TOPCARES-CDIO模式下“嵌入式系统概论”课程教学改革

王伟 张阳 孙丽飞

依据TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，针对“嵌入式系统概论”课程的教学现状，探讨了基于TOPCARES-CDIO教学理念的“嵌入式系统概论”教学改革与实践，提出该课程教学改革的具体措施。课程评价及实践表明，相关教学改革取得了很好效果。

TOPCARES-CDIO 嵌入式系统概论 教学改革

一、引言

CDIO是当今国际高等工程教育的一种创新模式，CDIO代表构思、设计、实现和运作，CDIO工程教育主旨是让学生以主动的、实践的方式学习工程。

TOPCARES-CDIO是大连东软信息学院基于CDIO模式提出的具有大连东软信息学院特色的应用型人才培养模式与方法。TOPCARES是东软教育创造学生价值的最高关注的八大能力英文第一个字母的缩写，即技术知识和推理能力、开放式思维与创新、个人职业能力、沟通表达与团队合作、态度与习惯、责任感、价值观、实践应用创造社会价值。本文依据TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，针对“嵌入式系统概论”课程以往教学中存在的主要问题，探讨了基于TOPCARES-CDIO理念下“嵌入式系统概论”课程教学改革与实践。

二、以往教学中存在的主要问题

1.概念和原理较难懂，知识点多

由于这门课是概论性质的课程，教材里面的知识点很多，面很广，通常以教师讲授为主，学生听课为辅，很多概念和原理对于学生来说比较抽象，难以理解，因此学生对课程学习缺乏兴趣。

2.缺乏对创新能力和工程实践能力的培养

企事业用人单位通常希望学生既有理论知识，又有一定的实践操作经验，对动手能力要求较高。以往的实验都是一些验证性实验，缺少设计性、综合性创作，实际操作能力不能得到很好的锻炼。

3.学生的团队协作和沟通人际能力未能得到提高。

三、面向TOPCARES-CDIO的教学改革与实践

基于TOPCARES-CDIO规范，针对本课程的特点和以往教学中存在的一些问题，撰写TOPCARES-CDIO大纲，主要从教学方式、考核与评价两个方面进行改革。在教学过程中采取以项目为导学，加强“做中学，学中做”和“基于项目的教育和学习”理念，让学生逐步成为课堂的主体，激发学生学习兴趣，并着重培养学生的实际动手能力。

1.教学方式改革

（1）项目导学

本课程采用的实验项目平台是目前比较新的ARM系列XScale 270实验箱和操作系统Linux2.6。在教学过程中，实验项目贯穿于教学始终，去掉验证性实验，将整个教学实践部分设计成一个综合项目（GPRS紧急呼叫系统）。以项目为导学，要求学生以小组团队形式，结合理论学习完成综合项目任务，充分培养学生的设计与实践操作能力。综合设计项目分散到8个实验项目单元中来完成，项目单元1要求完成嵌入式交叉开发环境的搭建，使学生掌握交叉编译开发环境的搭建和使用，为后续项目开发准备好开发环境。项目单元2利用第2知识单元内容，用多线程程序设计实现串口通信功能，为后续项目程序开发和硬件操作做好准备。项目单元3至5利用第3知识单元的内容，也是本课程的重点部分，完成Linux内核裁剪、编译、移植和文件系统制作。项目单元6和7利用第4知识单元内容，完成键盘输入控制功能（加入驱动部分），最后一个项目单元，即项目单元8，是在前面7个项目单元基础上利用GUI程序设计，最终完成综合项目的设计，此外还加入创新发挥部分，例如LCD触摸、GUI界面新颖等。通过完成这个综合项目，从底层驱动，内核，到顶层应用程序设计，几乎把嵌入式系统开发各个阶段内容都包括了，充分体现了TOPCARES-CDIO工程“做中学，学中做”的教育理念。在理论与实践教学过程中，以“设计为中心”，“项目为导向”组织教学，培养了学生创新能力和工程实践能力，分析问题与解决问题的能力。

（2）多形式化授课方式

传统授课中教师主要利用多媒体及板书教学，学生在学习过程中会对一些理论知识难以理解，并缺乏兴趣。教师在教学中，在借助多媒体和板书授课的同时，可以充分利用学院提供的便利软硬件教室资源，让每名同学上课时各自带笔记本电脑，用实例讲解理论知识，这样学生能通过老师演示和自己亲手操作激发学习兴趣，增加对理论知识的掌握和理解。

（3）转变教学主体

TOPCARES-CDIO教学模式与过去教学模式的区别主要体现在教学过程中是以教师为主体还是以学生为主体。传统教学方式中，主要以教师讲授为主，而在TOPCARES-CDIO模式下，以教师为主逐渐转变为以学生为主，让学生以主动的、实践的方式学习。采用合作学习、自主学习和问题教学等方法，让学生成为课堂上的“主动者”，并以学生自身实践为主，教师讲授引导为辅，开展分组教学等。

2.考核与评价

对学生实施多方面的考核与评价，采用多种考核方式进行综合评定。考核分为3个部分：期末笔试（40%）+项目成绩（40%）+平时成绩（20%）。

期末考试占整个成绩的40%，考试形式采用开卷考试，不提倡死记硬背，重点考核学生运用知识和解决问题的能力。项目考核部分占40%，根据每个团队项目完成情况和创新等方面综合评定成绩，满分100分，再折合成总成绩的40%为最终项目成绩。下面列出几条主要评定标准。

（1）项目部分包括项目设计30分、项目实践与演示30分、项目设计报告30分和创新10分。

（2）团队每名成员的得分=团队得分*团队人数*贡献比。组内成员的贡献比由各成员协商确定，贡献比之和是100％。

四、结论

本课程已在基于TOPCARES-CDIO教育理念下顺利走过一轮，并取得了很好的教学效果。虽然教学改革的同时也增加了学生学习的压力，但实践证明，将TOPCARES-CDIO理念引入“嵌入式系统概论”课程教学改革中是切实可行的。它对学生的自学能力、团队合作、沟通能力、综合运用知识的能力都起到促进作用。

参考文献：

［1］李坚强，王志强，薛丽萍.基于CDIO 模式的嵌入式系统教学研究与探讨［J］.计算机教育，2010，（12）：122-126.

［2］温涛.探索构建一体化TOPCARES-CDIO人才培养模式［J］.中国高等教育，2011，（07）：41-43.