简析CDIO模式下的嵌入式系统课程改革

孙宇丹，崔　峰，刘开绪

(大庆师范学院 机电工程学院，黑龙江 大庆 163712)



简析CDIO模式下的嵌入式系统课程改革

孙宇丹，崔峰，刘开绪

(大庆师范学院 机电工程学院，黑龙江 大庆 163712)

摘要：分析了目前嵌入式系统课程教学过程中存在的问题及改革的必要性，引入CDIO工程教育模式确立具体的课程教学改革实施方案。从教学方法、教学手段、考核方式三方面进行改革。有效整合教师资源，组建教学团队，考核中加大项目完成情况所占比重，有效提高学生学习兴趣及教学质量。

关键词：嵌入式系统课程；CDIO工程教育模式；课程教学改革

1嵌入式系统课程改革必要性

从党的十八大以来，国家将地方本科高校转型发展作为破解我国高等教育发展同质化、办学封闭化、重数量轻质量、重规模轻特色等问题的一个重要关键点。因此，具有鲜明职业教育特点的技术技能型本科人才培养成为地方本科高校发展的必然趋势，人才培养模式改革势在必行。这其中课程改革与建设是转型高校未来走内涵发展道路的核心，如何结合自己的专业特点，与传统的“学术型”课程建设相区分，并与市场需求相匹配，以职业为导向，在教学内容安排和方法上有新的突破，成为一个亟待解决的问题。

嵌入式系统课程是各大高校电子信息工程专业、自动化专业的专业课程，嵌入式系统工程师硬件方面需要具有数字电子技术、模拟电子技术、微机原理等课程的理论基础，软件方面需要熟悉操作系统、应用程序等理论[1]。并且要具备综合运用软硬件理论知识和实践操作的能力，是一门综合性强、知识覆盖面大的课程。目前嵌入式系统课程的教学普遍存在着以下问题：

1)教学内容多，课时少。以我院为例，理论学时18学时，实验学时18学时，共36学时。现有学时无法满足整个嵌入式系统从硬件到操作系统的深入讲解，只能给学生大概介绍目前主流的嵌入式系统处理器及操作系统的简单应用。

2)学生实践能力培养不够。学生在实验过程中主要依靠教师的讲解及实验指导书，一般来说，指导书中的实验步骤介绍比较详细，学生只需要按照步骤完成操作即可，完全没有发挥出学生自身的创新和创造能力，没有充分调动学生的主观能动性。

3)学生对该课程缺乏学习兴趣。由于该课程内容多、难度大、不好理解，传统的授课模式又以课堂灌输为主，死板生硬，无法激发学生的学习兴趣。

如果继续采用传统的填鸭式教学方法，不利于学生能力的培养及潜能开发，达不到预期的教学目的，想要培养能够独立开发产品的嵌入式系统工程师更是天方夜谭。由此可见，嵌入式系统课程改革已迫在眉睫。

2嵌入式系统课程改革具体实施办法

课程改革旨在提高学生学习兴趣，激发学生创新能力，培养具有创新思维的工程技术人员，因此引入CDIO工程教育模式。CDIO是2000年由美国麻省理工学院等四所高校提出的一种工程教育模式。CDIO指构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运行(Operate)，其中“构思”主要是需求分析和实施计划的制订；“设计”主要是实施方案的制定；“实施”主要是按照方案制造产品的过程；“运行”主要是对系统进行修订和改进[2]。CDIO工程教育模式是以工程项目为教学对象，通过“做中学”等方式让学生将课程与实践有机联系。使学生掌握扎实的嵌入式专业知识及工程技术理论，有效地提升学生的综合素质和创新能力，满足社会对创新型工程技术人才的需求[3]。

2.1CDIO模式下教学方法改革

突破传统教学模式，将CDIO工程教育理念融入课堂教学。CDIO理念核心思想是将以教师为主的填鸭式教学模式转变为以学生为主的实践式教学模式。也就是打破教材中按章节授课的原则，将整个知识体系有机融合，重新设计教学内容，采用案例式教学法。将传统学科体系中的知识内容转化为若干个教学案例，并围绕具体的教学案例来组织和展开教学任务，让学生亲自参与到训练项目中，有效提高学生学习兴趣。以我院为例，嵌入式系统理论学时为18学时，实验学时为18学时，可以将理论与实验结合到一起共36学时，在机房授课，方便实验程序的演示，学生可以看到每个程序编写的步骤，软件的使用方法，比起PPT板书授课更加直观，教学效果更佳。

嵌入式系统课程一般开设在大三下学期，这个阶段学生有一定单片机的开发基础，刚刚开始建立嵌入式系统的基本概念，因此在教学内容的选取上要由浅入深，将简单容易理解的内容和实际项目开发时常用的理论作为主要讲解范围。内容设计主要包括三个方面：

1)硬件电路部分将介绍S3C2440处理器的功能，存储器系统、I/O接口设备等内容，让学生在现有学时内了解嵌入式系统硬件部分的组成，培养基本的硬件设计能力。

2)操作系统部分，在给学生概述当前主流的几种操作系统以后，以Linux操作系统作为主要讲授内容，介绍Linux目录结构、基本指令及系统具体操作方法等。

3)具体训练项目安排实用性强的项目，例如：LCD显示、键盘、触摸屏等，并找到训练项目与手机开发过程的联系，激发学生的学习兴趣。以智能家电、iPad、PDA、GPS 导航等产品为CDIO的工程项目，让学生尝试分析市场需求、独立提出设计方案，使得学生进一步了解嵌入式系统的系统组成、开发过程及应用领域，培养学生创新思维和实践能力。

2.2CDIO模式下教学手段改革

教师作为教学的主体，在授课过程中起到至关重要的作用，为了更好地提高授课的效果将所有嵌入式系统课程主讲教师组建成一支教学团队，团队中有教学经验丰富、实践能力强、科研项目多的教授、副教授，也有经验不足，能力一般，尚需努力学习的青年教师。教学团队的组建有效地整合了教师资源，团队教师之间相互学习，取长补短，不但有利于学生能力的培养，而且在课程规划设计、教案讲稿的制定过程中可以集思广益，有利于课程改革的推进，一举两得。

教学过程采用团队授课。基于CDIO理念，将整个授课内容划分成几个独立的训练单元，每个老师负责一个训练单元，训练单元当中又划分为具体的训练项目，在训练项目的实施过程中，教师以引导为主，讲授为辅。主要给学生提供开发思路，留给学生充分的思考和训练时间，鼓励学生独立思考、积极讨论，在学生遇到问题时，教师针对性地进行理论指导，这种授课模式避免了生硬的知识灌输，具体直观，充分地发挥了学生们的主观能动性。真正做到了以学生为主体，让学生在“做中学”，有效地提高了教学质量和授课效果。

2.3CDIO模式下考核方式改革

传统的考核方式以闭卷形式为主，最终的成绩评定一般为“平时成绩+实验成绩+卷面成绩”。三项各占一定百分比，各校三项所占百分比有所不同，但都是以最终考试的卷面成绩比重为最大。理论考试内容通常考察学生对S3C2440处理器的硬件结构、汇编指令系统、中断系统、定时器/计数器、I/O端口等知识点的掌握情况，偏重于书本，不能够很好地检验学生对整个嵌入式系统项目开发过程的掌握情况。因此，大胆进行改革，大大缩小笔试考试成绩所占比重，将评定方式改为“平时成绩20%+项目完成情况70%+卷面成绩10%”，要求学生在期末之前完成一项由教师事前制定的训练项目，该项目要求学生自主完成，教师不参与指导，在期末教师检验学生完成情况，主要从三方面考核：实物展示、电路板设计情况、现象的灵敏度。平时成绩包括学生出勤、作业的综合成绩，所占比例最少的闭卷考试考察学生基本理论的掌握情况。这种大胆的改革能够激发学生的学习自主性，提高学习的自觉性和自学能力。

3结语

本次课程教学改革突破了传统的授课模式，引入CDIO工程教育理念，将以教师为中心的授课模式转变为以学生为中心的模式。组建教学团队，充分发挥团队教师的长处，分块教学。将授课地点搬到实验室。软件硬件相结合，课上课下都开发，使学生体验到整个嵌入式系统的开发过程，有效地提高了学生的动手能力及学习兴趣，整个改革的实施，始终贯彻以学生为主体，以专业人才培养为目标的CDIO理念，加强了学生专业技能的培养和训练，有效地提高了教学质量，取得了较好的教学效果。

[参考文献]

[1] 彭伟. CDIO模式下嵌入式技术专业数据结构与算法设计教学思考[J].技术应用，2012(2)：90-95.

[2] 徐存东，余丽红. 基于CDIO 理念的嵌入式系统课程教学改革的研究[J].长春理工大学学报，2011，6(7)：178.

[3] 陈瑞祥，姜平，周根荣. CDIO模式下嵌入式系统课程教学研究与实践[J].教学园地，2013(18)：91.

[责任编辑：陆静]

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

作者简介：孙宇丹(1983-)，女，黑龙江大庆人，讲师，从事高等教育教学研究。

基金项目：大庆师范学院教育教学改革项目“面向技术技能型人才培养的电子信息工程专业核心基础课程改革与实践”(JY1412)。

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2095-0063(2016)03-0108-03

收稿日期：2015-12-05

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