以MCU模型車(chē)競(jìng)賽促進(jìn)卓越工程師教育培養(yǎng)的探索

羅 樂(lè), 孫 偉, 仇冀宏, 張 霆, 李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

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以MCU模型車(chē)競(jìng)賽促進(jìn)卓越工程師教育培養(yǎng)的探索

羅 樂(lè), 孫 偉, 仇冀宏, 張 霆, 李建設(shè)

(合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

闡述了卓越工程師教育培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和方法。從卓越工程師教育培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和方法出發(fā)論述了組織學(xué)生開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)卓越工程師教育培養(yǎng)的促進(jìn)作用與積極意義，總結(jié)了以“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”創(chuàng)新基地為平臺(tái)組織學(xué)生開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)的成功經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明，組織學(xué)生開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)于卓越工程師的教育培養(yǎng)具有很好的促進(jìn)作用。

卓越工程師； MCU模型車(chē)； 創(chuàng)新能力； 標(biāo)準(zhǔn)與方法； 競(jìng)賽活動(dòng)

2010年6月，教育部在天津大學(xué)召開(kāi)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”啟動(dòng)大會(huì)，開(kāi)始實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”,以加快培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有現(xiàn)代工程意識(shí)與工程精神、適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家奠定堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施標(biāo)志著高等教育領(lǐng)域中以學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)為中心的教育改革的開(kāi)始[1-2]。為了貫徹落實(shí)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，許多高校采取了一系列改革措施，開(kāi)展了形式多樣的大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，舉辦了各種大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽活動(dòng)，實(shí)踐結(jié)果表明這些改革措施能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程精神和科技創(chuàng)新實(shí)踐能力[3-5]。在這種形勢(shì)下，我們以“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”校內(nèi)大學(xué)生創(chuàng)新基地為平臺(tái)，組織學(xué)生開(kāi)展了MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)，以MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)促進(jìn)卓越工程師的教育培養(yǎng)。

1 卓越工程師教育培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)與方法

卓越工程師的教育培養(yǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要確保卓越工程師教育培養(yǎng)的質(zhì)量，首先必須有明確的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其次必須有一套行之有效的培養(yǎng)方法。從歐美等先進(jìn)國(guó)家工程師教育培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)來(lái)看：美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)(American Society for Engineering Education，ASEE)認(rèn)為工程是應(yīng)用科學(xué)和數(shù)學(xué)原理、經(jīng)驗(yàn)、判斷以及常識(shí)去造福人類的藝術(shù)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(The National Science Foundation，NSF)認(rèn)為工程師是應(yīng)用科學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新的工具和系統(tǒng)來(lái)解決人類社會(huì)所面臨的問(wèn)題的工程技術(shù)人才[6]。工程師和科學(xué)家是有一定差別的，科學(xué)家的創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)未知世界，而工程師的創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在應(yīng)用已有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)解決工程技術(shù)領(lǐng)域中的問(wèn)題和研發(fā)新技術(shù)與新產(chǎn)品。美國(guó)工程與技術(shù)認(rèn)證委員會(huì)(The Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)對(duì)工程師的教育培養(yǎng)質(zhì)量提出過(guò)11條評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)；歐洲工程師協(xié)會(huì)聯(lián)盟(FEANI)也對(duì)工程師的教育培養(yǎng)質(zhì)量提出過(guò)12條標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。

這些標(biāo)準(zhǔn)雖然在文字?jǐn)⑹錾嫌行┎町?，但其本質(zhì)是相同的，其核心的標(biāo)準(zhǔn)就是掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政策法規(guī)；具有現(xiàn)代工程意識(shí)和工程精神；具有分析問(wèn)題解決問(wèn)題和處理危機(jī)的能力、具有開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和工程管理的能力、具有國(guó)際交流和繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力。目前世界各國(guó)在工程師的教育培養(yǎng)方法上也在不斷改革，逐步加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，突出創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

在培養(yǎng)模式上提出了CDIO模式，即：構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)施(implement)和運(yùn)行(operate)4個(gè)環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合[9-10]。它充分利用高等學(xué)校學(xué)科齊全、資源豐富的條件，以真實(shí)的工程研究項(xiàng)目為平臺(tái)，使學(xué)生在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的工程實(shí)踐全過(guò)程中不斷地學(xué)習(xí)理論知識(shí)、培養(yǎng)工程意識(shí)和工程精神、積累工程經(jīng)驗(yàn)，提高創(chuàng)新能力、協(xié)作能力和管理能力[11-12]。從歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家工程師教育培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)與CDIO培養(yǎng)模式來(lái)看，組織學(xué)生開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)是培養(yǎng)卓越工程師的有效方法之一。

2 以MCU模型車(chē)競(jìng)賽促進(jìn)卓越工程師的教育培養(yǎng)

MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)是“全國(guó)大學(xué)生IT&AT技能大賽”的系列賽事之一。參賽學(xué)生必須采用統(tǒng)一的MCU芯片作為核心部件進(jìn)行控制電路的設(shè)計(jì)和軟件編程，根據(jù)賽車(chē)的各種零部件進(jìn)行整車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試，研制出能夠自動(dòng)在灰白相間的賽道上快速運(yùn)行的智能車(chē)。最后在比賽組織者提供的復(fù)雜賽道上自動(dòng)完成曲線、過(guò)彎、并線、上下坡等一系列動(dòng)作，并按照跑完全程所用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定比賽的勝負(fù)。

MCU模型車(chē)競(jìng)賽是以MCU模型車(chē)為平臺(tái)的多學(xué)科知識(shí)與技能綜合交叉的科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽活動(dòng)，主要考察參賽者嵌入式編程技術(shù)的應(yīng)用水平和模型車(chē)設(shè)計(jì)制作的動(dòng)手能力。由于MCU模型車(chē)研制工作涉及自動(dòng)控制、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、電子科學(xué)與機(jī)械制造等多學(xué)科知識(shí)，因此有助于學(xué)生獲取綜合知識(shí)，改善知識(shí)結(jié)構(gòu)。由于參賽學(xué)生必須組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)并根據(jù)競(jìng)賽組織者提供的統(tǒng)一的MCU芯片完成從模型車(chē)的構(gòu)思與設(shè)計(jì)到實(shí)際制作、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)比賽的全部環(huán)節(jié)，因此可以使學(xué)生親身經(jīng)歷一個(gè)MCU模型車(chē)的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的全部過(guò)程。有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與工程精神；有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神與組織協(xié)調(diào)能力。由于競(jìng)賽的過(guò)程也是參賽學(xué)生相互交流與相互學(xué)習(xí)的過(guò)程，因此有助于培養(yǎng)學(xué)生的交流能力。由于競(jìng)賽融知識(shí)性、趣味性于一體，因此可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，對(duì)于卓越工程師的教育培養(yǎng)具有積極意義。

從2011年開(kāi)始，我們以“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”校內(nèi)大學(xué)生創(chuàng)新基地為平臺(tái)組織學(xué)生開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)。

首先，組織學(xué)生利用校園網(wǎng)和QQ群等向同學(xué)們宣傳介紹MCU模型車(chē)的相關(guān)知識(shí)與MCU模型車(chē)的競(jìng)賽活動(dòng)，通過(guò)宣傳全校有300多名學(xué)生報(bào)名參加MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)。

其次，組織學(xué)生利用課余時(shí)間開(kāi)展各種講座與交流會(huì)，交流嵌入式系統(tǒng)、電子電路、傳感器技術(shù)等相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培訓(xùn)后，通過(guò)考試從中選拔出30名學(xué)生組建10支MCU車(chē)模隊(duì)進(jìn)入“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”創(chuàng)新基地系統(tǒng)開(kāi)展MCU模型車(chē)的學(xué)習(xí)與研制工作。創(chuàng)新基地為每個(gè)MCU模型車(chē)隊(duì)提供統(tǒng)一的MCU芯片和所需的儀器設(shè)備、加工工具等，并提供經(jīng)費(fèi)支持。要求每個(gè)車(chē)隊(duì)用統(tǒng)一的MCU芯片作為核心部件進(jìn)行控制電路的設(shè)計(jì)和軟件編程，各自相對(duì)獨(dú)立地選用各種零部件進(jìn)行MCU模型車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作、組裝和調(diào)試。

最后，通過(guò)開(kāi)展MCU模型車(chē)競(jìng)賽選拔出6名優(yōu)秀隊(duì)員組成合肥工業(yè)大學(xué)瑞鷹和瑞影2個(gè)MCU模型車(chē)隊(duì)參加教育部主辦的全國(guó)大學(xué)生MCU模型車(chē)大賽。

通過(guò)開(kāi)展MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)使300多名學(xué)生在課余時(shí)間學(xué)習(xí)了嵌入式系統(tǒng)、光電傳感器技術(shù)和電子電路的專業(yè)知識(shí)。使30名學(xué)生親身經(jīng)歷了一個(gè)MCU模型車(chē)研制項(xiàng)目從構(gòu)思與設(shè)計(jì)到實(shí)際制作、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)比賽的全部環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了他們理論聯(lián)系實(shí)際、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；培養(yǎng)了他們的工程意識(shí)與工程精神；培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)精神與組織協(xié)調(diào)能力；也培養(yǎng)了他們相互交流與溝通的能力。通過(guò)參加MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)，一些學(xué)生取得了創(chuàng)新性的研究成果，學(xué)生孫佳晶和徐劼把她們?cè)贛CU模型車(chē)研制工作中取得的研究成果撰寫(xiě)成論文“基于雙線性變換法的智能車(chē)數(shù)字控制器設(shè)計(jì)”發(fā)表在中文核心期刊《電子科技》2014年第一期上。通過(guò)參加MCU模型車(chē)的研制與競(jìng)賽活動(dòng)，還使許多學(xué)生成為大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)和各種大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽的骨干和積極的參與者，有2名學(xué)生在全國(guó)性大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)，有20多名學(xué)生在多種省級(jí)大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽中獲得二等獎(jiǎng)以上的獎(jiǎng)勵(lì)。

References)

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Exploration on educational cultivation of outstanding engineers based on promotion with competition of MCU model car

Luo Le, Sun Wei, Qiu Jihong, Zhang Ting, Li Jianshe

( Electronics and Applied Physics School, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The criterion and method of educational cultivation of outstanding engineer are introduced firstly. The reason and significance that competition and research of MCU model car can promote outstanding engineer education are analyzed according to the criterion and method of educational cultivation of outstanding engineers. The successful experience is summarized that students are guided to study MCU model car and to hold competition on innovation base of embedded system application. The practice result proves that it could promote outstanding engineer education effectively to guide the students to study MCU model car and to hold competition.

outstanding engineer; MCU model car; innovation ability; criterion and method; competition

2014- 06- 05 修改日期：2014- 08- 06

安徽省重大教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2013zdjy018);合肥工業(yè)大學(xué)“創(chuàng)新基地建設(shè)計(jì)劃”項(xiàng)目

羅樂(lè)(1963—)，男，安徽淮南，博士，副教授，主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)與改革研究.

E-mail：luolehfut@sina.com

G642.0

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1002-4956(2015)2- 0029- 03