基于CDIO理念的嵌入式軟件課程教學(xué)改革探索

趙翠杰

摘要：根據(jù)我院的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)情況，將CDIO理念與課程改革相融合，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力具有重要意義。本文分析了嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)特點(diǎn)，并結(jié)合近兩年來開設(shè)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的實(shí)踐，提出在獨(dú)立學(xué)院計(jì)算機(jī)工程相關(guān)專業(yè)開設(shè)嵌入式軟件教學(xué)的一些想法。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；CDIO；教學(xué)特點(diǎn)；教學(xué)方法

一、前言

嵌入式系統(tǒng)作為信息產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，目前在信息家電、工控設(shè)備、儀器儀表、娛樂設(shè)施、軍事裝備、通信設(shè)備等眾多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。一般來講，常說的嵌入式系統(tǒng)是相對(duì)于普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出的“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。此系統(tǒng)是將較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體芯片技術(shù)、電子信息技術(shù)與其他相關(guān)行業(yè)實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的一個(gè)創(chuàng)新的集成化的完整知識(shí)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)教學(xué)則是將軟件、硬件緊密地有機(jī)結(jié)合在一起的教學(xué)。那么，在獨(dú)立學(xué)院中怎樣開展嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、建立相對(duì)比較完整的課程體系，怎樣來設(shè)置課程，怎樣來安排課程教學(xué)內(nèi)容，怎樣來開設(shè)課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)課等諸多問題還在困擾著很多從事嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的老師。

CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層[3]?；谝陨显颍卷?xiàng)目將基于CDIO理念，對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將CDIO理念融入到嵌入式系統(tǒng)課程的理論與實(shí)踐教學(xué)中去，期望改變學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的方法，讓學(xué)生更好的掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。

二、教學(xué)改革重點(diǎn)

“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)有如下特點(diǎn)：

（一）、基礎(chǔ)性強(qiáng)。嵌入式技術(shù)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，如電子工程、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、自動(dòng)控制等。隨著嵌入式技術(shù)與其他專業(yè)領(lǐng)域的廣泛滲透融合，“嵌入式系統(tǒng)”這一門課程也就成為嵌入式技術(shù)教學(xué)的基礎(chǔ)性專業(yè)課程。

（二）、綜合性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)及開發(fā)是把硬件設(shè)計(jì)和軟設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合在一起，牽扯到很多硬件、軟件課程，有較強(qiáng)的綜合性，能把學(xué)生綜合能力培養(yǎng)提高到很高的程度，對(duì)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)綜合能力培養(yǎng)大有好處。

（三）、實(shí)踐性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)必須把實(shí)踐與理論完美結(jié)合，只有通過大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)和課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)不斷提升嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)效果?？梢哉f，缺少了實(shí)踐環(huán)節(jié)的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)就是紙上談兵，沒有任何實(shí)際意義。

（四）、內(nèi)容更新快。嵌入式技術(shù)更新得非常迅速，所以嵌入式系統(tǒng)教學(xué)必須緊盯著嵌入式技術(shù)發(fā)展不斷進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，只有這樣才能適應(yīng)社會(huì)對(duì)嵌入式人才培養(yǎng)的需求。

CDIO的理念是讓學(xué)生主動(dòng)的構(gòu)建知識(shí)，讓學(xué)生掌握一種直接參與思考和解決問題的學(xué)習(xí)方法，而不是學(xué)生被動(dòng)接受信息，突出“學(xué)生、學(xué)習(xí)、效果”三個(gè)中心。它強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生參與操作、應(yīng)用、分析和評(píng)價(jià)其想法，培養(yǎng)其自學(xué)能力，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題。這種主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式能夠很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。另外，CDIO特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實(shí)踐和進(jìn)行實(shí)踐環(huán)境的建設(shè)，其核心理念就是以項(xiàng)目為導(dǎo)向來組織專業(yè)課程，在座項(xiàng)目過程中學(xué)習(xí)必要的知識(shí)，突出項(xiàng)目訓(xùn)練的完整性，知識(shí)以必需、夠用為度從而使得“學(xué)”和“用”交叉進(jìn)行并且彼此促進(jìn)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)性和社會(huì)需求，將嵌入式系統(tǒng)課程及其實(shí)踐環(huán)節(jié)引入CDIO工程教育理念，課程教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式、教學(xué)管理與組織方式等方面開展改革工作，實(shí)踐教學(xué)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及競(jìng)賽三個(gè)方面進(jìn)行改革。

三、教學(xué)改革主線

在教學(xué)中，要以嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的總體趨勢(shì)、嵌入式項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，以“教、學(xué)、練”為手段來推動(dòng)教學(xué)工作。借鑒在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中采用的那種以項(xiàng)目案例為教學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念、教學(xué)方法以及教學(xué)模式，則可以有效對(duì)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)程進(jìn)行改革。這種方式不用去改變學(xué)校的教學(xué)計(jì)劃，根據(jù)教學(xué)安排的實(shí)施進(jìn)程，分解項(xiàng)目案例，將這些子案例以模塊的形式嵌入到理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過程中。這樣的方式是一種職業(yè)技能教育培養(yǎng)的方式，通過完成項(xiàng)目案例的實(shí)踐訓(xùn)練，就可以真正達(dá)到工程實(shí)踐教育及應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

所謂的項(xiàng)目案例教學(xué)法就是一種從實(shí)際項(xiàng)目案例出發(fā)，按照提出問題、分析問題和解決問題這一思路完成的教學(xué)方法。通過師生們共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目案例，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的知識(shí)，提高了學(xué)生的能力和水平。項(xiàng)目案例教學(xué)法的核心是設(shè)計(jì)并制定一個(gè)項(xiàng)目案例的工作任務(wù)，針對(duì)不同的內(nèi)容章節(jié)以及課程組設(shè)計(jì)一系列相互聯(lián)系的項(xiàng)目案例。小組在教師或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，可以獨(dú)立地承擔(dān)實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)任務(wù)，完成開發(fā)的全部工作，從而積累寶貴的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，最重要的知識(shí)傳遞手段是教師教授和學(xué)生學(xué)習(xí)這兩個(gè)方面，知識(shí)的鞏固則完全靠作業(yè)來實(shí)現(xiàn)。而在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中，教師通過對(duì)傳統(tǒng)的“教、學(xué)、練”體系進(jìn)行改進(jìn)，摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)方式，探索在新環(huán)境下建立教師課堂進(jìn)行講解演示、學(xué)生單元實(shí)驗(yàn)以及團(tuán)隊(duì)合作實(shí)踐訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合的三層教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生“一邊學(xué)一邊做”的良好學(xué)習(xí)方法，從而完善了學(xué)生在“做中學(xué)”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

四、結(jié)論

按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、方法和實(shí)踐教學(xué)上的改革。在以具體項(xiàng)目為載體的教學(xué)模式下，讓學(xué)生能夠圍繞項(xiàng)目進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，為完成項(xiàng)目開發(fā)，學(xué)生將在課程中主動(dòng)去學(xué)習(xí)項(xiàng)目開發(fā)所需要的知識(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)能力和初步具備解決實(shí)際問題的能力。不僅嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果有明顯提高，學(xué)生在嵌入式競(jìng)賽中也取得了優(yōu)異成績(jī)，為社會(huì)培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的應(yīng)用型產(chǎn)業(yè)人才。

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