基于CDIO的《嵌入式系统原理与应用》教学方法改革与实践
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【摘要】《嵌入式系统原理与应用》是电子信息类专业的核心课程，对电子信息类专业人才培养起到非常重要的作用，为了提高“卓越工程师”应用型人才培养质量，以CDIO教学理念对本课程的教学进行改革，将理论教学与课程实践内容进行项目化教学，并在考试方式进行改革与探索，很好地培养电子信息类学生的工程应用能力。
【关键词】CDIO；电子信息；实践教学；改革与实践
早在2000年，由美国麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究组合，在Knut andAlice Wallenberg基金会近2000万美元资助下，该组合通过四年的研究与探索，创立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO国际合作组织。先进的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”是“做中学”原则和“基于项目的教育学习”的集中体现，也是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达。嵌入式系统原理与应用是一门理论与实践相结合的课程，特别注重学生动手能力的培养，因而本课程教学将结合cdio的教学理念，将学生动手能力的培养作为课程培养的重点之一。
《嵌入式系统原理与应用》是一门针对工程应用的、具有很强实践性的课程，对电子信息类学生专业技能的培养、学生的就业及个人的发展起到很重要的作用，它可以充分体现学生利用自己所掌握的知识解决实际工程问题的能力。嵌入式系统知识在电类专业整个课程体系中处于承上启下的核心地位，一般工业控制系统和智能仪器仪表的实现都离不开嵌入式系统。
然而目前大多数院校采取传统的教学模式和教学方法，大纲要求规定教学为32学时，因此，一般是20个学时的课堂理论学习，再加上12学时的实验教学，其结果是教的面广但不深，学的也似懂非懂，使得大多数学生对《嵌入式系统原理与应用》课程失去了学习兴趣，甚至到学习结束也不知道嵌入式系统为何物、能有什么作用，达不到理想的教学效果。
2.嵌入式系统原理与应用的教学特点
在培养“卓越工程师”的教学理念的指导下，把工程应用型人才培养为周围本课程的教学目标。针对嵌入式系统工程应用中系统设计、电路仿真、设备调试等工程实际，课程建设强调以应用型人才培养为目标，致力于学生熟悉嵌入式系统构成、嵌入式设备技术应用现状，培养学生发现、分析、解决问题能力的培养。
基于嵌入式的各类系统的设计需要工作人员者具有较强的嵌入式基础理论知识和实际动手能力，是对工作人员综合能力与创新能力的考查。本文将从“卓越工程师”人才培养为目标，结合电子信息类专业学生的特点，对学生“嵌入式系统原理与应用”能力培养的相关课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索，结合做中学（CDIO）教学模式，对嵌入式系统教学模型、教学内容、教学方法和考核方式进行了探讨，探讨如何培养出适应社会需要的创新型人才，更好地体现出高校教育学生和服务社会的双重功能。
嵌入式系统原理与应用是一门综合性知识的教学，以ARM Xscale体系处理器为研究学习的主要对象，从编程模型、指令系统、程序设计基础和嵌入式开发环境等多个方面做了比较完整的介绍详细介绍，使学生深入理解和掌握ARM Xscale体系处理器的指令系统，如何应用定时器、AD/DA、中断、LCD控制器等的关键技术来对嵌入式系统进行开发研究，让学生从总体上把握嵌入式系统的框架结构和技术细节。因而，本文将从课程讲授开始，就激发学生自主学习、理论结合实践的CDIO教学模式。
3.嵌入式系统原理与应用的CDIO教学实现
3.1 课程体系及地位
本课程是电子与信息工程专业、通信与信息专业的一门专业课程和学位课。基于CDIO的项目教学模式，是一种重视专业课程之间有机联系的学习方式。嵌入式系统原理与应用是一门实践性很强的工程应用型课程，它所涉及到的先导课程一般有《模电》、《数电》、《电路》、《嵌入式系统技术》、《C语言程序设计》等，其后续课程主要包括《物联网技术》、《智能仪器仪表》、专业见习及毕业设计。
3.2 课程项目的选取
根据本课程的教学大纲要求，笔者经过仔细分析，并结合多年的教学实践经验，将嵌入式系统的知识点分成八个子项目及一个课程项目，以求由易到难，由浅入深，让学生逐步掌握嵌入式系统的所有知识及应用技能。课程主要内容由“基于嵌入式系统的智能家居控制系统”项目设计过程来引出，该项目涉及到各类传感器数据采集、AD转换、信号调理与放大、定时控制、中断控制、液晶显示等。对于其它没有涉及到的课程内容，通过另外的任务形式引出相关内容。课程设计的八个子项目分别为嵌入式系统存储资源与最小系统设计、系统引导、IRQ中断处理、信号调理与放大、串口传输、实时时钟、液晶显示、智能家居控制系统联调等设计。
3.3 教法说明
在教学手段上确立以人为本、以教师为主导、学生为主体的教育理念。将课程项目“智能家居控制系统”按知识点分为若干个相对独立的子项目，每个子项目作为一个独立的教学单元，每个教学单元按以下三个步骤进行教学：
（1）部署任务
通过“讲解与演示并行，讲解与练习同步”的方法，完成嵌入式系统基础知识的介绍，布署子项目的具体任务，引导学生入手项目；
（2）探究方法
接受任务后，学生通过小组讨论、查找国内外与本项目相关的资料，掌握项目的研究现状、探索项目解决的方法，确定最终解决方案，并在老师指导下分步实施；
（3）总结成果
子项目实现后，每组派一名同学进行项目成果的交流与现场演示，老师提问学生解答，穿插点评，并最终形成总结报告。
3.4 考核方式及能力培养
在注重基本理论掌握的同时，侧重学生多种能力的培养和有效学习的引导。通过对学生基础知识的考核，掌握学生分析问题、解决问题的能力情况，形成了一套科学的考核方法。课程设立了实验项目，着重培养学生的实践能力和创新能力。理论考核占成绩的50%，实验项目考核占50%，提高了对学生动手实践能力的考核要求。“CDIO”模式应用到嵌入式系统原理及应用课程教学改革后，学习过程变成了学生人人参与的项目创新开发过程，学生在项目实践中理解并把握了课程要求的知识与技能，培养了学生分析问题和解决问题的能力，增强了学生团队合作的精神，体验了项目创新的苦与乐。
4.结束语
在嵌入式系统教学中实施基于“CDIO”的项目教学法，以项目为教学平台，通过项目的推进，使学生的知识量不断积累、提高，
并逐步掌握嵌入式系统的原理及开发应用。学生在完成项目而充满成就感的同时，增强了继续探索问题的信心，激发了强烈的求知欲，同时也可培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，这就是在嵌入式系统教学中实施基于“CDIO”项目教学法的好处。基于“CDIO”项目教学法较好地解决了教与学的矛盾，是一种值得推广的教学方法。
参考文献
[1]林春景等.基于CDIO理念的《过程检测与控制》教学方法改革与实践[J].大众科技，2012（4）：226-227.
[2]李坚强，等.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）：123-126.
作者简介：杨永杰（1969—），男，南通大学电子信息学院教授，硕士生导师，主要从事嵌入式系统教学、电路设计与应用。