新工科背景下基于CDIO的嵌入式系統(tǒng)的工程教育改革與實(shí)踐

朱超平 嚴(yán)胡勇 楊永斌

摘要：為了適應(yīng)新工科背景下嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)需求，對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行綜合改革，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程在傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，引入CDlO教學(xué)理念，并根據(jù)CDlO的教學(xué)理念，以培養(yǎng)工程型人才為目標(biāo)，以項(xiàng)目化的教學(xué)內(nèi)容為主體，在教學(xué)中采用混合教學(xué)模式，重新組織教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，并建立工程化的考核方式，從而全面提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)模式不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性、積極性、創(chuàng)新型和應(yīng)用能力，而且對(duì)其他課程的教學(xué)改革也具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：新工科;CDIO;嵌入式系統(tǒng);混合教學(xué)模式;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）22-0157-05

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著新一輪產(chǎn)業(yè)革命的興起，新材料、新工藝、新技術(shù)的快速發(fā)展，催生了新經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展。新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展需要新型工科人才的支撐，加快發(fā)展和建設(shè)新工科，主動(dòng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，就急需培養(yǎng)大批科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的多樣化和個(gè)性化的工程技術(shù)人才;同時(shí)還要求人才培養(yǎng)密切結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，而且還要求學(xué)生具備良好專業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)，還要具有一定的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和管理能力，以適應(yīng)新時(shí)期新經(jīng)濟(jì)對(duì)人才的需要。嵌入式技術(shù)作為新工科建設(shè)背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的支撐課程，越來(lái)越受到重視，也成為新經(jīng)濟(jì)中重要增長(zhǎng)指標(biāo)，也是當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一[1]。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁、適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[2]。嵌入式系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)技術(shù)、專用性和嵌人性等三個(gè)基本特征，由MPU（嵌入式微處理器）、外部接口電路、EOS（嵌入式操作系統(tǒng)）和應(yīng)用程序（App）四個(gè)部分組成。但是，目前的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)多采用多媒體+講授的傳統(tǒng)授課方法，主要以教師中心，以傳授和講解知識(shí)為主、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，以能力培養(yǎng)為輔，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，更沒(méi)有激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，很難培養(yǎng)滿足新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要人才，因此，必須對(duì)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行改革，適應(yīng)新工科的發(fā)展需要。

1 CDIO工程教育

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新研究成果，近些年來(lái)被工程教育改革廣泛采用。在CDIO理論中，C代表構(gòu)思、D代表設(shè)計(jì)、I代表實(shí)現(xiàn)、0代表運(yùn)作，它們的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了CDIO工程理念。CDIO模式要求讓每一位學(xué)生能夠以積極主動(dòng)、團(tuán)隊(duì)合作、項(xiàng)目實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提升自身的工程理論能力、設(shè)計(jì)能力、開(kāi)發(fā)能力和項(xiàng)目的運(yùn)維的經(jīng)驗(yàn)。CDIO理論中將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程實(shí)踐能力四個(gè)層面，要求以多學(xué)科交叉培養(yǎng)、綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)等方式讓學(xué)生達(dá)到四個(gè)層面的預(yù)定目標(biāo)[3]。CDIO標(biāo)準(zhǔn)要求參照工業(yè)界對(duì)人才的要求，并以企業(yè)界對(duì)職業(yè)素養(yǎng)的基本需求為手段來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)大綱，把工程學(xué)的要求融人教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)需求的良性對(duì)接[4]。目前國(guó)內(nèi)外的大學(xué)都在嘗試將CDIO模式運(yùn)用到各種課程教學(xué)和實(shí)踐中，因?yàn)镃DIO模式本身注重項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、項(xiàng)目的管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐能力和工程應(yīng)用能力的鍛煉，并注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手的能力和創(chuàng)新能力，它和時(shí)下所倡導(dǎo)的“學(xué)以致用”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”的培養(yǎng)目標(biāo)高度吻合，從而受到各國(guó)高等院校的高度關(guān)注，并被廣泛地應(yīng)用到教育教學(xué)中[5]。

2 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀

從嵌入式系統(tǒng)的定義就決定了《嵌入式系統(tǒng)》是一門(mén)多學(xué)科交叉、知識(shí)面廣、教學(xué)難度大的課程，該課程要求有電子電路、半導(dǎo)體技術(shù)、操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，同時(shí)該課程知識(shí)更新特別快。硬件部分日新月異，每年都推出新的芯片。軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷升級(jí)，并且要求軟件實(shí)時(shí)性高、安全性高、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，老師要講授好本門(mén)課程，學(xué)生又能夠?qū)W以致用，是一件非常困難的事情。針對(duì)我校近五年的教學(xué)情況和其他兄弟高校的調(diào)研情況來(lái)看，發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)主要存在以下問(wèn)題：

1）重理論、輕實(shí)驗(yàn)

在新工科建設(shè)的大環(huán)境下，各個(gè)高校為了適應(yīng)新的教學(xué)形式，都不斷地對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行改革，隨著改革的不斷深入，教學(xué)內(nèi)容也每年進(jìn)行調(diào)整。在這個(gè)改革過(guò)程，理論教學(xué)時(shí)長(zhǎng)不斷地被壓縮，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容也同比例的縮減。為了在有限的時(shí)間內(nèi)最大化的傳授知識(shí)，任課教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修訂，把主要精力放在課堂教學(xué)上，注重理論課的教學(xué)，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)性完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)主要驗(yàn)證理論教學(xué)內(nèi)容，沒(méi)有自主性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難完具有一定復(fù)雜度的工程應(yīng)用性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣的教學(xué)方式只注重理論教學(xué)，沒(méi)有注重學(xué)生動(dòng)手能力的工程實(shí)踐能力的鍛煉，導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生難以滿足企業(yè)工作崗位的需求。

2）教學(xué)方式比較陳舊

目前的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)仍然以教師為中心、學(xué)生自學(xué)為輔的授課方式。課前老師一般要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，課堂老師借助多媒體手段，輔助教學(xué)視頻，進(jìn)行課程的講解，課后要求學(xué)生完成課程復(fù)習(xí)，資料閱讀和課后練習(xí)。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，老師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分解實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)、說(shuō)明實(shí)驗(yàn)容易出錯(cuò)的注意事項(xiàng)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的內(nèi)容，按規(guī)定步驟完成規(guī)定內(nèi)容，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，嚴(yán)重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論教學(xué)內(nèi)容是否一致，根本無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和應(yīng)用能力。嵌入式系統(tǒng)課程要求學(xué)生掌握軟件硬件知識(shí)，進(jìn)行軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)，結(jié)合項(xiàng)目應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)之間相互配合，并具備應(yīng)用能力開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新精神。但是在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，難以發(fā)揮學(xué)生自身的潛能，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

3）理論內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不配套

嵌入式系統(tǒng)的硬件技術(shù)發(fā)展快速，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上的主控芯片逐年更新，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也進(jìn)行升級(jí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照最新應(yīng)用不斷改變，并不斷淘汰老舊設(shè)備。為了跟上新技術(shù)的發(fā)展步伐，任課教師每年都對(duì)教學(xué)內(nèi)容做調(diào)整或改變，很多學(xué)校由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)步伐的滯后，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備還是老舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致授課的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不匹配，導(dǎo)致理論和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)備上要查閱手冊(cè)和資料，才能把知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐能力。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，而且基礎(chǔ)驗(yàn)證性內(nèi)容所占比重較大，綜合性與創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所占比例過(guò)小，有的甚至沒(méi)有，導(dǎo)致理論與應(yīng)用存在較大偏差。即使教師按照理論教學(xué)內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有調(diào)整和創(chuàng)新，受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制也很難加融人現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。

4）課程考核評(píng)價(jià)體系單一

課程考核成績(jī)基本上由平時(shí)成績(jī)、期末成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)占不同的百分比構(gòu)成，往往忽視了課堂教學(xué)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的考核。沒(méi)有科學(xué)和行之有效的考核機(jī)制，教師很難掌握教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施情況，也難以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，更難判斷學(xué)生動(dòng)手能力的好壞，以及工程實(shí)踐應(yīng)用能力。另外由于大方向上的“重理論、輕實(shí)驗(yàn)”，注重理論課的考核，而輕過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)考核，從而導(dǎo)致學(xué)生的工程實(shí)踐能力較弱。

3 新工科背景下CDIO模式下課程教學(xué)改革

為了提高我校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)水平和學(xué)生的工程應(yīng)用能力，嵌入式系統(tǒng)課程采用基于CDIO工程教育模式的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作四個(gè)部分進(jìn)行教學(xué)模式改革[6]。首先對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行重構(gòu)，采用混合式的教學(xué)模式設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目案例為導(dǎo)向進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，采用協(xié)同育人模式構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，并積極構(gòu)建學(xué)科創(chuàng)新中心和競(jìng)賽平臺(tái)，建立基于過(guò)程數(shù)據(jù)的科學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程教育的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐[7]。結(jié)合我校近三年嵌入式教學(xué)改革的成果，從這六個(gè)部分對(duì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1）教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

根據(jù)CDIO模式對(duì)工程能力的要求，課程組經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)研、借鑒兄弟高校的經(jīng)驗(yàn)和教研討論活動(dòng)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組織，以項(xiàng)目式教學(xué)為總體設(shè)計(jì)框架，采用項(xiàng)目案例的教學(xué)方法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容按照項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程制定教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容，對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)行分解，把課程知識(shí)點(diǎn)融人項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)之中，并確定項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，把主要精力集中在重難點(diǎn)的講解之上，并根據(jù)實(shí)際開(kāi)發(fā)中的注意事項(xiàng)，容易出錯(cuò)的環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)講解，制定每個(gè)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和記分原則。根據(jù)項(xiàng)目式教學(xué)的要求，學(xué)生要完成每個(gè)開(kāi)發(fā)步驟，需要設(shè)計(jì)預(yù)期的開(kāi)發(fā)結(jié)果，開(kāi)發(fā)過(guò)程資料和提交過(guò)程文檔[8]。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的要求，結(jié)合老師對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的整體要求，先用學(xué)院提供的SPOC平臺(tái)上的仿真工具，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行模擬開(kāi)發(fā)，取得正確結(jié)果后再做實(shí)物的制作，減少項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)難度。學(xué)生可以根據(jù)老師的要求，結(jié)合自己的理解能力，發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，對(duì)項(xiàng)目加以創(chuàng)新應(yīng)用，做出創(chuàng)新型作品。每個(gè)項(xiàng)目在老師的教學(xué)和指導(dǎo)下完成，根據(jù)項(xiàng)目制定的要求，學(xué)生完成一個(gè)作品，老師根據(jù)作品的實(shí)現(xiàn)功能和完善程度確定學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，老師根據(jù)反饋情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)行迭代和改進(jìn)。

2）SPOC+雨課堂的混合式教學(xué)模式改革

為了豐富課堂教學(xué)，有效的利用學(xué)生的第二課堂，學(xué)生充分利用智能設(shè)備隨處學(xué)習(xí)，學(xué)院根據(jù)學(xué)校的數(shù)字化校園間和規(guī)劃和要求，建設(shè)了SPOC在線教學(xué)平臺(tái)，平臺(tái)包括多數(shù)專業(yè)核心課程資源，每門(mén)課程包含教學(xué)大綱，教學(xué)計(jì)劃，教學(xué)ppt，教學(xué)視頻，在線作業(yè)，在線實(shí)驗(yàn)，在線考試，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)配套閱讀材料，以及老師和學(xué)生互動(dòng)交流區(qū)、作業(yè)提交系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)功能。在上課之前，老師通過(guò)學(xué)堂在線提供多終端教學(xué)工具雨課堂，結(jié)合SPOC平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)材料，組織課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，主要包括知識(shí)點(diǎn)小視頻、知識(shí)點(diǎn)介紹材料和課前小測(cè)試等內(nèi)容，老師在雨課堂平臺(tái)通過(guò)微信直接把學(xué)習(xí)材料推送給同學(xué)，并給每個(gè)同學(xué)進(jìn)行定時(shí)提醒，同時(shí)雨課堂對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。老師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的數(shù)據(jù)，對(duì)沒(méi)有預(yù)習(xí)的學(xué)生，或者完成不好的學(xué)生，給出預(yù)警和提醒，并在此督促學(xué)生利用雨課堂和SPOC平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)和相關(guān)材料進(jìn)行閱讀。

老師授課采用雨課堂的模式進(jìn)行授課，老師按照項(xiàng)目化的要求重新制作多媒體課件。按照CDIO的工程教育的要求，對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行構(gòu)思講解，讓學(xué)生掌握項(xiàng)目的創(chuàng)意、設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的步驟，測(cè)試的步驟，預(yù)期的結(jié)果和產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)等工作[9]。在課堂上，任課教師根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的需要，利用雨課堂對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，按照分組的模式對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論和開(kāi)發(fā)。老師根據(jù)項(xiàng)目講解和開(kāi)發(fā)的流程和進(jìn)度，設(shè)計(jì)互動(dòng)式的在線知識(shí)點(diǎn)考察，學(xué)生利用智能設(shè)備，借助雨課堂和微信工具，學(xué)生可以和老師進(jìn)行互動(dòng)式答題，雨課堂記錄學(xué)生課堂學(xué)習(xí)和測(cè)試的所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)學(xué)生的答題數(shù)據(jù)，給出優(yōu)秀學(xué)生和預(yù)警學(xué)生的信息，老師可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)，針對(duì)具體學(xué)生的情況進(jìn)行輔導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)授課存在的問(wèn)題，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容修正，從而更好地促進(jìn)教學(xué)。

課后，學(xué)生可以通過(guò)SPOC在線平臺(tái)提供的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目仿真，通過(guò)試題庫(kù)進(jìn)行練習(xí)，通過(guò)考試系統(tǒng)進(jìn)行課堂小測(cè)試，檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。在創(chuàng)新的第二課堂中，項(xiàng)目組中的同學(xué)可以在SPOC平臺(tái)上做觀看教學(xué)視頻，閱讀相關(guān)材料，進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和仿真，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作、作品設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)[10]。教師可以通過(guò)雨課堂在線平臺(tái)，把每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)資料、練習(xí)題目和相關(guān)材料，直接推送給學(xué)生.學(xué)生可以直接在智能設(shè)備上答題，在雨課堂進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)沒(méi)及時(shí)復(fù)習(xí)的學(xué)生給出預(yù)警報(bào)告，并督促學(xué)生完成作業(yè)。通過(guò)收集學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從而改進(jìn)各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，圖1為學(xué)生一次上課的教學(xué)數(shù)據(jù)。

3）分組教學(xué)模式，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神

基于CDIO模式的嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)以項(xiàng)目化模式劃分，將理論教學(xué)內(nèi)容的40學(xué)時(shí)分為8個(gè)子項(xiàng)目，分別為： 理論課程中的每個(gè)子項(xiàng)目在完成內(nèi)容授課后，學(xué)生可以在SPOC平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目的再學(xué)習(xí)和交流分享，可以把重難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行討論，溝通和交流，老師根據(jù)交流區(qū)收集的數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)及時(shí)跟進(jìn)。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，采用分組形式完成每個(gè)實(shí)踐子項(xiàng)目，每完成一步，可以通過(guò)雨課堂提交完成情況，最后把作品及相關(guān)資料提交到SPOC平臺(tái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中。老師在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，組織項(xiàng)目的演示和答辯，并讓同學(xué)討論和評(píng)價(jià)，并查看提交的文檔資料，通過(guò)組間，組內(nèi)和老師的成績(jī)，決定作品的總成績(jī)。通過(guò)工程化的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)訓(xùn)練，不僅鍛煉了學(xué)生實(shí)操能力外，還培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和綜合應(yīng)變等能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。在課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，尤其是綜合項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，主要聘請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)師授課為主，任課教師授課為輔，校企有機(jī)的結(jié)合，將企業(yè)中高效的項(xiàng)目化管理方式和先進(jìn)的開(kāi)發(fā)方法引入課堂，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力，為學(xué)生的職業(yè)生涯搭建一座橋梁，快速適應(yīng)職場(chǎng)的能力要求。

4）構(gòu)建協(xié)同育人模式，提升工程實(shí)踐能力

目前，教育部廣泛開(kāi)展由企業(yè)參與的協(xié)同育人項(xiàng)目，項(xiàng)目涉及課程建設(shè)、實(shí)踐基地建設(shè)、師資培訓(xùn)等方面，從國(guó)家層面上加強(qiáng)校企協(xié)同育人模式建設(shè)，保證協(xié)同育人項(xiàng)目的順利進(jìn)行。人才培養(yǎng)計(jì)劃是否符合人力資源對(duì)工作崗位技能的需求，用人單位的意見(jiàn)最具有說(shuō)服力，學(xué)校在制定培養(yǎng)方案的時(shí)候，組成“校、政、企”三方協(xié)同培養(yǎng)機(jī)構(gòu)，在人才培養(yǎng)方案制定時(shí)廣泛征集企業(yè)的意見(jiàn)，充分分析人社部就業(yè)調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)，制定符合人才市場(chǎng)需求的培養(yǎng)方案。學(xué)校聯(lián)合企業(yè)專家對(duì)具體的課程的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容和重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行討論，把企業(yè)對(duì)人才的需求寫(xiě)進(jìn)具體的培養(yǎng)課程，形成特色專業(yè)課程，增加企業(yè)的參與度。為了進(jìn)一步推動(dòng)協(xié)同育人項(xiàng)目的進(jìn)行，課程組與企業(yè)共同編寫(xiě)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)特色教材，將企業(yè)的實(shí)際開(kāi)發(fā)案例和工程項(xiàng)目寫(xiě)入教材中，讓學(xué)生能夠快速融人項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。學(xué)院申請(qǐng)教育部協(xié)同育人項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖，如圖2所示。

結(jié)合學(xué)校自身優(yōu)勢(shì)，積極構(gòu)建協(xié)同育人的實(shí)踐教學(xué)基地，發(fā)揮企業(yè)在實(shí)習(xí)實(shí)踐條件上的優(yōu)勢(shì)，共建校企聯(lián)合的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)踐基地。學(xué)校根據(jù)培養(yǎng)方案，組織大三的學(xué)生進(jìn)行集中實(shí)訓(xùn)實(shí)踐活動(dòng)，由企業(yè)和學(xué)校聯(lián)合制定培養(yǎng)計(jì)劃，培養(yǎng)方案，培養(yǎng)案例，由企業(yè)組織專業(yè)工程師進(jìn)行培訓(xùn)，通過(guò)近三年的校企聯(lián)合實(shí)訓(xùn)，學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的知識(shí)面得到拓寬，工程應(yīng)用能力加強(qiáng)，工程實(shí)踐能力提升。嵌入式集中實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容如圖3所示。

5）以賽促學(xué)，以賽促改

通過(guò)申請(qǐng)教育部協(xié)同育人課程體系建設(shè)項(xiàng)目、協(xié)同育人創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，并建設(shè)了嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)創(chuàng)新基地，設(shè)立了工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)，把科研項(xiàng)目帶到教學(xué)中，利用項(xiàng)目化進(jìn)行學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)，每個(gè)學(xué)習(xí)小組需要獨(dú)立完成各個(gè)子項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，有效培養(yǎng)學(xué)生思考能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。師生團(tuán)隊(duì)通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新中心的歷練，專業(yè)能力得到很大提升，在各級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、計(jì)算機(jī)作品大賽等相關(guān)賽事中，學(xué)生們嶄露頭角，競(jìng)賽成績(jī)顯著提升。圖4為最近三年參加競(jìng)賽的數(shù)據(jù)：

6）建設(shè)以大數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)的考評(píng)體系

歷年的課程考評(píng)主要由平時(shí)成績(jī)、期中成績(jī)、實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試成績(jī)構(gòu)成，這樣的考評(píng)方式具有一定的局限性，因?yàn)闆](méi)有注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)，學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，因此必須對(duì)學(xué)生的考評(píng)體系進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母?，?lái)適合工程教育的創(chuàng)新教學(xué)模式。

科學(xué)的考評(píng)方式應(yīng)該更加關(guān)注學(xué)生的過(guò)程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過(guò)雨課堂在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，收集學(xué)生的在線學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù);利用SPOC平臺(tái)收集學(xué)生在第二課堂的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù);根據(jù)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程收集項(xiàng)目開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù);通過(guò)期末考試，收集掌握學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)情況。通過(guò)四方面的數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)生期末成績(jī)計(jì)算模型，從而科學(xué)、系統(tǒng)的記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，便于后期的教學(xué)改進(jìn)和迭代。

學(xué)生的總評(píng)成績(jī)由課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，第二課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、作品成績(jī)和期末考試組成。通過(guò)雨課堂在線平臺(tái)收集學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、課后自測(cè)、作業(yè)提交數(shù)據(jù)，根據(jù)模型生成課堂學(xué)習(xí)成績(jī);通過(guò)SPOC平臺(tái)收集學(xué)生第二課堂的自學(xué)數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的點(diǎn)擊流和平臺(tái)的操作時(shí)間，利用成績(jī)模型，形成自學(xué)能力成績(jī);在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各個(gè)團(tuán)隊(duì)根據(jù)開(kāi)發(fā)的進(jìn)度和協(xié)作度對(duì)各個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行打分，項(xiàng)目組內(nèi)部根據(jù)成員的協(xié)作度和貢獻(xiàn)度進(jìn)行相互評(píng)分;作品的展示、答辯和文檔的提交環(huán)節(jié)占總成績(jī)的10%，作品的功能和創(chuàng)新能力占總評(píng)成績(jī)的10%;期末考試占整個(gè)總評(píng)成績(jī)的30%，用于檢測(cè)學(xué)生對(duì)基本概念的掌握和使用情況。把學(xué)生的每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)步驟的數(shù)據(jù)都記錄下來(lái)，通過(guò)平臺(tái)提供的計(jì)分模型自動(dòng)生成期末成績(jī)，保證成績(jī)的真實(shí)客觀性，也能夠客觀反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)情況。通過(guò)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)，建立科學(xué)的考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題、學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題，從而促進(jìn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程的改革，形成良性的教學(xué)循環(huán)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了改變嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，引入CDIO工程教育模式，從重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)創(chuàng)新、實(shí)踐基地建設(shè)和課程評(píng)價(jià)體系等方面對(duì)課程進(jìn)行改革。采用項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的混合教學(xué)模式，將課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目化，利用混合式教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué);利用學(xué)校建設(shè)的SPOC網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提供了學(xué)生自學(xué)和應(yīng)用的第二課堂;通過(guò)建立校企協(xié)同育人平臺(tái)，引入企業(yè)項(xiàng)目和企業(yè)導(dǎo)師，共同設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力;通過(guò)與企業(yè)協(xié)同成立創(chuàng)新中心，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，通過(guò)競(jìng)賽促進(jìn)教學(xué)，通過(guò)教學(xué)提升比賽;建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，利用記錄學(xué)生的過(guò)程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，生成學(xué)生的總評(píng)成績(jī)，科學(xué)、客觀地反應(yīng)了學(xué)生的綜合工程應(yīng)用能力。為了進(jìn)一步探索CDIO工程教育模式，今后將重點(diǎn)研究嵌入式系統(tǒng)的工程教育方法的改革和實(shí)踐。

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【通聯(lián)編輯：王力】

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作者簡(jiǎn)介：朱超平（1977-）男，四川鄰水人，講師，碩士研究生，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能計(jì)算。