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摘 要：根据我院的嵌入式系统课程教学情况，将CDIO理念与课程改革相融合，对于培养学生的理论学习和应用创新能力具有重要意义。该文对嵌入式系统课程的教学内容进行改革，对教学手段和方法进行改进，并对实践环节的进行了改革。通过改革，大大提高了学生的团队合作精神和创新能力。
关键词：CDIO 嵌入式系统 课程改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-02
随着后PC时代的到来，嵌入式系统已经成为了一个万众瞩目的焦点。目前已广泛用于信息家电，数据网络，工业控制，医疗卫生，航空航天等领域[1]。我国也十分重视嵌入式系统的发展，并将嵌入式系统产品作为一种新的经济增长点，但是目前我国从事嵌入式系统开发的人才极为紧缺，势必影響我国嵌入式领域赶超世界发达国家的进程，因此培养大量嵌入式系统领域的专业人才显得尤为
重要。
如何才能培养满足社会需要的高水平嵌入式系统人才已成为高校关注的焦点。但是国内的大部分高校整体仍然停留在20世纪80年代发展起来的以8位51单片机为核心的教育水平上，嵌入式系统的教学和实验并没有形成一种适合地方高校、适应社会需求的教学体系。针对以上问题，迫切需要建立一种全新的、以ARM为核心内容的嵌入式系统教学体系，从根本上解决嵌入式系统发展对高素质人才的需求[2]。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面[3]。基于以上原因，本项目将基于CDIO理念，对嵌入式系统课程进行教学改革，将CDIO理念融入到嵌入式系统课程的理论与实践教学中去，期望改变学生学习这门课程的方法，让学生更好的掌握嵌入式系统技术。
1 课程改革方案
嵌入式系统是相对于通用计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”，它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统[4]。结合嵌入式系统的技术性和社会需求，将嵌入式系统课程及其实践环节引入CDIO工程教育理念，课程教学从教学内容、教学环节、教学方法、教学手段、考核方式、教学管理与组织方式等方面开展改革工作，实践教学从实验内容、毕业设计以及竞赛三个方面进行改革，改革方案如下图1所示。
2 课程教学改革
2.1 教学内容和教学环节
嵌入式系统课程的教学与传统的教学模式相比，更加注重学生的实际开发能力，在教学过程中一般要求以项目为导向、以开发平台为核心，这不仅要求教育模式和教育方法上的改革，还需要建设相应的实验平台。嵌入式系统课程改革与其他教学体系一样需要各环节教师相互配合，从理论教学、实验教学统筹安排，形成一个整体，使学生的学习层次化、阶梯化，这是一个完整的递进增长过程。通过一整套的训练，学生可以更好的适应社会，无论是在理论上还是在实践上都得到实质的提高。
2.2 教学方法和手段
由于嵌入式系统的学习具有很强的实践性，在进行嵌入式系统课程的教学过程中结合传统的教学方式，主要采用以项目为导向的教学方式。整个教学过程可以分成两条主线，第一条主线是理论基础及其实践基本技能训练，采用传统的教学方式；第二条主线以引导学生的积极性、开发学生的创新能力为主，在课程中给出多个项目，学生选择感兴趣的项目，在学习理论知识的同时自行分析、设计并完成。嵌入式系统内容比较多，仅通过一两种教学方发达不到教学目的，所以，采用授课案例分析、演示、实验、查阅资料并总结，以及项目驱动等多种教学手段相结合的方式进行，让学生能够及时汲取和充分掌握所学知识。
2.3 教学管理和组织
初期，通过教师在多媒体上做、学生在计算机上模仿的讲练结合的教学方式为主。这种方法很重要，随着课程的发展，教师减少讲解，随之，鼓励学生通过多种手段（如上网、去图书馆、实验等）收集大量信息，并利用自学等多种学习方式开展学习。最后，根据能力挑选出小老师辅导其他学生上机，并由他们组织学生团队，一些项目基本由学生团队自主完成。在学习过程中鼓励学生和其他相关专业学生交流，有利于学生对其他知识的摄取和掌握。在学习过程中，教师和学生之间没有任何界限，教师是学生团队的合作伙伴，是解决实际问题的朋友。教师通过解决问题的方法启发学生，影响学生，培养学生良好的解决问题的能力，而不单纯是传授专业知识和技能。
2.4 教材使用和实验指导书
有关嵌入式系统的教材和实验平台很多，但内容侧重点不同，实验平台质量参差不齐，并且嵌入式系统课程软硬件升级较快，很难固定一本教材和一个实验平台。故可指定几本质量较高的参考教材，也可给学生指定一些结合自己专业的实验开发平台，让有兴趣的同学扩展自己的知识面。由于嵌入式课程的实践性较强，为提高学生的实践动手能力，实验指导书的内容和组织形式也非常重要，要经常修订，革故鼎新。结合该院学生的实际情况，对实验内容进行了改进，修订了实验指导书。
3 实践教学改革
3.1 实验教学
建立合理的嵌入式系统实验教学体系，将CDIO理念融入实验教学。实验是嵌入式教学的重要组成部分，除了需要完备的实验设备之外，实验课程的开设也非常重要。现拥有PAX270实验平台40套，除了实验箱之外，还配备了相应的开发模块，后期计划更新实验设备，使实验开设更加完善。整个实验体系可包括：基础型实验，让学生掌握基本技能，提高学生对基本知识点的理解；综合设计型实验，综合整个课程的知识，训练学生的综合设计能力，培养学生综合运用各学科特别是计算机应用学科知识的能力及团队合作精神，提高学生创新能力。
3.2 毕业设计
毕业设计是检验学生对大学四年所学知识的应用能力。而嵌入式系统恰恰是融合了学生所学的专业知识。因此在毕业设计时，提出了较多与嵌入式相关的毕业设计课题，例如有关Linux、Android、ARM等方面的选题。并且将CDIO理念融合到对学生的毕业设计选题和课题指导上。通过最近几届学生的毕业设计完成情况来看，不仅所做内容有所提高，学生的实践动手能力也得到了大大提升。
3.3 竞赛
如果说毕业设计是考察学生的综合能力，那竞赛就是考验学生的创新能力。在过去几年，我们带领学生参观学习了有关嵌入式竞赛方面的内容，并在2012年首次参加了嵌入式物联网大赛，并进入了决赛，取得全国三等奖。现正在积极准备第二次的参赛，不仅学生参与人数增加，相应的竞赛平台也随之更新，得到了学校和院系的大力支持。让学生参加竞赛，不仅可以极大锻炼的学生的实践能力，还能加强学生的管理能力和团队合作精神。
4 结语
按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系统课程的教学内容、教学方式、方法和实践教学上的改革。在以具体项目为载体的教学模式下，让学生能够围绕项目进行自主学习，为完成项目开发，学生将在课程中主动去学习项目开发所需要的知识，培养和提高学生的项目开发能力和初步具备解决实际问题的能力。不仅嵌入式系统课程的教学质量和效果有明显提高，学生在嵌入式竞赛中也取得了优异成绩，为社会培养了更多优秀的应用型产业
人才。
参考文献
[1] 梁宜勇，王晓萍，赵文义，等.“嵌入式系统”课程教学与实践探讨[J].中国大学教学，2009（5）：36-37.
[2] 朱兵，李莉.地方性高校嵌入式系统教学体系研究[J].科技信息，2007（32）：6-14.
[3] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.
[4] 江维，桑楠.面向高等教育的嵌入式系统教学改革[J].计算机教育，2011（16）：33-36.
关键词：CDIO 嵌入式系统 课程改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-02
随着后PC时代的到来，嵌入式系统已经成为了一个万众瞩目的焦点。目前已广泛用于信息家电，数据网络，工业控制，医疗卫生，航空航天等领域[1]。我国也十分重视嵌入式系统的发展，并将嵌入式系统产品作为一种新的经济增长点，但是目前我国从事嵌入式系统开发的人才极为紧缺，势必影響我国嵌入式领域赶超世界发达国家的进程，因此培养大量嵌入式系统领域的专业人才显得尤为
重要。
如何才能培养满足社会需要的高水平嵌入式系统人才已成为高校关注的焦点。但是国内的大部分高校整体仍然停留在20世纪80年代发展起来的以8位51单片机为核心的教育水平上，嵌入式系统的教学和实验并没有形成一种适合地方高校、适应社会需求的教学体系。针对以上问题，迫切需要建立一种全新的、以ARM为核心内容的嵌入式系统教学体系，从根本上解决嵌入式系统发展对高素质人才的需求[2]。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面[3]。基于以上原因，本项目将基于CDIO理念，对嵌入式系统课程进行教学改革，将CDIO理念融入到嵌入式系统课程的理论与实践教学中去，期望改变学生学习这门课程的方法，让学生更好的掌握嵌入式系统技术。
1 课程改革方案
嵌入式系统是相对于通用计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”，它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统[4]。结合嵌入式系统的技术性和社会需求，将嵌入式系统课程及其实践环节引入CDIO工程教育理念，课程教学从教学内容、教学环节、教学方法、教学手段、考核方式、教学管理与组织方式等方面开展改革工作，实践教学从实验内容、毕业设计以及竞赛三个方面进行改革，改革方案如下图1所示。
2 课程教学改革
2.1 教学内容和教学环节
嵌入式系统课程的教学与传统的教学模式相比，更加注重学生的实际开发能力，在教学过程中一般要求以项目为导向、以开发平台为核心，这不仅要求教育模式和教育方法上的改革，还需要建设相应的实验平台。嵌入式系统课程改革与其他教学体系一样需要各环节教师相互配合，从理论教学、实验教学统筹安排，形成一个整体，使学生的学习层次化、阶梯化，这是一个完整的递进增长过程。通过一整套的训练，学生可以更好的适应社会，无论是在理论上还是在实践上都得到实质的提高。
2.2 教学方法和手段
由于嵌入式系统的学习具有很强的实践性，在进行嵌入式系统课程的教学过程中结合传统的教学方式，主要采用以项目为导向的教学方式。整个教学过程可以分成两条主线，第一条主线是理论基础及其实践基本技能训练，采用传统的教学方式；第二条主线以引导学生的积极性、开发学生的创新能力为主，在课程中给出多个项目，学生选择感兴趣的项目，在学习理论知识的同时自行分析、设计并完成。嵌入式系统内容比较多，仅通过一两种教学方发达不到教学目的，所以，采用授课案例分析、演示、实验、查阅资料并总结，以及项目驱动等多种教学手段相结合的方式进行，让学生能够及时汲取和充分掌握所学知识。
2.3 教学管理和组织
初期，通过教师在多媒体上做、学生在计算机上模仿的讲练结合的教学方式为主。这种方法很重要，随着课程的发展，教师减少讲解，随之，鼓励学生通过多种手段（如上网、去图书馆、实验等）收集大量信息，并利用自学等多种学习方式开展学习。最后，根据能力挑选出小老师辅导其他学生上机，并由他们组织学生团队，一些项目基本由学生团队自主完成。在学习过程中鼓励学生和其他相关专业学生交流，有利于学生对其他知识的摄取和掌握。在学习过程中，教师和学生之间没有任何界限，教师是学生团队的合作伙伴，是解决实际问题的朋友。教师通过解决问题的方法启发学生，影响学生，培养学生良好的解决问题的能力，而不单纯是传授专业知识和技能。
2.4 教材使用和实验指导书
有关嵌入式系统的教材和实验平台很多，但内容侧重点不同，实验平台质量参差不齐，并且嵌入式系统课程软硬件升级较快，很难固定一本教材和一个实验平台。故可指定几本质量较高的参考教材，也可给学生指定一些结合自己专业的实验开发平台，让有兴趣的同学扩展自己的知识面。由于嵌入式课程的实践性较强，为提高学生的实践动手能力，实验指导书的内容和组织形式也非常重要，要经常修订，革故鼎新。结合该院学生的实际情况，对实验内容进行了改进，修订了实验指导书。
3 实践教学改革
3.1 实验教学
建立合理的嵌入式系统实验教学体系，将CDIO理念融入实验教学。实验是嵌入式教学的重要组成部分，除了需要完备的实验设备之外，实验课程的开设也非常重要。现拥有PAX270实验平台40套，除了实验箱之外，还配备了相应的开发模块，后期计划更新实验设备，使实验开设更加完善。整个实验体系可包括：基础型实验，让学生掌握基本技能，提高学生对基本知识点的理解；综合设计型实验，综合整个课程的知识，训练学生的综合设计能力，培养学生综合运用各学科特别是计算机应用学科知识的能力及团队合作精神，提高学生创新能力。
3.2 毕业设计
毕业设计是检验学生对大学四年所学知识的应用能力。而嵌入式系统恰恰是融合了学生所学的专业知识。因此在毕业设计时，提出了较多与嵌入式相关的毕业设计课题，例如有关Linux、Android、ARM等方面的选题。并且将CDIO理念融合到对学生的毕业设计选题和课题指导上。通过最近几届学生的毕业设计完成情况来看，不仅所做内容有所提高，学生的实践动手能力也得到了大大提升。
3.3 竞赛
如果说毕业设计是考察学生的综合能力，那竞赛就是考验学生的创新能力。在过去几年，我们带领学生参观学习了有关嵌入式竞赛方面的内容，并在2012年首次参加了嵌入式物联网大赛，并进入了决赛，取得全国三等奖。现正在积极准备第二次的参赛，不仅学生参与人数增加，相应的竞赛平台也随之更新，得到了学校和院系的大力支持。让学生参加竞赛，不仅可以极大锻炼的学生的实践能力，还能加强学生的管理能力和团队合作精神。
4 结语
按照CDIO工程教育模式，初步探索研究出嵌入式系统课程的教学内容、教学方式、方法和实践教学上的改革。在以具体项目为载体的教学模式下，让学生能够围绕项目进行自主学习，为完成项目开发，学生将在课程中主动去学习项目开发所需要的知识，培养和提高学生的项目开发能力和初步具备解决实际问题的能力。不仅嵌入式系统课程的教学质量和效果有明显提高，学生在嵌入式竞赛中也取得了优异成绩，为社会培养了更多优秀的应用型产业
人才。
参考文献
[1] 梁宜勇，王晓萍，赵文义，等.“嵌入式系统”课程教学与实践探讨[J].中国大学教学，2009（5）：36-37.
[2] 朱兵，李莉.地方性高校嵌入式系统教学体系研究[J].科技信息，2007（32）：6-14.
[3] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.
[4] 江维，桑楠.面向高等教育的嵌入式系统教学改革[J].计算机教育，2011（16）：33-36.