TOPCARES-CDIO模式下“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革

王偉 張陽 孫麗飛

依據(jù)TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，針對(duì)“嵌入式系統(tǒng)概論”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，探討了基于TOPCARES-CDIO教學(xué)理念的“嵌入式系統(tǒng)概論”教學(xué)改革與實(shí)踐，提出該課程教學(xué)改革的具體措施。課程評(píng)價(jià)及實(shí)踐表明，相關(guān)教學(xué)改革取得了很好效果。

TOPCARES-CDIO 嵌入式系統(tǒng)概論 教學(xué)改革

一、引言

CDIO是當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，CDIO工程教育主旨是讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程。

TOPCARES-CDIO是大連東軟信息學(xué)院基于CDIO模式提出的具有大連東軟信息學(xué)院特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式與方法。TOPCARES是東軟教育創(chuàng)造學(xué)生價(jià)值的最高關(guān)注的八大能力英文第一個(gè)字母的縮寫，即技術(shù)知識(shí)和推理能力、開放式思維與創(chuàng)新、個(gè)人職業(yè)能力、溝通表達(dá)與團(tuán)隊(duì)合作、態(tài)度與習(xí)慣、責(zé)任感、價(jià)值觀、實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值。本文依據(jù)TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，針對(duì)“嵌入式系統(tǒng)概論”課程以往教學(xué)中存在的主要問題，探討了基于TOPCARES-CDIO理念下“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革與實(shí)踐。

二、以往教學(xué)中存在的主要問題

1.概念和原理較難懂，知識(shí)點(diǎn)多

由于這門課是概論性質(zhì)的課程，教材里面的知識(shí)點(diǎn)很多，面很廣，通常以教師講授為主，學(xué)生聽課為輔，很多概念和原理對(duì)于學(xué)生來說比較抽象，難以理解，因此學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)缺乏興趣。

2.缺乏對(duì)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)

企事業(yè)用人單位通常希望學(xué)生既有理論知識(shí)，又有一定的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)動(dòng)手能力要求較高。以往的實(shí)驗(yàn)都是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少設(shè)計(jì)性、綜合性創(chuàng)作，實(shí)際操作能力不能得到很好的鍛煉。

3.學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通人際能力未能得到提高。

三、面向TOPCARES-CDIO的教學(xué)改革與實(shí)踐

基于TOPCARES-CDIO規(guī)范，針對(duì)本課程的特點(diǎn)和以往教學(xué)中存在的一些問題，撰寫TOPCARES-CDIO大綱，主要從教學(xué)方式、考核與評(píng)價(jià)兩個(gè)方面進(jìn)行改革。在教學(xué)過程中采取以項(xiàng)目為導(dǎo)學(xué)，加強(qiáng)“做中學(xué)，學(xué)中做”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”理念，讓學(xué)生逐步成為課堂的主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

1.教學(xué)方式改革

（1）項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)

本課程采用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平臺(tái)是目前比較新的ARM系列XScale 270實(shí)驗(yàn)箱和操作系統(tǒng)Linux2.6。在教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目貫穿于教學(xué)始終，去掉驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將整個(gè)教學(xué)實(shí)踐部分設(shè)計(jì)成一個(gè)綜合項(xiàng)目（GPRS緊急呼叫系統(tǒng)）。以項(xiàng)目為導(dǎo)學(xué)，要求學(xué)生以小組團(tuán)隊(duì)形式，結(jié)合理論學(xué)習(xí)完成綜合項(xiàng)目任務(wù)，充分培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)與實(shí)踐操作能力。綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目分散到8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單元中來完成，項(xiàng)目單元1要求完成嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的搭建，使學(xué)生掌握交叉編譯開發(fā)環(huán)境的搭建和使用，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)準(zhǔn)備好開發(fā)環(huán)境。項(xiàng)目單元2利用第2知識(shí)單元內(nèi)容，用多線程程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)串口通信功能，為后續(xù)項(xiàng)目程序開發(fā)和硬件操作做好準(zhǔn)備。項(xiàng)目單元3至5利用第3知識(shí)單元的內(nèi)容，也是本課程的重點(diǎn)部分，完成Linux內(nèi)核裁剪、編譯、移植和文件系統(tǒng)制作。項(xiàng)目單元6和7利用第4知識(shí)單元內(nèi)容，完成鍵盤輸入控制功能（加入驅(qū)動(dòng)部分），最后一個(gè)項(xiàng)目單元，即項(xiàng)目單元8，是在前面7個(gè)項(xiàng)目單元基礎(chǔ)上利用GUI程序設(shè)計(jì)，最終完成綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，此外還加入創(chuàng)新發(fā)揮部分，例如LCD觸摸、GUI界面新穎等。通過完成這個(gè)綜合項(xiàng)目，從底層驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核，到頂層應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，幾乎把嵌入式系統(tǒng)開發(fā)各個(gè)階段內(nèi)容都包括了，充分體現(xiàn)了TOPCARES-CDIO工程“做中學(xué)，學(xué)中做”的教育理念。在理論與實(shí)踐教學(xué)過程中，以“設(shè)計(jì)為中心”，“項(xiàng)目為導(dǎo)向”組織教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，分析問題與解決問題的能力。

（2）多形式化授課方式

傳統(tǒng)授課中教師主要利用多媒體及板書教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)對(duì)一些理論知識(shí)難以理解，并缺乏興趣。教師在教學(xué)中，在借助多媒體和板書授課的同時(shí)，可以充分利用學(xué)院提供的便利軟硬件教室資源，讓每名同學(xué)上課時(shí)各自帶筆記本電腦，用實(shí)例講解理論知識(shí)，這樣學(xué)生能通過老師演示和自己親手操作激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加對(duì)理論知識(shí)的掌握和理解。

（3）轉(zhuǎn)變教學(xué)主體

TOPCARES-CDIO教學(xué)模式與過去教學(xué)模式的區(qū)別主要體現(xiàn)在教學(xué)過程中是以教師為主體還是以學(xué)生為主體。傳統(tǒng)教學(xué)方式中，主要以教師講授為主，而在TOPCARES-CDIO模式下，以教師為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)。采用合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和問題教學(xué)等方法，讓學(xué)生成為課堂上的“主動(dòng)者”，并以學(xué)生自身實(shí)踐為主，教師講授引導(dǎo)為輔，開展分組教學(xué)等。

2.考核與評(píng)價(jià)

對(duì)學(xué)生實(shí)施多方面的考核與評(píng)價(jià)，采用多種考核方式進(jìn)行綜合評(píng)定?？己朔譃?個(gè)部分：期末筆試（40%）+項(xiàng)目成績（40%）+平時(shí)成績（20%）。

期末考試占整個(gè)成績的40%，考試形式采用開卷考試，不提倡死記硬背，重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和解決問題的能力。項(xiàng)目考核部分占40%，根據(jù)每個(gè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目完成情況和創(chuàng)新等方面綜合評(píng)定成績，滿分100分，再折合成總成績的40%為最終項(xiàng)目成績。下面列出幾條主要評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

（1）項(xiàng)目部分包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)30分、項(xiàng)目實(shí)踐與演示30分、項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告30分和創(chuàng)新10分。

（2）團(tuán)隊(duì)每名成員的得分=團(tuán)隊(duì)得分*團(tuán)隊(duì)人數(shù)*貢獻(xiàn)比。組內(nèi)成員的貢獻(xiàn)比由各成員協(xié)商確定，貢獻(xiàn)比之和是100％。

四、結(jié)論

本課程已在基于TOPCARES-CDIO教育理念下順利走過一輪，并取得了很好的教學(xué)效果。雖然教學(xué)改革的同時(shí)也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力，但實(shí)踐證明，將TOPCARES-CDIO理念引入“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革中是切實(shí)可行的。它對(duì)學(xué)生的自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力都起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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