高宇鵬，任 福

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，山西 晉中 030800）

CDIO的教育理念是2000年10月由瑞典皇家工學(xué)院、麻省理工學(xué)院等4所大學(xué)組建的一種工程教育改革模式[1]。C（Conceive）構(gòu)思，是CDIO的第一個階段，主要作用是確定客戶的需求、技術(shù)支撐、企業(yè)規(guī)章制度和企業(yè)戰(zhàn)略等部分。D（Design）設(shè)計，是CDIO的第二個階段，主要作用是設(shè)計產(chǎn)品的工程計劃、草案、圖紙的設(shè)計和具體實施方案等。I（Implement）實現(xiàn)，是CDIO的第三個階段，主要作用是實現(xiàn)第二階段的設(shè)計內(nèi)容并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程。O（Operate）運作，是CDIO的第四個階段，主要作用是使用第三階段的產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的效果。

將CDIO工程教育模式引入課程教學(xué)中，把課程中的理論知識與實踐環(huán)節(jié)有機結(jié)合，從而使學(xué)生具備較強理論基礎(chǔ)和實操能力，滿足社會對應(yīng)用型和創(chuàng)新性人才的需求。

1 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。該課程具有很強的專業(yè)實踐特性與綜合性，知識覆蓋面廣，涉及數(shù)字邏輯電路、模擬電子技術(shù)、組成原理、微機原理、C語言和Linux操作系統(tǒng)等軟件和硬件知識，是體現(xiàn)學(xué)生就業(yè)能力的一門非常重要的課程。目前的工業(yè)控制系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、終端設(shè)備的應(yīng)用都離不開嵌入式系統(tǒng)的理論與實踐知識。

但是目前以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的高校，該課程的教學(xué)大綱中學(xué)時分配多數(shù)為理論課程48學(xué)時實踐課程24學(xué)時，或理論課程48學(xué)時實踐課程16學(xué)時。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式導(dǎo)致教學(xué)大綱中規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時少，學(xué)習(xí)的面廣而深度不夠，理論知識講解的多而實踐知識操作的少等問題，學(xué)生只學(xué)到了皮毛知識，對知識的理解似懂非懂，進(jìn)而失去對該門課程的學(xué)習(xí)興趣，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)背道而馳。

采用CDIO工程教育模式，對傳統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教材等方面進(jìn)行改革，從傳統(tǒng)的以教師為主體的思想轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的理念，以項目驅(qū)動教學(xué)模式為主[2]，使學(xué)生不僅能掌握基本理論知識，還能培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力，達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2 CDIO模式下課程教學(xué)改革

CDIO工程教育模式是構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作4個部分，本文在“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程中實施CDIO模式的改革，以理論課48學(xué)時實踐課24學(xué)時為例，主要思路為對教學(xué)大綱和進(jìn)行重新構(gòu)思，對理論內(nèi)容和實踐內(nèi)容的知識體系和學(xué)時進(jìn)行設(shè)計，采用授課教師與企業(yè)導(dǎo)師相結(jié)合實現(xiàn)課程的授課，通過企業(yè)實習(xí)和學(xué)科競賽等方式對學(xué)生所學(xué)知識進(jìn)行檢驗。主要從5個部分詳細(xì)闡述。

2.1 理論內(nèi)容結(jié)構(gòu)重組

“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程在理論內(nèi)容的重組中，以項目化管理教學(xué)為總體框架，學(xué)生學(xué)習(xí)完本門課程后，最終需要完成“基于嵌入式系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)”的項目。教材選取王劍編寫的《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》[3]，課程教學(xué)中將該教材的內(nèi)容以項目驅(qū)動模式重組為8個子項目，分別為定時控制、中斷控制、bootloader開發(fā)、內(nèi)核移植、根文件系統(tǒng)制作、聲卡和攝像頭驅(qū)動開發(fā)、QT界面開發(fā)和SQLite數(shù)據(jù)庫開發(fā)。教學(xué)大綱的撰寫中，8個子項目的學(xué)時分配為定時控制6學(xué)時、中斷控制4學(xué)時、bootloader開發(fā)4學(xué)時、內(nèi)核移植6學(xué)時、根文件系統(tǒng)制作6學(xué)時、驅(qū)動開發(fā)10學(xué)時、QT界面開發(fā)6學(xué)時和SQLite數(shù)據(jù)庫6學(xué)時開發(fā)。每個子項目在完成內(nèi)容授課后，都需要以相應(yīng)的項目考核管理驗證理論知識的掌握情況。

2.2 實踐教學(xué)項目化

實踐教學(xué)模式依托理論課程的教學(xué)，基于CDIO模式的“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程的實踐教學(xué)也以項目化模式劃分，將實踐教學(xué)的24學(xué)時分為9個子項目，分別為定時控制子項目（2學(xué)時）、中斷控制子項目（2學(xué)時）、bootloader開發(fā)子項目（2學(xué)時）、內(nèi)核移植子項目（2學(xué)時）、根文件系統(tǒng)制作子項目（2學(xué)時）、驅(qū)動開發(fā)子項目（2學(xué)時）、QT界面開發(fā)子項目（3學(xué)時）、SQLite數(shù)據(jù)庫開發(fā)子項目（3學(xué)時）和綜合項目集成開發(fā)（6學(xué)時）。理論課程每個子項目在完成內(nèi)容授課后，需要完成一個對應(yīng)實踐教學(xué)的子項目。實踐教學(xué)過程中，采用分組形式完成每個實踐子項目，并采用答辯的方式進(jìn)行子項目的考核，除了注重學(xué)生實操能力外，還培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作、分析問題、解決問題和綜合應(yīng)變等能力，從而提升學(xué)生的綜合素質(zhì)[4]。實踐教學(xué)中最后的子項目為綜合項目集成開發(fā)，這部分的教學(xué)采用高效教師授課與企業(yè)導(dǎo)師授課有機結(jié)合，將企業(yè)中高效的項目化管理方式引入課堂，為學(xué)生在步入社會前搭建一座橋梁，避免在畢業(yè)后學(xué)生所學(xué)知識與就業(yè)單位需求嚴(yán)重脫軌。

2.3 有效利用第二課堂

高校在人才培養(yǎng)方案的制定中，要有效的利用學(xué)生的第二課堂（課外時間），多數(shù)高校中，學(xué)生的課外時間往往是課堂時間的3倍甚至更多，讓學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)掌握教學(xué)大綱中規(guī)定的內(nèi)容，僅僅靠課堂的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程為例，在48學(xué)時內(nèi)完成上述理論內(nèi)容的8個子項目和在24學(xué)時內(nèi)完成上述實踐內(nèi)容的9個子項目是無比艱難的。為了保證CDIO模式在該課程中有效的實施，每個理論內(nèi)容或者實踐內(nèi)容子項目的完成，都需要課內(nèi)的學(xué)時和至少2倍的課外學(xué)時相結(jié)合（舉例：理論內(nèi)容中的定時控制子項目需要6學(xué)時，則第二課堂需要12學(xué)時，共需要18學(xué)時）?！扒度胧较到y(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程一般安排在大三年級的下學(xué)期或者是大四年級的上學(xué)期，學(xué)生的第二課堂時間較多，因此在該課程中采用課內(nèi)學(xué)時和至少2倍的課外學(xué)時相結(jié)合較為合理。學(xué)生在第二課堂中的學(xué)習(xí)方式主要以團(tuán)隊合作討論為主，選取一名同學(xué)為組長，由組長完成任務(wù)的安排與部署，提高團(tuán)隊合作能力。

2.4 企業(yè)導(dǎo)師引入課堂

目前，高校學(xué)生的專業(yè)技能往往比企業(yè)中需求的能力落后一個層次，要縮小高校人才培養(yǎng)與企業(yè)人才需求的差距，就需要尋求校企合作，使企業(yè)走進(jìn)高?；蛘吒咝２饺肫髽I(yè)[5]?！扒度胧较到y(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程采用企業(yè)導(dǎo)師走進(jìn)高校課堂方式，在實踐教學(xué)中綜合項目集成開發(fā)的18學(xué)時（課內(nèi)6學(xué)時，第二課堂12學(xué)時）采取企業(yè)導(dǎo)師的項目化管理為主，高校教師輔助教學(xué)，完成實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的最后一部分?！扒度胧较到y(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程最終需要學(xué)生完成“基于嵌入式系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)”的開發(fā)，并以畢業(yè)設(shè)計答辯的模式實施考核，檢驗學(xué)生在CDIO工程教育模式下對該課程的掌握情況。答辯過程中需要高校教師與企業(yè)導(dǎo)師共同參與。

2.5 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

基于CDIO理念的“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)，由傳統(tǒng)的以教師為主體方式變成了以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的模式。要求學(xué)生用更多的時間進(jìn)行課程知識的理解、問題的提出、問題的探索、問題的分析和解決，而這正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的過程。尤其在實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)，采用項目化教學(xué)管理，每個學(xué)習(xí)小組需要獨立完成各個子項目的設(shè)計與開發(fā)，是有效培養(yǎng)學(xué)生思考能力和創(chuàng)新能力的重要階段。學(xué)生所學(xué)知識最終需要在實踐中進(jìn)行檢驗。而讓學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽和各類國家級競賽或進(jìn)企業(yè)實習(xí)也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和檢驗學(xué)生綜合素質(zhì)能力的最好平臺之一。

3 結(jié)語

針對“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，引入CDIO工程教育模式，從教學(xué)大綱、理論教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)內(nèi)容和教材等方面進(jìn)行改革，采用項目化驅(qū)動教學(xué)方式，將理論與實踐教學(xué)內(nèi)容項目化；采用課內(nèi)學(xué)時與第二課堂相結(jié)合，有效的加大了課程的學(xué)時量；建立校企合作，引入企業(yè)導(dǎo)師，縮小學(xué)生具備的專業(yè)技能與企業(yè)需求能力的差距；參加各類國家級競賽，檢驗學(xué)生在CDIO的教育模式下對知識的掌握情況；從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程應(yīng)用能力，最終達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。進(jìn)一步探索CDIO工程教育模式，進(jìn)行“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)”的教學(xué)方法改革和考試改革是今后研究的重心。

[參考文獻(xiàn)]

[1]韓磊，曹欲曉，吳曉彬，等.基于CDIO的嵌入式系統(tǒng)課程體系構(gòu)建[J].計算機教育，2014（18）：39-42.

[2]徐存東，余麗紅.基于CDIO理念的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2011（7）：178-180.

[3]王劍，劉鵬，胡杰，等.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[4]李純.基于CDIO工程人才本科階段創(chuàng)業(yè)意識和能力培養(yǎng)模式的研究[D].浙江：浙江大學(xué)圖書館，2015.

[5]屈賢.基于校企合作的CDIO工程教育模式改革實踐[J].時代農(nóng)機，2017（1）：178-179.