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CDIO的嵌入式系統(tǒng)課程教學模式論文
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、教學方法、實踐方式上還不是很成熟。本文針對當前嵌入式系統(tǒng)存在的問題，提出基于CD IO(構(gòu)思Conceive,設(shè)計Design、實施Implement和運行Operate)的理念，并制定相應的教學目標及教學內(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)的教學方式還不完善，仍在不斷改進探索中，但就目前來看，存在如下問題:
1.1強理論，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)來輔助學習。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。
1.2教學內(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、電子、自動化、機械等專業(yè)都有開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程，不同專業(yè)的學生在開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程時其學習側(cè)重點應該不同，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)學生以及不同能力學生的差異化發(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)節(jié)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，也使得學生綜合能力無法達到社會需求。學生開展實驗也大多是在已封裝好的試驗箱上進行，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)學生只會機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，這也使得很多學生在這種機械化實驗中失去了原有的興趣。
1.4教學手段落后
雖然現(xiàn)在絕大多數(shù)高等院校都使用多媒體教學，然而在教室里還是以教師為主體的教學方式，對于實踐性很強的嵌入式系統(tǒng)來說也不再適應。
2基于CD IO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 IO理念來講，應該從知識、素質(zhì)以及能力三個方面來對人才進行培養(yǎng)。所以我們對于嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)要把培養(yǎng)目標和人才所需的知識結(jié)構(gòu)進行有效的結(jié)合，在課程設(shè)置上應該“厚基礎(chǔ)理論、重實際應用”，且進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。基礎(chǔ)課程模塊主要著重于培養(yǎng)學生的文化素養(yǎng)和科學素養(yǎng)。專業(yè)課程模塊則側(cè)重于對學科研究方向的進一步研究，注重培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)素質(zhì)及知識。且在教學內(nèi)容上，應注重各知識點的一個有機聯(lián)系，將一些有代表性的行業(yè)實際系統(tǒng)作為工程學習范例，將理論與實際應用緊密結(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)重于對所學理論知識的驗證與發(fā)散，注重培養(yǎng)學生的動手能力、思維能力以及創(chuàng)造能力。讓學生在實踐過程中將所學知識一一用到實際中進行驗證，再在驗證的基礎(chǔ)上進行擴展和開發(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)學習后，這將有利于學生在嵌入式系統(tǒng)的學習過程中，逐漸形成一套完善的知識體系理論，以便于學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
高等院校應與企業(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)，這使所承擔的項目來源于行業(yè)實際需求，有著真實的開發(fā)應用背景。同時，也使學校的教師具有很強的實踐經(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研究經(jīng)驗，有較強的實踐能力，這些條件都為開展基于項目開發(fā)的探究式教學打下堅實的基礎(chǔ)。
CD IO培養(yǎng)模式就是通過項目的設(shè)計將整個培養(yǎng)體系有機而系統(tǒng)地結(jié)合起來，所有需要學習和掌握的內(nèi)容都圍繞項目這個核心。在教學實踐中，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—運作上進行分析，讓學生通過團隊合作來完成項目設(shè)計、項目實踐和項目的總結(jié)報告。為了有效地確保學生團隊開發(fā)項目的順利完成，應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，學生通過調(diào)研可以明確自己選擇什么樣的項目來進行開發(fā)與實現(xiàn)。也使學生能進一步接近社會、企業(yè)需求，而不是自目想當然地去進行項目研究開發(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生的學習、研究、開發(fā)設(shè)計以及創(chuàng)新興趣造成打擊。在現(xiàn)有學習中，很多學生都忽視調(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致產(chǎn)品需求性直線下降，這將大幅度降低學生由于產(chǎn)品開發(fā)成功所帶來的成就感，也由此影響學習興趣。由此可見，教師在項目開發(fā)初始階段應督促學生完成調(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，學生確定了選擇何種項目產(chǎn)品進行開發(fā)設(shè)計。然后則是對產(chǎn)品功能進行設(shè)計。這是學生完善項目構(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)思有效地和所學嵌入式系統(tǒng)知識相結(jié)合，也是學生創(chuàng)新性思想的形成階段。在此階段，教師可以進行多方面有效地引導，讓學生通過自己的眼睛、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，學生能將課堂所學知識與實際運用融會貫通，也能通過直接實踐來檢驗知識學習效果，并起到查漏補缺的作用。在項目實施階段，學生可能會遇到各種各樣在學習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，讓學生更加明確理論和實際的差距，形成一套適合于自我的學習設(shè)計方法。教師在其中起到穿針引線的作用，引導學生通過一定的有效手段去自行解決問題，并給學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慣。
2.2.4項目運作
當項目開發(fā)成功后，可通過企業(yè)、學校等多種渠道來進行交流，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，可以通過企業(yè)、學校邀請專家或?qū)I(yè)人士召開交流會、發(fā)布會、推廣會來實現(xiàn)。這對于學生而言也是一次難得的開闊視野、學習經(jīng)驗、總結(jié)教訓的機會，拉近學生與實際應用的關(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、研發(fā)提出可行的設(shè)計目標，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)的探究式教學不但能鞏固、促進學生的理論知識學習，也為今后的學習創(chuàng)新指出了新方向。它可以將學習與創(chuàng)造良好地結(jié)合為一體，使學生成為適應于社會、企業(yè)需求的高端人才。
2.3實驗室和科研實踐的進一步改進
首先，實驗室是嵌入式系統(tǒng)課程學習的重要場所，主要用于日常實驗教學、課程設(shè)計、科研實踐、專業(yè)技術(shù)培訓。實驗室一般對本專業(yè)學生實行半開放管理，學生可以充分利用實驗室的固有資源進行有效的科研活動。嵌入式系統(tǒng)實驗的開設(shè)也應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。鼓勵學生通過自我學習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學生從事實驗、科研的技術(shù)研發(fā)。并不斷通過培訓、進企業(yè)實訓來提高教師的業(yè)務能力。嵌入式系統(tǒng)本身就是一門實踐性很強的課程，教師也只有不斷地應用和解決實際問題，才能達到完善自身專業(yè)知識的目的。也只有這樣，才能有效地為學生的學習提供指導。
再次，對于大部分企業(yè)來說，嵌入式人才都應該熟練掌握EOS,ARM體系架構(gòu)，即扎實的硬件知識，還必須具有很強的C語言編程能力，即較強的軟件知識。學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，應注重學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)域也應有一定程度的了解。
3結(jié)語
基于CD IO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方法和思路，把實踐教育融入到人才培養(yǎng)的全過程，從學生的基礎(chǔ)專業(yè)知識教育開始抓起，將專業(yè)教學、實訓實習以及相應的學科競賽進行有機結(jié)合，形成了一個整體的、全方位、多層次的人才培養(yǎng)體系，將大大提高學生素質(zhì)，并為學生在畢業(yè)后勝任工作崗位提供一個保障。
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