CDIO模式下嵌入式系統課程教學研究與實踐*

陳瑞祥 姜平 周根榮

南通大學電氣工程學院 江蘇南通 226019

由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學研究和創建的CDIO工程教育模式，以產品從研發到運行的4個生命周期——構思（concei ve）、設計（design）、實施（implement）和運行（operate）——為載體，鼓勵學生以主動的、實踐的、相關課程所學知識有機聯系的方式學習工程，培養學生的工程技術和動手能力[1]。CDIO在中國的普及和實踐，也為高質量實施“卓越工程師教育培養計劃”打下了良好的基礎，起到了積極的推進作用[2]。

“嵌入式系統”是南通大學自動化專業開設的一門專業課，應用性、技術性、實踐性較強，開發過程中軟硬件緊密結合[3]。因此，嵌入式系統的學習困難多，教學難度大。如何讓學生在有限的教學時間里既能掌握書本的理論知識，又能培養工程實踐能力，使學生畢業后能很快適應嵌入式系統的開發工作，是教學過程中亟待解決的問題，也是“卓越工程師”培養計劃的要求。

1 “嵌入式系統”教學特點

嵌入式系統是一種以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可剪裁，適用于系統，對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。因其既涉及電路、模擬電子技術、數字電子技術、微機原理與接口技術等硬件知識，又涉及操作系統、應用程序等軟件知識，覆蓋面廣，具有較強的綜合性。

實踐性強是嵌入式系統教學的又一大特點。嵌入式系統的研發是在實踐過程中不斷總結和創新的。無論是硬件設計還是軟件編程，都離不開實踐過程，紙上談兵是無法具備嵌入式系統開發能力的。

然而，目前嵌入式系統課程的教學普遍存在內容多、課時少、沒有統一的經典教材、實踐能力培養不夠等眾多問題。對于該課程，如果完全依靠課堂講解和課程內實驗教學，那是遠遠不夠的。因此，如何將CDIO模式貫穿在課程教學、課程實驗和課程實踐整個教學活動中，激發學生自主學習、理論結合實踐，是在教學過程中需要探討的問題。

2 基于CDIO理念的理論教學

CDIO理念的核心之一就是將教學工作從以“教師為中心”的注入式教學模式轉變為以學為中心的自主研究式學習。在授課過程中，努力調動學生自主學習和研究的積極性，注重培養學生的自學能力、團隊協作能力以及系統分析能力。

2.1 非標準教材的教學

當今關于嵌入式系統方面的教材有很多，但整體結構都是類似的。通過推薦相關教材，引導學生借助圖書館或網絡等資源主動找書找資料，讓學生建立自主尋找相關資料的實踐方法。這樣才能讓學生學會關注科技發展，才能趕上當今世界潮流，屹立于時代大潮中而不倒。

2.2 項目教學法的應用

為了提高學生的團隊協作能力，課程計劃中將會有更多的團隊設計，安排學生2～3人組成一個團隊。可以培養學生的實踐能力，在實踐中體驗CDIO的教育理念。同時，結合工科學習特點，將嵌入式系統中的知識內容轉化為若干個教學項目，圍繞“做項目”的模式組織和展開教學，讓學生的才干在實踐中提升。這也將極大地提高學生的系統調控能力。

2.3 網絡教學平臺的利用

為進一步貫徹CDIO模式中的自主學習的理念，創造“教”與“學”互動的網絡教學環境，可以利用學校Blackboard教學平臺發布課件，進行作業解答，提供課外補充資料，進行在線自測答疑。這樣加強了學生與教師（學生）之間的交流討論，既對本專業學生提供了共享與交流環境，也為其他專業和遠程教學提供了網絡教學資源。

3 基于CDIO模式的實踐教學

嵌入式系統涉及內容范圍廣，如何在嵌入式系統課程實踐和設計過程中體現CDIO的整個教學理念，達到CDIO模式的系統能力培養，是需要研究的問題。

3.1 開放創新實驗項目

各團隊可以根據所學知識自主設計實驗項目、查閱資料、設計實驗方案、選配儀器和進行調試。學生完成實驗后與理論進行對比分析，撰寫實驗報告。由于開放性實驗的選題具有一定的探索性，實驗內容較為先進，鍛煉了學生自主學習的能力。同時也為學生進行電子設計競賽、大學生實踐創新等課外科技活動奠定良好的基礎。

3.2 與大學生實踐創新項目有機結合

嵌入式系統課程實踐性較強，如果完全依靠課堂講解和課程內實驗教學，那是遠遠不夠的。學生也一直受到應試教育的影響，普遍缺乏學習主動性和團隊合作意識，很少進行項目創新與設計的訓練，對專業及課程設置不甚了解。因此，有必要鼓勵和支持大學生盡早參與科學研究、技術開發和社會實踐等創新活動，不斷提高大學生的創新創業精神和實踐能力。

大學生實踐創新訓練項目能夠很好地契合CDIO模式，符合各工程類院校畢業生培養的目標。大學生實踐創新項目是由學生主持，通過團隊協作完成一個完整的課題項目。實施過程中的構思、申請、立項、設計實施、結題均很好地融入CDIO教育模式中的構思、設計、實施和運行。

學生在項目實施過程中能夠鍛煉獨立思考、自主學習的能力，將課內學習的專業知識綜合運用，加強團隊之間溝通與合作。同時，教師在項目指導過程中對創新型人才培養有了新的認識，能夠更好地反哺教學。

4 總結

基于CDIO理念的嵌入式系統課程教學，在強調學生理論基礎知識的同時，也注重培養學生自主學習能力、團隊合作能力及工程系統分析能力。本文針對嵌入式系統課程綜合性、實踐性強的特點，結合CDIO教學理念對學生的要求，鼓勵學生參與實踐創新等實踐活動，使學生在掌握課程的基礎理論的同時，具備一定的工程實踐能力，實現實用型人才培養的整體目標。

[1]陳冬松,孫陽春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培養途徑[J].現代教育管理,2011(11):34-37.

[2]曹衛鋒,宋寅卯,鄭安平.本科階段卓越工程師教育培養計劃的研究與探索[J].中國現代教育裝備,2011(13):126-128.

[3]張雯霧,高守平,陸武魁.應用型本科嵌入式系統課程教學改革與實踐[J].中國教育技術裝備,2010(18):39-40.