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摘要：为了适应业界对嵌入式系统工程人才的迫切需要，针对目前“嵌入式系统”课程存在的问题，讨论了该课程的特点，并就卓越计划中该课程在CDIO教育模式下的师资建设和课程群建设及教学方法改革进行了深入的探讨和实践，结果表明该改革与实践能为“嵌入式系统”课程的CDIO教学改革提供一种新思路。
关键词：卓越计划；嵌入式系统；CDIO；教学改革
作者简介：但永平（1976-），男，江西都昌人，中原工学院电子信息学院，讲师；张五一（1955-），男，河南洛阳人，中原工学院电子信息学院，教授。（河南 郑州 450007）
基金项目：本文系河南省重点教改项目“基于CDIO工程教学模式的大纺织类卓越工程师人才培养的研究与实践”（项目编号：2012SJGLX02）、2012年度河南省高等学校（中原工学院自动化专业）“专业综合改革试点”项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0060-03
为了促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国，我国提出了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）。为了响应这一计划很多学校提出了许多教改方法，CDIO[1，2]教学模式和我国的卓越计划具有很多相同的思想。CDIO 是构思 （Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作 （Operate）四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”[3] （Project Based Education and Learning）的集中概括和抽象表达。
嵌入式被广泛地应用到工业控制系统、汽车电子、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域中，是典型的工程应用课程。业界对嵌入式系统的人才需求日益增加，因此，为了适应业界对人才培养的要求，越来越多的高校相关专业开始在本科、硕士培养计划中开设嵌入式系统[4-6]方面的课程，并进行了有益的探索。但是由于嵌入式系统这个概念的提出及发展也是最近几年的事，大家对嵌入式系统的认识还不统一，因此在具体的教学和实践中各个学校的做法相差很大，没有一个统一的标准。作为一个新兴的课程，关于“嵌入式系统”课程体系、教材建设、教学方法、教学内容（包括硬件平台与软件平台） 的选择、实验教学与实践环节组织等问题依然处于争论和探索阶段。本文将在“嵌入式系统”课程的建设和基于该课程的CDIO教学模式的改革进行有益的探索与讨论。
一、“嵌入式系统”的概念与课程特点
IEEE对嵌入式系统的定义：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。从该定义上来理解，上世纪70年代，英特尔研制出了4004微处理器开始，就应该有嵌入式系统应用了，后来又出现了单片机系统，DSP系统、ARM系统都是嵌入式系统。相比最近单片机系统，ARM系统可以被称之为新一代的嵌入式系统。新嵌入式系统硬件上主要是性能上更先进，CPU从8位变成了32位系统，体系结构更优化，集成度更高，软件商的区别在于有无操作系统支持。这两个方面的发展，使新一代嵌入式系统的应用大大拓展了。
最近的智能手机、智能家电快速发展和ARM公司的宣传和战略使得ARM就使嵌入式系统深入人心，使得嵌入式系统好像就是ARM。由于单片机、DSP等嵌入式系统都有相对应的课程，因此本文的嵌入式系统主要是以ARM系统来讨论。“嵌入式系统”课程是一门综合性课程，教学既涉及计算机结构、微机原理等硬件知识，又涉及操作系统、应用程序开发等软件知识。该课程的教学覆盖面大，从学科上涉及到电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子学等众多领域；在系统上涉及数字电路、模拟电路、嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、底层驱动等技术。“嵌入式系统”课程是一门理论与实践相结合的课程，特别注重学生工程实践能力的培养。
二、目前的“嵌入式系统”课程教学现状与存在的问题
目前很多高校的“嵌入式系统”课程设置和教学中存在很多问题，使得“嵌入式系统”课程的教学很难适应工程师的培养要求，主要表现：对该课程认识不够，很多学校为了招生的需要只是在原来的课程中增加一门嵌入式课程，有的都没有相应的试验设备和实验室支撑；没有相应的教师队伍，老教师不愿再教新的课程，新进教师研究理论的多，做实际工程的少，也很难进行有效的教学组织；学时设置不够，大部分学校设置的是30学时，有限的课内学时，无法满足实践教学，尤其是综合性、设计性实践的需要；由于管理体制的原因，很多院校的实验室并未完全开放，教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来，课内安排的实验更多的是为了配合课内理论教学的内容，一个实验一个模块，缺乏系统性，学生无法建立完整的系统概念；没有合适的教材，虽然相关的书不少，但很难作为适用的教材；传统的教学方法难以适应嵌入式课程教学的需要，嵌入式课程要求动手较多，综合知识较多，传统的教学使得学生根本无法掌握嵌入式系统的开发；课程群设置不合理，没有很好的支撑课程体系；课程名字虽然是嵌入式系统，但上课内容各不相同，有的是单片机系统，有的是ARM7系统，有的是AM9系统，有的是ARM11系统，有的是MSP430系统，有的是CortexM3系统，没有统一的标准。
三、“嵌入式系统”课程与CDIO教学改革探讨
由于“嵌入式系统”课程是一门新的综合性课程，业界对相关人才的需求又很迫切，因此“嵌入式系统”课程的建设和基于CDIO教学模式对卓越工程师计划中的该课程教学改革就十分必要，下面从该课程相关的多个方面展开讨论。 对于第一学期的教学来说，首先以一个小项目为案例讲明白项目的流程和设计方法，教会学生学习的方法，包括怎样看数据手册，怎样搜索相关资源和理解这些系统，怎样去开发这些资源，知道项目知识和其他课程知识的关联。讲完该案例后，设置不同的项目，该项目设计本课程的大部分知识点。如：采用S3C2410完成采集交流电的电压和电流，通过LCD显示，同时通过无线传输给另一个模块。教师要讲明白设计思路，采用ARM和单片机设计方案的不同和有什么优点。信号采集与传输是通用的知识，教师应对相关的知识进行梳理和讲解。后阶段教师主要是和大家讨论并给予具体的指导，对中间出现的问题进行讲解和分析，分析知识点之间的关联以及这些知识点和其他相关学科知识的联系。这样学生就可以在做中学，学中做，最后完成并理解做项目的思想与方法，达到触类旁通的学习效果。这一学期其实是一个承上启下的过程，在经过CDIO模式的单片机教学后，主要是理解S3C2410的开发过程和内部资源的使用。
对于第二学期的教学来说，在硬件基础上再设计几个具体的项目，分组进行。例如：能够具有QT图形界面的温度显示，超过设定的温度会启动报警。理论讲授时讲明白该项目设计知识之间的联系以及项目的知识点和其他知识的内在联系：如完成该课题需要QT的图形界面设计、linux下温度传感器的驱动程序的设计、linux的移植、bootloader的移植、linux开发环境的搭建、硬件系统的理解、温度传感器的选择、温度传感器接口电路的设计、报警电路的设计、报警驱动程序的设计、操作系统的调度。然后就在老师指导下，讨论—设计—实现，最后答辩，教师参与讨论与指导，学生是主角，学中做，做中学，通过项目的完成不仅学习了这些知识点，还学会了这些知识之间的联系及其设计方法。
实践证明，经过两个学期的学习与实践，学生完全可以明白一个项目设计与实现的流程，并理解项目的设计与思路。为了加强实践，曾经有人讨论该课程要不要课程设计，其实从CDIO教学模式来看整个学习过程都是课程设计，根本没必要设置专门的课程设计。
四、结论
“嵌入式系统”课程是近年来的一门热门课程，在卓越计划的教学中，应以CDIO 工程教育模式为指导，针对目前存在的问题，对师资建设和课程群建设教学模式进行了讨论，最后以我校的嵌入式CDIO教学模式为例进行说明，实践证明该课程的CDIO教学模式改革比传统的教学更能锻炼学生的工程实践能力。
参考文献：
[1]陈春林，朱张青.基于CDIO教育理念的工程学科教育改革与实践[J].教育与现代化，2010，94（1）：30-33.
[2]姜大志，孙浩军.基于CDIO的主动式项目驱动学习方法研究——以java类课程教学改革为例[J].高等工程教育研究，2012，（4）：159-164.
[3]王硕旺，洪成文.美国麻省理工学院工程教育的经典模式——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2O09，28（4）：116-119.
[4]张雯雾，高守平，陆武魁.应用型本科嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2010，204（18）：39-40.
[5]李坚强，王志强，薛丽萍.基于CDIO 模式的嵌入式系统教学研究与探讨[J].计算机教育，2010，（12）：122-123.
[6]徐存东.CDIO模式下嵌入式系统课程教学改革的探讨[J].广东白云学院学报，2010，17（4）：39-43.
（责任编辑：王意琴）
关键词：卓越计划；嵌入式系统；CDIO；教学改革
作者简介：但永平（1976-），男，江西都昌人，中原工学院电子信息学院，讲师；张五一（1955-），男，河南洛阳人，中原工学院电子信息学院，教授。（河南 郑州 450007）
基金项目：本文系河南省重点教改项目“基于CDIO工程教学模式的大纺织类卓越工程师人才培养的研究与实践”（项目编号：2012SJGLX02）、2012年度河南省高等学校（中原工学院自动化专业）“专业综合改革试点”项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0060-03
为了促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国，我国提出了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）。为了响应这一计划很多学校提出了许多教改方法，CDIO[1，2]教学模式和我国的卓越计划具有很多相同的思想。CDIO 是构思 （Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作 （Operate）四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”[3] （Project Based Education and Learning）的集中概括和抽象表达。
嵌入式被广泛地应用到工业控制系统、汽车电子、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域中，是典型的工程应用课程。业界对嵌入式系统的人才需求日益增加，因此，为了适应业界对人才培养的要求，越来越多的高校相关专业开始在本科、硕士培养计划中开设嵌入式系统[4-6]方面的课程，并进行了有益的探索。但是由于嵌入式系统这个概念的提出及发展也是最近几年的事，大家对嵌入式系统的认识还不统一，因此在具体的教学和实践中各个学校的做法相差很大，没有一个统一的标准。作为一个新兴的课程，关于“嵌入式系统”课程体系、教材建设、教学方法、教学内容（包括硬件平台与软件平台） 的选择、实验教学与实践环节组织等问题依然处于争论和探索阶段。本文将在“嵌入式系统”课程的建设和基于该课程的CDIO教学模式的改革进行有益的探索与讨论。
一、“嵌入式系统”的概念与课程特点
IEEE对嵌入式系统的定义：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。从该定义上来理解，上世纪70年代，英特尔研制出了4004微处理器开始，就应该有嵌入式系统应用了，后来又出现了单片机系统，DSP系统、ARM系统都是嵌入式系统。相比最近单片机系统，ARM系统可以被称之为新一代的嵌入式系统。新嵌入式系统硬件上主要是性能上更先进，CPU从8位变成了32位系统，体系结构更优化，集成度更高，软件商的区别在于有无操作系统支持。这两个方面的发展，使新一代嵌入式系统的应用大大拓展了。
最近的智能手机、智能家电快速发展和ARM公司的宣传和战略使得ARM就使嵌入式系统深入人心，使得嵌入式系统好像就是ARM。由于单片机、DSP等嵌入式系统都有相对应的课程，因此本文的嵌入式系统主要是以ARM系统来讨论。“嵌入式系统”课程是一门综合性课程，教学既涉及计算机结构、微机原理等硬件知识，又涉及操作系统、应用程序开发等软件知识。该课程的教学覆盖面大，从学科上涉及到电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子学等众多领域；在系统上涉及数字电路、模拟电路、嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、底层驱动等技术。“嵌入式系统”课程是一门理论与实践相结合的课程，特别注重学生工程实践能力的培养。
二、目前的“嵌入式系统”课程教学现状与存在的问题
目前很多高校的“嵌入式系统”课程设置和教学中存在很多问题，使得“嵌入式系统”课程的教学很难适应工程师的培养要求，主要表现：对该课程认识不够，很多学校为了招生的需要只是在原来的课程中增加一门嵌入式课程，有的都没有相应的试验设备和实验室支撑；没有相应的教师队伍，老教师不愿再教新的课程，新进教师研究理论的多，做实际工程的少，也很难进行有效的教学组织；学时设置不够，大部分学校设置的是30学时，有限的课内学时，无法满足实践教学，尤其是综合性、设计性实践的需要；由于管理体制的原因，很多院校的实验室并未完全开放，教师指导学生课外实践的积极性没有完全调动起来，课内安排的实验更多的是为了配合课内理论教学的内容，一个实验一个模块，缺乏系统性，学生无法建立完整的系统概念；没有合适的教材，虽然相关的书不少，但很难作为适用的教材；传统的教学方法难以适应嵌入式课程教学的需要，嵌入式课程要求动手较多，综合知识较多，传统的教学使得学生根本无法掌握嵌入式系统的开发；课程群设置不合理，没有很好的支撑课程体系；课程名字虽然是嵌入式系统，但上课内容各不相同，有的是单片机系统，有的是ARM7系统，有的是AM9系统，有的是ARM11系统，有的是MSP430系统，有的是CortexM3系统，没有统一的标准。
三、“嵌入式系统”课程与CDIO教学改革探讨
由于“嵌入式系统”课程是一门新的综合性课程，业界对相关人才的需求又很迫切，因此“嵌入式系统”课程的建设和基于CDIO教学模式对卓越工程师计划中的该课程教学改革就十分必要，下面从该课程相关的多个方面展开讨论。 对于第一学期的教学来说，首先以一个小项目为案例讲明白项目的流程和设计方法，教会学生学习的方法，包括怎样看数据手册，怎样搜索相关资源和理解这些系统，怎样去开发这些资源，知道项目知识和其他课程知识的关联。讲完该案例后，设置不同的项目，该项目设计本课程的大部分知识点。如：采用S3C2410完成采集交流电的电压和电流，通过LCD显示，同时通过无线传输给另一个模块。教师要讲明白设计思路，采用ARM和单片机设计方案的不同和有什么优点。信号采集与传输是通用的知识，教师应对相关的知识进行梳理和讲解。后阶段教师主要是和大家讨论并给予具体的指导，对中间出现的问题进行讲解和分析，分析知识点之间的关联以及这些知识点和其他相关学科知识的联系。这样学生就可以在做中学，学中做，最后完成并理解做项目的思想与方法，达到触类旁通的学习效果。这一学期其实是一个承上启下的过程，在经过CDIO模式的单片机教学后，主要是理解S3C2410的开发过程和内部资源的使用。
对于第二学期的教学来说，在硬件基础上再设计几个具体的项目，分组进行。例如：能够具有QT图形界面的温度显示，超过设定的温度会启动报警。理论讲授时讲明白该项目设计知识之间的联系以及项目的知识点和其他知识的内在联系：如完成该课题需要QT的图形界面设计、linux下温度传感器的驱动程序的设计、linux的移植、bootloader的移植、linux开发环境的搭建、硬件系统的理解、温度传感器的选择、温度传感器接口电路的设计、报警电路的设计、报警驱动程序的设计、操作系统的调度。然后就在老师指导下，讨论—设计—实现，最后答辩，教师参与讨论与指导，学生是主角，学中做，做中学，通过项目的完成不仅学习了这些知识点，还学会了这些知识之间的联系及其设计方法。
实践证明，经过两个学期的学习与实践，学生完全可以明白一个项目设计与实现的流程，并理解项目的设计与思路。为了加强实践，曾经有人讨论该课程要不要课程设计，其实从CDIO教学模式来看整个学习过程都是课程设计，根本没必要设置专门的课程设计。
四、结论
“嵌入式系统”课程是近年来的一门热门课程，在卓越计划的教学中，应以CDIO 工程教育模式为指导，针对目前存在的问题，对师资建设和课程群建设教学模式进行了讨论，最后以我校的嵌入式CDIO教学模式为例进行说明，实践证明该课程的CDIO教学模式改革比传统的教学更能锻炼学生的工程实践能力。
参考文献：
[1]陈春林，朱张青.基于CDIO教育理念的工程学科教育改革与实践[J].教育与现代化，2010，94（1）：30-33.
[2]姜大志，孙浩军.基于CDIO的主动式项目驱动学习方法研究——以java类课程教学改革为例[J].高等工程教育研究，2012，（4）：159-164.
[3]王硕旺，洪成文.美国麻省理工学院工程教育的经典模式——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2O09，28（4）：116-119.
[4]张雯雾，高守平，陆武魁.应用型本科嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2010，204（18）：39-40.
[5]李坚强，王志强，薛丽萍.基于CDIO 模式的嵌入式系统教学研究与探讨[J].计算机教育，2010，（12）：122-123.
[6]徐存东.CDIO模式下嵌入式系统课程教学改革的探讨[J].广东白云学院学报，2010，17（4）：39-43.
（责任编辑：王意琴）