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践行新工科,协同产学研
来源:创智芯科     时间:2020-01-08

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ST中国大学计划积极践行“新工科”教育升级,为中国各层面的工程大学带来产业前沿理念,引入主流产品平台,培育新兴实践人才,应对中国产业升级。

2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”,并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设。

ST中国大学计划积极践行“新工科”教育升级,为中国各层面的工程大学带来产业前沿理念,引入主流产品平台,培育新兴实践人才,应对中国产业升级。

“新工科”需要从两个层面解读:一是面向新型产业和业态,关注未来前沿技术的新的工科专业,诸如物联网工程、人工智能、智能制造、机器人、大数据、云计算等专业,以及传统工科专业的升级改造;另一方面是工科新的要求,技术人才的更高的创新创业能力和跨界整合能力的需求,呼唤高校更加个性化的工程教育培养模式,与产业发展相匹配,达成学校教育和产业协同的有机结合。

2019年12月20-21日,意法半导体特邀全国近20所高校一线教师及相关产业合作伙伴在南京召开了第四届教育联盟教师峰会,深入探讨产教融合、嵌入式人才培养及发展。

 

一、搭建STM32高校生态,产教结合孵化应用型人才

 

STM32大学计划经理丁晓磊:STM32大学计划的冷启动是在STM32问世之时,也就是2007年,那时候我们的大学计划处于较松散的自然生长状态,更多地是与高校建立联合实验室,邀请高校师生使用我们的产品。经过13年的产品沿革和迭代发展,STM32已成为行业应用的主流产品,STM32大学计划也随之遍地开花,目前累计约有400多所高校参与STM32中国大学计划,与600多位高校老师深入合作,开设有50多门精品课程,出版30多本专用教材,共计8,0000+ 参与及受益学生,并开展有100余项合作项目。

未来,我们希望通过这个教育计划,协同产学研,更好地赋能未来工程师,并将STM32的技术和生态深入到“新工科”教学的细胞和骨骼层面,大力提升学生的实践能力和综合素质。

STM32中国大学计划分三步走的方式进行:首先,常规性高校合作项目,就是现在广泛开展的精品课程、师资培训、联合实验室、大学生竞赛、教师联盟会议、教育部产学合作协同育人的项目,我们将继续扩容这些项目,让精品更精、覆盖更广;其二,是我们正在积极筹划的嵌入式人才标准和认证框架体系构建,来对接企业人才需求和高校人才培养,这个通道的意义在于让中国发展的工程师红利释放更有效率;第三,是更长远的目标,即助力中国的集成电路产业的发展,并成为全球产业的关键环节。

 

二、重构学科专业知识架构,面向实际系统规划课程体系,电子通信类专业的课程改造

 

西安电子科技大学陈彦辉教授:传统的计算机和电子信息学科各自分立,但如今两者有机结合,未来通信工程、电子信息类会和嵌入式越来越紧密。我们在西电的“卓越人才班”教学中,提炼相关课程的知识点,规划出三层平台结构:算法平台、数字平台和电路平台,相互关联,让学生理解这些知识点在真实系统中是干什么、怎么用。

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在具体的教学规划中,就理论与实践两手抓,采用先硬后软,边讲边做的教学方式。先硬后软指先讲系统硬件及操作,再讲汇编及程序;边讲边做是在所有课程中都设置实践环节,比如课内准备一个面包板、一个CM3/4核心板、一个仿真头、若干跟杜邦线、按键、LED灯、数码管、微型电机;平时Proteus自建小系统进行仿真;课外到实验中心借个智能小车之类的嵌入式系统入门平台。

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学习节奏方面,第一学期讲概念,第二学期做软件开发,第三学期学习嵌入式系统,第四学期专门有综合的微处理器设计。一、二年级主要是掌握基本的嵌入式技能,有一定动手能力,和别的学科结合起来。三、四年级,上升到算法平台,学习嵌入式通信系统,即数字信号处理、通信原理、通信网络等课程。整体学习过程重积累、重实践,具备一定项目开发能力,有自主创新意识。

 

三、垂直应用领域的高阶教学,面向电机控制专业的教学升级

 

浙江大学章玮教授:电机控制专业是电子类学科的一个细分领域。电控系统是传统行业,但不是夕阳行业;与通信技术及网络技术,电机专业在向智能化转型;分布式、集成式控制、智能化、网络化和远程操控是电控的发展趋势。

做电机控制,首先应该明白什么叫电控,理解电机控制包含哪些知识;其次是什么样的人才叫电控人才。电机控制是非常重实践的一门课程,如果成为电控领域的人才,首先需要理解电机到底有多少种类;其次要明白电控到底是控制什么,控制目标是什么;第三,要明白控制是怎么实现的。

电动机有很多分类,关键点在于搞清楚电机里面的磁场形态。每一类电机都有共性,如果把共性解决了,再针对它的个性做一些提升,电控并不难。

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我们认为,电控很传统,但它不夕阳,因为它不断地在发展,材料在发展,控制芯片在发展,各种算法在发展,所以电控也是在不断地向前迭代推进,而每个嵌入式系统也离不开电机。

电机这么多,我们到底要控制什么?

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控制目标包括转速控制、转矩控制、位置控制、功率控制。电机的控制方式包括标量控制、矢量控制和直接转矩控制。电机要转,依靠的是各种传感器和各种通讯。

因此,电机人才首先要具有全面的理论基础和完备的实操能力。理论方面需要掌握控制对象的运行原理、基本特性,理解系统的基本要求;实操能力需要具备仿真能力、基本的软硬件设计能力和开发能力。电气工程本科的核心课程包括电机学、电力电子技术、工程电磁场与波、计算方法、控制理论、微机原理与应用、信号分析与处理等等。研究生要求学得更深一些,包括电机暂态分析、DSP在机电控制中的应用等等。

我的教学理念一直推崇工科要解决实际问题的理念,我们采用课程、实验教学和自主选题相结合的方式进行教学。课程建设的特点:理论和实践紧密结合、课程与技术发展紧密结合、课程与学生科研兴趣紧密结合、课程项目控制板接近实际工程用板。

 

四、基于创客工坊的助理工程师培养之路,双一流高校之外的电子类高职专业教学探索

 

金华职业技术学院刘子坚老师:地方性职业技术学院要服务于当地经济建设需要,但我们在教学中面临两个困境:

人才培养的困境:学生不知道怎么学

就业困境:人才培养和企业需求之间相差甚远

为了破局上述困境,我们探索出一条基于创客工坊的助理工程师之路:以电子竞赛、“嵌入式技术应用开发”技能竞赛为依托,在项目训练中学习相关技术;以企业合作课题为依托,在项目开发中进行综合能力训练;关注技术发展及社会需要,在需求调研中训练创新思维。以上这些让学生们触达新鲜而强劲的产业脉搏,拥有极强的动手实践能力。教学与学习方式非常多元化:分组学习,线上理论,线下实践,团队协作,定期汇报,集中考核。

 

五、基于STM32的教学及考核方式思考,标准化的嵌入式能力考核认证体系,有助于人才甄选

 

同济大学周伟教授:微控制器原理及应用教学改革很多老师都在做,从教学内容上由51向STM32改变;教学方式上强化实践能力,通过演示视频辅助教学。原则如下:

1.    化繁为简,重视基本理论与知识的传授

2.    注重衔接,采用先C语言教学后汇编教学

3.    先易后难,采用先软件后硬件的教学模式

4.    紧跟潮流,重视RTOS教学

5.    逐层递进,注重系统思想

6.    重视实践,提倡口袋实验室

但在能力考核方面,还需完善,目前没有量化的标准及普适的方式。目前的现状是试卷考核、实验考核和项目考核。我们是否可以构建一个博采众长的综合性平台,形成STM32认证机制,并得到用人企业的认可,形成有机闭环,这将极大缓解学生找不到好工作、用人单位找不到合格候选人的矛盾。

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