CDIO的嵌入式系統課程教學(xué)模式論文
近年來(lái)，嵌入式在國內的發(fā)展非常的迅速，嵌入式人才的缺少也相應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，國內許多高等院校都開(kāi)設了與嵌入式系統有關(guān)的課程，但由于嵌入式系統與計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及微電子技術(shù)等領(lǐng)域的多門(mén)課程都有所關(guān)系，使得在課程內容、教學(xué)方法、實(shí)踐方式上還不是很成熟。本文針對當前嵌入式系統存在的問(wèn)題，提出基于CD IO(構思Conceive,設計Design、實(shí)施Implement和運行Operate)的理念，并制定相應的教學(xué)目標及教學(xué)內容。
1嵌入式系統人才培養現狀
作為一門(mén)新興的課程體系，嵌入式系統的教學(xué)方式還不完善，仍在不斷改進(jìn)探索中，但就目前來(lái)看，存在如下問(wèn)題:
1.1強理論，弱實(shí)踐
嵌入式系統是一門(mén)更側重于實(shí)踐性的課程，需要大量的實(shí)踐環(huán)節來(lái)輔助學(xué)習。而目前開(kāi)展這些實(shí)踐環(huán)節的條件卻非常缺少，不能為學(xué)生提供足夠良好的實(shí)踐環(huán)境，大多數課程的開(kāi)展都是在教室中由教師講解完成。
1.2教學(xué)內容沒(méi)有針對性
嵌入式系統課程涉及范圍較廣，在計算機、電子、自動(dòng)化、機械等專(zhuān)業(yè)都有開(kāi)設嵌入式系統課程，不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在開(kāi)設嵌入式系統課程時(shí)其學(xué)習側重點(diǎn)應該不同，但是很多院�；径疾捎孟嗨频呐囵B模式，對于不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生以及不同能力學(xué)生的差異化發(fā)展存在著(zhù)很大的弊端。
1.3實(shí)踐環(huán)節單一化
很多院校在開(kāi)展嵌入式系統的實(shí)踐環(huán)節時(shí)大多都采用課內實(shí)驗的形式，并且主要以驗證性實(shí)驗為主體，綜合性實(shí)驗以及設計性實(shí)驗較少，不利于嵌入式系統課程的開(kāi)展，也使得學(xué)生綜合能力無(wú)法達到社會(huì )需求。學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗也大多是在已封裝好的試驗箱上進(jìn)行，對于試驗箱的內部結構完全不清楚，造成了大多數學(xué)生只會(huì )機械地按照實(shí)驗書(shū)上的步驟一步一步做下去，只求最后得到一個(gè)正確的結果。完全沒(méi)有獨立去思考實(shí)驗的原理，這也使得很多學(xué)生在這種機械化實(shí)驗中失去了原有的興趣。
1.4教學(xué)手段落后
雖然現在絕大多數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(shí)踐性很強的嵌入式系統來(lái)說(shuō)也不再適應。
2基于CD IO理念的課程體系設置
2.1調整課程體系結構
從CD IO理念來(lái)講，應該從知識、素質(zhì)以及能力三個(gè)方面來(lái)對人才進(jìn)行培養。所以我們對于嵌入式系統人才的培養要把培養目標和人才所需的知識結構進(jìn)行有效的結合，在課程設置上應該“厚基礎理論、重實(shí)際應用”，且進(jìn)一步提高人才的職業(yè)素養。課程設置一般都從基礎理論課程、技術(shù)實(shí)踐課程以及公共選修課程的完善著(zhù)手。根據嵌入式系統人才需求，遵照“厚基礎、寬口徑、重應用”的基本原則，可將相關(guān)課程劃分為基礎課程模塊、專(zhuān)業(yè)課程模塊以及實(shí)踐課程模塊三部分�；A課程模塊主要著(zhù)重于培養學(xué)生的文化素養和科學(xué)素養。專(zhuān)業(yè)課程模塊則側重于對學(xué)科研究方向的進(jìn)一步研究，注重培養相關(guān)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)及知識。且在教學(xué)內容上，應注重各知識點(diǎn)的一個(gè)有機聯(lián)系，將一些有代表性的行業(yè)實(shí)際系統作為工程學(xué)習范例，將理論與實(shí)際應用緊密結合。而最后的實(shí)踐課程模塊則尤為重要，它是能否培養出所需嵌入式系統人才的關(guān)鍵，主要側重于對所學(xué)理論知識的驗證與發(fā)散，注重培養學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力以及創(chuàng )造能力。讓學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中將所學(xué)知識一一用到實(shí)際中進(jìn)行驗證，再在驗證的基礎上進(jìn)行擴展和開(kāi)發(fā)。
在通過(guò)對基礎課程模塊、專(zhuān)業(yè)課程模塊以及實(shí)踐課程模塊的系統學(xué)習后，這將有利于學(xué)生在嵌入式系統的學(xué)習過(guò)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(mǎn)足行業(yè)需求，具有一定的嵌入式系統產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設計的能力。
2.2基于項目開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)
高等院校應與企業(yè)建立長(cháng)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(kāi)發(fā)，這使所承擔的項目來(lái)源于行業(yè)實(shí)際需求，有著(zhù)真實(shí)的開(kāi)發(fā)應用背景。同時(shí)，也使學(xué)校的教師具有很強的實(shí)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(kāi)發(fā)設計中能積累豐富的科學(xué)研究經(jīng)驗，有較強的實(shí)踐能力，這些條件都為開(kāi)展基于項目開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)打下堅實(shí)的基礎。
CD IO培養模式就是通過(guò)項目的設計將整個(gè)培養體系有機而系統地結合起來(lái)，所有需要學(xué)習和掌握的內容都圍繞項目這個(gè)核心。在教學(xué)實(shí)踐中，教師可以采取選擇一個(gè)實(shí)際工程項目為對象，從項目的構思—設計—實(shí)施—運作上進(jìn)行分析，讓學(xué)生通過(guò)團隊合作來(lái)完成項目設計、項目實(shí)踐和項目的總結報告。為了有效地確保學(xué)生團隊開(kāi)發(fā)項目的順利完成，應制定一系列行之有效的培養方案，并通過(guò)以下多種多樣的培養方法來(lái)實(shí)現它:
2.2.1項目構思
項目構思是項目開(kāi)發(fā)的起始部分，它是項目實(shí)施中一個(gè)非常重要的開(kāi)頭環(huán)節。比較常用的構思一般是通過(guò)調研來(lái)實(shí)現的，學(xué)生通過(guò)調研可以明確自己選擇什么樣的項目來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與實(shí)現。也使學(xué)生能進(jìn)一步接近社會(huì )、企業(yè)需求，而不是自目想當然地去進(jìn)行項目研究開(kāi)發(fā)，等項目完成之后突然發(fā)現其項目沒(méi)有太多的實(shí)用性，這從一定程度上會(huì )對學(xué)生的學(xué)習、研究、開(kāi)發(fā)設計以及創(chuàng )新興趣造成打擊。在現有學(xué)習中，很多學(xué)生都忽視調研的重要性，讓調研階段流于表面，力圖跳過(guò)此階段來(lái)節約時(shí)問(wèn)，結果到項目開(kāi)發(fā)后期或完成時(shí)，出現開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品實(shí)用性差或需求不對口等問(wèn)題導致產(chǎn)品需求性直線(xiàn)下降，這將大幅度降低學(xué)生由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功所帶來(lái)的成就感，也由此影響學(xué)習興趣。由此可見(jiàn)，教師在項目開(kāi)發(fā)初始階段應督促學(xué)生完成調研，并可通過(guò)召開(kāi)交流會(huì )的形式來(lái)完成、完善調研結果，為項目后續工作的有效開(kāi)展打好基礎。
2.2.2項目設計
通過(guò)前期的項目構思、調研階段，學(xué)生確定了選擇何種項目產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計。然后則是對產(chǎn)品功能進(jìn)行設計。這是學(xué)生完善項目構思，將項目構思立體化的一個(gè)重要階段。此階段可以使項目構思有效地和所學(xué)嵌入式系統知識相結合，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，讓學(xué)生通過(guò)自己的眼睛、思想去發(fā)現項目開(kāi)發(fā)的多樣性。
2.2.3項目實(shí)施
項目實(shí)施是項目開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節，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(shí)際運用融會(huì )貫通，也能通過(guò)直接實(shí)踐來(lái)檢驗知識學(xué)習效果，并起到查漏補缺的作用。在項目實(shí)施階段，學(xué)生可能會(huì )遇到各種各樣在學(xué)習過(guò)程中沒(méi)有遇到的問(wèn)題，通過(guò)解決這些問(wèn)題也從一定程度上完善了嵌入式系統知識，讓學(xué)生更加明確理論和實(shí)際的差距，形成一套適合于自我的學(xué)習設計方法。教師在其中起到穿針引線(xiàn)的作用，引導學(xué)生通過(guò)一定的有效手段去自行解決問(wèn)題，并給學(xué)生一個(gè)良好的知識交流平臺，讓其通過(guò)交流、實(shí)際動(dòng)手去解決問(wèn)題，養成一種良好的項目實(shí)施習慣。
2.2.4項目運作
當項目開(kāi)發(fā)成功后，可通過(guò)企業(yè)、學(xué)校等多種渠道來(lái)進(jìn)行交流，推廣項目產(chǎn)品達到項目運作的目的。項目運作的手段多種多樣，可以通過(guò)企業(yè)、學(xué)校邀請專(zhuān)家或專(zhuān)業(yè)人士召開(kāi)交流會(huì )、發(fā)布會(huì )、推廣會(huì )來(lái)實(shí)現。這對于學(xué)生而言也是一次難得的開(kāi)闊視野、學(xué)習經(jīng)驗、總結教訓的機會(huì )，拉近學(xué)生與實(shí)際應用的關(guān)系。對于優(yōu)秀產(chǎn)品可以通過(guò)發(fā)布會(huì )和推廣會(huì )讓其實(shí)現真正價(jià)值，以此促進(jìn)開(kāi)發(fā)者的信心和興趣;對于開(kāi)發(fā)成功但功能普通的產(chǎn)品則可以通過(guò)交流會(huì )為產(chǎn)品今后的改進(jìn)、研發(fā)提出可行的設計目標，在完善過(guò)程中得到更多的提高;對于開(kāi)發(fā)失敗的產(chǎn)品就需要召開(kāi)總結會(huì )，總結經(jīng)驗、發(fā)現問(wèn)題，為以后的設計開(kāi)發(fā)提供幫助，并給出一些有效的解決方法。
由此可見(jiàn)，采用基于項目開(kāi)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，也為今后的學(xué)習創(chuàng )新指出了新方向。它可以將學(xué)習與創(chuàng )造良好地結合為一體，使學(xué)生成為適應于社會(huì )、企業(yè)需求的高端人才。
2.3實(shí)驗室和科研實(shí)踐的進(jìn)一步改進(jìn)
首先，實(shí)驗室是嵌入式系統課程學(xué)習的重要場(chǎng)所，主要用于日常實(shí)驗教學(xué)、課程設計、科研實(shí)踐、專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓。實(shí)驗室一般對本專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)行半開(kāi)放管理，學(xué)生可以充分利用實(shí)驗室的固有資源進(jìn)行有效的科研活動(dòng)。嵌入式系統實(shí)驗的開(kāi)設也應該改變以往以驗證性為主的實(shí)驗，多開(kāi)設設計性、綜合性實(shí)驗。鼓勵學(xué)生通過(guò)自我學(xué)習和自我動(dòng)手去完成小型的嵌入式系統產(chǎn)品。
其次，教師應不斷了解社會(huì )對嵌入式專(zhuān)業(yè)人才的具體技能需求及專(zhuān)業(yè)前沿領(lǐng)域的最新技術(shù)，從而有的放矢地去指導學(xué)生從事實(shí)驗、科研的技術(shù)研發(fā)。并不斷通過(guò)培訓、進(jìn)企業(yè)實(shí)訓來(lái)提高教師的業(yè)務(wù)能力。嵌入式系統本身就是一門(mén)實(shí)踐性很強的課程，教師也只有不斷地應用和解決實(shí)際問(wèn)題，才能達到完善自身專(zhuān)業(yè)知識的目的。也只有這樣，才能有效地為學(xué)生的學(xué)習提供指導。
再次，對于大部分企業(yè)來(lái)說(shuō)，嵌入式人才都應該熟練掌握EOS,ARM體系架構，即扎實(shí)的硬件知識，還必須具有很強的C語(yǔ)言編程能力，即較強的軟件知識。學(xué)生能夠自主選擇嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、硬件設計中的一個(gè)方向作為主要研究方向。對于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)方向，應注重學(xué)生軟件編程以及操作系統的移植能力的培養;對于硬件設計方向，應注重電路分析以及EDA電路設計能力的培養。同時(shí)為了人才的全方位培養，軟硬件設計人員應更好地溝通、協(xié)調，在精通某一方面的同時(shí)，對其他領(lǐng)域也應有一定程度的了解。
3結語(yǔ)
基于CD IO理念的教育模式為嵌入式系統人才的培養提供了一種全新的教學(xué)方法和思路，把實(shí)踐教育融入到人才培養的全過(guò)程，從學(xué)生的基礎專(zhuān)業(yè)知識教育開(kāi)始抓起，將專(zhuān)業(yè)教學(xué)、實(shí)訓實(shí)習以及相應的學(xué)科競賽進(jìn)行有機結合，形成了一個(gè)整體的、全方位、多層次的人才培養體系，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(gè)保障。
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