基于嵌入式创新平台的大学生电子创新能力培养

潘俊男 盛虎 王帅 王安迪 袁涛

摘   要：大学生的创新意识和创新能力培养已经成为衡量人才培养水平的关键，为了有效提升学生的创新能力，各高校采取不同措施为学生创造更加良好的创新实践条件。大连交通大学电气信息工程学院为了有效锻炼学生实践和创新能力，以创新工作室和电子学社为依托，基于学生自主研发的模块化硬件电路建立了一个嵌入式创新平台。学生利用嵌入式创新平台培养创新意识、锻炼创新能力，在大学生电子设计竞赛和辽宁省iCAN创新创业大赛中获得了优异成绩。文章主要讨论学生自主研发模块化嵌入式创新平台在学生创新能力培养和创新成果获取方面的帮助。

关键词：嵌入式创新平台;创新能力培养;电子创新

随着电子信息行业的快速发展，电子信息类专业人才的创新能力培养受到高度重视，在各类创新竞赛中重点考察学生的创新意识和创新能力水平[1]。国务院办公厅印发的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中要求进行全面深化高校创新创业教育改革。为了培养学生的实践创新能力，各高校在课程设置方面增加了创新能力训练相关课程或者在原有课程中增加创新训练内容[2]。2019年11月召开的“全国高校电子信息类专业教学论坛”中各高校专家对电子信息类专业创新创业类课程内容进行探讨，对相关专业学生的创新意识和创新能力培养提出了建议。电子信息类学生创新能力培养不能完全依靠课内的指导和训练，需要学生在课外自觉养成勤思考、勤动手、多练习、多实践的习惯。

各高校学生课外创新能力培养的方式也各有不同，主要采用的方式有课外作业、项目驱动、校企合作、产教融合等，每种方式都有优势，但也存在一定缺陷。例如校企合作、产教融合等方式并不是每所高校都有条件实现;项目驱动需要学生具备一定的基础和能力。在这种背景下，大连交通大学电气信息工程学院在创新创业教育学院的支持下，指导教师引导学生自主研发模块化嵌入式硬件电路，不但在设计开发过程中锻炼了实践创新能力，也为后续参加创新、创业竞赛以及大學生创新创业训练项目奠定了基础，取得了较好的效果。

1    电子信息类专业学生创新能力培养方式

电子信息类专业学生的培养应该重视学生实践能力和创新能力的训练，以及学生在实践和创新能力基础上解决实际工程问题的能力。因此在学生培养过程中需要学校或指导教师为其提供创新实践的条件和环境，制定合理的培养计划，采取科学的培养方法[3]。目前各高校在电子信息类专业学生创新能力培养方面主要采取以下方式进行。

1.1  增加实践创新类课程或在原有课程中增加创新训练内容

各高校为了满足电子信息类专业学生创新能力和实践能力培养的需求，增设“创新创业类通识教育”“创新创业教育及实践”“大学生创新创业导论”“大学生创业基础”等相关创新实践类课程，虽然课程名称有所区别，但开设此类课程的目的是培养学生的创新思维和实践创新能力[4]。此外，部分高校对现有课程的内容进行调整，增加创新相关的教学内容。例如在“电子信息类专业导论”“专业基础训练”或“专业综合训练”中增加创新训练内容。

1.2  课外作业结合项目驱动的创新培养方式

增设实践创新类课程或者在课程中增加创新训练内容的培养方式受到课时限制，学生训练的时间和内容丰富程度都很难保证，因此很多高校采取课内演示、指导，课外为学生布置创新相关的练习内容。此外，很多高校布置的课外练习题目与实际项目相结合，不仅可以训练学生的工程实践能力，又可以提升学生的创新能力[5]。

1.3  校企合作、产教融合创新培养方式

随着应用型人才需求的增加，校企合作人才培养模式受到重视，企业为应用型人才培养提供实验实践条件，高校根据企业的需求和应用型人才的培养建议调整培养方案，为学生提供更好的实践创新条件。此外，学生在校企合作中可以了解企业的需求及相关先进技术，或者提前参与企业的生产和研发项目，在创新思维和创新能力方面得到更多锻炼。

2    基于嵌入式创新平台的创新能力培养

本文介绍的3种电子信息类专业学生创新能力培养方式中，高校采用最多的是增加实践创新类课程或在原有课程中增加创新训练内容的方式，其优点是指导教师直接参与，实践创新的条件有保障，创新能力训练见效快[6]。但是也存在训练时间受课时限制、课程内容相对固定且内容不够丰富、很难调动学生的积极性和主动性等缺点。而校企合作、产教融合创新培养方式虽然能够有效调动学生的积极性和主动性，且训练内容可以结合企业生产和研发，但是学生的受益面不高。很多高校很难找到适合的电子信息类企业进行深度合作，无法有效开展产教融合的创新培养方式。因此，很多高校采用了课外作业结合项目驱动培养方式作为实践创新类课程的补充，不仅投入成本少、见效快，而且学生受益面广，也更容易接受这种创新训练方式。

大连交通大学电气信息工程学院为了有效锻炼电子信息类专业学生的实践和创新能力，在创新创业教育学院的组织和支持下，以现有的“大学生创新工作室”和“电子学社”为依托，结合“大学生创新创业训练项目”，在课外引导学生自主研发设计硬件电路板（Printed Circuit Board，PCB），自主购买传感器、芯片等硬件耗材进行焊接调试。硬件电路均以模块化形式进行设计，最终构建一个嵌入式创新系统平台。平台以单片机或处理器（Adanced RISC Machines，ARM）为核心电路，外围搭建视频模块、温湿度模块、加速度模块、键盘模块、显示模块、气体检测模块、电源模块、蓝牙模块、WiFi模块等一系列硬件电路。学生在自己搭建的嵌入式平台上进行软件编程、调试，实现创新实践能力的提升。此嵌入式创新平台实现了以下创新能力的培训：

（1）学生自主进行模块化电路设计，将电路原理、模拟电路和数字电路课程中所学的知识应用于嵌入式平台的电路设计，锻炼学生系统性思维、理论结合实践的能力。

（2）學生亲自动手进行PCB板绘制、元件采买和电路焊接，将模拟电路、数字电路和相关实验、实践课程中所学的知识进行应用，并在电路板焊接调试过程中培养了“发现问题、解决问题”的能力。

（3）学生应用设计好的嵌入式电路模块完成教师要求的小项目或者根据自己的特长或爱好实现不同功能的系统，培养创新思维、锻炼创新能力，提升解决工程问题的能力。

（4）学生在应用嵌入式创新平台进行设计和应用的过程中，可以发现现有平台各个模块的缺陷和不足以及各模块连接及通信中的不便之处，对现有的模块进行完善和升级，建立更加完善的创新平台，在此过程中提升“产品设计和系统集成”的能力。

（5）学生应用升级完善后的嵌入式创新平台参与大学生创新创业训练项目，参加创新创业学科竞赛，系统培养学生的创新思维和创新能力。

大连交通大学电子信息类专业学生通过这种自主研发、设计嵌入式创新平台并应用于竞赛和项目的方式取得了非常好的效果，学生在大学生电子设计竞赛和辽宁省iCAN创新创业大赛等一系列竞赛中获得了优异成绩，学生自主创新的意识得到激发，创新能力得到明显提升。

3    电子信息类学生创新能力培养模式讨论

电子信息类专业学生需要进行大量实践和创新方面的训练才能满足培养方案中的毕业要求，具备就业所需的工程实践能力，符合学生升学深造应该具备的实验探索技能。但是如何培养实践创新能力成为电子信息类专业学生培养必须面对的难题，不同高校采取了不同的措施，逐渐形成几种主要的培养方式[7]。其中课外作业结合项目驱动的创新培养方式作为实践创新类课程的补充手段而被广泛采用。然而课外作业不能让学生简单地被动接受，需要充分调动学生的积极性，让学生自发参与创新训练。文章所介绍的基于嵌入式创新平台的大学生电子创新能力培养方式，不仅可以让学生全程参与创新活动，充分调动学生的积极性，而且让学生应用自主设计的嵌入式平台参与创新项目和创新竞赛获得创新成果，极大地激发了学生的创新思维并提升创新能力。这种创新能力培养模式在电子信息类专业学生培养中有一定的借鉴和推广意义。

[参考文献]

[1]李云飞.大学生创新能力的培养与开发探究[J].继续教育研究，2017（7）：22-24.

[2]宋雪丽.科技竞赛培养大学生创新实践能力的问题与对策[J].大学教育，2017（3）：151-152.

[3]ZHEPING Y，JIAN X，HONGHAN Z，et al. On the cultivation of students innovation consciousness and ability under major project[J].Journal of Higher Education，2017（5）：12-13.

[4]YANG H，XIAO F.Research on innovation and entrepreneurship education for college students of electronic and information majors[C].USA：International Conference on Information Technology in Medicine & Education，IEEE，2016.

[5]宁志刚，朱卫华，刘华，等.基于Proteus和Keil C51单片机仿真平台的实践创新能力培养研究[J].教育现代化，2018（49）：23.

[6]HONG G，WEI H，MIN J. Teaching reform of embedded system course based on innovation ability cultivation[C].Hangzhou：2018 9th International Conference on Information Technology in Medicine and Education（ITME）IEEE Computer Society，2018.

[7]WANG D，YANG Z，TAO Z. Innovation ability and innovation spirit in photoelectric comprehensive experiment teaching[C].Hangzhou：14th Conference on Education and Training in Optics and Photonics（ETOP），2017.

Abstract：The training of college students innovation consciousness and ability has become the key to measure the level of talent cultivation. In order to effectively improve the innovation ability of students， colleges and universities take different measures to create better innovation practice conditions for students. In order to effectively exercise the students practice and innovation ability， the school of Electrical and Information Engineering of our university has established an embedded innovation platform based on the modular hardware circuit independently developed by students， relying on the innovation studio and electronic society. Using this embedded innovation platform， students have developed innovation awareness and exercised innovation ability， and achieved excellent results in college students Electronic Design Competition and Liaoning Province iCAN innovation and entrepreneurship competition. This paper mainly discusses the help of students independent research and development of modular hardware platform to cultivate students innovation ability and obtain innovation results.

Key words：embedded innovation platform; innovation ability training; electronic innovation