CDIO模式下嵌入式系統課程改革的探索

解凱+盛琳陽+李桐+陳如琪

摘要：針對嵌入式系統課程教學的特點和現狀，本文在課程改革中引入了CDIO工程教育模式，采用項目驅動法讓學生在做中學。為應對任課教師缺乏項目開發經驗及貼近工程實際教學案例短缺的問題，提出校企合作的思路為課程改革的順利實施提供了保障。課改促進了教師能力的提高，學生的自學能力、工程實踐能力、交流溝通和團隊合作能力、項目領導能力及創新能力等都得到增強，綜合素質明顯提高。

關鍵詞：CDIO；嵌入式；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0097-02

嵌入式系統是指以應用為中心，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統[1]。嵌入式系統廣泛應用于工業控制、醫療衛生、智能家居、航空航天、信息家電、網絡通信、安防等領域[2]。

目前，我國對嵌入式系統開發人員的需求量日益增加，每年嵌入式人才的缺口都很大。為此，國內很多高校的計算機及相近專業紛紛開設嵌入式系統課程[3]。北京印刷學院計算機系自2013年開始，探索將CDIO工程教育模式引入該課程的教學改革，采用項目驅動法進行教學，讓學生在做中學，取得了較好的效果。

一、嵌入式系統課程教學現狀

嵌入式系統課程是把計算機專業所有學過的硬件課程與軟件課程集成到一起，構造一個面向應用的獨立計算機系統的方法。實踐性強是指該課程的理論與實踐結合緊密，只有實際動手做，邊學邊做，在做中學，才能學好該課程。另外，由于嵌入式技術的發展迅速，應用需求也在不斷變化，要求嵌入式系統課程內容要及時更新，以適應人才市場需求的變化。

我校該課程進行改革前和其他高校類似，教學上存在許多問題，主要表現在：（1）教學方法采用傳統的以教師為中心的“填鴨式教學”，學生缺乏學習興趣，課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。（2）盡管先行課程已經開過，但由于傳統教學各課程間缺乏融合，學生難以從系統的高度把先行課程的知識運用到本課程中，造成學生學習困難。（3）學生工程實踐動手能力、項目設計能力、團隊協作能力、創新研究能力的培養等方面，與企業對嵌入式技術人才的需求存在較大差距。（4）師資問題較大。多數承擔嵌入式系統課程教學的教師，缺乏企業工程實踐經歷，對教材及教學內容的處理難以把控，上課只能照本宣科。教師自己沒有嵌入式系統的開發經驗，很難把學生培養成受企業歡迎的嵌入式系統開發人才。

二、CDIO模式下的課程教學改革

CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）的縮寫，是美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學創立的全新工程教育理念。該模式以培養新一代高水平工程師為目標，強調將教育過程置身于產品/系統生命周期的具體環境中。為解決目前嵌入式系統教學存在的問題，我們把CDIO工程教育理念引入嵌入式系統課程教學改革中，收到了較好的效果。

（一）項目驅動做中學

項目驅動教學和傳統教學的不同在于：傳統教學法采用先理論后應用的方式，理論教學往往采用課堂上教師講、學生聽的“填鴨式”模式，使得學生往往不知道教師講的內容有什么用，容易造成學習動力不足，對課程缺乏興趣從而學習效率低下的局面。待到應用時，要用到前面學習的理論，卻因理論沒學好，也無法進行應用。項目驅動法把先“知”而后“行”改為“做中學”，讓學生先確立任務目標，理論教學囊括了完成任務、達到目標必須掌握的基本原理、技能和方法，這樣學生就會產生盡快學好理論掌握完成任務的基本技能和方法的欲望，從而激發學習興趣，變被動學習為主動學習。

項目驅動教學的具體實施，一般在第一堂課講緒論時，就把選擇的項目交給學生。只要選擇的項目足夠貼近生活，就能激發學生的學習興趣。我們選擇的項目是智能家居系統。該項目貼近生活，功能可多可少，可簡可繁，便于根據教學大綱裁剪功能分解知識點，形成教學案例。學生掌握了知識點后，在原案例的基礎上發揮想象力，擴展功能，動手實踐的空間十分廣闊。教學實施中，我們按照CDIO做中學的原則，把課堂搬到實驗室，邊講邊演示，學生跟著練習操作。

（二）教學內容的組織與教材的處理

目前國內各高校的嵌入式系統課程教學內容差別甚大。究其原因，一是該課程是一門新興課程，究竟應該選用什么樣的硬件軟件平臺構造的應用系統作為教學內容合適，尚處于探索階段。二是嵌入式系統涉獵技術內容紛繁復雜，僅常見的處理器就有十幾種。嵌入式領域常見的操作系統，多得令人不知所從。

教材選擇上，我們只指定業界反應較好的幾本參考書，學習中不按教材順序全盤講解，而是把教材作為幫助完成項目供查閱的工具來使用。課程項目實施中需要解決哪個問題，就告訴學生哪本參考書中什么地方寫了解決問題的思路和方法。學生通過查閱書中相關內容解決問題，教材的作用就發揮了。這樣的處理方法，對學生自學能力的提升有幫助，有助于學習效率的提高。

（三）強化實驗與實踐教學

CDIO模式下的項目驅動式教學，實驗和實踐無疑是影響教學效果的關鍵因素。為了強化實驗與實踐教學，我們在原有實驗室基礎實驗的基礎上，進一步做如下安排。

一是把課堂搬到實驗室，進行教學案例講解時，教師在上面演示，學生在下面跟著操作。比如Linux的安裝，硬件開發平臺的使用，一些程序模塊的調試等，都可以采用這種模式。這種方式與傳統的教師課堂講完后，學生再到實驗室進行驗證比較，學習效率會大大提高。學生因跟不上教師的思路和進度而放棄學習的情況，很少會發生。

二是開放實驗室，學生課后可以隨時到實驗室做實驗項目。這不僅可以方便地使用各種儀器實驗箱等，還由于安排了教師值班，學生動手做的過程中遇到問題時，隨時能獲得教師的指導。

三是在實驗課外增設課程設計，要求學生3到4人一組，自選題目，并提交教師審核，審核通過的限時完成產品設計、制版、焊板及調試。限時時間由教師根據題目難易程度來確定。課程設計為CDIO模式倡導的培養學生的團隊合作能力及創新能力，提供了平臺。endprint

四是鼓勵有項目的教師帶學生，在課程設計的基礎上，吸收表現優秀學生進入教師項目組，直接參與實際項目。

三、結語

經過幾輪的教學實踐，證實將CDIO教學模式應用于嵌入式系統課程的改革是成功的。與課程改革前比，學生學習嵌入式系統課程的興趣和積極性大大提高。學生的自學能力、工程實踐能力、交流溝通和團隊合作能力、項目領導能力及創新能力等都得到增強，綜合素質明顯提高。學生的學習主動性大大提高，從課外答疑時間看，改革前提問的人數少，問題多局限在課本或作業上。現在，提問的學生人數大大增加，問題遠遠超出課程本身，很多是來和教師探討構思一個新產品的方案。課改促進了教師能力的提高。通過校企合作，任課教師的應用動手能力、對課程內容的駕馭能力明顯增強，很多人已經能夠到企業承接橫向課題。

參考文獻：

[1]徐存東，余麗紅.基于CDIO理念的嵌入式系統課程教學改革的研究[J].長春理工大學學報，2011，（7）：178-180.

[2]徐玉，童長飛.CDIO工程教育模式下的嵌入式系統實踐教學[J].計算機教育，2013，（10）：108-109.

[3]但永平，張五一，郭艷清.“嵌入式系統”課程與CD IO教學模式改革的研究[J].中國電力教育，2013，（26）：60-62.

Abstract：According to the characteristics and status of the embedded system teaching，the CDIO engineering education mode in the curriculum reform is introduced. Driven by project method is of teaching students in middle school。In response to the lack of professional teacher and close to the actual engineering project experience of shortage of teaching cases，it puts forward some ideas of university-enterprise cooperation that provides guarantee for smooth implementation curriculum reform. Curriculum reform promotes the improvement of the teachers' ability，the students' self-study ability，engineering practice ability，communication and team cooperation ability，project leadership ability and creative ability have been enhanced，comprehensive quality also has improved significantly.

Key words：CDIO；embedded system；education reformendprint