CDIO模式在《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)中的應(yīng)用探討

白華，張誠，高華

摘要：基于CDIO教育理念的《嵌入式系統(tǒng)》課程改革以提高學(xué)生的專業(yè)技能和工程素質(zhì)為目標(biāo)，強調(diào)以工程項目為導(dǎo)向和主線，課堂教學(xué)、自學(xué)與實踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的積極性和能動性，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和掌握，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；CDIO教學(xué)模式；項目驅(qū)動；工程實踐

中圖分類號：G642.4？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）50-0067-02

嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前計算機領(lǐng)域的兩大分支之一，其快速發(fā)展和“無處不在”已成為后PC時代計算機發(fā)展的重要特征。因其具有面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用、小型化、低成本、低功耗等特點，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、商業(yè)、金融、國防等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，如工業(yè)控制、汽車電子、信息家電、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、網(wǎng)絡(luò)通信、手機、平板電腦、電子圖書等，擁有廣闊的市場[1，2]。

近年來，我國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛，在新一輪汽車、通信、醫(yī)療、交通、航空航天等行業(yè)智能化裝備的巨大需求拉動下，該產(chǎn)業(yè)正在成為帶動IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點[3]。巨大的市場潛力和產(chǎn)業(yè)需求決定了必須加大嵌入式系統(tǒng)工程人才的培養(yǎng)力度，使其既具有扎實的理論功底，又具備良好的工程實踐和創(chuàng)新能力。因此，本課程改革以提高學(xué)生的專業(yè)技能和工程素質(zhì)為目標(biāo)，使其滿足嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對高素質(zhì)專業(yè)人才的需求。

一、當(dāng)前教學(xué)中存在的不足

《嵌入式系統(tǒng)》是一門涉及硬件、軟件，實踐性和應(yīng)用性很強的課程。以往的教學(xué)往往偏重于課堂講授，著重講解各個知識點，之后輔以若干個專題實驗，對知識點進(jìn)行鞏固和驗證。這種教學(xué)模式存在以下幾方面不足。首先，沒有實際需求作為導(dǎo)向，學(xué)生容易陷入被動的學(xué)習(xí)，即“教什么學(xué)什么，教多少學(xué)多少”，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和能動性，使學(xué)習(xí)過程流于形式和機械，甚至導(dǎo)致“應(yīng)試型”學(xué)習(xí)，即學(xué)生僅從應(yīng)試的角度關(guān)注哪些是重點，考試可能會考什么，而忽略如何將知識學(xué)以致用。其次，由于缺乏項目驅(qū)動，學(xué)生難以建立工程和系統(tǒng)的概念，不能從整體上對嵌入式系統(tǒng)形成全面深入的認(rèn)識，導(dǎo)致無法將知識深刻理解、融會貫通和靈活運用。最后，由于教學(xué)過程缺乏讓學(xué)生發(fā)揮能動性和創(chuàng)造性的空間，因此也不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

二、基于CDIO模式的教學(xué)改革

CDIO教學(xué)模式可為彌補上述不足提供新的選擇。CDIO是英文單詞Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實施）和Operate（運行）的首字母縮寫，其核心思想是以工程項目為導(dǎo)向，緊密聯(lián)系實際需求，圍繞具體項目開展教育和學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)“做中學(xué)”的教育理念。該模式是近年來工程教學(xué)領(lǐng)域的最新成果，被應(yīng)用于許多實踐性強的課程改革，獲得了良好的教學(xué)效果[4]。將CDIO模式用于《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)，關(guān)鍵要做好以下四個環(huán)節(jié)：

1.加強基本概念的講解，使學(xué)生從“整體”和“工程應(yīng)用”的角度對嵌入式系統(tǒng)形成一個全面的認(rèn)識。在講解中充分利用多媒體教學(xué)手段，力求生動、形象，消除學(xué)生的畏難情緒，調(diào)動其學(xué)習(xí)興趣和積極性。此外，通過剖析嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實例，使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，掌握研究和解決嵌入式系統(tǒng)工程問題的方法。

2.以項目為導(dǎo)向，將一個具體的工程項目貫穿于整個教學(xué)過程，使學(xué)生通過“做中學(xué)”的方式完成一個具體項目的開發(fā)。在教學(xué)伊始，即給學(xué)生布置項目題目及任務(wù)。題目的設(shè)置需要滿足以下三個要求：首先，題目難易適中，既要避免難度過大使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，又要避免太過簡單而達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果；其次，題目所涉及的內(nèi)容需包含教學(xué)大綱中規(guī)劃的絕大部分知識點，達(dá)到通過項目實踐深入理解、掌握、應(yīng)用知識點的目的；最后，題目的設(shè)置需給學(xué)生留出發(fā)揮能動性和創(chuàng)造性的空間，例如可以對項目的完成提出一個基本要求，鼓勵學(xué)生在達(dá)到基本要求的基礎(chǔ)上自由發(fā)揮，對開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行補充和完善，提高項目的完成質(zhì)量，完成質(zhì)量與總評成績掛鉤。題目下達(dá)后，要求學(xué)生自由組合，2～3人形成一個項目組，合作進(jìn)行項目開發(fā)。

3.知識點講解與項目實施相銜接，課堂教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合。在講授一個知識點之前，首先需要講清這個知識點的用途和用法，使學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)的目的和意義，做到“有的放矢”，而不是盲目、機械地學(xué)習(xí)。例如，在講授通用I/O口和中斷知識點時，首先需要將這些知識點與項目掛鉤，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)這些知識可解決項目開發(fā)中的人機交互問題。明確了學(xué)習(xí)目的，在接下來的講授中盡可能多聯(lián)系實際，通過概念講解、實例剖析、方法總結(jié)等環(huán)節(jié)使學(xué)生加深對知識的理解。最后，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)和查閱資料，將所學(xué)知識點用于工程項目的開發(fā)，完成對知識的掌握，實現(xiàn)學(xué)以致用。

4.為學(xué)生提供充足的實踐機會和良好的實驗條件。在以往的教學(xué)中，實驗課僅占少量的學(xué)時，且多為驗證性的專題實驗，不足以讓學(xué)生完成項目的開發(fā)。因此，為保證教學(xué)效果，需大幅增加嵌入式系統(tǒng)實驗室對學(xué)生開放的時間，使學(xué)生在課下也能夠充分利用實驗室的條件和資源，為學(xué)生完成項目開發(fā)提供條件保障。

三、考核方式的改革

以往的考核分為期末筆試成績和平時實驗成績兩個部分，前者占70%，后者占30%。顯然，學(xué)生的期末總評成績主要取決于筆試成績，容易出現(xiàn)“應(yīng)試型”學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。因此，為適應(yīng)CDIO教學(xué)模式，需要對考核方式進(jìn)行改革，主要有以下三方面措施：

1.期末筆試仍然保留，但權(quán)重下調(diào)。筆試注重對理論知識的考核，反映學(xué)生的理論功底和對知識進(jìn)行消化、吸收、總結(jié)、升華的能力。根據(jù)本課程“理論與實踐并重”的培養(yǎng)目標(biāo)，筆試的作用無可替代，需予以保留。但筆試成績在總評成績中所占的比例必須下調(diào)，例如下調(diào)至50%，而實驗成績權(quán)重相應(yīng)提高至50%，避免學(xué)生產(chǎn)生“實驗只是走過場，關(guān)鍵在期末筆試”的錯誤想法。

2.專題實驗與項目合并，統(tǒng)一考核。由于項目內(nèi)容包含課程規(guī)劃的絕大部分知識點，因此可以將以往的驗證性專題實驗納入項目之中，成為項目開發(fā)過程中的一個環(huán)節(jié)，期末只需對項目的完成情況進(jìn)行考核。

3.以項目驗收形式進(jìn)行實驗考核。項目驗收包括以下四個步驟：第一，學(xué)生完成項目后，以項目組為單位向老師提交結(jié)題報告，做好項目驗收準(zhǔn)備。第二，老師審閱結(jié)題報告后，觀看學(xué)生的成果展示，并聽取其項目匯報。第三，項目答辯，老師圍繞結(jié)題報告和成果展示中的相關(guān)技術(shù)問題，向?qū)W生提問。為防止有同學(xué)依賴別人工作，自己未參與項目開發(fā)，在答辯環(huán)節(jié)可輪流指定學(xué)生作答。最后，老師根據(jù)項目的完成情況（是否達(dá)到基本要求，有無超額完成，所體現(xiàn)的技術(shù)水平等）、結(jié)題報告（完整性、規(guī)范性、文字表達(dá)等）和項目答辯情況，給出每個成員的實驗成績。

上述筆試+項目驗收的考核方式，可全面、客觀地考察學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效果和掌握程度，同時可在報告書寫、成果匯報、項目答辯等方面對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練，有利于促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，也為學(xué)生將來高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計及論文打下良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

本文對CDIO模式在《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。其核心思想在于以一個具體的工程項目貫穿于課程教學(xué)始終，通過項目驅(qū)動，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的和意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和能動性。此外，通過“做中學(xué)”的方式，將理論學(xué)習(xí)與工程實踐緊密結(jié)合，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用和實踐創(chuàng)新的能力，促進(jìn)其技術(shù)水平和綜合素質(zhì)的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥蓮，孫平，朱國晗，高洪志.嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用教程[J].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]王宜懷，吳瑾，蔣銀珍.嵌入式系統(tǒng)原理與實踐：ARM Corex-M4 Kinetis微控制器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3]王蔚.中國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)極具增長潛力[N].經(jīng)濟(jì)參考報，2008-1-3.

[4]張誠，林志貴，徐偉，孟德軍，榮鋒.基于CDIO模式的《電子系統(tǒng)設(shè)計》課程改革[J].教育教學(xué)論壇，2013，（1）.