CDIO模式下嵌入式系统课程教学研究与实践*

陈瑞祥 姜平 周根荣

南通大学电气工程学院 江苏南通 226019

由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学研究和创建的CDIO工程教育模式，以产品从研发到运行的4个生命周期——构思（concei ve）、设计（design）、实施（implement）和运行（operate）——为载体，鼓励学生以主动的、实践的、相关课程所学知识有机联系的方式学习工程，培养学生的工程技术和动手能力[1]。CDIO在中国的普及和实践，也为高质量实施“卓越工程师教育培养计划”打下了良好的基础，起到了积极的推进作用[2]。

“嵌入式系统”是南通大学自动化专业开设的一门专业课，应用性、技术性、实践性较强，开发过程中软硬件紧密结合[3]。因此，嵌入式系统的学习困难多，教学难度大。如何让学生在有限的教学时间里既能掌握书本的理论知识，又能培养工程实践能力，使学生毕业后能很快适应嵌入式系统的开发工作，是教学过程中亟待解决的问题，也是“卓越工程师”培养计划的要求。

1 “嵌入式系统”教学特点

嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适用于系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。因其既涉及电路、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术等硬件知识，又涉及操作系统、应用程序等软件知识，覆盖面广，具有较强的综合性。

实践性强是嵌入式系统教学的又一大特点。嵌入式系统的研发是在实践过程中不断总结和创新的。无论是硬件设计还是软件编程，都离不开实践过程，纸上谈兵是无法具备嵌入式系统开发能力的。

然而，目前嵌入式系统课程的教学普遍存在内容多、课时少、没有统一的经典教材、实践能力培养不够等众多问题。对于该课程，如果完全依靠课堂讲解和课程内实验教学，那是远远不够的。因此，如何将CDIO模式贯穿在课程教学、课程实验和课程实践整个教学活动中，激发学生自主学习、理论结合实践，是在教学过程中需要探讨的问题。

2 基于CDIO理念的理论教学

CDIO理念的核心之一就是将教学工作从以“教师为中心”的注入式教学模式转变为以学为中心的自主研究式学习。在授课过程中，努力调动学生自主学习和研究的积极性，注重培养学生的自学能力、团队协作能力以及系统分析能力。

2.1 非标准教材的教学

当今关于嵌入式系统方面的教材有很多，但整体结构都是类似的。通过推荐相关教材，引导学生借助图书馆或网络等资源主动找书找资料，让学生建立自主寻找相关资料的实践方法。这样才能让学生学会关注科技发展，才能赶上当今世界潮流，屹立于时代大潮中而不倒。

2.2 项目教学法的应用

为了提高学生的团队协作能力，课程计划中将会有更多的团队设计，安排学生2～3人组成一个团队。可以培养学生的实践能力，在实践中体验CDIO的教育理念。同时，结合工科学习特点，将嵌入式系统中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕“做项目”的模式组织和展开教学，让学生的才干在实践中提升。这也将极大地提高学生的系统调控能力。

2.3 网络教学平台的利用

为进一步贯彻CDIO模式中的自主学习的理念，创造“教”与“学”互动的网络教学环境，可以利用学校Blackboard教学平台发布课件，进行作业解答，提供课外补充资料，进行在线自测答疑。这样加强了学生与教师（学生）之间的交流讨论，既对本专业学生提供了共享与交流环境，也为其他专业和远程教学提供了网络教学资源。

3 基于CDIO模式的实践教学

嵌入式系统涉及内容范围广，如何在嵌入式系统课程实践和设计过程中体现CDIO的整个教学理念，达到CDIO模式的系统能力培养，是需要研究的问题。

3.1 开放创新实验项目

各团队可以根据所学知识自主设计实验项目、查阅资料、设计实验方案、选配仪器和进行调试。学生完成实验后与理论进行对比分析，撰写实验报告。由于开放性实验的选题具有一定的探索性，实验内容较为先进，锻炼了学生自主学习的能力。同时也为学生进行电子设计竞赛、大学生实践创新等课外科技活动奠定良好的基础。

3.2 与大学生实践创新项目有机结合

嵌入式系统课程实践性较强，如果完全依靠课堂讲解和课程内实验教学，那是远远不够的。学生也一直受到应试教育的影响，普遍缺乏学习主动性和团队合作意识，很少进行项目创新与设计的训练，对专业及课程设置不甚了解。因此，有必要鼓励和支持大学生尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动，不断提高大学生的创新创业精神和实践能力。

大学生实践创新训练项目能够很好地契合CDIO模式，符合各工程类院校毕业生培养的目标。大学生实践创新项目是由学生主持，通过团队协作完成一个完整的课题项目。实施过程中的构思、申请、立项、设计实施、结题均很好地融入CDIO教育模式中的构思、设计、实施和运行。

学生在项目实施过程中能够锻炼独立思考、自主学习的能力，将课内学习的专业知识综合运用，加强团队之间沟通与合作。同时，教师在项目指导过程中对创新型人才培养有了新的认识，能够更好地反哺教学。

4 总结

基于CDIO理念的嵌入式系统课程教学，在强调学生理论基础知识的同时，也注重培养学生自主学习能力、团队合作能力及工程系统分析能力。本文针对嵌入式系统课程综合性、实践性强的特点，结合CDIO教学理念对学生的要求，鼓励学生参与实践创新等实践活动，使学生在掌握课程的基础理论的同时，具备一定的工程实践能力，实现实用型人才培养的整体目标。

[1]陈冬松,孙阳春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培养途径[J].现代教育管理,2011(11):34-37.

[2]曹卫锋,宋寅卯,郑安平.本科阶段卓越工程师教育培养计划的研究与探索[J].中国现代教育装备,2011(13):126-128.

[3]张雯雾,高守平,陆武魁.应用型本科嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备,2010(18):39-40.