基于CDIO的《嵌入式系統原理與應用》教學方法改革與實踐

【摘要】《嵌入式系統原理與應用》是電子信息類專業的核心課程，對電子信息類專業人才培養起到非常重要的作用，為了提高“卓越工程師”應用型人才培養質量，以CDIO教學理念對本課程的教學進行改革，將理論教學與課程實踐內容進行項目化教學，并在考試方式進行改革與探索，很好地培養電子信息類學生的工程應用能力。

【關鍵詞】CDIO；電子信息；實踐教學；改革與實踐

早在2000年，由美國麻省理工學院等四所大學組成的跨國研究組合，在Knut andAlice Wallenberg基金會近2000萬美元資助下，該組合通過四年的研究與探索，創立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO國際合作組織。先進的CDIO，代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。“CDIO”是“做中學”原則和“基于項目的教育學習”的集中體現，也是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。嵌入式系統原理與應用是一門理論與實踐相結合的課程，特別注重學生動手能力的培養，因而本課程教學將結合CDIO的教學理念，將學生動手能力的培養作為課程培養的重點之一。

1.嵌入式系統原理與應用的教學現狀

《嵌入式系統原理與應用》是一門針對工程應用的、具有很強實踐性的課程，對電子信息類學生專業技能的培養、學生的就業及個人的發展起到很重要的作用，它可以充分體現學生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力。嵌入式系統知識在電類專業整個課程體系中處于承上啟下的核心地位，一般工業控制系統和智能儀器儀表的實現都離不開嵌入式系統。

然而目前大多數院校采取傳統的教學模式和教學方法，大綱要求規定教學為32學時，因此，一般是20個學時的課堂理論學習，再加上12學時的實驗教學，其結果是教的面廣但不深，學的也似懂非懂，使得大多數學生對《嵌入式系統原理與應用》課程失去了學習興趣，甚至到學習結束也不知道嵌入式系統為何物、能有什么作用，達不到理想的教學效果。

2.嵌入式系統原理與應用的教學特點

在培養“卓越工程師”的教學理念的指導下，把工程應用型人才培養為周圍本課程的教學目標。針對嵌入式系統工程應用中系統設計、電路仿真、設備調試等工程實際，課程建設強調以應用型人才培養為目標，致力于學生熟悉嵌入式系統構成、嵌入式設備技術應用現狀，培養學生發現、分析、解決問題能力的培養。

基于嵌入式的各類系統的設計需要工作人員者具有較強的嵌入式基礎理論知識和實際動手能力，是對工作人員綜合能力與創新能力的考查。本文將從“卓越工程師”人才培養為目標，結合電子信息類專業學生的特點，對學生“嵌入式系統原理與應用”能力培養的相關課程內容、實踐教學方案和實踐教學環節等進行探索，結合做中學（CDIO）教學模式，對嵌入式系統教學模型、教學內容、教學方法和考核方式進行了探討，探討如何培養出適應社會需要的創新型人才，更好地體現出高校教育學生和服務社會的雙重功能。

嵌入式系統原理與應用是一門綜合性知識的教學，以ARM Xscale體系處理器為研究學習的主要對象，從編程模型、指令系統、程序設計基礎和嵌入式開發環境等多個方面做了比較完整的介紹詳細介紹，使學生深入理解和掌握ARM Xscale體系處理器的指令系統，如何應用定時器、AD/DA、中斷、LCD控制器等的關鍵技術來對嵌入式系統進行開發研究，讓學生從總體上把握嵌入式系統的框架結構和技術細節。因而，本文將從課程講授開始，就激發學生自主學習、理論結合實踐的CDIO教學模式。

3.嵌入式系統原理與應用的CDIO教學實現

3.1 課程體系及地位

本課程是電子與信息工程專業、通信與信息專業的一門專業課程和學位課。基于CDIO的項目教學模式，是一種重視專業課程之間有機聯系的學習方式。嵌入式系統原理與應用是一門實踐性很強的工程應用型課程，它所涉及到的先導課程一般有《模電》、《數電》、《電路》、《嵌入式系統技術》、《C語言程序設計》等，其后續課程主要包括《物聯網技術》、《智能儀器儀表》、專業見習及畢業設計。

3.2 課程項目的選取

根據本課程的教學大綱要求，筆者經過仔細分析，并結合多年的教學實踐經驗，將嵌入式系統的知識點分成八個子項目及一個課程項目，以求由易到難，由淺入深，讓學生逐步掌握嵌入式系統的所有知識及應用技能。課程主要內容由“基于嵌入式系統的智能家居控制系統”項目設計過程來引出，該項目涉及到各類傳感器數據采集、AD轉換、信號調理與放大、定時控制、中斷控制、液晶顯示等。對于其它沒有涉及到的課程內容，通過另外的任務形式引出相關內容。課程設計的八個子項目分別為嵌入式系統存儲資源與最小系統設計、系統引導、IRQ中斷處理、信號調理與放大、串口傳輸、實時時鐘、液晶顯示、智能家居控制系統聯調等設計。

3.3 教法說明

在教學手段上確立以人為本、以教師為主導、學生為主體的教育理念。將課程項目“智能家居控制系統”按知識點分為若干個相對獨立的子項目，每個子項目作為一個獨立的教學單元，每個教學單元按以下三個步驟進行教學：

（1）部署任務

通過“講解與演示并行，講解與練習同步”的方法，完成嵌入式系統基礎知識的介紹，布署子項目的具體任務，引導學生入手項目；

（2）探究方法

接受任務后，學生通過小組討論、查找國內外與本項目相關的資料，掌握項目的研究現狀、探索項目解決的方法，確定最終解決方案，并在老師指導下分步實施；

（3）總結成果

子項目實現后，每組派一名同學進行項目成果的交流與現場演示，老師提問學生解答，穿插點評，并最終形成總結報告。

3.4 考核方式及能力培養

在注重基本理論掌握的同時，側重學生多種能力的培養和有效學習的引導。通過對學生基礎知識的考核，掌握學生分析問題、解決問題的能力情況，形成了一套科學的考核方法。課程設立了實驗項目，著重培養學生的實踐能力和創新能力。理論考核占成績的50%，實驗項目考核占50%，提高了對學生動手實踐能力的考核要求。“CDIO”模式應用到嵌入式系統原理及應用課程教學改革后，學習過程變成了學生人人參與的項目創新開發過程，學生在項目實踐中理解并把握了課程要求的知識與技能，培養了學生分析問題和解決問題的能力，增強了學生團隊合作的精神，體驗了項目創新的苦與樂。

4.結束語

在嵌入式系統教學中實施基于“CDIO”的項目教學法，以項目為教學平臺，通過項目的推進，使學生的知識量不斷積累、提高，

并逐步掌握嵌入式系統的原理及開發應用。學生在完成項目而充滿成就感的同時，增強了繼續探索問題的信心，激發了強烈的求知欲，同時也可培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，這就是在嵌入式系統教學中實施基于“CDIO”項目教學法的好處。基于“CDIO”項目教學法較好地解決了教與學的矛盾，是一種值得推廣的教學方法。

參考文獻

[1]林春景等.基于CDIO理念的《過程檢測與控制》教學方法改革與實踐[J].大眾科技，2012（4）：226-227.

[2]李堅強，等.基于CDIO模式的嵌入式系統教學研究與探討[J].計算機教育，2010（12）：123-126.

作者簡介：楊永杰（1969—），男，南通大學電子信息學院教授，碩士生導師，主要從事嵌入式系統教學、電路設計與應用。