嵌入式系統專業培養模式的實踐與探索

摘要：分析我國當前嵌入式系統人才的社會需求和培養目標，提出嵌入式系統專業人才培養模式的建設思路，介紹哈爾濱師范大學嵌入式系統專業的教學改革實踐，最后對嵌入式系統專業的未來進行展望，并提出努力方向。

關鍵詞：嵌入式系統；人才培養；課程體系

0、引言

嵌入式技術是21世紀最有活力和生命力的新技術之一，近年來已逐漸成為IT行業的核心方向。我們有理由相信在未來20年內，全球將進入嵌入式時代和移動互聯網時代。特別是最近幾年，隨著嵌入式軟硬件技術的迅猛發展，嵌入式產品已經迅速滲入各個行業，生活中隨處可見嵌入式技術的產品及應用，例如智能家電、智能手機、各類導航設備、數碼相機、高清電視、視頻監控等。智能機器人、醫療儀器、航空航天等領域同樣離不開嵌入式系統。嵌入式系統產品開發已經成為當前最有發展前途的行業之一。

1、嵌入式系統人才需求狀況

嵌入式系統是指在產品或設備內部以微控制器為核心，實現數字化和智能化功能的軟件系統。嵌入式系統的意義在于對設備進行智能控制，實現其創新價值。嵌入式系統人才行業需求分布如表1所示。

目前，我國嵌入式系統人才培養的特點有以下幾個方面。

1）人才儲備不足。嵌入式系統產業的蓬勃發展帶動了社會工業化和信息化的快速發展，對經濟增長起到積極地促進作用。生產嵌入式系統產品和設備的企業也不斷增加，相關人才的需求量也隨之增加。但是學校和社會教育培訓機構對嵌入式系統人才的培養機制和規模還不夠完善，造成了人才奇缺的狀況。

2）專業基礎門檻高。從事嵌入式系統開發的人員必須具備一定的系統領域專業基礎，要掌握軟件的底層開發技術和硬件工作原理。所以在進行嵌入式系統學習之前，首先要熟悉軟硬件的基礎知識。

3）技術人員就業面廣。嵌入式系統的相關產業分布較廣，不同的行業又有不同的軟硬件側重點。例如，通信工程、電子工程方向的嵌入式系統開發人員主要從事硬件設計工作，嵌入式操作系統、內核剪裁程序和驅動開發相關的嵌入式系統開發人員主要從事軟件設計與實現工作。所以嵌入式系統人才培養的就業面很廣，要根據實際情況進行定向培養。

2、嵌入式系統人才培養模式

培養合格的嵌入式系統人才，是一項科學的系統工程。經過多年的理論研究和教學改革，我們探索出一套符合嵌入式系統人才培養要求的培養體系，具體內容包括教學方法改革、課程體系改革、教學環境建設、師資隊伍建設、校企聯合辦學等。

1）教學方法改革。我們采用基于建構主義教學理論的任務驅動式教學方法作為嵌入式系統課程的基本教學方法。任務驅動式教學法的核心思想就是以學生為中心展開課程，把任務作為主線，教師作為向導，引導和調動學生的主觀能動性。在課程展開過程中設置一系列能夠體現綜合設計能力的教學任務，學生通過完成這些任務來掌握課內外知識，同時養成獨立思考和實踐創新的良好習慣。

2）課程體系改革。嵌入式系統課程體系的最大特點就是突出實踐環節，因為嵌入式系統人才的培養是面向工程的。學生只有在校內外完成足夠的實踐內容才能真正掌握嵌入式系統開發的能力。嵌入式系統專業中幾乎所有的專業課程都有實驗環節，重要的課程還專門設置了課程設計環節，由學生組成小型團隊完成與課程相關的項目。

3）教學環境建設。為了更好地展開教學，學校投入專項資金建設了嵌入式實驗室，購買了實驗教學設備。以此為契機，計算機科學與信息工程學院設置了眾多大、中、小型實驗室，并配以不同的等級。對于大型A級實驗室，主要供全院學生進行專業基礎課程實驗使用；對于中型B級實驗室，主要功能為專業方向課的課程設計實驗場所；對于小型的C級實驗室，主要供學生組建的小型項目研發小組使用。不同的實驗室有不同的管理辦法，這一措施有力地保障了學生對實驗教學的不同需求，對促進教學起到了非常積極的作用。

4）師資隊伍建設。建立一支熟練掌握嵌入式專業技術的師資隊伍是提高教學質量的關鍵因素之一。學校采用“雙師型”教師隊伍建設的方法，選派教師和研究人員到企業實地考察、學習和工作，參與企業的產品開發和項目建設。經過一段時間的鍛煉后，教師的專業技能得到了更新或提升，并且明確了企業用人的原則，真正實現“努力做到企業需要什么，我們的教師就精通什么，我們的學生就會什么。”

5）校企聯合辦學。為了讓教學更加貼近工程應用實際，學校定期邀請企業精英來學校開展技術講座。通過介紹行業動態和前沿技術的發展現狀，讓學生了解就業形勢和技術學習的方向。另外學校還和國內外知名嵌入式系統開發企業簽訂聯合培養協議，企業派遣專業人員到校內進行課程輔導，學校派遣教師和學生到企業頂崗實習。

3、嵌入式系統人才培養實踐

3.1 教學體系改革

嵌入式系統專業在依托校內辦學優勢和當地嵌入式技術產業資源優勢的基礎上，響應學校應用型人才培養改革的號召，分階段地實施嵌入式系統教學體系改革。嵌入式系統專業教學體系改革示意圖如圖1所示。

準備階段，我們建立了嵌入式系統專業教研室和相關教師隊伍，組織教師進行理論研究和培訓，同時結合學校應用型人才培養的要求制定嵌入式系統人才培養方案；合作階段，利用校企合作平臺的優勢，建設一批校內外實習基地，同時為嵌入式系統專業教學配備軟硬件教學環境；實踐階段，采用任務驅動教學法展開面向實踐與創新的職業技能培養課程，同時利用校內外的企業合作資源進行定向培養；拓展階段，在完成教學目標的同時，要敏銳捕捉企事業單位的人才需求信息，以組織就業指導和企業見面會的形式來拓展教學理念。最后還要不斷完善人才培養體系，把建設過程中的寶貴經驗應用到其他專業的教學中去。

3.2 課程體系改革

在明確教學體系的基礎上，哈爾濱師范大學對嵌入式系統專業的課程體系也作了較大修改，如表2所示。

課程體系中主要包括以下5類課程。

1）公共基礎課：是本科生必修的基礎課程，如高等數學、外語、體育、計算機基礎等。

2）專業基礎課程：計算機相關專業人才學習的基礎課程，包括c語言程序設計、模擬電子技術、數字電子技術、電子線路CAD、單片機原理及應用、數據結構、面向對象程序設計、微機原理與接口技術、軟件工程導論、JAVA程序設計等。

3）專業方向課程：該類課程主要培養學生成為合格的嵌入式系統工程設計人才，主要課程有嵌入式程序設計基礎、嵌入式系統體系與結構、嵌入式操作系統、嵌入式軟件設計、嵌入式系統設計與開發、嵌入式Linux驅動開發、WinCE操作系統開發基礎等。

4）課程設計：為培養學生掌握嵌入式系統專業相關課程而開設的課程設計，包括c語言課程設計、數據結構課程設計、CAD課程設計、數據結構課程設計、JAVA課程設計、嵌入式程序設計課程設計、WinCE操作系統課程設計等。

5）企業實踐：主要包括專家講座、工程實踐、企業實習、畢業設計等。這些課程不同于校內課程，需要依托校企合作平臺完成。這類課程直接面向就業，對學生的職業技能和就業去向有較大影響。

3.3 校企合作建設

學校根據嵌入式系統專業培養模式的要求，結合學校和企業聯合培養學生的實踐探索，積極建設資源共享、技術交流、就業定向培養等聯合培養體系。學校聘請企業精英到校內任教或輔導，同時還派學生到企業參加技術培訓和產品開發工作。哈爾濱師范大學的“數字電路”課程就是和當地電子科技企業合作開設的，任課教師是對方資深開發工程師，完成該門課程學習的學生可以簽署專業人才就業協議，優先被企業錄用。這種合作形式充分利用了學校和企業的資源優勢。學生通過努力學習可以獲得就業機會，這也激發了其主動學習的積極性，可謂一舉兩得。學校嵌入式軟件系統培養模式具體內容還包括：

1）建立校企合作培養聯盟。學校和當地嵌入式行業協會、知名企業共建“嵌入式技術人才培養校企聯盟”，學校和企業按照行業規定和相關政策的要求，提供必要的教學資源，建立嵌入式系統技術人才儲備基地。校企聯盟的任務就是完善教育培訓機制，建立“嵌入式應用技術”、“嵌入式產品運維服務”等專業領域的課程群和培訓體系，把企業的理念引入學校，用行業標準規范教學體系。

2）在校內組建以學生為主體的嵌入式技術研究團隊，成立“學生創新團隊”和“學生工作室”等團體，定期舉辦技能大賽和技術交流論壇。這些團體的骨干人員可以優先和企業簽訂就業意向協議，為學生提前就業和企業人才儲備做準備。

3）嵌入式系統專業的課程除了包含基礎知識、專業知識等內容外，還設置了與職業素質培養相關的課程，培養學生的團隊意識、交流技巧以及職業精神，提高學生的綜合就業能力。

4、結語

哈爾濱師范大學嵌入式系統專業人才培養模式從學生的職業素質培養出發，課程體系涵蓋了基礎教學、硬件、軟件和技術平臺建設的相關內容，對學生的實踐能力、工程能力進行強化訓練，為嵌入式系統產業培養了大批的可用人才。但是，由于我國教學體制和學校教學資源的限制，還無法真正系統化、科學化地完成嵌入式系統人才培養模式建設。嵌入式系統產業方興未艾，嵌入式系統專業人才培養工作更是需要廣大教育工作者長期共同努力才能完成。