CDIO模式下計算機專業“嵌入式系統”課程的教學改革研究

王 劍

（長江大學 計算機科學學院，湖北 荊州 434023）

CDIO是2000年由美國麻省理工學院聯合瑞典的查爾姆斯技術大學等四所高校研究和建立的一種先進的工程教育理念和實施體系，代表了當今的高等工程教育的發展態勢。CDIO由構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate）等四個部分組成。 CDIO教育模式是以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗［1］；是以工程項目為教學對象，通過做中學等方式，全面地提升學生的綜合素質和創新精神，使學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識，滿足社會對創新型高級工程技術人才的需求。

嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統，具有嵌入性、專用性與計算機系統等三個基本要素，一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用程序四個部分組成［2］。

目前嵌入式系統課程的教學普遍存在著以下問題：內容多，課時少；沒有統一的經典教材；實踐能力培養不夠，實驗課時不足，過于依賴實驗箱；學生對此課程的興趣小；師資力量較弱。對于該課程，如果采用傳統的教學模式、課堂講解及課程實驗，學生學到的僅僅是些皮毛，這將不利于充分培養學生的能力及發展學生的潛能，達不到預期的教學目的。

本文探討了基于CDIO工程教育模式，研究分析嵌入式系統的課程特點，以嵌入式系統的CDIO工程項目為教學內容，針對計算機專業學生，探討嵌入式系統課程的教學體系、教材建設、教學方法改革等內容；通過做中學等方式，全面提升學生的工程能力和創新精神,使學生掌握嵌入式系統的基礎理論，同時具備嵌入式產品的開發能力，滿足社會對創新型高級工程技術人才的需求。

1 構建CDIO模式的課程教學體系

嵌入式系統課程教學內容是豐富的，涉及到最基礎的硬件、軟件等方面的知識，這就要求學生系統、連貫地形成一個完整的知識體系，本課題在分析上述內容的基礎上，發掘上述內容內在聯系，提出構建CDIO模式的課程教學體系。

2 建設CDIO模式下的課程教材

選擇嵌入式系統教材應該遵循如下幾個原則：

學生容易看懂、快速上手實踐，符合循序漸進、由淺入深的原則；能將技術難點通過直觀的方式體現出來；以應用為主線，按照教學特點展開，體現理論與實踐的平衡與互補；其中的實例能激發學生的好奇、創新的欲望和潛能等。

3 改革CDIO模式下教學方法

3.1 理論教學的組織

嵌入系統理論教學的組織應在CDIO模式框架內，積極開展有效的教學活動把過去的以教師為中心、課堂為中心、傳授知識為目的傳統教育觀念，轉變成“以學生為中心，學生學得如何和用得怎樣”的新觀念。為引導學生主動學習，需要研究如何將CDIO精神靈活地貫穿在教學活動當中。激發學生們的學習興趣和培養學生的學習主動性與積極性、改進教學方法、提高教學質量、讓學生喜歡學習本課程是課堂教學的著力點。對于教學的重點與難點內容要講深講透，注重對學生的思維方法訓練。大大增加教學信息量，提高學習效率。改變傳統的“填鴨式”教學，實施啟發式教學。比如采用對比教學法：有些教學內容可以采用對比教學法，增強學生對知識的感受強度。

3.2 課外興趣小組的成立

課外興趣小組的培養是嵌入式系統課堂教學的延伸。針對那些對課程有濃厚興趣的學生，引導學生組建課外興趣小組，并建立CDIO創新實驗室作為課外活動的場地。學生的能力得到進一步的培養、鍛煉，同時也為參加“挑戰杯”等各種設計競賽活動打下基礎。教學手段的合理豐富。傳統的課堂教學課時少，時間緊，滿足不了學生對于疑問的求解。大量的課外時間是可以被有效利用作為課堂教學補充的。微博的時代合理利用微博交流學習心得也是致力的一個方向點。

3.3 嵌入式系統綜合設計（校企合作）

嵌入式系統綜合設計是嵌入式系統課程教學最后的一個重要環節，屬于CDIO的二級項目，這也是本課題研究的重點。CDIO的二級項目實施，方式是引入企業參與人才的培養，聘請企業的工程師作為指導教師，由企業帶入工程項目，時間安排一般為1周或者2周，工程項目采用CDIO的模式實施，集中強化訓練，學生分組實施，以團隊的形式完成相關的工程項目。

3.4 創新能力的培養

創新能力主要是由提出問題、分析問題和解決問題構成，并通過創新實踐過程和創新實踐活動等體現出來。因此，實踐教學是創新人才培養的重要環節，對于實踐性很強的嵌入式系統課程來說，意義尤為重大。

3.5 合理開展“雙語教學”

雙語教學是提高學生專業知識和英語能力的優秀武器，在嵌入式系統課程教學中，合理開展雙語教學，不僅可以激發學生的學習動力，加深專業詞匯的理解，同時也能有效地和國外先進器件和編程方法接軌，提高學生的適應能力。

［1］王碩旺，洪成文.美國麻省理工學院工程教育的經典模式:基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

［2］陳春林，朱張青.基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010，94（1）：30-33.

［3］黃智偉，鄧月明，等.ARM9嵌入式系統設計基礎教程[M].北京航空航天大學出版社，2008：1-4.

［4］張雯雰，高守平，等.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，2010，204（18）：39-40.

［5］王宜懷，劉曉升.嵌入式應用技術基礎教程[M].北京:清華大學出版社，2007：8-15.

［6］閻守華.CDIO模式下電路與電子技術課程教改的探討[J].成都信息工程學院學報，2009，24（5）：474-477.