TOPCARES-CDIO模式下“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革

王偉 張陽 孫麗飛

依據(jù)TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，針對“嵌入式系統(tǒng)概論”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，探討了基于TOPCARES-CDIO教學(xué)理念的“嵌入式系統(tǒng)概論”教學(xué)改革與實踐，提出該課程教學(xué)改革的具體措施。課程評價及實踐表明，相關(guān)教學(xué)改革取得了很好效果。

TOPCARES-CDIO 嵌入式系統(tǒng)概論 教學(xué)改革

一、引言

CDIO是當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，CDIO工程教育主旨是讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程。

TOPCARES-CDIO是大連東軟信息學(xué)院基于CDIO模式提出的具有大連東軟信息學(xué)院特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式與方法。TOPCARES是東軟教育創(chuàng)造學(xué)生價值的最高關(guān)注的八大能力英文第一個字母的縮寫，即技術(shù)知識和推理能力、開放式思維與創(chuàng)新、個人職業(yè)能力、溝通表達與團隊合作、態(tài)度與習(xí)慣、責(zé)任感、價值觀、實踐應(yīng)用創(chuàng)造社會價值。本文依據(jù)TOPCARES-CDIO高等工程教育模式，針對“嵌入式系統(tǒng)概論”課程以往教學(xué)中存在的主要問題，探討了基于TOPCARES-CDIO理念下“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革與實踐。

二、以往教學(xué)中存在的主要問題

1.概念和原理較難懂，知識點多

由于這門課是概論性質(zhì)的課程，教材里面的知識點很多，面很廣，通常以教師講授為主，學(xué)生聽課為輔，很多概念和原理對于學(xué)生來說比較抽象，難以理解，因此學(xué)生對課程學(xué)習(xí)缺乏興趣。

2.缺乏對創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)

企事業(yè)用人單位通常希望學(xué)生既有理論知識，又有一定的實踐操作經(jīng)驗，對動手能力要求較高。以往的實驗都是一些驗證性實驗，缺少設(shè)計性、綜合性創(chuàng)作，實際操作能力不能得到很好的鍛煉。

3.學(xué)生的團隊協(xié)作和溝通人際能力未能得到提高。

三、面向TOPCARES-CDIO的教學(xué)改革與實踐

基于TOPCARES-CDIO規(guī)范，針對本課程的特點和以往教學(xué)中存在的一些問題，撰寫TOPCARES-CDIO大綱，主要從教學(xué)方式、考核與評價兩個方面進行改革。在教學(xué)過程中采取以項目為導(dǎo)學(xué)，加強“做中學(xué)，學(xué)中做”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”理念，讓學(xué)生逐步成為課堂的主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并著重培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。

1.教學(xué)方式改革

（1）項目導(dǎo)學(xué)

本課程采用的實驗項目平臺是目前比較新的ARM系列XScale 270實驗箱和操作系統(tǒng)Linux2.6。在教學(xué)過程中，實驗項目貫穿于教學(xué)始終，去掉驗證性實驗，將整個教學(xué)實踐部分設(shè)計成一個綜合項目（GPRS緊急呼叫系統(tǒng)）。以項目為導(dǎo)學(xué)，要求學(xué)生以小組團隊形式，結(jié)合理論學(xué)習(xí)完成綜合項目任務(wù)，充分培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計與實踐操作能力。綜合設(shè)計項目分散到8個實驗項目單元中來完成，項目單元1要求完成嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的搭建，使學(xué)生掌握交叉編譯開發(fā)環(huán)境的搭建和使用，為后續(xù)項目開發(fā)準備好開發(fā)環(huán)境。項目單元2利用第2知識單元內(nèi)容，用多線程程序設(shè)計實現(xiàn)串口通信功能，為后續(xù)項目程序開發(fā)和硬件操作做好準備。項目單元3至5利用第3知識單元的內(nèi)容，也是本課程的重點部分，完成Linux內(nèi)核裁剪、編譯、移植和文件系統(tǒng)制作。項目單元6和7利用第4知識單元內(nèi)容，完成鍵盤輸入控制功能（加入驅(qū)動部分），最后一個項目單元，即項目單元8，是在前面7個項目單元基礎(chǔ)上利用GUI程序設(shè)計，最終完成綜合項目的設(shè)計，此外還加入創(chuàng)新發(fā)揮部分，例如LCD觸摸、GUI界面新穎等。通過完成這個綜合項目，從底層驅(qū)動，內(nèi)核，到頂層應(yīng)用程序設(shè)計，幾乎把嵌入式系統(tǒng)開發(fā)各個階段內(nèi)容都包括了，充分體現(xiàn)了TOPCARES-CDIO工程“做中學(xué)，學(xué)中做”的教育理念。在理論與實踐教學(xué)過程中，以“設(shè)計為中心”，“項目為導(dǎo)向”組織教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力，分析問題與解決問題的能力。

（2）多形式化授課方式

傳統(tǒng)授課中教師主要利用多媒體及板書教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會對一些理論知識難以理解，并缺乏興趣。教師在教學(xué)中，在借助多媒體和板書授課的同時，可以充分利用學(xué)院提供的便利軟硬件教室資源，讓每名同學(xué)上課時各自帶筆記本電腦，用實例講解理論知識，這樣學(xué)生能通過老師演示和自己親手操作激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加對理論知識的掌握和理解。

（3）轉(zhuǎn)變教學(xué)主體

TOPCARES-CDIO教學(xué)模式與過去教學(xué)模式的區(qū)別主要體現(xiàn)在教學(xué)過程中是以教師為主體還是以學(xué)生為主體。傳統(tǒng)教學(xué)方式中，主要以教師講授為主，而在TOPCARES-CDIO模式下，以教師為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)。采用合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和問題教學(xué)等方法，讓學(xué)生成為課堂上的“主動者”，并以學(xué)生自身實踐為主，教師講授引導(dǎo)為輔，開展分組教學(xué)等。

2.考核與評價

對學(xué)生實施多方面的考核與評價，采用多種考核方式進行綜合評定。考核分為3個部分：期末筆試（40%）+項目成績（40%）+平時成績（20%）。

期末考試占整個成績的40%，考試形式采用開卷考試，不提倡死記硬背，重點考核學(xué)生運用知識和解決問題的能力。項目考核部分占40%，根據(jù)每個團隊項目完成情況和創(chuàng)新等方面綜合評定成績，滿分100分，再折合成總成績的40%為最終項目成績。下面列出幾條主要評定標準。

（1）項目部分包括項目設(shè)計30分、項目實踐與演示30分、項目設(shè)計報告30分和創(chuàng)新10分。

（2）團隊每名成員的得分=團隊得分*團隊人數(shù)*貢獻比。組內(nèi)成員的貢獻比由各成員協(xié)商確定，貢獻比之和是100％。

四、結(jié)論

本課程已在基于TOPCARES-CDIO教育理念下順利走過一輪，并取得了很好的教學(xué)效果。雖然教學(xué)改革的同時也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力，但實踐證明，將TOPCARES-CDIO理念引入“嵌入式系統(tǒng)概論”課程教學(xué)改革中是切實可行的。它對學(xué)生的自學(xué)能力、團隊合作、溝通能力、綜合運用知識的能力都起到促進作用。

參考文獻：

［1］李堅強，王志強，薛麗萍.基于CDIO 模式的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究與探討［J］.計算機教育，2010，（12）：122-126.

［2］溫濤.探索構(gòu)建一體化TOPCARES-CDIO人才培養(yǎng)模式［J］.中國高等教育，2011，（07）：41-43.