高校嵌入式系統人才培養模式探究

李月華?郭瑋?楊斌?陳忠澤?朱衛華

【摘 要】 嵌入式系統是實現“中國制造2025”的主要載體，而培養優秀的嵌入式系統卓越工程師是關鍵。本文分析了嵌入式系統工程技術人才的特點、市場需求與目前高校嵌入式系統課程體系存在的不足，探討了打破高校在嵌入式系統技術人才培養瓶頸的改革路徑，以期扎實推進嵌入式系統卓越工程師培養的各項建設工作。

【關鍵詞】 嵌入式系統；卓越工程師；人才培養；特點；不足；改革路徑

2015年5月，國務院印發《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰略，而智能制造是該戰略的核心。[1]要實現“智能制造”的宏偉藍圖，嵌入式系統工程是實現“智能化”的主要載體，而培養能從事設計、研制與生產日趨復雜的數字化、網絡化、智能化產品的嵌入式系統技術人才是關鍵。所以，培養合格的嵌入式系統卓越工程師已迫在眉睫。

一、嵌入式系統工程技術人才的特點及市場需求分析

1、嵌入式系統技術人才的特點

嵌入式系統技術的主要特點是軟硬件結合、面向特定功能的應用，該領域入門門檻較高，不僅要懂較底層軟件（例如操作系統、驅動程序等），對軟件專業水平要求較高（例如對軟件設計的時間和空間效率要求較高），而且必須懂得硬件的工作原理（例如對低成本、實時性等要求很高）；另一方面，嵌入式系統技術發展太快，很多軟硬件技術更新換代很快（例如：ARM處理器、嵌入式操作系統、MPEG技術、無線通信協議等）。[2]所以，嵌入式系統技術人才實際上是復合型人才，既需要具備應用型技術人才的核心能力（如下圖1所示），也要擁有很強的專業技術能力。

2、嵌入式系統工程技術的市場需求分析[3]

隨著物聯網、智能制造、智能醫療、智能家居、智能城市等相關產業需求不斷涌現，嵌入式系統因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點，對各類工控類、電子信息類等產品的技術改造、產品更新換代、自動化進程的加速、生產效率的提高等方面起到了極其重要的推動作用。因此，企業需要大批動手能力強，真正了解產品開發過程的嵌入式系統應用技術人才。

目前社會上對嵌入式系統工程技術人才的招聘一般分為兩個方向，一.硬件方向：硬件設計、硬件驅動工程師等；二.軟件方向：消費電子、安全安防、汽車電子、醫療電子、電信擔任嵌入式技術的應用項目設計開發，產品維護與技術服務等。對嵌入式系統相關技術人才的基本要求為：至少掌握一款主流32位嵌入式微處理器的結構與原理；必須至少掌握一種嵌入式操作系統；必須熟悉嵌入式系統開發的全部流程；至少有過一個嵌入式產品或項目開發經驗等。

二、目前高校嵌入式系統課程體系存在的不足[4]

嵌入式系統設計相關課程是理論性和實踐性較強的課程，既強調知識的綜合性、實用性，又強調創新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力，這也是“卓越工程師”培養計劃所要求的。嵌入式系統工程技術人才還遠遠不能滿足社會的需求，但現有的教學存在一些問題亟待解決：

1、課程開設不能及時跟進市場需求，目的不明確

目前，我國高校嵌入式系統相關課程普遍以16位的X86微型計算機的架構為主，學生更多接觸的是PC 架構上應用層面的知識，而與嵌入式系統工程開發相關的軟硬件課程開設比例很小。高校對嵌入式系統相關課程是在既沒有深入調查和分析企業對嵌入式系統相關技術人才的需求，也沒有邀請企業相關管理人員、資深工程師、行業專家等參與的前提下開設的，沒有明確人才培養的目的。所以，也就培養不出具有嵌入式系統技術的核心能力和專業技術能力的應用型技術人才[5]。

2、沒有根據嵌入式系統工程實際需求，形成完整的環環相扣的課程體系

高校嵌入式系統專業課程與傳統的前期基礎課程（例如：程序設計、數據結構、微機原理等）是割裂開來的，沒有形成完整的課程體系。學時又相對有限，教師無法在規定的課時內貫徹嵌入式系統開發所需的知識，學生無法在很短的時間內掌握嵌入式系統的基本知識和設計方法，更談不上深入的技術研究，結果導致對嵌入式系統的學習淺嘗輒止，畢業后無法勝任嵌入式系統工程的研發與實施工作。

3、課程內容陳舊，創新性、實踐性和靈活性不足

嵌入式系統相關課程是近幾年新開設的課程，在行業的應用發展較快，但技術的更新換代也很快，許多高校對市場的敏感性不強，培養計劃和教學大綱多年不更新。

嵌入式系統前期基礎課程（例如計算機導論、程序設計基礎、數據結構、微機原理等課程）中的知識點理論性太強、過時陳舊，沒有把相關的工程應用結合起來，讓學生感到枯燥難懂，有些基本問題沒有理解透徹，有的學生甚至連最基本的概念都不清楚，認為學來無用，導致學生對嵌入式系統工程很陌生，產生畏難心理，導致很多學生難以深入學習，更加不可能涉及到工程設計層面。

課程內容體系沒有建立在知識的系統性和完整性之上，在知識點的選擇和安排上沒有體現“卓越工程師”培養計劃中所要求的“能力”主線，在微處理器、微傳感器和微型執行元件不斷推出新產品的形勢下，嵌入式系統的課程內容或知識點的編排應該具有創新性、實踐性和靈活性。

三、嵌入式系統人才培養模式改革路徑

乘著政府正在努力打造智能工業、農業、智慧城市、及“互聯網+”的春風，嵌入式系統技術正在不斷融合通信與網絡、信號處理、計算機、微電子等科學與技術，是后PC時代計算機技術發展的一個重要方向。嵌入式系統作為重要的計算機軟硬件平臺，再結合具體的工程應用，將會給我們的生產和生活帶來顛覆性的革命。從信息與通信工程的角度看，利用嵌入式系統平臺來實現信號處理、網絡通信、移動計算等，會促進物聯網等技術飛速發展；從電子科學與技術的角度看，嵌入式系統綜合運用了電子硬件設計技術和計算機軟件設計技術，再結合具體應用，將逐漸向片上系統的“中國芯”制造方向發展。將相關學科在嵌入式體系設計過程中有效結合，能滿足國家對社會緊缺的復合型嵌入式系統工程設計技術拔尖創新人才和應用人才的需要。[5]

1、打通各學科在嵌入式系統設計中相互融合的經脈，構建一套學科交叉與融合、以平臺模式進行學科定位與分工的課程教學體系

嵌入式系統工程是一個綜合系統工程，從嵌入式系統平臺的構建到嵌入式系統平臺的應用，都涉及到其它各類學科的發展，關鍵是把握好自己的“定位”與“分工”，了解學科的“交叉”與“融合”。[6]

教學改革后，針對嵌入式系統課程體系具有知識面寬、綜合性強和理論與實踐高度融合等特點，通過請進來、走出去，按照行業最新的發展和要求，重新制定教學計劃，結合行業發展和企業用人的最新的信息，校企共同參與教材編寫、雙師型教師培養，共同開展教學工作，學生走上工作崗位后，企業和學生共同反饋信息，構建一套與時俱進的完善的課程教學體系。

2、變“驗證式”為“創新式”的項目引導式實踐教學模式

傳統的嵌入式系統實踐環節大多是驗證式的實驗，或者是預先知道結果的表演式的演練，學生是被動的完成相關實驗。引入新的實踐體系后，是按照學生的設想進行各種項目嘗試和創新，答案不是千篇一律的，激發學生的興趣和愛好，通過企業常用的各種仿真軟件，低成本、重創新，通過軟硬結合，把仿真的電路和程序制作成有實用價值的實物，提高學生的動手能力，為學生參加各類競賽和進入工作崗位奠定基礎。

3、通過“訂單式教育”、“校企共同投資”、“雙師型教師隊伍建設”，實現校企合作培養 “零試用期”嵌入式系統工程技術人才

嵌入式系統人才是復合型專業技術人才，專業跨度大，對于在校大學本科生很難切入這一領域，需要與企業深度合作才能完成。校企合作不能簡單演變成就業的去向，而真正要通過企業對嵌入式系統人才的需求訂單，共同研究，共同投入，共同培養。一方面讓教師不斷的刷新知識，培養“雙師型”教師；另一方面讓企業的工程師與學校互動，對理論進行完善和提高，直接參與學生的授課。讓企業的訂單式教育不僅僅是招收“人手”，而是招收需要的“人才”。[7]

4、編寫行業最新理念和技術的實用教材，滿足學生參加全國大學生創新設計制作大賽和進入企業的開發應用

教材的更新很難及時跟進技術的要求，源于教師知識的更新和培養難以適應日新月異技術發展。可通過每年組織學生參加各類創新性設計大賽、創新型項目申報及校企合作等，不斷的完善教材的知識體系，將最新的理論和技術應用編入教材，讓教科書常換常新。比如，在《ARM微控制器應用設計與實踐》教材中，可增加設計產品時如何實現低功耗的內容；最新的實驗仿真軟件及用法；最新嵌入式系統及設計方法的介紹等，讓教材能與實踐教學配套，能滿足企業的需求。

四、結語

嵌入式系統設計技術的快速發展要求我們必須始終緊跟時代的步伐，把握住時代的脈搏，與時俱進。可以國家級、省級、校級特色精品課程建設標準為工作指導，認真找差距，研究切實可行的嵌入式體系設計人才培養模式建設思路和方法，扎實推進電子信息工程卓越工程師培養的各項建設工作，不斷將課程體系的改革和建設推向深入，力爭為國家、社會培養更多的具有創新精神的高素質人才。

【注 釋】

[1] 張偉賢.解碼中國制造2025十大主線 智能制造是主風口[N].21世紀經濟報道，2015-5-21（18）.

[2] 杜欽生，唐伎玲.應用型大學嵌入式系統人才培養模式研究[J].長春大學學報，2012（22）214-220.

[3] 于延，王建華，王明華.嵌入式系統專業培養模式的實踐與探索[J].計算機教育，2013（6）42-45.

[4] 許童羽，陳春玲.孫國凱面向卓越工程師培養目標的嵌入式系統課程實踐教學改革[J].高等農業教育，2013（4）74-76.

[5] 閔華松，魏洪興，王田苗.嵌入式系統在電子信息類專業教學中的推廣[J].單片機與嵌入式系統應用，2010（3）5-8.

[6] 丁佳博.論述嵌入式系統的學科交叉與融合[J].知識經濟，2013（1）92.

[7] 唐勇奇，黃紹平，劉國繁等.校企合作培養“卓越工程師”—以湖南工程學院實施“卓越工程師教育培養計劃”為例[J].教育探索，2010（12）71-74.

【作者簡介】

李月華，女，講師，研究方向：信號與信息處理.

郭 瑋，女，副教授，研究方向：高頻信號處理，本文通訊作者.