黃連麗 史旅華 王思山

摘 要：根據(jù)我院的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)情況，將CDIO理念與課程改革相融合，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力具有重要意義。該文對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，對(duì)教學(xué)手段和方法進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的進(jìn)行了改革。通過改革，大大提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：CDIO 嵌入式系統(tǒng) 課程改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（a）-0-02

隨著后PC時(shí)代的到來，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個(gè)萬眾矚目的焦點(diǎn)。目前已廣泛用于信息家電，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)控制，醫(yī)療衛(wèi)生，航空航天等領(lǐng)域[1]。我國也十分重視嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，并將嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品作為一種新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，但是目前我國從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人才極為緊缺，勢(shì)必影響我國嵌入式領(lǐng)域趕超世界發(fā)達(dá)國家的進(jìn)程，因此培養(yǎng)大量嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的專業(yè)人才顯得尤為

重要。

如何才能培養(yǎng)滿足社會(huì)需要的高水平嵌入式系統(tǒng)人才已成為高校關(guān)注的焦點(diǎn)。但是國內(nèi)的大部分高校整體仍然停留在20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的以8位51單片機(jī)為核心的教育水平上，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)并沒有形成一種適合地方高校、適應(yīng)社會(huì)需求的教學(xué)體系。針對(duì)以上問題，迫切需要建立一種全新的、以ARM為核心內(nèi)容的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系，從根本上解決嵌入式系統(tǒng)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)人才的需求[2]。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面[3]?；谝陨显颍卷?xiàng)目將基于CDIO理念，對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將CDIO理念融入到嵌入式系統(tǒng)課程的理論與實(shí)踐教學(xué)中去，期望改變學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的方法，讓學(xué)生更好的掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。

1 課程改革方案

嵌入式系統(tǒng)是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出的“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，它是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)[4]。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)性和社會(huì)需求，將嵌入式系統(tǒng)課程及其實(shí)踐環(huán)節(jié)引入CDIO工程教育理念，課程教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式、教學(xué)管理與組織方式等方面開展改革工作，實(shí)踐教學(xué)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及競(jìng)賽三個(gè)方面進(jìn)行改革，改革方案如下圖1所示。

2 課程教學(xué)改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)

嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，更加注重學(xué)生的實(shí)際開發(fā)能力，在教學(xué)過程中一般要求以項(xiàng)目為導(dǎo)向、以開發(fā)平臺(tái)為核心，這不僅要求教育模式和教育方法上的改革，還需要建設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。嵌入式系統(tǒng)課程改革與其他教學(xué)體系一樣需要各環(huán)節(jié)教師相互配合，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)統(tǒng)籌安排，形成一個(gè)整體，使學(xué)生的學(xué)習(xí)層次化、階梯化，這是一個(gè)完整的遞進(jìn)增長過程。通過一整套的訓(xùn)練，學(xué)生可以更好的適應(yīng)社會(huì)，無論是在理論上還是在實(shí)踐上都得到實(shí)質(zhì)的提高。

2.2 教學(xué)方法和手段

由于嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式，主要采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)方式。整個(gè)教學(xué)過程可以分成兩條主線，第一條主線是理論基礎(chǔ)及其實(shí)踐基本技能訓(xùn)練，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式；第二條主線以引導(dǎo)學(xué)生的積極性、開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主，在課程中給出多個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生選擇感興趣的項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)自行分析、設(shè)計(jì)并完成。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容比較多，僅通過一兩種教學(xué)方發(fā)達(dá)不到教學(xué)目的，所以，采用授課案例分析、演示、實(shí)驗(yàn)、查閱資料并總結(jié)，以及項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式進(jìn)行，讓學(xué)生能夠及時(shí)汲取和充分掌握所學(xué)知識(shí)。

2.3 教學(xué)管理和組織

初期，通過教師在多媒體上做、學(xué)生在計(jì)算機(jī)上模仿的講練結(jié)合的教學(xué)方式為主。這種方法很重要，隨著課程的發(fā)展，教師減少講解，隨之，鼓勵(lì)學(xué)生通過多種手段（如上網(wǎng)、去圖書館、實(shí)驗(yàn)等）收集大量信息，并利用自學(xué)等多種學(xué)習(xí)方式開展學(xué)習(xí)。最后，根據(jù)能力挑選出小老師輔導(dǎo)其他學(xué)生上機(jī)，并由他們組織學(xué)生團(tuán)隊(duì)，一些項(xiàng)目基本由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主完成。在學(xué)習(xí)過程中鼓勵(lì)學(xué)生和其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生交流，有利于學(xué)生對(duì)其他知識(shí)的攝取和掌握。在學(xué)習(xí)過程中，教師和學(xué)生之間沒有任何界限，教師是學(xué)生團(tuán)隊(duì)的合作伙伴，是解決實(shí)際問題的朋友。教師通過解決問題的方法啟發(fā)學(xué)生，影響學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生良好的解決問題的能力，而不單純是傳授專業(yè)知識(shí)和技能。

2.4 教材使用和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的教材和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)很多，但內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)質(zhì)量參差不齊，并且嵌入式系統(tǒng)課程軟硬件升級(jí)較快，很難固定一本教材和一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。故可指定幾本質(zhì)量較高的參考教材，也可給學(xué)生指定一些結(jié)合自己專業(yè)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，讓有興趣的同學(xué)擴(kuò)展自己的知識(shí)面。由于嵌入式課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，為提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容和組織形式也非常重要，要經(jīng)常修訂，革故鼎新。結(jié)合該院學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了改進(jìn)，修訂了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

3 實(shí)踐教學(xué)改革

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

建立合理的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將CDIO理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)是嵌入式教學(xué)的重要組成部分，除了需要完備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備之外，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)也非常重要。現(xiàn)擁有PAX270實(shí)驗(yàn)平臺(tái)40套，除了實(shí)驗(yàn)箱之外，還配備了相應(yīng)的開發(fā)模塊，后期計(jì)劃更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使實(shí)驗(yàn)開設(shè)更加完善。整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系可包括：基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握基本技能，提高學(xué)生對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的理解；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，綜合整個(gè)課程的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科特別是計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科知識(shí)的能力及團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

3.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。而嵌入式系統(tǒng)恰恰是融合了學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。因此在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，提出了較多與嵌入式相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，例如有關(guān)Linux、Android、ARM等方面的選題。并且將CDIO理念融合到對(duì)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題和課題指導(dǎo)上。通過最近幾屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況來看，不僅所做內(nèi)容有所提高，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力也得到了大大提升。

3.3 競(jìng)賽

如果說畢業(yè)設(shè)計(jì)是考察學(xué)生的綜合能力，那競(jìng)賽就是考驗(yàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在過去幾年，我們帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)習(xí)了有關(guān)嵌入式競(jìng)賽方面的內(nèi)容，并在2012年首次參加了嵌入式物聯(lián)網(wǎng)大賽，并進(jìn)入了決賽，取得全國三等獎(jiǎng)。現(xiàn)正在積極準(zhǔn)備第二次的參賽，不僅學(xué)生參與人數(shù)增加，相應(yīng)的競(jìng)賽平臺(tái)也隨之更新，得到了學(xué)校和院系的大力支持。讓學(xué)生參加競(jìng)賽，不僅可以極大鍛煉的學(xué)生的實(shí)踐能力，還能加強(qiáng)學(xué)生的管理能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

4 結(jié)語

按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、方法和實(shí)踐教學(xué)上的改革。在以具體項(xiàng)目為載體的教學(xué)模式下，讓學(xué)生能夠圍繞項(xiàng)目進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，為完成項(xiàng)目開發(fā)，學(xué)生將在課程中主動(dòng)去學(xué)習(xí)項(xiàng)目開發(fā)所需要的知識(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)能力和初步具備解決實(shí)際問題的能力。不僅嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果有明顯提高，學(xué)生在嵌入式競(jìng)賽中也取得了優(yōu)異成績，為社會(huì)培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的應(yīng)用型產(chǎn)業(yè)

人才。

參考文獻(xiàn)

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