簡析CDIO模式下的嵌入式系統(tǒng)課程改革

孫宇丹，崔　峰，劉開緒

(大慶師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163712)

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簡析CDIO模式下的嵌入式系統(tǒng)課程改革

孫宇丹，崔峰，劉開緒

(大慶師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163712)

摘要：分析了目前嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程中存在的問題及改革的必要性，引入CDIO工程教育模式確立具體的課程教學(xué)改革實(shí)施方案。從教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式三方面進(jìn)行改革。有效整合教師資源，組建教學(xué)團(tuán)隊，考核中加大項(xiàng)目完成情況所占比重，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)課程；CDIO工程教育模式；課程教學(xué)改革

1嵌入式系統(tǒng)課程改革必要性

從黨的十八大以來，國家將地方本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展作為破解我國高等教育發(fā)展同質(zhì)化、辦學(xué)封閉化、重數(shù)量輕質(zhì)量、重規(guī)模輕特色等問題的一個重要關(guān)鍵點(diǎn)。因此，具有鮮明職業(yè)教育特點(diǎn)的技術(shù)技能型本科人才培養(yǎng)成為地方本科高校發(fā)展的必然趨勢，人才培養(yǎng)模式改革勢在必行。這其中課程改革與建設(shè)是轉(zhuǎn)型高校未來走內(nèi)涵發(fā)展道路的核心，如何結(jié)合自己的專業(yè)特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的“學(xué)術(shù)型”課程建設(shè)相區(qū)分，并與市場需求相匹配，以職業(yè)為導(dǎo)向，在教學(xué)內(nèi)容安排和方法上有新的突破，成為一個亟待解決的問題。

嵌入式系統(tǒng)課程是各大高校電子信息工程專業(yè)、自動化專業(yè)的專業(yè)課程，嵌入式系統(tǒng)工程師硬件方面需要具有數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理等課程的理論基礎(chǔ)，軟件方面需要熟悉操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等理論[1]。并且要具備綜合運(yùn)用軟硬件理論知識和實(shí)踐操作的能力，是一門綜合性強(qiáng)、知識覆蓋面大的課程。目前嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)普遍存在著以下問題：

1)教學(xué)內(nèi)容多，課時少。以我院為例，理論學(xué)時18學(xué)時，實(shí)驗(yàn)學(xué)時18學(xué)時，共36學(xué)時?，F(xiàn)有學(xué)時無法滿足整個嵌入式系統(tǒng)從硬件到操作系統(tǒng)的深入講解，只能給學(xué)生大概介紹目前主流的嵌入式系統(tǒng)處理器及操作系統(tǒng)的簡單應(yīng)用。

2)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)不夠。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中主要依靠教師的講解及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，一般來說，指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)步驟介紹比較詳細(xì)，學(xué)生只需要按照步驟完成操作即可，完全沒有發(fā)揮出學(xué)生自身的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力，沒有充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

3)學(xué)生對該課程缺乏學(xué)習(xí)興趣。由于該課程內(nèi)容多、難度大、不好理解，傳統(tǒng)的授課模式又以課堂灌輸為主，死板生硬，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)及潛能開發(fā)，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目的，想要培養(yǎng)能夠獨(dú)立開發(fā)產(chǎn)品的嵌入式系統(tǒng)工程師更是天方夜譚。由此可見，嵌入式系統(tǒng)課程改革已迫在眉睫。

2嵌入式系統(tǒng)課程改革具體實(shí)施辦法

課程改革旨在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的工程技術(shù)人員，因此引入CDIO工程教育模式。CDIO是2000年由美國麻省理工學(xué)院等四所高校提出的一種工程教育模式。CDIO指構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實(shí)施(Implement)、運(yùn)行(Operate)，其中“構(gòu)思”主要是需求分析和實(shí)施計劃的制訂；“設(shè)計”主要是實(shí)施方案的制定；“實(shí)施”主要是按照方案制造產(chǎn)品的過程；“運(yùn)行”主要是對系統(tǒng)進(jìn)行修訂和改進(jìn)[2]。CDIO工程教育模式是以工程項(xiàng)目為教學(xué)對象，通過“做中學(xué)”等方式讓學(xué)生將課程與實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系。使學(xué)生掌握扎實(shí)的嵌入式專業(yè)知識及工程技術(shù)理論，有效地提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，滿足社會對創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的需求[3]。

2.1CDIO模式下教學(xué)方法改革

突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，將CDIO工程教育理念融入課堂教學(xué)。CDIO理念核心思想是將以教師為主的填鴨式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的實(shí)踐式教學(xué)模式。也就是打破教材中按章節(jié)授課的原則，將整個知識體系有機(jī)融合，重新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，采用案例式教學(xué)法。將傳統(tǒng)學(xué)科體系中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學(xué)案例，并圍繞具體的教學(xué)案例來組織和展開教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生親自參與到訓(xùn)練項(xiàng)目中，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以我院為例，嵌入式系統(tǒng)理論學(xué)時為18學(xué)時，實(shí)驗(yàn)學(xué)時為18學(xué)時，可以將理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合到一起共36學(xué)時，在機(jī)房授課，方便實(shí)驗(yàn)程序的演示，學(xué)生可以看到每個程序編寫的步驟，軟件的使用方法，比起PPT板書授課更加直觀，教學(xué)效果更佳。

嵌入式系統(tǒng)課程一般開設(shè)在大三下學(xué)期，這個階段學(xué)生有一定單片機(jī)的開發(fā)基礎(chǔ)，剛剛開始建立嵌入式系統(tǒng)的基本概念，因此在教學(xué)內(nèi)容的選取上要由淺入深，將簡單容易理解的內(nèi)容和實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)時常用的理論作為主要講解范圍。內(nèi)容設(shè)計主要包括三個方面：

1)硬件電路部分將介紹S3C2440處理器的功能，存儲器系統(tǒng)、I/O接口設(shè)備等內(nèi)容，讓學(xué)生在現(xiàn)有學(xué)時內(nèi)了解嵌入式系統(tǒng)硬件部分的組成，培養(yǎng)基本的硬件設(shè)計能力。

2)操作系統(tǒng)部分，在給學(xué)生概述當(dāng)前主流的幾種操作系統(tǒng)以后，以Linux操作系統(tǒng)作為主要講授內(nèi)容，介紹Linux目錄結(jié)構(gòu)、基本指令及系統(tǒng)具體操作方法等。

3)具體訓(xùn)練項(xiàng)目安排實(shí)用性強(qiáng)的項(xiàng)目，例如：LCD顯示、鍵盤、觸摸屏等，并找到訓(xùn)練項(xiàng)目與手機(jī)開發(fā)過程的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以智能家電、iPad、PDA、GPS 導(dǎo)航等產(chǎn)品為CDIO的工程項(xiàng)目，讓學(xué)生嘗試分析市場需求、獨(dú)立提出設(shè)計方案，使得學(xué)生進(jìn)一步了解嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、開發(fā)過程及應(yīng)用領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

2.2CDIO模式下教學(xué)手段改革

教師作為教學(xué)的主體，在授課過程中起到至關(guān)重要的作用，為了更好地提高授課的效果將所有嵌入式系統(tǒng)課程主講教師組建成一支教學(xué)團(tuán)隊，團(tuán)隊中有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、實(shí)踐能力強(qiáng)、科研項(xiàng)目多的教授、副教授，也有經(jīng)驗(yàn)不足，能力一般，尚需努力學(xué)習(xí)的青年教師。教學(xué)團(tuán)隊的組建有效地整合了教師資源，團(tuán)隊教師之間相互學(xué)習(xí)，取長補(bǔ)短，不但有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)，而且在課程規(guī)劃設(shè)計、教案講稿的制定過程中可以集思廣益，有利于課程改革的推進(jìn)，一舉兩得。

教學(xué)過程采用團(tuán)隊授課。基于CDIO理念，將整個授課內(nèi)容劃分成幾個獨(dú)立的訓(xùn)練單元，每個老師負(fù)責(zé)一個訓(xùn)練單元，訓(xùn)練單元當(dāng)中又劃分為具體的訓(xùn)練項(xiàng)目，在訓(xùn)練項(xiàng)目的實(shí)施過程中，教師以引導(dǎo)為主，講授為輔。主要給學(xué)生提供開發(fā)思路，留給學(xué)生充分的思考和訓(xùn)練時間，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考、積極討論，在學(xué)生遇到問題時，教師針對性地進(jìn)行理論指導(dǎo)，這種授課模式避免了生硬的知識灌輸，具體直觀，充分地發(fā)揮了學(xué)生們的主觀能動性。真正做到了以學(xué)生為主體，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量和授課效果。

2.3CDIO模式下考核方式改革

傳統(tǒng)的考核方式以閉卷形式為主，最終的成績評定一般為“平時成績+實(shí)驗(yàn)成績+卷面成績”。三項(xiàng)各占一定百分比，各校三項(xiàng)所占百分比有所不同，但都是以最終考試的卷面成績比重為最大。理論考試內(nèi)容通?？疾鞂W(xué)生對S3C2440處理器的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、I/O端口等知識點(diǎn)的掌握情況，偏重于書本，不能夠很好地檢驗(yàn)學(xué)生對整個嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)過程的掌握情況。因此，大膽進(jìn)行改革，大大縮小筆試考試成績所占比重，將評定方式改為“平時成績20%+項(xiàng)目完成情況70%+卷面成績10%”，要求學(xué)生在期末之前完成一項(xiàng)由教師事前制定的訓(xùn)練項(xiàng)目，該項(xiàng)目要求學(xué)生自主完成，教師不參與指導(dǎo)，在期末教師檢驗(yàn)學(xué)生完成情況，主要從三方面考核：實(shí)物展示、電路板設(shè)計情況、現(xiàn)象的靈敏度。平時成績包括學(xué)生出勤、作業(yè)的綜合成績，所占比例最少的閉卷考試考察學(xué)生基本理論的掌握情況。這種大膽的改革能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，提高學(xué)習(xí)的自覺性和自學(xué)能力。

3結(jié)語

本次課程教學(xué)改革突破了傳統(tǒng)的授課模式，引入CDIO工程教育理念，將以教師為中心的授課模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的模式。組建教學(xué)團(tuán)隊，充分發(fā)揮團(tuán)隊教師的長處，分塊教學(xué)。將授課地點(diǎn)搬到實(shí)驗(yàn)室。軟件硬件相結(jié)合，課上課下都開發(fā)，使學(xué)生體驗(yàn)到整個嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，有效地提高了學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)興趣，整個改革的實(shí)施，始終貫徹以學(xué)生為主體，以專業(yè)人才培養(yǎng)為目標(biāo)的CDIO理念，加強(qiáng)了學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了較好的教學(xué)效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 彭偉. CDIO模式下嵌入式技術(shù)專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計教學(xué)思考[J].技術(shù)應(yīng)用，2012(2)：90-95.

[2] 徐存東，余麗紅. 基于CDIO 理念的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2011，6(7)：178.

[3] 陳瑞祥，姜平，周根榮. CDIO模式下嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].教學(xué)園地，2013(18)：91.

[責(zé)任編輯：陸靜]

The paper analyzes the existing problems of the course of embedded system in the teaching process

SUN Yu-dan, CUI Feng, LIU Kai-xu

(College of mechanical and electrical engineering, Daqing Normal University, Daqing 163712, China)

Abstract：The model of CDIO engineering education is used to reform the course and establish reform program in teaching methods, teaching means, examining mode. The students' learning interest and teaching quality can be improved by integrating teacher resources, building teaching teams and increasing the ratio of project completion quality.

Key words:course of embedded system; model of CDIO engineering education; reform program in teaching methods

作者簡介：孫宇丹(1983-)，女，黑龍江大慶人，講師，從事高等教育教學(xué)研究。

基金項(xiàng)目：大慶師范學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目“面向技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的電子信息工程專業(yè)核心基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐”(JY1412)。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-0063(2016)03-0108-03

收稿日期：2015-12-05

DOI 10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2016.03.029