以学生创新基地建设促进卓越工程师培养

孙 伟，仇冀宏，罗 乐

（合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，合肥 230009）

以学生创新基地建设促进卓越工程师培养

孙 伟，仇冀宏，罗 乐

（合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，合肥 230009）

为满足“工业4.0”对人才培养的需要，该文首先开展了校企合作共建“嵌入式系统应用”校内大学生创新基地的探索；其次在“嵌入式系统应用”创新基地组织学生开展“大学生创新性实验计划”项目的研究；最后以学生创新基地为平台组织学生开展MCU模型车竞赛。实践结果表明，这些措施可以有效培养学生的工程素质，提高学生的创新能力，达到促进卓越工程师教育培养的目的。

卓越工程师；CDIO；创新基地；创新能力；嵌入式系统

2013年4月德国政府为了提高德国的工业竞争力，在新一轮世界工业革命中抢占制高点，在汉诺威工业博览会上发布了“保障德国制造业的未来:关于实施工业4.0战略的建议”，它标志着德国工业4.0时代的到来［1-2］。2015年3月中国政府提出了中国版的“工业4.0”计划，通过3个10年行动纲领，力争在2045年把中国由制造业大国转变成制造业强国。为实现中国工业4.0计划，急需培养造就一批具有创新精神和创新能力的工程技术人才。2010年6月，教育部开始在部分高等学校中实施“卓越工程师教育培养计划”。如何改革目前高等学校的人才培养模式，有效培养具有创新精神和创新能力的工程技术人才，以适应中国工业4.0发展的需要，是高等教育领域亟待解决的问题。为此，本学院开展了以“嵌入式系统应用”校内大学生创新基地建设促进卓越工程师教育培养的探索。

1 卓越工程师标准与培养方法

卓越工程师的培养过程和企业的生产过程一样，必须建立科学的质量管理体系来确保人才培养的质量。首先，必须建立一套科学完善的质量标准。其次，必须采取行之有效的培养方法。美国国家科学基金会指出工程师是应用已有的科学知识与技术研发新的工具和系统来解决人类社会所面临的问题的工程技术人才［3］。工程师与科学家有所不同，工程师的职责主要是根据现有的理论与技术去研发新的技术与新的产品来满足人类社会的需要，或者解决工程技术领域中的问题。对于卓越工程师的培养标准，不同的国家与地区都提出了具体的培养标准。如美国工程与技术认证委员会提出了11条标准；欧洲工程师协会联盟提出了12条标准［4-5］；中国教育部联合工程院提出了中国版的“卓越工程师教育培养计划通用标准”。在“通用标准”中明确了工程本科人才、工程硕士人才和工程博士人才培养的通用标准。这些标准的共同本质就是要掌握现代科学技术知识、技术标准和政策法规；具有现代工程意识和工程精神；具有创新能力、处理危机的能力、工程管理能力、国际交流能力、继续学习能力和团队协调能力，其中创新能力是核心。而创新能力主要包括创新意识、创新思维和创新技能，其中创新思维是创新能力的核心，创新意识和创新技能分别是创新能力的前提与保障［6］。然而，如何有效培养学生的创新能力则是国内外教育工作者普遍关注的热点问题。20世纪90年代末期MIT航空航天系为了解决该系毕业生缺乏团队协作能力、批判性思考能力和综合思考解决问题的意识而探索出的工程技术人才培养方法CDIO，被公认为是一种行之有效的培养方法。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）四个环节的有机结合［7-8］，CDIO的本质是以真实的工程项目研究开发为平台，让学生在工程实践中学习知识、培养能力、积累经验、提高综合素质［9-10］。

2 以“嵌入式系统应用”创新基地建设促进卓越工程师培养

2.1 校企合作共建创新基地促进卓越工程师培养

“工业4.0”的核心是智能制造，嵌入式系统（Embedded System）则是智能制造的核心技术之一。嵌入式系统是嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的智能装置。随着“工业4.0”的到来，嵌入式系统应用已经成为工科学生必须掌握的一种基本技能。从2008年开始，合肥工业大学和瑞萨电子合作在校内建立“瑞萨电子嵌入式MCU实验室”，由瑞萨电子提供嵌入式MCU实验设备和技术资料，为学生学习嵌入式系统知识和开展嵌入式系统应用研究构建一个平台。2010年，“瑞萨电子嵌入式MCU实验室”被列入“校内大学生创新基地建设计划”项目，成为学生开展课外科技创新实践活动的基地。在此基础上本校进行了校企合作促进卓越工程师教育培养的探索。首先，安排教师到瑞萨电子接收系统培训以提高教师的工程素质和创新能力。其次，把企业产品研发的成功案例引入教学过程，采取案例教学法向学生传授嵌入式系统知识与应用技巧。最后，和多家企业开展合作，组织学生参与企业的产品研发。通过参加企业的产品研发工作，可以使学生在产品的构思、设计、实施和运行的全过程中学习理论知识、积累工程经验、提高创新能力，从而达到促进卓越工程师教育培养的目的。

2.2 以“大学生创新性实验计划”项目促进卓越工程师培养

为了倡导以本科生为主体开展以问题研究为核心的创新性实验研究，培养学生的科技创新能力与实践动手能力，教育部联合财政部开展了“大学生创新性实验计划”项目［11-12］。本校以“嵌入式系统应用”创新基地为平台、以嵌入式系统应用为内容组织学生开展“大学生创新性实验计划”项目的研究。首先，开展以兴趣为导向的自由选题研究，遵循“兴趣驱动、自主实验和重在过程”的原则让学生自主选择课题研究内容，自己组建研究团队。创新基地为其提供场地、设备、经费和指导。其次，开展“应用嵌入式系统改进物理实验仪器”的研究，组织学生针对目前物理实验仪器存在的测量误差大、性能不稳定等问题开展研究。通过开展“大学生创新性实验计划”项目的研究，使学生亲身经历了一个产品研发项目从研究团队组建、课题调研、项目申请书撰写、研究方案制定、产品研制到结题答辩、甚至到产品推广的全过程。不仅使学生的理论水平和创新能力得到显著提高，而且培养了学生的工程素养和团队协作精神，有效地促进了卓越工程师的教育培养。2008年以来，创新基地已经组织学生申请并完成“大学生创新性实验计划”项目80多项，使300多名学生受益。

2.3 以MCU模型车研制与竞赛促进卓越工程师培养

MCU模型车竞赛主要考察学生嵌入式系统应用能力和模型车设计制作能力。本校以“嵌入式系统应用”创新基地为平台，向学生传授嵌入式系统、电子电路、传感器技术等相关知识，组建MCU车模队开展MCU模型车的研制工作。在理论学习的基础上，同学们根据自己的兴趣、爱好和专长，自由组合成立模型车队。每个车队都采用相同型号的嵌入式微控制器作为模型车的核心，根据嵌入式微控制器参数来设计各种电路和编写控制程序，在此基础上选用与之匹配的马达、舵机、光电传感器以及各种零部件进行模型车的研制。最后在创新基地开展MCU模型车竞赛，通过竞赛进一步完善MCU模型车，通过竞赛开展技术交流，相互学习，共同提高。通过竞赛增进友谊。由于MCU模型车研制工作涉及电子电路（模电与数电）、MCU知识、传感器技术、机械制造、自动化理论与技术以及摩擦学等多学科知识，有助于学生改善知识结构、提高综合应用知识的能力。由于MCU模型车竞赛要求参赛学生用竞赛组织者提供的嵌入式微控制器作为核心部件完成模型车的研制和比赛的全部环节，因此可以让学生亲身经历一次完整的新产品研发项目从产品的构思、产品的设计制作到产品运行的全部过程，有助于培养学生的实际动手能力和创新能力，提高学生的综合素质，并让学生在模型车研发过程中积累工程经验。MCU模型车竞赛是一项团体竞赛，可以有效培养学生的组织协调能力与团队合作精神，融知识性趣味性于一体，可以有效激发学生的学习兴趣。

3 结束语

几年来的实践证明，校企合作共建校内大学生创新基地，以创新基地为平台开展“大学生创新性实验计划”项目研究和MCU模型车竞赛等一系列措施，可以有效培养学生的工程素质、提高学生的创新能力，达到促进卓越工程师教育培养的目的。

［1］高星海.工业4.0背景下的新思维［J］.航空制造技术，2014（18）:30-33.

［2］芮明杰.“工业4.0”:新一代智能化生产方式［J］.世界科学，2014（5）:19-20.

［3］廖娟，李小忠.美国工程师培养模式研究［J］.中国高教研究，2011（2）:52-55.

［4］赵婷婷.适应科学综合化发展的国外高等工程教育改革［J］.复旦教育论坛，2005，3（2）:40-44.

［5］李茂国.中国工程教育全球战略研究［J］.高等工程教育研究，2008（6）:1-11.

［6］孔蓉.本科生创新能力培养方法的思考与实践［J］.重庆交通大学学报（社科版），2012，12（3）:116-118.

［7］李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景［J］.清华大学教育研究，2008，29（5）:78-87.

［8］逯燕玲，戴红，侯爽.基于CDIO教育理念的数据库课程实验设计［J］.实验技术与管理，2013，30（1）: 22-24.

［9］陈冬松.国际创新型工程教育模式中国化研究述评［J］.长春理工大学学报，2010，23（5）:106-109.

［10］曾丽娟.工科大学生工程精神与工程意识的培养［J］.中国石油大学学报（社会科学版），2013，29（3）:110-113.

［11］杜龙兵，徐书克.浅析大学生创新性实验计划项目［J］.实验室研究与探索，2012，31（2）:81-84.

［12］高菲菲，翟从鸿，喻其山.大学生创新性实验指导方法研究［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2012，28（11）: 194-195.

Promote the Cultivation of Outstanding Engineer Based on the Construction of Innovation Base

SUN Wei，QIU Jihong，LUO Le
（School of Electronics and Applied Physics，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

In order to satisfy the need of“industry 4.0”for outstanding engineer，we firstly carry out the exploration of“embedded system application”student innovation base co-constructed by school-enterprise cooperation.Secondly，students are directed to do project of student innovation experiment in“embedded system application”student innovation base.Thirdly，the innovation base serves as a platform and holds a MCU model car competition.The practice results proved that the methods could effectively improve students’engineering skills and enhance their innovation ability，so it could improve quality of outstanding engineer.

outstanding engineer；CDIO；innovation base；innovation ability；embedded system

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.059

2015-06-28；修改日期：2016-05-12

安徽省重大教学改革研究项目（2013zdjy018）；合肥工业大学“创新基地建设计划”项目（2010-1）。

孙 伟（1964-），男，学士，工程师，主要从事实验教学与改革研究。