CDIO模式下嵌入式系统课程改革的探索

解凯+盛琳阳+李桐+陈如琪

摘要：针对嵌入式系统课程教学的特点和现状，本文在课程改革中引入了CDIO工程教育模式，采用项目驱动法让学生在做中学。为应对任课教师缺乏项目开发经验及贴近工程实际教学案例短缺的问题，提出校企合作的思路为课程改革的顺利实施提供了保障。课改促进了教师能力的提高，学生的自学能力、工程实践能力、交流沟通和团队合作能力、项目领导能力及创新能力等都得到增强，综合素质明显提高。

关键词：CDIO；嵌入式；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）01-0097-02

嵌入式系统是指以应用为中心，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统[1]。嵌入式系统广泛应用于工业控制、医疗卫生、智能家居、航空航天、信息家电、网络通信、安防等领域[2]。

目前，我国对嵌入式系统开发人员的需求量日益增加，每年嵌入式人才的缺口都很大。为此，国内很多高校的计算机及相近专业纷纷开设嵌入式系统课程[3]。北京印刷学院计算机系自2013年开始，探索将CDIO工程教育模式引入该课程的教学改革，采用项目驱动法进行教学，让学生在做中学，取得了较好的效果。

一、嵌入式系统课程教学现状

嵌入式系统课程是把计算机专业所有学过的硬件课程与软件课程集成到一起，构造一个面向应用的独立计算机系统的方法。实践性强是指该课程的理论与实践结合紧密，只有实际动手做，边学边做，在做中学，才能学好该课程。另外，由于嵌入式技术的发展迅速，应用需求也在不断变化，要求嵌入式系统课程内容要及时更新，以适应人才市场需求的变化。

我校该课程进行改革前和其他高校类似，教学上存在许多问题，主要表现在：（1）教学方法采用传统的以教师为中心的“填鸭式教学”，学生缺乏学习兴趣，课堂气氛沉闷，教学效果不佳。（2）尽管先行课程已经开过，但由于传统教学各课程间缺乏融合，学生难以从系统的高度把先行课程的知识运用到本课程中，造成学生学习困难。（3）学生工程实践动手能力、项目设计能力、团队协作能力、创新研究能力的培养等方面，与企业对嵌入式技术人才的需求存在较大差距。（4）师资问题较大。多数承担嵌入式系统课程教学的教师，缺乏企业工程实践经历，对教材及教学内容的处理难以把控，上课只能照本宣科。教师自己没有嵌入式系统的开发经验，很难把学生培养成受企业欢迎的嵌入式系统开发人才。

二、CDIO模式下的课程教学改革

CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的缩写，是美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学创立的全新工程教育理念。该模式以培养新一代高水平工程师为目标，强调将教育过程置身于产品/系统生命周期的具体环境中。为解决目前嵌入式系统教学存在的问题，我们把CDIO工程教育理念引入嵌入式系统课程教学改革中，收到了较好的效果。

（一）项目驱动做中学

项目驱动教学和传统教学的不同在于：传统教学法采用先理论后应用的方式，理论教学往往采用课堂上教师讲、学生听的“填鸭式”模式，使得学生往往不知道教师讲的内容有什么用，容易造成学习动力不足，对课程缺乏兴趣从而学习效率低下的局面。待到应用时，要用到前面学习的理论，却因理论没学好，也无法进行应用。项目驱动法把先“知”而后“行”改为“做中学”，让学生先确立任务目标，理论教学囊括了完成任务、达到目标必须掌握的基本原理、技能和方法，这样学生就会产生尽快学好理论掌握完成任务的基本技能和方法的欲望，从而激发学习兴趣，变被动学习为主动学习。

项目驱动教学的具体实施，一般在第一堂课讲绪论时，就把选择的项目交给学生。只要选择的项目足够贴近生活，就能激发学生的学习兴趣。我们选择的项目是智能家居系统。该项目贴近生活，功能可多可少，可简可繁，便于根据教学大纲裁剪功能分解知识点，形成教学案例。学生掌握了知识点后，在原案例的基础上发挥想象力，扩展功能，动手实践的空间十分广阔。教学实施中，我们按照CDIO做中学的原則，把课堂搬到实验室，边讲边演示，学生跟着练习操作。

（二）教学内容的组织与教材的处理

目前国内各高校的嵌入式系统课程教学内容差别甚大。究其原因，一是该课程是一门新兴课程，究竟应该选用什么样的硬件软件平台构造的应用系统作为教学内容合适，尚处于探索阶段。二是嵌入式系统涉猎技术内容纷繁复杂，仅常见的处理器就有十几种。嵌入式领域常见的操作系统，多得令人不知所从。

教材选择上，我们只指定业界反应较好的几本参考书，学习中不按教材顺序全盘讲解，而是把教材作为帮助完成项目供查阅的工具来使用。课程项目实施中需要解决哪个问题，就告诉学生哪本参考书中什么地方写了解决问题的思路和方法。学生通过查阅书中相关内容解决问题，教材的作用就发挥了。这样的处理方法，对学生自学能力的提升有帮助，有助于学习效率的提高。

（三）强化实验与实践教学

CDIO模式下的项目驱动式教学，实验和实践无疑是影响教学效果的关键因素。为了强化实验与实践教学，我们在原有实验室基础实验的基础上，进一步做如下安排。

一是把课堂搬到实验室，进行教学案例讲解时，教师在上面演示，学生在下面跟着操作。比如Linux的安装，硬件开发平台的使用，一些程序模块的调试等，都可以采用这种模式。这种方式与传统的教师课堂讲完后，学生再到实验室进行验证比较，学习效率会大大提高。学生因跟不上教师的思路和进度而放弃学习的情况，很少会发生。

二是开放实验室，学生课后可以随时到实验室做实验项目。这不仅可以方便地使用各种仪器实验箱等，还由于安排了教师值班，学生动手做的过程中遇到问题时，随时能获得教师的指导。

三是在实验课外增设课程设计，要求学生3到4人一组，自选题目，并提交教师审核，审核通过的限时完成产品设计、制版、焊板及调试。限时时间由教师根据题目难易程度来确定。课程设计为CDIO模式倡导的培养学生的团队合作能力及创新能力，提供了平台。endprint

四是鼓励有项目的教师带学生，在课程设计的基础上，吸收表现优秀学生进入教师项目组，直接參与实际项目。

三、结语

经过几轮的教学实践，证实将CDIO教学模式应用于嵌入式系统课程的改革是成功的。与课程改革前比，学生学习嵌入式系统课程的兴趣和积极性大大提高。学生的自学能力、工程实践能力、交流沟通和团队合作能力、项目领导能力及创新能力等都得到增强，综合素质明显提高。学生的学习主动性大大提高，从课外答疑时间看，改革前提问的人数少，问题多局限在课本或作业上。现在，提问的学生人数大大增加，问题远远超出课程本身，很多是来和教师探讨构思一个新产品的方案。课改促进了教师能力的提高。通过校企合作，任课教师的应用动手能力、对课程内容的驾驭能力明显增强，很多人已经能够到企业承接横向课题。

参考文献：

[1]徐存东，余丽红.基于CDIO理念的嵌入式系统课程教学改革的研究[J].长春理工大学学报，2011，（7）：178-180.

[2]徐玉，童长飞.CDIO工程教育模式下的嵌入式系统实践教学[J].计算机教育，2013，（10）：108-109.

[3]但永平，张五一，郭艳清.“嵌入式系统”课程与CD IO教学模式改革的研究[J].中国电力教育，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