[教學(xué)模式,嵌入式,課程]CDIO的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式

CDIO的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式近年來，嵌入式在國內(nèi)的發(fā)展非常的迅速，嵌入式人才的缺少也相應(yīng)地滯緩了嵌入式的 發(fā)展。也正是在對嵌入式人才的大量需求下，國內(nèi)許多高等院校都開設(shè)了與嵌入式系統(tǒng)有關(guān) 的課程，但由于嵌入式系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及微電子技術(shù)等領(lǐng)域的多門課程都有 所關(guān)系，使得在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐方式上還不是很成熟。本文針對當(dāng)前嵌入式系統(tǒng) 存在的問題，提出基于CD 10（構(gòu)思Conceive,設(shè)計Design、實施Implement和運(yùn)行Operate） 的理念，并制定相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容。1嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀作為一門新興的課程體系，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)方式還不完善，仍在不斷改進(jìn)探索中，但 就目前來看，存在如下問題：L1強(qiáng)理論，弱實踐嵌入式系統(tǒng)是一門更側(cè)重于實踐性的課程，需要大量的實踐環(huán)節(jié)來輔助學(xué)習(xí)。而目前開 展這些實踐環(huán)節(jié)的條件卻非常缺少，不能為學(xué)生提供足夠良好的實踐環(huán)境，大多數(shù)課程的開 展都是在教室中由教師講解完成。L2教學(xué)內(nèi)容沒有針對性嵌入式系統(tǒng)課程涉及范圍較廣，在計算機(jī)、電子、自動化、機(jī)械等專業(yè)都有開設(shè)嵌入式 系統(tǒng)課程，不同專業(yè)的學(xué)生在開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程時其學(xué)習(xí)側(cè)重點應(yīng)該不同，但是很多院校 基本都采用相似的培養(yǎng)模式，對于不同專業(yè)學(xué)生以及不同能力學(xué)生的差異化發(fā)展存在著很大 的弊端。1. 3實踐環(huán)節(jié)單一化很多院校在開展嵌入式系統(tǒng)的實踐環(huán)行時大多都采用課內(nèi)實驗的形式，并且主要以驗證 性實驗為主體，綜合性實驗以及設(shè)計性實驗較少，不利于嵌入式系統(tǒng)課程的開展，也使得學(xué) 生綜合能力無法達(dá)到社會需求。學(xué)生開展實驗也大多是在已封裝好的試驗箱上進(jìn)行，對于試 驗箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不清楚，造成了大多數(shù)學(xué)生只會機(jī)械地按照實驗書上的步驟一步一步做 下去，只求最后得到一個正確的結(jié)果。完全沒有獨立去思考實驗的原理，這也使得很多學(xué)生 在這種機(jī)械化實驗中失去了原有的興趣。L4教學(xué)手段落后雖然現(xiàn)在絕大多數(shù)高等院校都使用多媒體教學(xué)，然而在教室里還是以教師為主體的教學(xué) 方式，對于實踐性很強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)來說也不再適應(yīng)。2基于CD 10理念的課程體系設(shè)置2.1調(diào)整課程體系結(jié)構(gòu)從CD 10理念來講，應(yīng)該從知識、素質(zhì)以及能力三個方面來對人才進(jìn)行培養(yǎng)。所以我們 對于嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)要把培養(yǎng)目標(biāo)和人才所需的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的結(jié)合，在課程設(shè) 置上應(yīng)該厚基礎(chǔ)理論、重實際應(yīng)用，且進(jìn)一步提高人才的職業(yè)素養(yǎng)。課程設(shè)置一般都從基礎(chǔ) 理論課程、技術(shù)實踐課程以及公共選修課程的完善著手。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)人才需求，遵照厚 基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用的基本原則，可將相關(guān)課程劃分為基礎(chǔ)課程模塊、專業(yè)課程模塊以及 實踐課程模塊三部分?；A(chǔ)課程模塊主要著重于培養(yǎng)學(xué)生的文化素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。專業(yè)課程 模塊則側(cè)重于對學(xué)科研究方向的進(jìn)一步研究，注重培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)素質(zhì)及知識。且在教學(xué)內(nèi)容 上，應(yīng)注重各知識點的一個有機(jī)聯(lián)系，將一些有代表性的行業(yè)實際系統(tǒng)作為工程學(xué)習(xí)范例， 將理論與實際應(yīng)用緊密結(jié)合。而最后的實踐課程模塊則尤為重要，它是能否培養(yǎng)出所需嵌入 式系統(tǒng)人才的關(guān)鍵，主要側(cè)重于對所學(xué)理論知識的驗證與發(fā)散，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、 思維能力以及創(chuàng)造能力。讓學(xué)生在實踐過程中將所學(xué)知識一一用到實際中進(jìn)行驗證，再在驗 證的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和開發(fā)。在通過對基礎(chǔ)課程模塊、專業(yè)課程模塊以及實踐課程模塊的系統(tǒng)學(xué)習(xí)后，這將有利于學(xué) 生在嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，逐漸形成一套完善的知識體系理論，以便于學(xué)生能夠立即滿 足行業(yè)需求，具有一定的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計的能力。2. 2基于項目開發(fā)的探究式教學(xué)高等院校應(yīng)與企業(yè)建立長期的校企合作關(guān)系，從企業(yè)中承接一部分項目的研究與開發(fā)， 這使所承擔(dān)的項目來源于行業(yè)實際需求，有著真實的開發(fā)應(yīng)用背景。同時，也使學(xué)校的教師 具有很強(qiáng)的實踐經(jīng)驗并易于解決一定的行業(yè)技術(shù)難題。而教師在項目開發(fā)設(shè)計中能積累豐富 的科學(xué)研究經(jīng)驗，有較強(qiáng)的實踐能力，這些條件都為開展基于項目開發(fā)的探究式教學(xué)打下堅 實的基礎(chǔ)。CD 10培養(yǎng)模式就是通過項目的設(shè)計將整個培養(yǎng)體系有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來，所有需要 學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞項目這個核心。在教學(xué)實踐中，教師可以采取選擇一個實際工程項 目為對象，從項目的構(gòu)思設(shè)計實施運(yùn)作上進(jìn)行分析，讓學(xué)生通過團(tuán)隊合作來完成項目設(shè)計、 項目實踐和項目的總結(jié)報告。為了有效地確保學(xué)生團(tuán)隊開發(fā)項目的順利完成，應(yīng)制定一系列 行之有效的培養(yǎng)方案，并通過以下多種多樣的培養(yǎng)方法來實現(xiàn)它：2. 2.1項目構(gòu)思項目構(gòu)思是項目開發(fā)的起始部分，它是項目實施中一個非常重要的開頭環(huán)節(jié)。比較常用 的構(gòu)思一般是通過調(diào)研來實現(xiàn)的，學(xué)生通過調(diào)研可以明確自己選擇什么樣的項目來進(jìn)行開發(fā) 與實現(xiàn)。也使學(xué)生能進(jìn)一步接近社會、企業(yè)需求，而不是自目想當(dāng)然地去進(jìn)行項目研究開發(fā)， 等項目完成之后突然發(fā)現(xiàn)其項目沒有太多的實用性，這從一定程度上會對學(xué)生的學(xué)習(xí)、研究、 開發(fā)設(shè)計以及創(chuàng)新興趣造成打擊。住現(xiàn)有學(xué)習(xí)中，很多學(xué)生都忽視調(diào)研的重要性，讓調(diào)研階 段流于表面，力圖跳過此階段來節(jié)約時問，結(jié)果到項目開發(fā)后期或完成時，出現(xiàn)開發(fā)的產(chǎn)品 實用性差或需求不對口等問題導(dǎo)致產(chǎn)品需求性直線下降，這將大幅度降低學(xué)生由于產(chǎn)品開發(fā) 成功所帶來的成就感，也由此影響學(xué)習(xí)興趣。由此可見，教師在項目開發(fā)初始階段應(yīng)督促學(xué) 生完成調(diào)研，并可通過召開交流會的形式來完成、完善調(diào)研結(jié)果，為項目后續(xù)工作的有效開 展打好基礎(chǔ)。2. 2. 2項目設(shè)計通過前期的項目構(gòu)思、調(diào)研階段，學(xué)生確定了選擇何種項目產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。然后則 是對產(chǎn)品功能進(jìn)行設(shè)計。這是學(xué)生完善項目構(gòu)思，將項目構(gòu)思立體化的一個重要階段。此階 段可以使項目構(gòu)思有效地和所學(xué)嵌入式系統(tǒng)知識相結(jié)合，也是學(xué)生創(chuàng)新性思想的形成階段。 在此階段，教師可以進(jìn)行多方面有效地引導(dǎo)，讓學(xué)生通過自己的眼睛、思想去發(fā)現(xiàn)項目開發(fā) 的多樣性。2. 2. 3項目實施項目實施是項目開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是項目能否研發(fā)成功的主要階段。在此階段，學(xué)生 能將課堂所學(xué)知識與實際運(yùn)用融會貫通，也能通過直接實踐來檢驗知識學(xué)習(xí)效果，并起到查 漏補(bǔ)缺的作用。在項目實施階段，學(xué)生可能會遇到各種各樣在學(xué)習(xí)過程中沒有遇到的問題， 通過解決這些問題也從一定程度上完善了嵌入式系統(tǒng)知識，讓學(xué)生更加明確理論和實際的差 距，形成一套適合于自我的學(xué)習(xí)設(shè)計方法。教師在其中起到穿針引線的作用，引導(dǎo)學(xué)生通過 一定的有效手段去自行解決問題，并給學(xué)生一個良好的知識交流平臺，讓其通過交流、實際 動手去解決問題，養(yǎng)成一種良好的項目實施習(xí)慣。2. 2. 4項目運(yùn)作當(dāng)項目開發(fā)成功后，可通過企業(yè)、學(xué)校等多種渠道來進(jìn)行交流，推廣項目產(chǎn)品達(dá)到項目 運(yùn)作的目的。項目運(yùn)作的手段多種多樣，可以通過企業(yè)、學(xué)校邀請專家或?qū)I(yè)人士召開交流 會、發(fā)布會、推廣會來實現(xiàn)。這對于學(xué)生而言也是一次難得的開闊視野、學(xué)習(xí)經(jīng)驗、總結(jié)教 訓(xùn)的機(jī)會，拉近學(xué)生與實際應(yīng)用的關(guān)系。對于優(yōu)秀產(chǎn)品可以通過發(fā)布會和推廣會讓其實現(xiàn)真 正價值，以此促進(jìn)開發(fā)者的信心和興趣;對于開發(fā)成功但功能普通的產(chǎn)品則可以通過交流會 為產(chǎn)品今后的改進(jìn)、研發(fā)提出可行的設(shè)計目標(biāo)，在完善過程中得到更多的提高;對于開發(fā)失敗 的產(chǎn)品就需要召開總結(jié)會，總結(jié)經(jīng)驗、發(fā)現(xiàn)問題，為以后的設(shè)計開發(fā)提供幫助，并給出一些 有效的解決方法。由此可見，采用基于項目開發(fā)的探究式教學(xué)不但能鞏固、促進(jìn)學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)，也 為今后的學(xué)習(xí)創(chuàng)新指出了新方向。它可以將學(xué)習(xí)與創(chuàng)造良好地結(jié)合為一體，使學(xué)生成為適應(yīng) 于社會、企業(yè)需求的高端人才。2. 3實驗室和科研實踐的進(jìn)一步改進(jìn)首先，實驗室是嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的重要場所，主要用于日常實驗教學(xué)、課程設(shè)計、 科研實踐、專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。實驗室一般對本專業(yè)學(xué)生實行半開放管理，學(xué)生可以充分利用實 驗室的固有資源進(jìn)行有效的科研活動。嵌入式系統(tǒng)實驗的開設(shè)也應(yīng)該改變以往以驗證性為主 的實驗，多開設(shè)設(shè)計性、綜合性實驗。鼓勵學(xué)生通過自我學(xué)習(xí)和自我動手去完成小型的嵌入 式系統(tǒng)產(chǎn)品。其次，教師應(yīng)不斷了解社會對嵌入式專業(yè)人才的具體技能需求及專業(yè)前沿領(lǐng)域的最新技 術(shù)，從而有的放矢地去指導(dǎo)學(xué)生從事實驗、科研的技術(shù)研發(fā)。并不斷通過培訓(xùn)、進(jìn)企業(yè)實訓(xùn)來提高教師的業(yè)務(wù)能力。嵌入式系統(tǒng)本身就是一門實踐性很強(qiáng)的課程，教師也只有不斷地應(yīng) 用和解決實際問題，才能達(dá)到完善自身專業(yè)知識的目的。也只有這樣，才能有效地為學(xué)生的 學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)。再次，對于大部分企業(yè)來說，嵌入式人才都應(yīng)該熟練掌握EOS, ARM體系架構(gòu)，即扎實的 硬件知識，還必須具有很強(qiáng)的C語言編程能力，即較強(qiáng)的軟件知識。學(xué)生能夠自主選擇嵌入 式軟件開發(fā)、硬件設(shè)計中的一個方向作為主要研究方向。對于嵌入式軟件開發(fā)方向，應(yīng)注重 學(xué)生軟件編程以及操作系統(tǒng)的移植能力的培養(yǎng);對于硬件設(shè)計方向，應(yīng)注重電路分析以及EDA 電路設(shè)計能力的培養(yǎng)。同時為了人才的全方位培養(yǎng)，軟硬件設(shè)計人員應(yīng)更好地溝通、協(xié)調(diào)， 在精通某一方面的同時，對其他領(lǐng)域也應(yīng)有一定程度的了解。3結(jié)語基于CD 10理念的教育模式為嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)提供了一種全新的教學(xué)方法和思路, 把實踐教育融入到人才培養(yǎng)的全過程，從學(xué)生的基礎(chǔ)專業(yè)知識教育開始抓起，將專業(yè)教學(xué)、 實訓(xùn)實習(xí)以及相應(yīng)的學(xué)科競賽進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成了一個整體的、全方位、多層次的人才培 養(yǎng)體系，將大大提高學(xué)生素質(zhì)，并為學(xué)生在畢業(yè)后勝任工作崗位提供一個保障。