基于CDIO的地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設

摘要：CDIO教育模式的核心內容中對于建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室提出專門要求，嵌入式系統仿真實驗室的建設，能夠為高校相關人員從事科研工作提供研究基地，對于高校人才培養具有十分重要的意義。因此，地方高校為了提升其人才培養質量，結合CDIO教育模式，研究地方高校建設嵌入式系統仿真實驗室的重要作用，然后以CDIO教育理念為指導，指出地方高校建設嵌入式系統仿真實驗室的建設思路和主要目的，并闡述如何在CDIO教育理念下建設高校嵌入式系統仿真實驗室，培養高校學生面向工程、面向實踐、面向應用的綜合能力。

關鍵詞：CDIO；地方高校；嵌入式系統；仿真實驗室；建設

中圖法分類號：G647 文獻標識碼：A

ＣＤＩＯ 教育模式是一種全新的集構思、設計、實施和運營為一體的高等教育模式，由麻省理工學院和瑞典多所大學資助，并得到瓦倫堡基金會的支持，是研究人員歷時數年創造的全新教育理念［１］ 。ＣＤＩＯ 教育模式是圍繞產品、流程和系統的構思、設計、實施與運營展開的教育概念，基于ＣＤＩＯ 教育模式建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室的本質是以ＣＤＩＯ 教育理念為基礎，全面提升學生的工程實踐能力、個人科技知識、終身學習能力、溝通能力和團隊協作能力，進而提升地方高校工程教育質量以及地方高校的人才培養質量，對于新時代背景下地方高校的建設具有極大的參考價值及實踐意義。

１ 地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設的必要性

隨著嵌入式系統在各個領域中的應用不斷深入，高校對于嵌入式技術的應用要求越來越高，同時向著高效、實時性的方向發展［２］ 。目前，建設嵌入式系統仿真實驗室已成為我國高校信息化進程中的重要研究課題之一，在地方高校的教學、科研以及專業發展方面都具有十分重要的作用。綜上所述，在地方高校建設嵌入式系統仿真實驗室，不僅能夠使學生更加熟練地掌握專業基礎理論知識和實踐工作技能，教師也可以通過應用嵌入式系統仿真實驗室更新其教育理念，提升嵌入式技術技能，進而提高地方高校的教學及科研水平。

２ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系統仿真實驗室的建設思路及建設目標

２．１ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系統仿真實驗室的建設思路

基于ＣＤＩＯ 教育理念建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室，教師需要結合所教專業的學科理論知識，統籌專業教育目標、學科建設目標以及實驗室建設目標，堅持以ＣＤＩＯ 教育理念為驅動，以培養應用型專業人才為主要目標，以高校學生為本，以專業知識傳授、專業能力培養、綜合素質提升為核心，在高校嵌入式系統仿真實驗室的實驗內容、實驗方法、實驗設備、實驗技術方面緊扣前沿領域發展理念，不斷完善高校嵌入式系統仿真實驗室的建設。

首先，基于ＣＤＩＯ 理念建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室的核心工作是培養一批專業素質較強、教育能力優秀的專業師資隊伍。地方高校嵌入式系統仿真實驗室需要加大專業人才的培養力度，采取招聘、進修、兼職培養等措施提升高校嵌入式系統仿真實驗室教學隊伍的專業水平，為高校嵌入式系統仿真實驗室打造一支具有高水平教育理念、教學經驗豐富以及教師年齡結構合理的嵌入式系統仿真實驗室專業師資隊伍［３］ 。其次，基于ＣＤＩＯ 理念建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室的目標是深化實驗教育改革，以培養大學生實踐能力為目標，完善“循序漸進、多步提高、綜合實踐”的現代實踐教育體系，從而進一步探索開放教育改革。地方高校嵌入式系統仿真實驗室的建設，有利于培養學生的聯合學習和研究能力，通過培養地方高校學生的實驗能力，實現了“強基礎、高本領、高質量”的教育目標。最后，以ＣＤＩＯ 教育理念為指引，建設地方高校嵌入式系統仿真實驗室，需要加強實驗室管理制度的建設。堅持以學生為本的先進教育理念，不斷挖掘學生的資質潛力，為地方高校的學生、教師及社會提供更加優質的服務。

２．２ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系統仿真實驗室的建設目標

在地方高校的嵌入式系統仿真實驗室建設過程中應用ＣＤＩＯ 教育理念，目的是通過ＣＤＩＯ 教育理念滿足地方高校的實驗基本需要，并根據實際的實踐工作場景建立嵌入式硬件開發實驗室，使學生能夠在實際的工作場景中模擬實際工作，使他們的社會適應能力及實際工作能力得到提升。地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設的要點是：（１）基于專業知識開發有助于鍛煉學生實踐能力的實驗平臺；（２）基于ＣＤＩＯ教育理念建設用于實踐教學的硬件開發平臺；（３）通過計算機多媒體教學設備組成原理學習平臺；（４）基于ＣＤＩＯ 教育理念建設單片機開發平臺；（５） 基于ＣＤＩＯ 教育理念建設微機原理學習平臺［４］ 。

地方高校基于ＣＤＩＯ 的嵌入式系統仿真實驗室建設主要分為２ 個實驗平臺：嵌入式教育設備和嵌入式產品開發設備。（１）當地大學內置的嵌入式教育設備。以成都中醫藥大學嵌入式系統仿真實驗室建設為例，該校嵌入式系統仿真實驗室應用的是最新的３２位ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ?Ａ９ ４ 核處理器，主頻達到１．４ ＧＨｚ，配置目前主流的Ａｎｄｒｏｉｄ ４．０ 操作系統，提供開放的軟件資源，通過建設嵌入式系統仿真實驗室，使學生掌握芯片底層、系統中層、應用上層的相關技術知識，通過獨立進行產品級研發設計，使學生不僅可以了解嵌入式技術的發展趨勢，還可以掌握嵌入式前沿核心技術。（２）嵌入式產品開發設備。指的是面向科學研究和工程應用的產品開發樣機，廣泛應用于智能醫療電子、工業自動化、航空航天、交通物流等嵌入式設備領域，以滿足ＣＤＩＯ 科研項目的實際需求［５］ 。

３ ＣＤＩＯ 教育理念下地方高校嵌入式系統仿真實驗室的建設構想

３．１ 加強高校相關專業的ＣＤＩＯ 培養

為使學生滿足當今社會的需求，能夠系統地掌握基礎知識、基礎理論和基本技能，須將他們培養成高級應用型人才。為實現這一目標，地方高校需要結合ＣＤＩＯ 教學理念建設嵌入式系統仿真實驗室。例如，成都某地方高校在建設中醫藥專業嵌入式系統仿真實驗室的過程中，結合醫學信息學專業培養目標，明確中醫學專業ＣＤＩＯ 教學改革和課程建設方向，重視以專業理論基礎知識教育為主的中醫藥專業，實現以學生為主導的科研項目建設。綜上所述，地方高校嵌入式系統仿真實驗室建設應貫徹ＣＤＩＯ 教育理念及培養目標，全過程、多方面地對學生的專業能力進行評價。

３．２ 深化實驗室管理機制改革

基于ＣＤＩＯ 教育理念建設嵌入式系統仿真實驗室，需要通過深化實驗室管理機制改革，有效提升實驗人員的積極性，培養高校學生的實踐能力和創新能力。為深化地區高校嵌入式系統仿真實驗室管理體制改革，地方高校可實現院系兩級管理模式，明確職責和權限、嵌入式系統仿真實驗室實驗中心建設及嵌入式系統仿真實驗室總體規劃。資產管理部門負責實驗室配置，校級設備部門負責設備采購和招標。實驗設備、校級人事部門負責指定嵌入式系統仿真實驗室的實驗室人員分配及人員任命，從而提高地區高校嵌入式系統仿真實驗室的使用效率。

３．３ 改善高校實驗室的軟件設備

基于ＣＤＩＯ 教育理念改善嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備，軟件設備建設主要指根據實驗計劃和內容，有針對性地給學生提供一個實際操作平臺。

嵌入式系統仿真實驗室應用較為廣泛的軟件是ＰＲＯＴＥＵＳ 軟件，其集仿真、分析各種模擬器件和集成電路于一體，具有３０ 多個元器件庫，數千種元器件仿真模型，多種信號激勵源和虛擬儀器儀表；能實現單片機仿真和ＳＰＩＣＥ 電路仿真相結合；支持主流單片機系統的仿真，提供軟件調試功能。基于ＣＤＩＯ教育理念改善嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備，既適合課堂理論教學，也適合實驗室實踐教學，具體做法如下。（１）基于ＣＤＩＯ 教育理念，嵌入式系統仿真實驗室可以在課堂教學中引入ＰＲＯＴＥＵＳ 軟件，通過改善嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備，為學生構建極為接近實際的動態演示模型，激發學生的學習興趣。地方高校授課教師在備課階段，需要根據教學內容，課前運行ＰＲＯＴＥＵＳ 仿真模型，使學生直觀地感受運行現象或結果，從而激發學生的求知欲及好奇心，教師還可提出幾個與教學內容相關的問題，讓學生帶著問題聽課，教師在講授理論知識后，再通過嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備為學生演示，使學生通過嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備對教育過程中實踐性、概括性、不易理解的內容進行理解和接受。（２）改善嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備，增強仿真性。嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備運行簡單，只需計算機及多媒體教學設備就可以實現，改善嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備，使學生能夠隨時隨地通過計算機學習相關知識，自行復習和預習課堂教學內容，實驗課上學生還可以通過嵌入式系統仿真實驗室的軟件設備進行實踐操作，通過課內外相結合的方式進行教學，學生能夠對理論知識、實踐流程與結果都有一個深刻的認識和理解，進而提升教學效果。

４ 結束語

基于ＣＤＩＯ 教育理念建設嵌入式系統仿真實驗室，地方高校需要通過改善嵌入式系統仿真實驗室的硬件設備，在實驗室硬件設備方面加強整體規劃，合理配置硬件資源，以免造成硬件設備的閑置或資金的浪費；加強嵌入式系統仿真實驗室的專業技術隊伍建設；明確高校相關專業的ＣＤＩＯ 培養目標，貫徹ＣＤＩＯ教育理念，全過程、多方面地對學生的專業能力進行評價；深化嵌入式系統仿真實驗室管理機制改革，提高地區高校嵌入式系統仿真實驗室的使用效率，在地方高校建設嵌入式系統仿真實驗室，不僅能夠使學生更加熟練地掌握專業基礎理論知識和實踐工作技能，教師也可以通過應用嵌入式系統仿真實驗室更新其教育理念，提升嵌入式技術技能，進而提升地方高校的教學及科研水平。

參考文獻：

［１］ 戴天貴，朱小欽．基于ＣＤＩＯ 及云桌面技術的工程光學實驗室優化建設［Ｊ］．實驗室科學，２０２１，２４（６）：１４１?１４６＋１５２．

［２］ 梁海安，楊澤平，薛凱喜，等．地方普通工科高校實驗室基于ＣＤＩＯ 開放模式研究［Ｊ］．教育教學論壇，２０２１（２２）：２１?２４．

［３］ 謝奇愛．ＣＤＩＯ 模式下高校開放實驗室建設與管理的思考［Ｊ］．電腦知識與技術，２０１９，１５（２２）：１６８?１７０．

［４］ 張小博．ＣＤＩＯ 模式下開放實驗室建設與創新能力培養［Ｊ］．化學工程與裝備，２０１８（１１）：３３６?３３７．

［５］ 徐新仁，徐東輝，王霏．基于ＣＤＩＯ 工程理念的地方性院校工科專業虛擬現實實驗室建設研究［Ｊ］．宜春學院學報，２０１８，４０（９）：１２３?１２５．

作者簡介：劉心宜（１９９６—），碩士，助教，研究方向：學前教育。