以MCU模型车竞赛促进卓越工程师教育培养的探索

罗 乐, 孙 伟, 仇冀宏, 张 霆, 李建设

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院， 安徽 合肥 230009)



以MCU模型车竞赛促进卓越工程师教育培养的探索

罗 乐, 孙 伟, 仇冀宏, 张 霆, 李建设

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院， 安徽 合肥 230009)

阐述了卓越工程师教育培养的标准和方法。从卓越工程师教育培养的标准和方法出发论述了组织学生开展MCU模型车的研制与竞赛活动对卓越工程师教育培养的促进作用与积极意义，总结了以“嵌入式系统应用”创新基地为平台组织学生开展MCU模型车的研制与竞赛活动的成功经验，实践证明，组织学生开展MCU模型车的研制与竞赛活动对于卓越工程师的教育培养具有很好的促进作用。

卓越工程师； MCU模型车； 创新能力； 标准与方法； 竞赛活动

2010年6月，教育部在天津大学召开了“卓越工程师教育培养计划”启动大会，开始实施“卓越工程师教育培养计划”,以加快培养创新能力强、具有现代工程意识与工程精神、适应现代经济社会发展需要的工程技术人才，为建设创新型国家奠定坚实的人才基础。 “卓越工程师教育培养计划”的实施标志着高等教育领域中以学生科技创新实践能力的培养为中心的教育改革的开始[1-2]。为了贯彻落实“卓越工程师教育培养计划”，许多高校采取了一系列改革措施，开展了形式多样的大学生课外科技创新实践活动，举办了各种大学生科技创新实践竞赛活动，实践结果表明这些改革措施能够有效地培养学生的工程意识、工程精神和科技创新实践能力[3-5]。在这种形势下，我们以“嵌入式系统应用”校内大学生创新基地为平台，组织学生开展了MCU模型车的研制与竞赛活动，以MCU模型车的研制与竞赛活动促进卓越工程师的教育培养。

1 卓越工程师教育培养的标准与方法

卓越工程师的教育培养是一项复杂的系统工程，要确保卓越工程师教育培养的质量，首先必须有明确的培养标准，其次必须有一套行之有效的培养方法。从欧美等先进国家工程师教育培养的成功经验来看：美国工程教育学会(American Society for Engineering Education，ASEE)认为工程是应用科学和数学原理、经验、判断以及常识去造福人类的艺术。美国国家科学基金会(The National Science Foundation，NSF)认为工程师是应用科学知识来设计、开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[6]。工程师和科学家是有一定差别的，科学家的创新能力主要体现在发现未知世界，而工程师的创新能力主要体现在应用已有的科学技术知识解决工程技术领域中的问题和研发新技术与新产品。美国工程与技术认证委员会(The Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)对工程师的教育培养质量提出过11条评估标准；欧洲工程师协会联盟(FEANI)也对工程师的教育培养质量提出过12条标准[7-8]。

这些标准虽然在文字叙述上有些差异，但其本质是相同的，其核心的标准就是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；具有分析问题解决问题和处理危机的能力、具有开发设计和工程管理的能力、具有国际交流和继续学习的能力。目前世界各国在工程师的教育培养方法上也在不断改革，逐步加强实践环节，突出创新实践能力的培养。

在培养模式上提出了CDIO模式，即：构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)和运行(operate)4个环节的有机结合[9-10]。它充分利用高等学校学科齐全、资源丰富的条件，以真实的工程研究项目为平台，使学生在构思、设计、实施和运行的工程实践全过程中不断地学习理论知识、培养工程意识和工程精神、积累工程经验，提高创新能力、协作能力和管理能力[11-12]。从欧美等发达国家工程师教育培养的标准与CDIO培养模式来看，组织学生开展MCU模型车的研制与竞赛活动是培养卓越工程师的有效方法之一。

2 以MCU模型车竞赛促进卓越工程师的教育培养

MCU模型车的研制与竞赛活动是“全国大学生IT&AT技能大赛”的系列赛事之一。参赛学生必须采用统一的MCU芯片作为核心部件进行控制电路的设计和软件编程，根据赛车的各种零部件进行整车的结构设计、组装和调试，研制出能够自动在灰白相间的赛道上快速运行的智能车。最后在比赛组织者提供的复杂赛道上自动完成曲线、过弯、并线、上下坡等一系列动作，并按照跑完全程所用时间的长短来决定比赛的胜负。

MCU模型车竞赛是以MCU模型车为平台的多学科知识与技能综合交叉的科技创新实践竞赛活动，主要考察参赛者嵌入式编程技术的应用水平和模型车设计制作的动手能力。由于MCU模型车研制工作涉及自动控制、模式识别、传感器技术、电子科学与机械制造等多学科知识，因此有助于学生获取综合知识，改善知识结构。由于参赛学生必须组成一个团队并根据竞赛组织者提供的统一的MCU芯片完成从模型车的构思与设计到实际制作、调试和现场比赛的全部环节，因此可以使学生亲身经历一个MCU模型车的研究开发项目从构思、设计、实施和运行的全部过程。有助于培养学生理论联系实际、发现问题、分析问题和解决问题的能力；有助于培养学生的工程意识与工程精神；有助于培养学生的团队精神与组织协调能力。由于竞赛的过程也是参赛学生相互交流与相互学习的过程，因此有助于培养学生的交流能力。由于竞赛融知识性、趣味性于一体，因此可以充分调动学生学习的积极性与主动性，对于卓越工程师的教育培养具有积极意义。

从2011年开始，我们以“嵌入式系统应用”校内大学生创新基地为平台组织学生开展MCU模型车的研制与竞赛活动。

首先，组织学生利用校园网和QQ群等向同学们宣传介绍MCU模型车的相关知识与MCU模型车的竞赛活动，通过宣传全校有300多名学生报名参加MCU模型车的研制与竞赛活动。

其次，组织学生利用课余时间开展各种讲座与交流会，交流嵌入式系统、电子电路、传感器技术等相关的专业知识。经过一段时间的培训后，通过考试从中选拔出30名学生组建10支MCU车模队进入“嵌入式系统应用”创新基地系统开展MCU模型车的学习与研制工作。创新基地为每个MCU模型车队提供统一的MCU芯片和所需的仪器设备、加工工具等，并提供经费支持。要求每个车队用统一的MCU芯片作为核心部件进行控制电路的设计和软件编程，各自相对独立地选用各种零部件进行MCU模型车的结构设计、制作、组装和调试。

最后，通过开展MCU模型车竞赛选拔出6名优秀队员组成合肥工业大学瑞鹰和瑞影2个MCU模型车队参加教育部主办的全国大学生MCU模型车大赛。

通过开展MCU模型车的研制与竞赛活动使300多名学生在课余时间学习了嵌入式系统、光电传感器技术和电子电路的专业知识。使30名学生亲身经历了一个MCU模型车研制项目从构思与设计到实际制作、调试和现场比赛的全部环节，培养了他们理论联系实际、发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养了他们的工程意识与工程精神；培养了他们的团队精神与组织协调能力；也培养了他们相互交流与沟通的能力。通过参加MCU模型车的研制与竞赛活动，一些学生取得了创新性的研究成果，学生孙佳晶和徐劼把她们在MCU模型车研制工作中取得的研究成果撰写成论文“基于双线性变换法的智能车数字控制器设计”发表在中文核心期刊《电子科技》2014年第一期上。通过参加MCU模型车的研制与竞赛活动，还使许多学生成为大学生课外科技创新实践活动和各种大学生课外科技创新实践竞赛的骨干和积极的参与者，有2名学生在全国性大学生课外科技创新实践竞赛中获得一等奖和三等奖，有20多名学生在多种省级大学生课外科技创新实践竞赛中获得二等奖以上的奖励。

References)

[1] 李延斌，高有华，田方，等.面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革[J].实验技术与管理，2012，29(4):231-233.

[2] 扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程师计划”培养实践型工程人才[J].实验技术与管理，2011，28(11):155-158.

[3] 宋之帅，赵金华.探索大学生科技创新能力培养的有效途径[J].合肥工业大学学报,2010, 24(5)：142-145.

[4] 李国锋，张世英，李彬.论基于学科竞赛的大学生创新能力培养模式[J].实验技术与管理，2013，30(3):24-26.

[5] 程光旭.努力实现人才培养模式改革的新突破[J].中国高等教育,2009(1):24-27.

[6] 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.

[7] 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.

[8] 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.

[9] 宋爱平,李益民,周骥平,等.优化实践教学,提高学生创新能力[J].中国大学教学,2005(10):36-37.

[10] 崔贯勋，王勇，王柯柯,等.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30(5):111-114.

[11] 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.

[12] 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.

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

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

罗乐(1963—)，男，安徽淮南，博士，副教授，主要从事实验教学与改革研究.

E-mail：luolehfut@sina.com

G642.0

B

1002-4956(2015)2- 0029- 03