CDIO模式下嵌入式系統(tǒng)課程改革的探索

1、    cdio模式下嵌入式系統(tǒng)課程改革的探索    解凱+盛琳陽(yáng)+李桐+陳如琪摘要：針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，本文在課程改革中引入了cdio工程教育模式，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法讓學(xué)生在做中學(xué)。為應(yīng)對(duì)任課教師缺乏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)及貼近工程實(shí)際教學(xué)案例短缺的問(wèn)題，提出校企合作的思路為課程改革的順利實(shí)施提供了保障。課改促進(jìn)了教師能力的提高，學(xué)生的自學(xué)能力、工程實(shí)踐能力、交流溝通和團(tuán)隊(duì)合作能力、項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)能力及創(chuàng)新能力等都得到增強(qiáng)，綜合素質(zhì)明顯提高。關(guān)鍵詞：cdio；嵌入式；教學(xué)改革：g642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a ：1674-9324（2018）01-0097-0

2、2嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、航空航天、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、安防等領(lǐng)域2。目前，我國(guó)對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的需求量日益增加，每年嵌入式人才的缺口都很大。為此，國(guó)內(nèi)很多高校的計(jì)算機(jī)及相近專業(yè)紛紛開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程3。北京印刷學(xué)院計(jì)算機(jī)系自2013年開(kāi)始，探索將cdio工程教育模式引入該課程的教學(xué)改革，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生在做中學(xué)，取得了較好的效果。一、嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)課程是把計(jì)算機(jī)專業(yè)所有學(xué)過(guò)的硬件課程與軟件課程集成到一起，構(gòu)造一個(gè)面向

3、應(yīng)用的獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方法。實(shí)踐性強(qiáng)是指該課程的理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，只有實(shí)際動(dòng)手做，邊學(xué)邊做，在做中學(xué)，才能學(xué)好該課程。另外，由于嵌入式技術(shù)的發(fā)展迅速，應(yīng)用需求也在不斷變化，要求嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容要及時(shí)更新，以適應(yīng)人才市場(chǎng)需求的變化。我校該課程進(jìn)行改革前和其他高校類似，教學(xué)上存在許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：（1）教學(xué)方法采用傳統(tǒng)的以教師為中心的“填鴨式教學(xué)”，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，課堂氣氛沉悶，教學(xué)效果不佳。（2）盡管先行課程已經(jīng)開(kāi)過(guò)，但由于傳統(tǒng)教學(xué)各課程間缺乏融合，學(xué)生難以從系統(tǒng)的高度把先行課程的知識(shí)運(yùn)用到本課程中，造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難。（3）學(xué)生工程實(shí)踐動(dòng)手能力、項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新研究能力

4、的培養(yǎng)等方面，與企業(yè)對(duì)嵌入式技術(shù)人才的需求存在較大差距。（4）師資問(wèn)題較大。多數(shù)承擔(dān)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)的教師，缺乏企業(yè)工程實(shí)踐經(jīng)歷，對(duì)教材及教學(xué)內(nèi)容的處理難以把控，上課只能照本宣科。教師自己沒(méi)有嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，很難把學(xué)生培養(yǎng)成受企業(yè)歡迎的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人才。二、cdio模式下的課程教學(xué)改革cdio是構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)現(xiàn)（implement）和運(yùn)作（operate）的縮寫(xiě)，是美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)創(chuàng)立的全新工程教育理念。該模式以培養(yǎng)新一代高水平工程師為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)將教育過(guò)程置身于產(chǎn)品/系統(tǒng)生命周期的具體環(huán)境中。為解決目前嵌入式系統(tǒng)教學(xué)存在的

5、問(wèn)題，我們把cdio工程教育理念引入嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革中，收到了較好的效果。（一）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)做中學(xué)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的不同在于：傳統(tǒng)教學(xué)法采用先理論后應(yīng)用的方式，理論教學(xué)往往采用課堂上教師講、學(xué)生聽(tīng)的“填鴨式”模式，使得學(xué)生往往不知道教師講的內(nèi)容有什么用，容易造成學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，對(duì)課程缺乏興趣從而學(xué)習(xí)效率低下的局面。待到應(yīng)用時(shí)，要用到前面學(xué)習(xí)的理論，卻因理論沒(méi)學(xué)好，也無(wú)法進(jìn)行應(yīng)用。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法把先“知”而后“行”改為“做中學(xué)”，讓學(xué)生先確立任務(wù)目標(biāo)，理論教學(xué)囊括了完成任務(wù)、達(dá)到目標(biāo)必須掌握的基本原理、技能和方法，這樣學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生盡快學(xué)好理論掌握完成任務(wù)的基本技能和方法的欲望，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

6、，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的具體實(shí)施，一般在第一堂課講緒論時(shí)，就把選擇的項(xiàng)目交給學(xué)生。只要選擇的項(xiàng)目足夠貼近生活，就能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們選擇的項(xiàng)目是智能家居系統(tǒng)。該項(xiàng)目貼近生活，功能可多可少，可簡(jiǎn)可繁，便于根據(jù)教學(xué)大綱裁剪功能分解知識(shí)點(diǎn)，形成教學(xué)案例。學(xué)生掌握了知識(shí)點(diǎn)后，在原案例的基礎(chǔ)上發(fā)揮想象力，擴(kuò)展功能，動(dòng)手實(shí)踐的空間十分廣闊。教學(xué)實(shí)施中，我們按照cdio做中學(xué)的原則，把課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，邊講邊演示，學(xué)生跟著練習(xí)操作。（二）教學(xué)內(nèi)容的組織與教材的處理目前國(guó)內(nèi)各高校的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容差別甚大。究其原因，一是該課程是一門(mén)新興課程，究竟應(yīng)該選用什么樣的硬件軟件平臺(tái)構(gòu)造的應(yīng)用系

7、統(tǒng)作為教學(xué)內(nèi)容合適，尚處于探索階段。二是嵌入式系統(tǒng)涉獵技術(shù)內(nèi)容紛繁復(fù)雜，僅常見(jiàn)的處理器就有十幾種。嵌入式領(lǐng)域常見(jiàn)的操作系統(tǒng)，多得令人不知所從。教材選擇上，我們只指定業(yè)界反應(yīng)較好的幾本參考書(shū)，學(xué)習(xí)中不按教材順序全盤(pán)講解，而是把教材作為幫助完成項(xiàng)目供查閱的工具來(lái)使用。課程項(xiàng)目實(shí)施中需要解決哪個(gè)問(wèn)題，就告訴學(xué)生哪本參考書(shū)中什么地方寫(xiě)了解決問(wèn)題的思路和方法。學(xué)生通過(guò)查閱書(shū)中相關(guān)內(nèi)容解決問(wèn)題，教材的作用就發(fā)揮了。這樣的處理方法，對(duì)學(xué)生自學(xué)能力的提升有幫助，有助于學(xué)習(xí)效率的提高。（三）強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)cdio模式下的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐無(wú)疑是影響教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。為了強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)，我們?cè)谠?/p>

8、有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做如下安排。一是把課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行教學(xué)案例講解時(shí)，教師在上面演示，學(xué)生在下面跟著操作。比如linux的安裝，硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的使用，一些程序模塊的調(diào)試等，都可以采用這種模式。這種方式與傳統(tǒng)的教師課堂講完后，學(xué)生再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證比較，學(xué)習(xí)效率會(huì)大大提高。學(xué)生因跟不上教師的思路和進(jìn)度而放棄學(xué)習(xí)的情況，很少會(huì)發(fā)生。二是開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生課后可以隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這不僅可以方便地使用各種儀器實(shí)驗(yàn)箱等，還由于安排了教師值班，學(xué)生動(dòng)手做的過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，隨時(shí)能獲得教師的指導(dǎo)。三是在實(shí)驗(yàn)課外增設(shè)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生3到4人一組，自選題目，并提交教師審核，審核通過(guò)的限時(shí)完

9、成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制版、焊板及調(diào)試。限時(shí)時(shí)間由教師根據(jù)題目難易程度來(lái)確定。課程設(shè)計(jì)為cdio模式倡導(dǎo)的培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力及創(chuàng)新能力，提供了平臺(tái)。endprint四是鼓勵(lì)有項(xiàng)目的教師帶學(xué)生，在課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，吸收表現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入教師項(xiàng)目組，直接參與實(shí)際項(xiàng)目。三、結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)幾輪的教學(xué)實(shí)踐，證實(shí)將cdio教學(xué)模式應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)課程的改革是成功的。與課程改革前比，學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)課程的興趣和積極性大大提高。學(xué)生的自學(xué)能力、工程實(shí)踐能力、交流溝通和團(tuán)隊(duì)合作能力、項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)能力及創(chuàng)新能力等都得到增強(qiáng)，綜合素質(zhì)明顯提高。學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性大大提高，從課外答疑時(shí)間看，改革前提問(wèn)的人數(shù)少，問(wèn)題多局限在課本或作業(yè)上

10、?，F(xiàn)在，提問(wèn)的學(xué)生人數(shù)大大增加，問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出課程本身，很多是來(lái)和教師探討構(gòu)思一個(gè)新產(chǎn)品的方案。課改促進(jìn)了教師能力的提高。通過(guò)校企合作，任課教師的應(yīng)用動(dòng)手能力、對(duì)課程內(nèi)容的駕馭能力明顯增強(qiáng)，很多人已經(jīng)能夠到企業(yè)承接橫向課題。參考文獻(xiàn)：1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(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（7）：178-180.2徐玉，童長(zhǎng)飛.cdio工程教育模式下的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)j.計(jì)算機(jī)教育，2013，（10）：108-109.3但永平，張五一，郭艷清.“嵌入式系統(tǒng)”課程與cd io教學(xué)模式改革的研究j.中國(guó)電力教育，2013，（26）：60-62.abstrac

11、t：according to the characteristics and status of the embedded system teaching，the cdio engineering education mode in the curriculum reform is introduced. driven by project method is of teaching students in middle school。in response to the lack of professional teacher and close to the actual engineer

12、ing project experience of shortage of teaching cases，it puts forward some ideas of university-enterprise cooperation that provides guarantee for smooth implementation curriculum reform. curriculum reform promotes the improvement of the teachers' ability，the students' self-study ability，engineering practice ability，communication and team cooperation abil