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摘要：基于CDIO教育理念的《嵌入式系统》课程改革以提高学生的专业技能和工程素质为目标，强调以工程项目为导向和主线，课堂教学、自学与实践相结合，激发学生的积极性和能动性，促进学生对知识的理解和掌握，全面提高学生的综合素质和技术水平。
关键词：嵌入式系统；CDIO教学模式；项目驱动；工程实践
中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0067-02
嵌入式系统是当前计算机领域的两大分支之一，其快速发展和“无处不在”已成为后PC时代计算机发展的重要特征。因其具有面向用户、面向产品、面向应用、小型化、低成本、低功耗等特点，嵌入式系统被广泛应用于工业、交通、商业、金融、国防等国民经济的各个领域，如工业控制、汽车电子、信息家电、现代农业、网络通信、手机、平板电脑、电子图书等，拥有广阔的市场[1，2]。
近年来，我国嵌入式系统产业发展十分迅猛，在新一轮汽车、通信、医疗、交通、航空航天等行业智能化装备的巨大需求拉动下，该产业正在成为带动IT产业发展新的增长点[3]。巨大的市场潜力和产业需求决定了必须加大嵌入式系统工程人才的培养力度，使其既具有扎实的理论功底，又具备良好的工程实践和创新能力。因此，本课程改革以提高学生的专业技能和工程素质为目标，使其满足嵌入式系统产业发展对高素质专业人才的需求。
一、当前教学中存在的不足
《嵌入式系统》是一门涉及硬件、软件，实践性和应用性很强的课程。以往的教学往往偏重于课堂讲授，着重讲解各个知识点，之后辅以若干个专题实验，对知识点进行巩固和验证。这种教学模式存在以下几方面不足。首先，没有实际需求作为导向，学生容易陷入被动的学习，即“教什么学什么，教多少学多少”，难以激发学生学习的主动性和能动性，使学习过程流于形式和机械，甚至导致“应试型”学习，即学生仅从应试的角度关注哪些是重点，考试可能会考什么，而忽略如何将知识学以致用。其次，由于缺乏项目驱动，学生难以建立工程和系统的概念，不能从整体上对嵌入式系统形成全面深入的认识，导致无法将知识深刻理解、融会贯通和灵活运用。最后，由于教学过程缺乏让学生发挥能动性和创造性的空间，因此也不利于学生创造性思维的培养。
二、基于CDIO模式的教学改革
CDIO教学模式可为弥补上述不足提供新的选择。CDIO是英文单词Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）和Operate（运行）的首字母缩写，其核心思想是以工程项目为导向，紧密联系实际需求，围绕具体项目开展教育和学习，倡导“做中学”的教育理念。该模式是近年来工程教学领域的最新成果，被应用于许多实践性强的课程改革，获得了良好的教学效果[4]。将CDIO模式用于《嵌入式系统》教学，关键要做好以下四个环节：
1.加强基本概念的讲解，使学生从“整体”和“工程应用”的角度对嵌入式系统形成一个全面的认识。在讲解中充分利用多媒体教学手段，力求生动、形象，消除学生的畏难情绪，调动其学习兴趣和积极性。此外，通过剖析嵌入式系统开发实例，使学生了解嵌入式系统的开发过程，掌握研究和解决嵌入式系统工程问题的方法。
2.以项目为导向，将一个具体的工程项目贯穿于整个教学过程，使学生通过“做中学”的方式完成一个具体项目的开发。在教学伊始，即给学生布置项目题目及任务。题目的设置需要满足以下三个要求：首先，题目难易适中，既要避免难度过大使学生产生畏难情绪，又要避免太过简单而达不到预期的教学效果；其次，题目所涉及的内容需包含教学大纲中规划的绝大部分知识点，达到通过项目实践深入理解、掌握、应用知识点的目的；最后，题目的设置需给学生留出发挥能动性和创造性的空间，例如可以对项目的完成提出一个基本要求，鼓励学生在达到基本要求的基础上自由发挥，对开发的系统进行补充和完善，提高项目的完成质量，完成质量与总评成绩挂钩。题目下达后，要求学生自由组合，2～3人形成一个项目组，合作进行项目开发。
3.知识点讲解与项目实施相衔接，课堂教学与学生自学相结合。在讲授一个知识点之前，首先需要讲清这个知识点的用途和用法，使学生能够明确学习的目的和意义，做到“有的放矢”，而不是盲目、机械地学习。例如，在讲授通用I/O口和中断知识点时，首先需要将这些知识点与项目挂钩，让学生明白学习这些知识可解决项目开发中的人机交互问题。明确了学习目的，在接下来的讲授中尽可能多联系实际，通过概念讲解、实例剖析、方法总结等环节使学生加深对知识的理解。最后，学生通过课堂学习和查阅资料，将所学知识点用于工程项目的开发，完成对知识的掌握，实现学以致用。
4.为学生提供充足的实践机会和良好的实验条件。在以往的教学中，实验课仅占少量的学时，且多为验证性的专题实验，不足以让学生完成项目的开发。因此，为保证教学效果，需大幅增加嵌入式系统实验室对学生开放的时间，使学生在课下也能够充分利用实验室的条件和资源，为学生完成项目开发提供条件保障。
三、考核方式的改革
以往的考核分为期末笔试成绩和平时实验成绩两个部分，前者占70%，后者占30%。显然，学生的期末总评成绩主要取决于笔试成绩，容易出现“应试型”学习的现象。因此，为适应CDIO教学模式，需要对考核方式进行改革，主要有以下三方面措施：
1.期末笔试仍然保留，但权重下调。笔试注重对理论知识的考核，反映学生的理论功底和对知识进行消化、吸收、总结、升华的能力。根据本课程“理论与实践并重”的培养目标，笔试的作用无可替代，需予以保留。但笔试成绩在总评成绩中所占的比例必须下调，例如下调至50%，而实验成绩权重相应提高至50%，避免学生产生“实验只是走过场，关键在期末笔试”的错误想法。
2.专题实验与项目合并，统一考核。由于项目内容包含课程规划的绝大部分知识点，因此可以将以往的验证性专题实验纳入项目之中，成为项目开发过程中的一个环节，期末只需对项目的完成情况进行考核。
3.以项目验收形式进行实验考核。项目验收包括以下四个步骤：第一，学生完成项目后，以项目组为单位向老师提交结题报告，做好项目验收准备。第二，老师审阅结题报告后，观看学生的成果展示，并听取其项目汇报。第三，项目答辩，老师围绕结题报告和成果展示中的相关技术问题，向学生提问。为防止有同学依赖别人工作，自己未参与项目开发，在答辩环节可轮流指定学生作答。最后，老师根据项目的完成情况（是否达到基本要求，有无超额完成，所体现的技术水平等）、结题报告（完整性、规范性、文字表达等）和项目答辩情况，给出每个成员的实验成绩。
上述笔试 项目验收的考核方式，可全面、客观地考察学生对嵌入式系统的学习效果和掌握程度，同时可在报告书写、成果汇报、项目答辩等方面对学生进行综合训练，有利于促进学生综合素质的提高，也为学生将来高质量地完成毕业设计及论文打下良好的基础。
四、结语
本文对CDIO模式在《嵌入式系统》教学中的应用进行了探讨。其核心思想在于以一个具体的工程项目贯穿于课程教学始终，通过项目驱动，使学生明确学习目的和意义，激发学习兴趣，变“要我学”为“我要学”，充分调动学生学习的主动性和能动性。此外，通过“做中学”的方式，将理论学习与工程实践紧密结合，有利于培养学生学以致用和实践创新的能力，促进其技术水平和综合素质的提高。
参考文献：
[1]孟祥莲，孙平，朱国晗，高洪志.嵌入式系统原理及应用教程[J].北京：清华大学出版社，2010.
[2]王宜怀，吴瑾，蒋银珍.嵌入式系统原理与实践：ARM Corex-M4 Kinetis微控制器[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]王蔚.中国嵌入式系统产业极具增长潜力[N].经济参考报，2008-1-3.
[4]张诚，林志贵，徐伟，孟德军，荣锋.基于CDIO模式的《电子系统设计》课程改革[J].教育教学论坛，2013，（1）.
关键词：嵌入式系统；CDIO教学模式；项目驱动；工程实践
中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0067-02
嵌入式系统是当前计算机领域的两大分支之一，其快速发展和“无处不在”已成为后PC时代计算机发展的重要特征。因其具有面向用户、面向产品、面向应用、小型化、低成本、低功耗等特点，嵌入式系统被广泛应用于工业、交通、商业、金融、国防等国民经济的各个领域，如工业控制、汽车电子、信息家电、现代农业、网络通信、手机、平板电脑、电子图书等，拥有广阔的市场[1，2]。
近年来，我国嵌入式系统产业发展十分迅猛，在新一轮汽车、通信、医疗、交通、航空航天等行业智能化装备的巨大需求拉动下，该产业正在成为带动IT产业发展新的增长点[3]。巨大的市场潜力和产业需求决定了必须加大嵌入式系统工程人才的培养力度，使其既具有扎实的理论功底，又具备良好的工程实践和创新能力。因此，本课程改革以提高学生的专业技能和工程素质为目标，使其满足嵌入式系统产业发展对高素质专业人才的需求。
一、当前教学中存在的不足
《嵌入式系统》是一门涉及硬件、软件，实践性和应用性很强的课程。以往的教学往往偏重于课堂讲授，着重讲解各个知识点，之后辅以若干个专题实验，对知识点进行巩固和验证。这种教学模式存在以下几方面不足。首先，没有实际需求作为导向，学生容易陷入被动的学习，即“教什么学什么，教多少学多少”，难以激发学生学习的主动性和能动性，使学习过程流于形式和机械，甚至导致“应试型”学习，即学生仅从应试的角度关注哪些是重点，考试可能会考什么，而忽略如何将知识学以致用。其次，由于缺乏项目驱动，学生难以建立工程和系统的概念，不能从整体上对嵌入式系统形成全面深入的认识，导致无法将知识深刻理解、融会贯通和灵活运用。最后，由于教学过程缺乏让学生发挥能动性和创造性的空间，因此也不利于学生创造性思维的培养。
二、基于CDIO模式的教学改革
CDIO教学模式可为弥补上述不足提供新的选择。CDIO是英文单词Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）和Operate（运行）的首字母缩写，其核心思想是以工程项目为导向，紧密联系实际需求，围绕具体项目开展教育和学习，倡导“做中学”的教育理念。该模式是近年来工程教学领域的最新成果，被应用于许多实践性强的课程改革，获得了良好的教学效果[4]。将CDIO模式用于《嵌入式系统》教学，关键要做好以下四个环节：
1.加强基本概念的讲解，使学生从“整体”和“工程应用”的角度对嵌入式系统形成一个全面的认识。在讲解中充分利用多媒体教学手段，力求生动、形象，消除学生的畏难情绪，调动其学习兴趣和积极性。此外，通过剖析嵌入式系统开发实例，使学生了解嵌入式系统的开发过程，掌握研究和解决嵌入式系统工程问题的方法。
2.以项目为导向，将一个具体的工程项目贯穿于整个教学过程，使学生通过“做中学”的方式完成一个具体项目的开发。在教学伊始，即给学生布置项目题目及任务。题目的设置需要满足以下三个要求：首先，题目难易适中，既要避免难度过大使学生产生畏难情绪，又要避免太过简单而达不到预期的教学效果；其次，题目所涉及的内容需包含教学大纲中规划的绝大部分知识点，达到通过项目实践深入理解、掌握、应用知识点的目的；最后，题目的设置需给学生留出发挥能动性和创造性的空间，例如可以对项目的完成提出一个基本要求，鼓励学生在达到基本要求的基础上自由发挥，对开发的系统进行补充和完善，提高项目的完成质量，完成质量与总评成绩挂钩。题目下达后，要求学生自由组合，2～3人形成一个项目组，合作进行项目开发。
3.知识点讲解与项目实施相衔接，课堂教学与学生自学相结合。在讲授一个知识点之前，首先需要讲清这个知识点的用途和用法，使学生能够明确学习的目的和意义，做到“有的放矢”，而不是盲目、机械地学习。例如，在讲授通用I/O口和中断知识点时，首先需要将这些知识点与项目挂钩，让学生明白学习这些知识可解决项目开发中的人机交互问题。明确了学习目的，在接下来的讲授中尽可能多联系实际，通过概念讲解、实例剖析、方法总结等环节使学生加深对知识的理解。最后，学生通过课堂学习和查阅资料，将所学知识点用于工程项目的开发，完成对知识的掌握，实现学以致用。
4.为学生提供充足的实践机会和良好的实验条件。在以往的教学中，实验课仅占少量的学时，且多为验证性的专题实验，不足以让学生完成项目的开发。因此，为保证教学效果，需大幅增加嵌入式系统实验室对学生开放的时间，使学生在课下也能够充分利用实验室的条件和资源，为学生完成项目开发提供条件保障。
三、考核方式的改革
以往的考核分为期末笔试成绩和平时实验成绩两个部分，前者占70%，后者占30%。显然，学生的期末总评成绩主要取决于笔试成绩，容易出现“应试型”学习的现象。因此，为适应CDIO教学模式，需要对考核方式进行改革，主要有以下三方面措施：
1.期末笔试仍然保留，但权重下调。笔试注重对理论知识的考核，反映学生的理论功底和对知识进行消化、吸收、总结、升华的能力。根据本课程“理论与实践并重”的培养目标，笔试的作用无可替代，需予以保留。但笔试成绩在总评成绩中所占的比例必须下调，例如下调至50%，而实验成绩权重相应提高至50%，避免学生产生“实验只是走过场，关键在期末笔试”的错误想法。
2.专题实验与项目合并，统一考核。由于项目内容包含课程规划的绝大部分知识点，因此可以将以往的验证性专题实验纳入项目之中，成为项目开发过程中的一个环节，期末只需对项目的完成情况进行考核。
3.以项目验收形式进行实验考核。项目验收包括以下四个步骤：第一，学生完成项目后，以项目组为单位向老师提交结题报告，做好项目验收准备。第二，老师审阅结题报告后，观看学生的成果展示，并听取其项目汇报。第三，项目答辩，老师围绕结题报告和成果展示中的相关技术问题，向学生提问。为防止有同学依赖别人工作，自己未参与项目开发，在答辩环节可轮流指定学生作答。最后，老师根据项目的完成情况（是否达到基本要求，有无超额完成，所体现的技术水平等）、结题报告（完整性、规范性、文字表达等）和项目答辩情况，给出每个成员的实验成绩。
上述笔试 项目验收的考核方式，可全面、客观地考察学生对嵌入式系统的学习效果和掌握程度，同时可在报告书写、成果汇报、项目答辩等方面对学生进行综合训练，有利于促进学生综合素质的提高，也为学生将来高质量地完成毕业设计及论文打下良好的基础。
四、结语
本文对CDIO模式在《嵌入式系统》教学中的应用进行了探讨。其核心思想在于以一个具体的工程项目贯穿于课程教学始终，通过项目驱动，使学生明确学习目的和意义，激发学习兴趣，变“要我学”为“我要学”，充分调动学生学习的主动性和能动性。此外，通过“做中学”的方式，将理论学习与工程实践紧密结合，有利于培养学生学以致用和实践创新的能力，促进其技术水平和综合素质的提高。
参考文献：
[1]孟祥莲，孙平，朱国晗，高洪志.嵌入式系统原理及应用教程[J].北京：清华大学出版社，2010.
[2]王宜怀，吴瑾，蒋银珍.嵌入式系统原理与实践：ARM Corex-M4 Kinetis微控制器[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]王蔚.中国嵌入式系统产业极具增长潜力[N].经济参考报，2008-1-3.
[4]张诚，林志贵，徐伟，孟德军，荣锋.基于CDIO模式的《电子系统设计》课程改革[J].教育教学论坛，2013，（1）.