孫宇丹，崔　峰，劉開緒

(大慶師范學院 機電工程學院，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

(大慶師范學院 機電工程學院，黑龍江 大慶 163712)

摘要：分析了目前嵌入式系統(tǒng)課程教學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改革實施方案。從教學方法、教學手段、考核方式三方面進行改革。有效整合教師資源，組建教學團隊，考核中加大項目完成情況所占比重，有效提高學生學習興趣及教學質量。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)課程；CDIO工程教育模式；課程教學改革

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型發(fā)展作為破解我國高等教育發(fā)展同質化、辦學封閉化、重數(shù)量輕質量、重規(guī)模輕特色等問題的一個重要關鍵點。因此，具有鮮明職業(yè)教育特點的技術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是轉型高校未來走內涵發(fā)展道路的核心，如何結合自己的專業(yè)特點，與傳統(tǒng)的“學術型”課程建設相區(qū)分，并與市場需求相匹配，以職業(yè)為導向，在教學內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、模擬電子技術、微機原理等課程的理論基礎，軟件方面需要熟悉操作系統(tǒng)、應用程序等理論[1]。并且要具備綜合運用軟硬件理論知識和實踐操作的能力，是一門綜合性強、知識覆蓋面大的課程。目前嵌入式系統(tǒng)課程的教學普遍存在著以下問題：

1)教學內容多，課時少。以我院為例，理論學時18學時，實驗學時18學時，共36學時?，F(xiàn)有學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)的簡單應用。

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

3)學生對該課程缺乏學習興趣。由于該課程內容多、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)學生的學習興趣。

如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的填鴨式教學方法，不利于學生能力的培養(yǎng)及潛能開發(fā)，達不到預期的教學目的，想要培養(yǎng)能夠獨立開發(fā)產品的嵌入式系統(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)課程改革具體實施辦法

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

2.1CDIO模式下教學方法改革

突破傳統(tǒng)教學模式，將CDIO工程教育理念融入課堂教學。CDIO理念核心思想是將以教師為主的填鴨式教學模式轉變?yōu)橐詫W生為主的實踐式教學模式。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融合，重新設計教學內容，采用案例式教學法。將傳統(tǒng)學科體系中的知識內容轉化為若干個教學案例，并圍繞具體的教學案例來組織和展開教學任務，讓學生親自參與到訓練項目中，有效提高學生學習興趣。以我院為例，嵌入式系統(tǒng)理論學時為18學時，實驗學時為18學時，可以將理論與實驗結合到一起共36學時，在機房授課，方便實驗程序的演示，學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，教學效果更佳。

嵌入式系統(tǒng)課程一般開設在大三下學期，這個階段學生有一定單片機的開發(fā)基礎，剛剛開始建立嵌入式系統(tǒng)的基本概念，因此在教學內容的選取上要由淺入深，將簡單容易理解的內容和實際項目開發(fā)時常用的理論作為主要講解范圍。內容設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接口設備等內容，讓學生在現(xiàn)有學時內了解嵌入式系統(tǒng)硬件部分的組成，培養(yǎng)基本的硬件設計能力。

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

3)具體訓練項目安排實用性強的項目，例如：LCD顯示、鍵盤、觸摸屏等，并找到訓練項目與手機開發(fā)過程的聯(lián)系，激發(fā)學生的學習興趣。以智能家電、iPad、PDA、GPS 導航等產品為CDIO的工程項目，讓學生嘗試分析市場需求、獨立提出設計方案，使得學生進一步了解嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、開發(fā)過程及應用領域，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力。

2.2CDIO模式下教學手段改革

教師作為教學的主體，在授課過程中起到至關重要的作用，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團隊，團隊中有教學經驗豐富、實踐能力強、科研項目多的教授、副教授，也有經驗不足，能力一般，尚需努力學習的青年教師。教學團隊的組建有效地整合了教師資源，團隊教師之間相互學習，取長補短，不但有利于學生能力的培養(yǎng)，而且在課程規(guī)劃設計、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，一舉兩得。

教學過程采用團隊授課?；贑DIO理念，將整個授課內容劃分成幾個獨立的訓練單元，每個老師負責一個訓練單元，訓練單元當中又劃分為具體的訓練項目，在訓練項目的實施過程中，教師以引導為主，講授為輔。主要給學生提供開發(fā)思路，留給學生充分的思考和訓練時間，鼓勵學生獨立思考、積極討論，在學生遇到問題時，教師針對性地進行理論指導，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)揮了學生們的主觀能動性。真正做到了以學生為主體，讓學生在“做中學”，有效地提高了教學質量和授課效果。

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+實驗成績+卷面成績”。三項各占一定百分比，各校三項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。理論考試內容通常考察學生對S3C2440處理器的硬件結構、匯編指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、I/O端口等知識點的掌握情況，偏重于書本，不能夠很好地檢驗學生對整個嵌入式系統(tǒng)項目開發(fā)過程的掌握情況。因此，大膽進行改革，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%+項目完成情況70%+卷面成績10%”，要求學生在期末之前完成一項由教師事前制定的訓練項目，該項目要求學生自主完成，教師不參與指導，在期末教師檢驗學生完成情況，主要從三方面考核：實物展示、電路板設計情況、現(xiàn)象的靈敏度。平時成績包括學生出勤、作業(yè)的綜合成績，所占比例最少的閉卷考試考察學生基本理論的掌握情況。這種大膽的改革能夠激發(fā)學生的學習自主性，提高學習的自覺性和自學能力。

3結語

本次課程教學改革突破了傳統(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變?yōu)橐詫W生為中心的模式。組建教學團隊，充分發(fā)揮團隊教師的長處，分塊教學。將授課地點搬到實驗室。軟件硬件相結合，課上課下都開發(fā)，使學生體驗到整個嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，有效地提高了學生的動手能力及學習興趣，整個改革的實施，始終貫徹以學生為主體，以專業(yè)人才培養(yǎng)為目標的CDIO理念，加強了學生專業(yè)技能的培養(yǎng)和訓練，有效地提高了教學質量，取得了較好的教學效果。

[參考文獻]

[1] 彭偉. CDIO模式下嵌入式技術專業(yè)數(shù)據(jù)結構與算法設計教學思考[J].技術應用，2012(2)：90-95.

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

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

[責任編輯：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，從事高等教育教學研究。

基金項目：大慶師范學院教育教學改革項目“面向技術技能型人才培養(yǎng)的電子信息工程專業(yè)核心基礎課程改革與實踐”(JY1412)。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：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