CDIO模式下計(jì)算機(jī)專業(yè)“嵌入式系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革研究

王 劍

（長(zhǎng)江大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023）

CDIO是2000年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典的查爾姆斯技術(shù)大學(xué)等四所高校研究和建立的一種先進(jìn)的工程教育理念和實(shí)施體系，代表了當(dāng)今的高等工程教育的發(fā)展態(tài)勢(shì)。CDIO由構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate）等四個(gè)部分組成。 CDIO教育模式是以產(chǎn)品研發(fā)到運(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)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)［1］；是以工程項(xiàng)目為教學(xué)對(duì)象，通過做中學(xué)等方式，全面地提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神，使學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才的需求。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有嵌入性、專用性與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等三個(gè)基本要素，一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序四個(gè)部分組成［2］。

目前嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)普遍存在著以下問題：內(nèi)容多，課時(shí)少；沒有統(tǒng)一的經(jīng)典教材；實(shí)踐能力培養(yǎng)不夠，實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足，過于依賴實(shí)驗(yàn)箱；學(xué)生對(duì)此課程的興趣??；師資力量較弱。對(duì)于該課程，如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式、課堂講解及課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)到的僅僅是些皮毛，這將不利于充分培養(yǎng)學(xué)生的能力及發(fā)展學(xué)生的潛能，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目的。

本文探討了基于CDIO工程教育模式，研究分析嵌入式系統(tǒng)的課程特點(diǎn)，以嵌入式系統(tǒng)的CDIO工程項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，探討嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)體系、教材建設(shè)、教學(xué)方法改革等內(nèi)容；通過做中學(xué)等方式，全面提升學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新精神,使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，同時(shí)具備嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)能力，滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才的需求。

1 構(gòu)建CDIO模式的課程教學(xué)體系

嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容是豐富的，涉及到最基礎(chǔ)的硬件、軟件等方面的知識(shí)，這就要求學(xué)生系統(tǒng)、連貫地形成一個(gè)完整的知識(shí)體系，本課題在分析上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，發(fā)掘上述內(nèi)容內(nèi)在聯(lián)系，提出構(gòu)建CDIO模式的課程教學(xué)體系。

2 建設(shè)CDIO模式下的課程教材

選擇嵌入式系統(tǒng)教材應(yīng)該遵循如下幾個(gè)原則：

學(xué)生容易看懂、快速上手實(shí)踐，符合循序漸進(jìn)、由淺入深的原則；能將技術(shù)難點(diǎn)通過直觀的方式體現(xiàn)出來；以應(yīng)用為主線，按照教學(xué)特點(diǎn)展開，體現(xiàn)理論與實(shí)踐的平衡與互補(bǔ)；其中的實(shí)例能激發(fā)學(xué)生的好奇、創(chuàng)新的欲望和潛能等。

3 改革CDIO模式下教學(xué)方法

3.1 理論教學(xué)的組織

嵌入系統(tǒng)理論教學(xué)的組織應(yīng)在CDIO模式框架內(nèi)，積極開展有效的教學(xué)活動(dòng)把過去的以教師為中心、課堂為中心、傳授知識(shí)為目的傳統(tǒng)教育觀念，轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)得如何和用得怎樣”的新觀念。為引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，需要研究如何將CDIO精神靈活地貫穿在教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中。激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性、改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量、讓學(xué)生喜歡學(xué)習(xí)本課程是課堂教學(xué)的著力點(diǎn)。對(duì)于教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容要講深講透，注重對(duì)學(xué)生的思維方法訓(xùn)練。大大增加教學(xué)信息量，提高學(xué)習(xí)效率。改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。比如采用對(duì)比教學(xué)法：有些教學(xué)內(nèi)容可以采用對(duì)比教學(xué)法，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的感受強(qiáng)度。

3.2 課外興趣小組的成立

課外興趣小組的培養(yǎng)是嵌入式系統(tǒng)課堂教學(xué)的延伸。針對(duì)那些對(duì)課程有濃厚興趣的學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生組建課外興趣小組，并建立CDIO創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室作為課外活動(dòng)的場(chǎng)地。學(xué)生的能力得到進(jìn)一步的培養(yǎng)、鍛煉，同時(shí)也為參加“挑戰(zhàn)杯”等各種設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)打下基礎(chǔ)。教學(xué)手段的合理豐富。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)課時(shí)少，時(shí)間緊，滿足不了學(xué)生對(duì)于疑問的求解。大量的課外時(shí)間是可以被有效利用作為課堂教學(xué)補(bǔ)充的。微博的時(shí)代合理利用微博交流學(xué)習(xí)心得也是致力的一個(gè)方向點(diǎn)。

3.3 嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)（校企合作）

嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)最后的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，屬于CDIO的二級(jí)項(xiàng)目，這也是本課題研究的重點(diǎn)。CDIO的二級(jí)項(xiàng)目實(shí)施，方式是引入企業(yè)參與人才的培養(yǎng)，聘請(qǐng)企業(yè)的工程師作為指導(dǎo)教師，由企業(yè)帶入工程項(xiàng)目，時(shí)間安排一般為1周或者2周，工程項(xiàng)目采用CDIO的模式實(shí)施，集中強(qiáng)化訓(xùn)練，學(xué)生分組實(shí)施，以團(tuán)隊(duì)的形式完成相關(guān)的工程項(xiàng)目。

3.4 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新能力主要是由提出問題、分析問題和解決問題構(gòu)成，并通過創(chuàng)新實(shí)踐過程和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)等體現(xiàn)出來。因此，實(shí)踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)課程來說，意義尤為重大。

3.5 合理開展“雙語教學(xué)”

雙語教學(xué)是提高學(xué)生專業(yè)知識(shí)和英語能力的優(yōu)秀武器，在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，合理開展雙語教學(xué)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，加深專業(yè)詞匯的理解，同時(shí)也能有效地和國外先進(jìn)器件和編程方法接軌，提高學(xué)生的適應(yīng)能力。

［1］王碩旺，洪成文.美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式:基于對(duì)CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

［2］陳春林，朱張青.基于CDIO教育理念的工程學(xué)科教育改革與實(shí)踐[J].教育與現(xiàn)代化，2010，94（1）：30-33.

［3］黃智偉，鄧月明，等.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008：1-4.

［4］張?chǎng)╇?，高守平，?應(yīng)用型本科嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2010，204（18）：39-40.

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