CDIO 背景下ARM 嵌入式系統及應用改革與實踐*

李文杰，王 勛

(1.鹽城師范學院物理與電子工程學院，江蘇 鹽城 224002；2.廣西師范大學電子工程學院，廣西 桂林 541004)

1 引言

近些年來新工科背景下CDIO 工程教育模式，在工程教育改革中炙手可熱。CDIO 理論中，C—構思、D—設計、I—實現、O—運作，本身注重工程項目的學習與管理、大團隊協同合作意識、工程應用能力的鍛煉，工程實踐性極強，它時下所倡導的“學以致用”“創新創業”的培養目標不謀而合，所以被廣泛地應用到工科教育教學中[1]。

ARM 嵌入式系統及應用是嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可剪裁、適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。新工科課程培養方案中，嵌入式課作為電子與通信工程專業的支撐課程，備受重視，成為現代數字系統設計的主要手段，綜合性電子工程師必須要貫通的技術，也是當前研究和應用的熱點[2]。

2 傳統課程教學的缺點

目前，一般高校在傳授《ARM 嵌入式系統及應用》課程時，采用的教學方式：學生課前預習，老師課堂通過多媒體、板書形式剖析知識點，在課程改革的大環境下，理論課時不斷的被削減壓縮，要就老師在有限的時間內完成課程內容的講解，課堂新知識的刷新速度較快，嵌入式系統課程又是一門知識點的分布且多，應用性較強的課程，學生對所學軟硬件知識點沒有直觀感受，掌握理解知識點深度不夠，課程疑問不斷累加，最終一部分同學直接放棄課程學習。在實踐應用部分，課堂主要驗證ARM 嵌入式系統及應用課程的理論知識部分，學生沒有通過自主性實驗和創新性實驗的操練，停留在紙上談兵階段，遇到一定復雜度的工程應用性較強的實驗項目，學生很難完成。

3 教學模式的改革與實踐

針對上述問題，提出了相應的改革方案[3,4,5]：

1）教學內容重構

在CDIO 模式對新工科強應用性能力要求背景下，電子系課程組老師經過反復的揣摩、開展教研討論活動，對ARM 嵌入式系統及應用課程的教學內容進行編排，響應課程改革要求，構建項目教學框架，輔助項目案例的教學方法，對教學內容進行分解，列出知識點大綱，根據大綱擬定實踐性項目，把課程知識點融入項目的開發之中，將項目開發中的重點和難點進行標識，在理論講解中著重去引導學生發現問題，并解決問題。制定每個項目的開發步驟、設計的開發結果、開發過程資料和提交實驗報告的評價標準和記分原則。學生根據老師對項目預期結果的整體要求，利用開發平臺對項目進行模擬開發，結果得到驗證后再做實物的制作。學生可以根據老師的要求，結合自己的理解，可以對項目加以創新應用。具體分配如表1 所示。

表1 項目分配

2）SPOC+云班課的混合教學模式

學生的學習能力有強有弱，采用SPOC 教學模式，一些在課堂存有疑惑的學生，課后觀看視頻自主學習。另外，SPOC 教學模式，針對于每個章節里的重點、難點，老師不必花費大量的時間去重復講解，學生可以利用自己的閑暇時間通過視頻對重點難點的部分進行推敲，提高學習效率。面對工程性較強的專業型電子類課程，學生可以通過SPOC 在線平臺提供的模擬實驗環境，進行項目仿真，將理論轉化為應用，教師通過試題庫、考試系統進行隨堂小測，及時得到學生當前的學習反饋[6]。在創新的第二課堂中，每組項目成員利用SPOC 平臺上制作項目操作過程教學，閱讀參考文獻，構建項目的總體框架設計，進行虛擬仿真。教師利用雨課堂在線教學平臺，推送已講授知識點的復習資料、作業，設計智能問答。根據后臺數據統計，對沒及時完成學習任務的學生給出預警并對收集到的數據進行分析，改進各個環節的教學。

4 教學模式的考核評價指標

采用“課堂教學+SPOC 教學—虛擬仿真—工程實踐”教學模式，重新構建教學內容，以項目化方式讓學生自主完成，學生通過前期的基礎性理論+實驗，夯實了嵌入式應用的理論基礎，可以分工合作完成所選的項目，在實際的教學過程中，項目完成之后，組織每個項目成員進行演示和答辯，所有的學生討論和評價，并提交結項報告，最終成績由組內互評，組間互評和老師的成績組成。任務化教學徹底推翻了紙質化考核學生模式，所選項目完全根據大綱內容制定，難度適中，表2 中，任務一，要求學生從思政角度出發，以小論文的形式提交，第二項以多媒體形式匯報（ppt+視頻），拓展當前就業與科研的最新動向，任務二，學生進行分組，6 人一組，完成后并以PPT 或者視頻的形式講解演示設計，最終，提交項目設計報告。

表2 任務化教學

5 結論

本文探討了CDIO背景下《ARM嵌入式系統及應用》教學模式的改革，構建“課堂教學+SPOC教學—虛擬仿真—工程實踐”的教學模式，采用項目式線上線下的混合教學模式，充分利用學校建設的SPOC網絡教學平臺，給學生創造了自主學習的機會，線上第二課堂可以做到查缺補漏，扎實學生的基本功，使學生的應用動手能力得到極大程度的鍛煉。