高校嵌入式系统人才培养模式探究

李月华?郭玮?杨斌?陈忠泽?朱卫华

【摘 要】 嵌入式系统是实现“中国制造2025”的主要载体，而培养优秀的嵌入式系统卓越工程师是关键。本文分析了嵌入式系统工程技术人才的特点、市场需求与目前高校嵌入式系统课程体系存在的不足，探讨了打破高校在嵌入式系统技术人才培养瓶颈的改革路径，以期扎实推进嵌入式系统卓越工程师培养的各项建设工作。

【关键词】 嵌入式系统；卓越工程师；人才培养；特点；不足；改革路径

2015年5月，国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略，而智能制造是该战略的核心。[1]要实现“智能制造”的宏伟蓝图，嵌入式系统工程是实现“智能化”的主要载体，而培养能从事设计、研制与生产日趋复杂的数字化、网络化、智能化产品的嵌入式系统技术人才是关键。所以，培养合格的嵌入式系统卓越工程师已迫在眉睫。

一、嵌入式系统工程技术人才的特点及市场需求分析

1、嵌入式系统技术人才的特点

嵌入式系统技术的主要特点是软硬件结合、面向特定功能的应用，该领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件（例如操作系统、驱动程序等），对软件专业水平要求较高（例如对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理（例如对低成本、实时性等要求很高）；另一方面，嵌入式系统技术发展太快，很多软硬件技术更新换代很快（例如：ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等）。[2]所以，嵌入式系统技术人才实际上是复合型人才，既需要具备应用型技术人才的核心能力（如下图1所示），也要拥有很强的专业技术能力。

2、嵌入式系统工程技术的市场需求分析[3]

随着物联网、智能制造、智能医疗、智能家居、智能城市等相关产业需求不断涌现，嵌入式系统因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，对各类工控类、电子信息类等产品的技术改造、产品更新换代、自动化进程的加速、生产效率的提高等方面起到了极其重要的推动作用。因此，企业需要大批动手能力强，真正了解产品开发过程的嵌入式系统应用技术人才。

目前社会上对嵌入式系统工程技术人才的招聘一般分为两个方向，一.硬件方向：硬件设计、硬件驱动工程师等；二.软件方向：消费电子、安全安防、汽车电子、医疗电子、电信担任嵌入式技术的应用项目设计开发，产品维护与技术服务等。对嵌入式系统相关技术人才的基本要求为：至少掌握一款主流32位嵌入式微处理器的结构与原理；必须至少掌握一种嵌入式操作系统；必须熟悉嵌入式系统开发的全部流程；至少有过一个嵌入式产品或项目开发经验等。

二、目前高校嵌入式系统课程体系存在的不足[4]

嵌入式系统设计相关课程是理论性和实践性较强的课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力，这也是“卓越工程师”培养计划所要求的。嵌入式系统工程技术人才还远远不能满足社会的需求，但现有的教学存在一些问题亟待解决：

1、课程开设不能及时跟进市场需求，目的不明确

目前，我国高校嵌入式系统相关课程普遍以16位的X86微型计算机的架构为主，学生更多接触的是PC 架构上应用层面的知识，而与嵌入式系统工程开发相关的软硬件课程开设比例很小。高校對嵌入式系统相关课程是在既没有深入调查和分析企业对嵌入式系统相关技术人才的需求，也没有邀请企业相关管理人员、资深工程师、行业专家等参与的前提下开设的，没有明确人才培养的目的。所以，也就培养不出具有嵌入式系统技术的核心能力和专业技术能力的应用型技术人才[5]。

2、没有根据嵌入式系统工程实际需求，形成完整的环环相扣的课程体系

高校嵌入式系统专业课程与传统的前期基础课程（例如：程序设计、数据结构、微机原理等）是割裂开来的，没有形成完整的课程体系。学时又相对有限，教师无法在规定的课时内贯彻嵌入式系统开发所需的知识，学生无法在很短的时间内掌握嵌入式系统的基本知识和设计方法，更谈不上深入的技术研究，结果导致对嵌入式系统的学习浅尝辄止，毕业后无法胜任嵌入式系统工程的研发与实施工作。

3、课程内容陈旧，创新性、实践性和灵活性不足

嵌入式系统相关课程是近几年新开设的课程，在行业的应用发展较快，但技术的更新换代也很快，许多高校对市场的敏感性不强，培养计划和教学大纲多年不更新。

嵌入式系统前期基础课程（例如计算机导论、程序设计基础、数据结构、微机原理等课程）中的知识点理论性太强、过时陈旧，没有把相关的工程应用结合起来，让学生感到枯燥难懂，有些基本问题没有理解透彻，有的学生甚至连最基本的概念都不清楚，认为学来无用，导致学生对嵌入式系统工程很陌生，产生畏难心理，导致很多学生难以深入学习，更加不可能涉及到工程设计层面。

课程内容体系没有建立在知识的系统性和完整性之上，在知识点的选择和安排上没有体现“卓越工程师”培养计划中所要求的“能力”主线，在微处理器、微传感器和微型执行元件不断推出新产品的形势下，嵌入式系统的课程内容或知识点的编排应该具有创新性、实践性和灵活性。

三、嵌入式系统人才培养模式改革路径

乘着政府正在努力打造智能工业、农业、智慧城市、及“互联网+”的春风，嵌入式系统技术正在不断融合通信与网络、信号处理、计算机、微电子等科学与技术，是后PC时代计算机技术发展的一个重要方向。嵌入式系统作为重要的计算机软硬件平台，再结合具体的工程应用，将会给我们的生产和生活带来颠覆性的革命。从信息与通信工程的角度看，利用嵌入式系统平台来实现信号处理、网络通信、移动计算等，会促进物联网等技术飞速发展；从电子科学与技术的角度看，嵌入式系统综合运用了电子硬件设计技术和计算机软件设计技术，再结合具体应用，将逐渐向片上系统的“中国芯”制造方向发展。将相关学科在嵌入式体系设计过程中有效结合，能满足国家对社会紧缺的复合型嵌入式系统工程设计技术拔尖创新人才和应用人才的需要。[5]

1、打通各学科在嵌入式系统设计中相互融合的经脉，构建一套学科交叉与融合、以平台模式进行学科定位与分工的课程教学体系

嵌入式系统工程是一个综合系统工程，从嵌入式系统平台的构建到嵌入式系统平台的应用，都涉及到其它各类学科的发展，关键是把握好自己的“定位”与“分工”，了解学科的“交叉”与“融合”。[6]

教学改革后，针对嵌入式系统课程体系具有知识面宽、综合性强和理论与实践高度融合等特点，通过请进来、走出去，按照行业最新的发展和要求，重新制定教学计划，结合行业发展和企业用人的最新的信息，校企共同参与教材编写、双师型教师培养，共同开展教学工作，学生走上工作岗位后，企业和学生共同反馈信息，构建一套与时俱进的完善的课程教学体系。

2、变“验证式”为“创新式”的项目引导式实践教学模式

传统的嵌入式系统实践环节大多是验证式的实验，或者是预先知道结果的表演式的演练，学生是被动的完成相关实验。引入新的实践体系后，是按照学生的设想进行各种项目尝试和创新，答案不是千篇一律的，激发学生的兴趣和爱好，通过企业常用的各种仿真软件，低成本、重创新，通过软硬结合，把仿真的电路和程序制作成有实用价值的实物，提高学生的动手能力，为学生参加各类竞赛和进入工作岗位奠定基础。

3、通过“订单式教育”、“校企共同投资”、“双师型教师队伍建设”，实现校企合作培养 “零试用期”嵌入式系统工程技术人才

嵌入式系统人才是复合型专业技术人才，专业跨度大，对于在校大学本科生很难切入这一领域，需要与企业深度合作才能完成。校企合作不能简单演变成就业的去向，而真正要通过企业对嵌入式系统人才的需求订单，共同研究，共同投入，共同培养。一方面让教师不断的刷新知识，培养“双师型”教师；另一方面让企业的工程师与学校互动，对理论进行完善和提高，直接参与学生的授课。让企业的订单式教育不仅仅是招收“人手”，而是招收需要的“人才”。[7]

4、编写行业最新理念和技术的实用教材，满足学生参加全国大学生创新设计制作大赛和进入企业的开发应用

教材的更新很难及时跟进技术的要求，源于教师知识的更新和培养难以适应日新月异技术发展。可通过每年组织学生参加各类创新性设计大赛、创新型项目申报及校企合作等，不断的完善教材的知识体系，将最新的理论和技术应用编入教材，让教科书常换常新。比如，在《ARM微控制器應用设计与实践》教材中，可增加设计产品时如何实现低功耗的内容；最新的实验仿真软件及用法；最新嵌入式系统及设计方法的介绍等，让教材能与实践教学配套，能满足企业的需求。

四、结语

嵌入式系统设计技术的快速发展要求我们必须始终紧跟时代的步伐，把握住时代的脉搏，与时俱进。可以国家级、省级、校级特色精品课程建设标准为工作指导，认真找差距，研究切实可行的嵌入式体系设计人才培养模式建设思路和方法，扎实推进电子信息工程卓越工程师培养的各项建设工作，不断将课程体系的改革和建设推向深入，力争为国家、社会培养更多的具有创新精神的高素质人才。

【注 释】

[1] 张伟贤.解码中国制造2025十大主线 智能制造是主风口[N].21世纪经济报道，2015-5-21（18）.

[2] 杜钦生，唐伎玲.应用型大学嵌入式系统人才培养模式研究[J].长春大学学报，2012（22）214-220.

[3] 于延，王建华，王明华.嵌入式系统专业培养模式的实践与探索[J].计算机教育，2013（6）42-45.

[4] 许童羽，陈春玲.孙国凯面向卓越工程师培养目标的嵌入式系统课程实践教学改革[J].高等农业教育，2013（4）74-76.

[5] 闵华松，魏洪兴，王田苗.嵌入式系统在电子信息类专业教学中的推广[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（3）5-8.

[6] 丁佳博.论述嵌入式系统的学科交叉与融合[J].知识经济，2013（1）92.

[7] 唐勇奇，黄绍平，刘国繁等.校企合作培养“卓越工程师”—以湖南工程学院实施“卓越工程师教育培养计划”为例[J].教育探索，2010（12）71-74.

【作者简介】

李月华，女，讲师，研究方向：信号与信息处理.

郭 玮，女，副教授，研究方向：高频信号处理，本文通讯作者.