲得一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等項(xiàng)7項(xiàng)的好成績。

綜上所述，傳統(tǒng)意義上的嵌入式教學(xué)，已悄然向AI方向發(fā)生變化，不再拘囿于單純的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，對于新一代嵌入式從業(yè)人員提出了更高的需求，不但基本技術(shù)過硬，還要結(jié)合AI算法，為產(chǎn)品賦予AI功能的新穎性，以基礎(chǔ)技能為基礎(chǔ)，結(jié)合行業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級換代。通過面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的電子競賽類人才培養(yǎng)模式和教學(xué)改革研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)，從項(xiàng)目化教學(xué)、教師團(tuán)隊(duì)構(gòu)建等方面，提高了教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了高水平工科大學(xué)的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]孫中皋，趙靜，王玉新.大學(xué)生電子競賽實(shí)踐活動(dòng)長效運(yùn)行機(jī)制研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（1）：59-61.

[2]邵云飛，曾勇，汪臘梅.高校協(xié)同創(chuàng)新視角下的復(fù)合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索——以電子科技大學(xué)為例[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（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