基于CDIO理念的嵌入式软件课程教学改革探索

赵翠杰

摘要：根据我院的嵌入式系统课程教学情况，将CDIO理念与课程改革相融合，对于培养学生的理论学习和应用创新能力具有重要意义。本文分析了嵌入式系统的教学特点，并结合近两年来开设嵌入式系统教学的实践，提出在独立学院计算机工程相关专业开设嵌入式软件教学的一些想法。

关键词：嵌入式系统；CDIO；教学特点；教学方法

一、前言

嵌入式系统作为信息产业的一项重要技术应用领域，目前在信息家电、工控设备、仪器仪表、娱乐设施、军事装备、通信设备等众多行业中得到了广泛应用。一般来讲，常说的嵌入式系统是相对于普通计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”。此系统是将较为先进的计算机技术、半导体芯片技术、电子信息技术与其他相关行业实际应用紧密结合的一个创新的集成化的完整知识系统。

嵌入式系统教学则是将软件、硬件紧密地有机结合在一起的教学。那么，在独立学院中怎样开展嵌入式系统教学、建立相对比较完整的课程体系，怎样来设置课程，怎样来安排课程教学内容，怎样来开设课程相关实验课等诸多问题还在困扰着很多从事嵌入式系统教学的老师。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层[3]。基于以上原因，本项目将基于CDIO理念，对嵌入式系统课程进行教学改革，将CDIO理念融入到嵌入式系统课程的理论与实践教学中去，期望改变学生学习这门课程的方法，让学生更好的掌握嵌入式系统技术。

二、教学改革重点

“嵌入式系统”教学有如下特点：

（一）、基础性强。嵌入式技术涉及的领域非常广泛，如电子工程、计算机工程、软件工程、自动控制等。随着嵌入式技术与其他专业领域的广泛渗透融合，“嵌入式系统”这一门课程也就成为嵌入式技术教学的基础性专业课程。

（二）、综合性强。嵌入式系统教学及开发是把硬件设计和软设计有机地结合在一起，牵扯到很多硬件、软件课程，有较强的综合性，能把学生综合能力培养提高到很高的程度，对学生嵌入式系统设计及开发综合能力培养大有好处。

（三）、实践性强。嵌入式系统教学必须把实践与理论完美结合，只有通过大量的实践环节和课程相关实验不断提升嵌入式系统的教学效果。可以说，缺少了实践环节的“嵌入式系统”教学就是纸上谈兵，没有任何实际意义。

（四）、内容更新快。嵌入式技术更新得非常迅速，所以嵌入式系统教学必须紧盯着嵌入式技术发展不断进行教学计划的调整，只有这样才能适应社会对嵌入式人才培养的需求。

CDIO的理念是让学生主动的构建知识，让学生掌握一种直接参与思考和解决问题的学习方法，而不是学生被动接受信息，突出“学生、学习、效果”三个中心。它强调的是学生参与操作、应用、分析和评价其想法，培养其自学能力，强调应用所学知识解决问题。这种主动的学习方式能够很好的培养学生分析问题解决问题的能力。另外，CDIO特别强调学生参与实践和进行实践环境的建设，其核心理念就是以项目为导向来组织专业课程，在座项目过程中学习必要的知识，突出项目训练的完整性，知识以必需、够用为度从而使得“学”和“用”交叉进行并且彼此促进。结合嵌入式系统的技术性和社会需求，将嵌入式系统课程及其实践环节引入CDIO工程教育理念，课程教学从教学内容、教学环节、教学方法、教学手段、考核方式、教学管理与组织方式等方面开展改革工作，实践教学从实验内容、毕业设计以及竞赛三个方面进行改革。

三、教学改革主线

在教学中，要以嵌入式系统发展的总体趋势、嵌入式项目为驱动，以“教、学、练”为手段来推动教学工作。借鉴在培训机构中采用的那种以项目案例为教学任务驱动的教学理念、教学方法以及教学模式，则可以有效对理论教学与实践教学的进程进行改革。这种方式不用去改变学校的教学计划，根据教学安排的实施进程，分解项目案例，将这些子案例以模块的形式嵌入到理论教学和实践教学过程中。这样的方式是一种职业技能教育培养的方式，通过完成项目案例的实践训练，就可以真正达到工程实践教育及应用型人才培养目标的要求。

所谓的项目案例教学法就是一种从实际项目案例出发，按照提出问题、分析问题和解决问题这一思路完成的教学方法。通过师生们共同实施一个完整的项目案例，培养了学生理论联系实际的能力，增强了学生的知识，提高了学生的能力和水平。项目案例教学法的核心是设计并制定一个项目案例的工作任务，针对不同的内容章节以及课程组设计一系列相互联系的项目案例。小组在教师或实验指导教师的引导下，可以独立地承担实际项目的开发任务，完成开发的全部工作，从而积累宝贵的项目开发经验。

在传统的教学中，最重要的知识传递手段是教师教授和学生学习这两个方面，知识的巩固则完全靠作业来实现。而在嵌入式系统课程教学中，教师通过对传统的“教、学、练”体系进行改进，摒弃传统的教学方式，探索在新环境下建立教师课堂进行讲解演示、学生单元实验以及团队合作实践训练有机结合的三层教学模式，培养了学生“一边学一边做”的良好学习方法，从而完善了学生在“做中学”的创新能力培养。

四、结论

按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系统课程的教学内容、教学方式、方法和实践教学上的改革。在以具体项目为载体的教学模式下，让学生能够围绕项目进行自主学习，为完成项目开发，学生将在课程中主动去学习项目开发所需要的知识，培养和提高学生的项目开发能力和初步具备解决实际问题的能力。不仅嵌入式系统课程的教学质量和效果有明显提高，学生在嵌入式竞赛中也取得了优异成绩，为社会培养了更多优秀的应用型产业人才。

参考文献：

[1]黄连丽，史旅华。基于CDIO理念的嵌入式系統课程改革[J].科技创新导报，2013（07）：191-192.

[2]严筱永，窦如林。基于CDIO 理念的开放实践教学模式的研究，2014（9）：50- 52.

[3]韩磊，曹欲晓。基于CDIO的嵌入式系统课程体系构建[J].计算机教育，2014（18）：39- 42.

[4] 郑红党，刘辉，面向专业应用的嵌入式系统教学方法探讨[J].计算机教育，2014（3）：114- 117.

[5]孟凡健。基于CDIO的教学案例设计[D]. 石家庄：石家庄铁道大学， 2013： 4-33.