微课程及电子应用面向AIoT的嵌入式微系统与物联网技术课程群建设|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

面向AIoT的嵌入式微系统与物联网技术课程群建设

项目批次：2020年第一批

项目编号：202002142047

项目类型：新工科建设项目

项目实施背景

随着5G时代的到来，物联网正在重新定义人们的生活与工作方式，基于智能物联的“泛在连接”与“普适计算”促使嵌入式微系统的设计及应用技术进入了全新的飞跃发展阶段。基于AIoT（AI+IoT，人工智能+物联网）的万物互联应用正在颠覆原有的市场规则，多样化的应用和新的生态系统开始形成。

行业的快速变革不断给高等教育提出新的要求，高校必须面向未来，借力校企长期深度合作优势，积极探索培养具备更强跨界整合能力和更高创新创业能力的新型物联网工程人才的有效方法。

电子科技大学“微处理器与嵌入式系统”教学团队与华为有着长期、深度的友好合作基础。为贯彻教育部产学合作协同育人的主旨精神，适应当前的新工科教育要求，进一步提高学生解决复杂工程问题的综合能力，加强学生工程素质及行业意识的培养，同时协力推进自主创新芯片及操作系统的生态环境建设，本项目以新技术、新业态、新产业需求为背景，通过将业界新知识、新技术不断充实到教学过程中，以挑战新生项目、线上线下混合等新形式“金课”建设为抓手，协同学科竞赛和科研训练，多层面、多环节积极探索培养“具备更高创新创业能力和跨界整合能力的新型工程技术人才”的有效方法。

改革思路及举措

嵌入式微系统课程群是工科电子电气、信息工程等非计算机专业的学科基础。该课程群涉及计算机、通信、微电子、自动控制等多个技术领域，知识面宽、系统性强、发展更新快，且具有典型的跨专业、跨行业特点。

为了更好地契合当前的行业发展趋势，引导学生关注国家需求与社会责任，充分激发学生的自主学习动力与学习热情，电子科技大学课程教学团队面向未来AIoT行业，拟“以项目为牵引，以学生为主体”，通过增强学生的自主学习能力，促进新工科建设对本科生实践能力的培养。

教学团队在深入分析当前教学环节痛点问题的基础上，确定了嵌入式微系统与物联网技术课程群的基本改革思路（图1）：

图1 项目改革思路

1.校企深度合作，重构教学内容

技术的不断发展导致多学科快速交叉融合，新知识爆炸式涌现，已有的教学内容体系需要跟进行业前沿技术，并不断地进行扩展、更新。

教学团队将当前产业实际需求引入课堂，采用团队项目开发形式，将微电子、数字逻辑、计算机体系结构、SoC应用等嵌入式微系统与物联网技术领域核心知识点的教学融于项目开发全过程。

2.学生中心课堂，扩展教学空间

研究师资、课程、活动、实训、竞赛等为一体的自主学习能力培养教育体系，探索学生自组织、自学习实践体系对专业学习的补充，有利于加强研究生理论学习、工程实践与科学研究能力的融会贯通，同时也有助于促使学生关注社会实际需求，从不同层面对行业应用前景进行深入了解和积极思考。

因此，教学团队针对挑战性项目课程的教学设计和实施方案，深入研究课程、活动、实训、竞赛等多个教学环节的迭代融合模式，积极探索学生自组织、自学习实践体系对专业课程学习的促进效果。

项目采用“有机融合，递进迭代”的合作模式，分三个阶段推进。

第一阶段：探讨建设

企业提供项目资金支持及一定数量的软硬件开发套件，组织线上线下多种形式的师资交流与培训活动；高校结合A+学科人才培养目标，将产业自主前沿技术有机融入教学内容，设计教学案例，研究教学方法。

亮点：企业工程师直接参与并积极推进教学课件与视频资料的制作、完善。

第二阶段：实施改革

企业协助完成课程教学内容与教学模式的改革升级，并直接参与课程实践、竞赛指导、暑期教学等环节；高校实施具体的课程建设措施，借力国家级一流线上课程及国家规划教材，建设研讨挑战性、新生项目型示范课程，总结教学成果并继续申报省部级教改项目。

亮点：打造本校特色金课群，受益学生涵盖本科及研究生。

第三阶段：深化推广

共建校企联合课程集，并在2-3年内建成校级通识示范课程；共建学生实践与竞赛基地，带动提升西南片区高校大学生学科竞赛水平；共建中学素质教育课堂，扩大引导中学生的创新创业热情与爱国情怀。

亮点：团队教师将教学内容带入中学课堂，为培养下一代创新型人才注入新动能。

项目成果、创新点及成效

本项目已获评2022年度“教育部产学合同协同育人项目”优秀项目案例。

同时，项目成果还有力支持了1门国家级一流线上课程（图2）、1本国家级规划教材（图3）、2项四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目、4门校内示范性课程的建设改革。

图2 国家一流线上课程（已开设9期，在线选课近3万人次）

图3 国家规划教材图3 国家规划教材

项目成果参与获评四川省教学成果一等奖、电子科大校教学成果二等奖、电子科大“五粮液”教学改革创新示范一等奖、电子科大“腾讯”本科新工科教育教材建设二等奖各1项。

项目组骨干教师获评华为开发者布道师、全国高校电子信息类专业课程实验案例设计竞赛全国三等奖、四川省优秀物联网教师、四川省大学生嵌入式设计竞赛优秀指导教师、成电创新教学示范奖。

图4 项目部分成果

项目主要成果及创新点体现在以下三个方面：

1.建设从高中到本科、从教室到赛场的多阶教学体系，促进了教学体系改革

项目围绕新工科建设的核心思想，着眼提炼未来行业对高级人才的本质需求，将知识传授附着于能力培养，广泛尝试了专业课程、校企课程、竞赛课程、科研训练、毕业设计的有效合作范式，探索了针对不同年龄、不同专业、不同类型学生的推广应用方式。

通过协办高中夏令营活动、开设素质教育课程，项目组还将行业前沿技术前置到了中学课堂，为新工科教学体系改革的进一步深化提供了新的思路。

多阶教学体系的构建与教学目标定位如图5所示。

(a) 跨阶段、跨年级、跨课程的多阶教学体系设计

(b) 华为IoT套件在本科不同年级课程中的教学目标定位

图5 从高中到本科、从教室到赛场的多阶教学体系

2.建立线上线下混合、课内课外协同的多环育人模式，探索了教学模式创新

项目以协同育人新理念、新模式为牵引，以加强学生复杂系统应用与开发能力培养为目的，建立了课堂教学联合学科竞赛的混合、协同育人机制，引导学生将有限的时间精力跨阶段、跨年级、跨课程地持续投入自己热爱的研究方向，积极尝试真正激发学生对未来行业的探索欲与求知欲，为探索“以学为先、产出导向”的教学模式联合改革提供了有效途径。将自主前沿技术引入不同阶段、不同目标的教学场景，构建了多环育人模式。

(a) 华为IoT套件在新生项目课中的应用

(b) 华为IoT套件在新生课外创新实践项目中的应用

(d) 华为IoT套件在嵌入式及物联网学科竞赛中的应用

图6 线上线下混合、课内课外协同的多环育人模式课堂教学

3.聚焦国家战略，着眼自主产业技术研究与应用，践行立德树人使命

聚焦国家战略，以物联网技术应用为媒介，开展了生动立体的新工科课程思政实践，鼓励和培养学生投入自主高新技术的应用与开发，育人效果显著。同时借力高校的招生宣传环节，通过深入重点高中参与夏令营活动、开设素质教育选修课程，将项目拓展到高中的优秀学生群体，为培养引领行业技术发展和升级的创新型人才注入新动能。

应用及推广情况

1.示范性课程群教学体系推广

项目借助嵌入式微系统自身跨专业、跨行业的特点，以“做”为主线、以“学”为目的、以“教”为手段，采用团队项目开发形式，引导学生在系统设计分析问题、解决问题的过程中将多学科知识点串接、贯通并融合，通过解决实际问题培养学生的多学科交叉应用意识以及实际复杂工程问题的评价、分析与解决能力，通过挑战性目标的设置提升学生的学习视野及专业素质与自信，进而推动实践教学体系的建设与改革。

已建成“物联网应用技术（新生项目课程）”、“微处理器与嵌入式系统（挑战性课程）”等多个校级示范课程，面向电子科大通信、电子、航空航天、自动化、互联网+等多个学院或专业，课堂直接覆盖学生超过200人。借力国家一流线上课程（MOOC平台）和国家规划教材的推广应用，每年受益学生不少于4000人。

将核心技术带入高中素质选修课和夏令营，指导中学生动手完成基于自主芯片与开发环境的物联网应用项目。每年教学不少于40学时，直接覆盖学生近百人。

2.协同多环育人教学模式推广

联合学科竞赛，构建线上线下混合、课内课外协同的教学模式，已承办两届全国大学生嵌入式芯片与系统竞赛（西南赛区）：

2021年参赛学校327所、2781支队伍（电子科大参赛63支队伍，167人）。其中上海海思应用赛道电子科大17支队伍报名参赛，3支获片区奖、1支获全国奖；

2022年参赛学校411所、4717支队伍（电子科大参赛87支队伍，242人）。其中上海海思应用赛道电子科大29支队伍报名参赛，15支获片区奖7支获全国奖；

以协同育人新模式为牵引，依托校企联合课程与实习实践基地，带动提升西南片区高校大学生学科竞赛水平，每年受益学生不少于1000人。

3.校级及全国性教师培训及交流活动

教学团队骨干教师积极参与校级及全国性教学会议，并多次组织教师的培训及交流活动，直接辐射人数不少于300人。