CDIO模式下嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)研究與實(shí)踐*

陳瑞祥 姜平 周根榮

南通大學(xué)電氣工程學(xué)院 江蘇南通 226019

由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)研究和創(chuàng)建的CDIO工程教育模式，以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的4個(gè)生命周期——構(gòu)思（concei ve）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（implement）和運(yùn)行（operate）——為載體，鼓勵(lì)學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、相關(guān)課程所學(xué)知識(shí)有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)和動(dòng)手能力[1]。CDIO在中國的普及和實(shí)踐，也為高質(zhì)量實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”打下了良好的基礎(chǔ)，起到了積極的推進(jìn)作用[2]。

“嵌入式系統(tǒng)”是南通大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課，應(yīng)用性、技術(shù)性、實(shí)踐性較強(qiáng)，開發(fā)過程中軟硬件緊密結(jié)合[3]。因此，嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)困難多，教學(xué)難度大。如何讓學(xué)生在有限的教學(xué)時(shí)間里既能掌握書本的理論知識(shí)，又能培養(yǎng)工程實(shí)踐能力，使學(xué)生畢業(yè)后能很快適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工作，是教學(xué)過程中亟待解決的問題，也是“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃的要求。

1 “嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，適用于系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因其既涉及電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)等硬件知識(shí)，又涉及操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等軟件知識(shí)，覆蓋面廣，具有較強(qiáng)的綜合性。

實(shí)踐性強(qiáng)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的又一大特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)是在實(shí)踐過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新的。無論是硬件設(shè)計(jì)還是軟件編程，都離不開實(shí)踐過程，紙上談兵是無法具備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力的。

然而，目前嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)普遍存在內(nèi)容多、課時(shí)少、沒有統(tǒng)一的經(jīng)典教材、實(shí)踐能力培養(yǎng)不夠等眾多問題。對(duì)于該課程，如果完全依靠課堂講解和課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，如何將CDIO模式貫穿在課程教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程實(shí)踐整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、理論結(jié)合實(shí)踐，是在教學(xué)過程中需要探討的問題。

2 基于CDIO理念的理論教學(xué)

CDIO理念的核心之一就是將教學(xué)工作從以“教師為中心”的注入式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心的自主研究式學(xué)習(xí)。在授課過程中，努力調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究的積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及系統(tǒng)分析能力。

2.1 非標(biāo)準(zhǔn)教材的教學(xué)

當(dāng)今關(guān)于嵌入式系統(tǒng)方面的教材有很多，但整體結(jié)構(gòu)都是類似的。通過推薦相關(guān)教材，引導(dǎo)學(xué)生借助圖書館或網(wǎng)絡(luò)等資源主動(dòng)找書找資料，讓學(xué)生建立自主尋找相關(guān)資料的實(shí)踐方法。這樣才能讓學(xué)生學(xué)會(huì)關(guān)注科技發(fā)展，才能趕上當(dāng)今世界潮流，屹立于時(shí)代大潮中而不倒。

2.2 項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用

為了提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，課程計(jì)劃中將會(huì)有更多的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，安排學(xué)生2～3人組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在實(shí)踐中體驗(yàn)CDIO的教育理念。同時(shí)，結(jié)合工科學(xué)習(xí)特點(diǎn)，將嵌入式系統(tǒng)中的知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，圍繞“做項(xiàng)目”的模式組織和展開教學(xué)，讓學(xué)生的才干在實(shí)踐中提升。這也將極大地提高學(xué)生的系統(tǒng)調(diào)控能力。

2.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的利用

為進(jìn)一步貫徹CDIO模式中的自主學(xué)習(xí)的理念，創(chuàng)造“教”與“學(xué)”互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，可以利用學(xué)校Blackboard教學(xué)平臺(tái)發(fā)布課件，進(jìn)行作業(yè)解答，提供課外補(bǔ)充資料，進(jìn)行在線自測(cè)答疑。這樣加強(qiáng)了學(xué)生與教師（學(xué)生）之間的交流討論，既對(duì)本專業(yè)學(xué)生提供了共享與交流環(huán)境，也為其他專業(yè)和遠(yuǎn)程教學(xué)提供了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

3 基于CDIO模式的實(shí)踐教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)涉及內(nèi)容范圍廣，如何在嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐和設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)CDIO的整個(gè)教學(xué)理念，達(dá)到CDIO模式的系統(tǒng)能力培養(yǎng)，是需要研究的問題。

3.1 開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

各團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選配儀器和進(jìn)行調(diào)試。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后與理論進(jìn)行對(duì)比分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于開放性實(shí)驗(yàn)的選題具有一定的探索性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為先進(jìn)，鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。同時(shí)也為學(xué)生進(jìn)行電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新等課外科技活動(dòng)奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2 與大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合

嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐性較強(qiáng)，如果完全依靠課堂講解和課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。學(xué)生也一直受到應(yīng)試教育的影響，普遍缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，很少進(jìn)行項(xiàng)目創(chuàng)新與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對(duì)專業(yè)及課程設(shè)置不甚了解。因此，有必要鼓勵(lì)和支持大學(xué)生盡早參與科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和社會(huì)實(shí)踐等創(chuàng)新活動(dòng)，不斷提高大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。

大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目能夠很好地契合CDIO模式，符合各工程類院校畢業(yè)生培養(yǎng)的目標(biāo)。大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目是由學(xué)生主持，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成一個(gè)完整的課題項(xiàng)目。實(shí)施過程中的構(gòu)思、申請(qǐng)、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)實(shí)施、結(jié)題均很好地融入CDIO教育模式中的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行。

學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中能夠鍛煉獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力，將課內(nèi)學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)之間溝通與合作。同時(shí)，教師在項(xiàng)目指導(dǎo)過程中對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有了新的認(rèn)識(shí)，能夠更好地反哺教學(xué)。

4 總結(jié)

基于CDIO理念的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)，在強(qiáng)調(diào)學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及工程系統(tǒng)分析能力。本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合CDIO教學(xué)理念對(duì)學(xué)生的要求，鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)踐創(chuàng)新等實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生在掌握課程的基礎(chǔ)理論的同時(shí)，具備一定的工程實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)用型人才培養(yǎng)的整體目標(biāo)。

[1]陳冬松,孫陽春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培養(yǎng)途徑[J].現(xiàn)代教育管理,2011(11):34-37.

[2]曹衛(wèi)鋒,宋寅卯,鄭安平.本科階段卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的研究與探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(13):126-128.

[3]張?chǎng)╈F,高守平,陸武魁.應(yīng)用型本科嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備,2010(18):39-40.