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CDIO的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式論文
近年來(lái)，嵌入式在國(guó)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(duì)嵌入式人才的大量需求下，國(guó)內(nèi)許多高等院校都開(kāi)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(jì)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(mén)課程都有所關(guān)系，使得在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐方式上還不是很成熟。本文針對(duì)當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出基于CD IO(構(gòu)思Conceive,設(shè)計(jì)Design、實(shí)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(mén)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(lái)看，存在如下問(wèn)題:
1.1強(qiáng)理論，弱實(shí)踐
嵌入式系統(tǒng)是一門(mén)更側(cè)重于實(shí)踐性的課程，需要大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)輔助學(xué)習(xí)。而目前開(kāi)展這些實(shí)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(shí)踐環(huán)境，大多數(shù)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(nèi)容沒(méi)有針對(duì)性
嵌入式系統(tǒng)課程涉及范圍較廣，在計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)化、機(jī)械等專(zhuān)業(yè)都有開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程，不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在開(kāi)設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程時(shí)其學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)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(duì)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)展存在著很大的弊端。
1.3實(shí)踐環(huán)節(jié)單一化
很多院校在開(kāi)展嵌入式系統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)大多都采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的形式，并且主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主體，綜合性實(shí)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，不利于嵌入式系統(tǒng)課程的開(kāi)展，也使得學(xué)生綜合能力無(wú)法達(dá)到社會(huì)需求。學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)也大多是在已封裝好的試驗(yàn)箱上進(jìn)行，對(duì)于試驗(yàn)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(huì)機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)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(jié)果。完全沒(méi)有獨(dú)立去思考實(shí)驗(yàn)的原理，這也使得很多學(xué)生在這種機(jī)械化實(shí)驗(yàn)中失去了原有的興趣。
1.4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(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也不再適應(yīng)。
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(lái)講，應(yīng)該從知識(shí)、素質(zhì)以及能力三個(gè)方面來(lái)對(duì)人才進(jìn)行培養(yǎng)。所以我們對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(zhuān)業(yè)課程模塊以及實(shí)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(zhuān)業(yè)課程模塊則側(cè)重于對(duì)學(xué)科研究方向的進(jìn)一步研究，注重培養(yǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)及知識(shí)。且在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)注重各知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)有機(jī)聯(lián)系，將一些有代表性的行業(yè)實(shí)際系統(tǒng)作為工程學(xué)習(xí)范例，將理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。而最后的實(shí)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(duì)所學(xué)理論知識(shí)的驗(yàn)證與發(fā)散，注重培養(yǎng)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(shí)一一用到實(shí)際中進(jìn)行驗(yàn)證，再在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和開(kāi)發(fā)。
在通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)課程模塊、專(zhuān)業(yè)課程模塊以及實(shí)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(guò)程中，逐漸形成一套完善的知識(shí)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(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的能力。
2.2基于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)
高等院校應(yīng)與企業(yè)建立長(zhǎng)期的校企合作關(guān)系，從企業(yè)中承接一部分項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，這使所承擔(dān)的項(xiàng)目來(lái)源于行業(yè)實(shí)際需求，有著真實(shí)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用背景。同時(shí)，也使學(xué)校的教師具有很強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并易于解決一定的行業(yè)技術(shù)難題。而教師在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中能積累豐富的科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，這些條件都為開(kāi)展基于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
CD IO培養(yǎng)模式就是通過(guò)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)將整個(gè)培養(yǎng)體系有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)，所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞項(xiàng)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(xiàng)目為對(duì)象，從項(xiàng)目的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)作上進(jìn)行分析，讓學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作來(lái)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)踐和項(xiàng)目的總結(jié)報(bào)告。為了有效地確保學(xué)生團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)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(guò)以下多種多樣的培養(yǎng)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它:
2.2.1項(xiàng)目構(gòu)思
項(xiàng)目構(gòu)思是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的起始部分，它是項(xiàng)目實(shí)施中一個(gè)非常重要的開(kāi)頭環(huán)節(jié)。比較常用的構(gòu)思一般是通過(guò)調(diào)研來(lái)實(shí)現(xiàn)的，學(xué)生通過(guò)調(diào)研可以明確自己選擇什么樣的項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)。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(dāng)然地去進(jìn)行項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)，等項(xiàng)目完成之后突然發(fā)現(xiàn)其項(xiàng)目沒(méi)有太多的實(shí)用性，這從一定程度上會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、研究、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新興趣造成打擊。在現(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(guò)此階段來(lái)節(jié)約時(shí)問(wèn)，結(jié)果到項(xiàng)目開(kāi)發(fā)后期或完成時(shí)，出現(xiàn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品實(shí)用性差或需求不對(duì)口等問(wèn)題導(dǎo)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(xí)興趣。由此可見(jiàn)，教師在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)初始階段應(yīng)督促學(xué)生完成調(diào)研，并可通過(guò)召開(kāi)交流會(huì)的形式來(lái)完成、完善調(diào)研結(jié)果，為項(xiàng)目后續(xù)工作的有效開(kāi)展打好基礎(chǔ)。
2.2.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)
通過(guò)前期的項(xiàng)目構(gòu)思、調(diào)研階段，學(xué)生確定了選擇何種項(xiàng)目產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。然后則是對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是學(xué)生完善項(xiàng)目構(gòu)思，將項(xiàng)目構(gòu)思立體化的一個(gè)重要階段。此階段可以使項(xiàng)目構(gòu)思有效地和所學(xué)嵌入式系統(tǒng)知識(shí)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(guò)自己的眼睛、思想去發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的多樣性。
2.2.3項(xiàng)目實(shí)施
項(xiàng)目實(shí)施是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是項(xiàng)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(shí)與實(shí)際運(yùn)用融會(huì)貫通，也能通過(guò)直接實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)效果，并起到查漏補(bǔ)缺的作用。在項(xiàng)目實(shí)施階段，學(xué)生可能會(huì)遇到各種各樣在學(xué)習(xí)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(tǒng)知識(shí)，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(xí)設(shè)計(jì)方法。教師在其中起到穿針引線(xiàn)的作用，引導(dǎo)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(shí)交流平臺(tái)，讓其通過(guò)交流、實(shí)際動(dòng)手去解決問(wèn)題，養(yǎng)成一種良好的項(xiàng)目實(shí)施習(xí)慣。
2.2.4項(xiàng)目運(yùn)作
當(dāng)項(xiàng)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(xiàng)目產(chǎn)品達(dá)到項(xiàng)目運(yùn)作的目的。項(xiàng)目運(yùn)作的手段多種多樣，可以通過(guò)企業(yè)、學(xué)校邀請(qǐng)專(zhuān)家或?qū)I(yè)人士召開(kāi)交流會(huì)、發(fā)布會(huì)、推廣會(huì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于學(xué)生而言也是一次難得的開(kāi)闊視野、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)教訓(xùn)的機(jī)會(huì)，拉近學(xué)生與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系。對(duì)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(xiàn)真正價(jià)值，以此促進(jìn)開(kāi)發(fā)者的信心和興趣;對(duì)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(shè)計(jì)目標(biāo)，在完善過(guò)程中得到更多的提高;對(duì)于開(kāi)發(fā)失敗的產(chǎn)品就需要召開(kāi)總結(jié)會(huì)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為以后的設(shè)計(jì)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(xiàng)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(shí)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(huì)、企業(yè)需求的高端人才。
2.3實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)踐的進(jìn)一步改進(jìn)
首先，實(shí)驗(yàn)室是嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的重要場(chǎng)所，主要用于日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、科研實(shí)踐、專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)室一般對(duì)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(yàn)室的固有資源進(jìn)行有效的科研活動(dòng)。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)也應(yīng)該改變以往以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)，多開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)自我學(xué)習(xí)和自我動(dòng)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(huì)對(duì)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(dǎo)學(xué)生從事實(shí)驗(yàn)、科研的技術(shù)研發(fā)。并不斷通過(guò)培訓(xùn)、進(jìn)企業(yè)實(shí)訓(xùn)來(lái)提高教師的業(yè)務(wù)能力。嵌入式系統(tǒng)本身就是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，教師也只有不斷地應(yīng)用和解決實(shí)際問(wèn)題，才能達(dá)到完善自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)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(duì)于大部分企業(yè)來(lái)說(shuō)，嵌入式人才都應(yīng)該熟練掌握EOS,ARM體系架構(gòu)，即扎實(shí)的硬件知識(shí)，還必須具有很強(qiáng)的C語(yǔ)言編程能力，即較強(qiáng)的軟件知識(shí)。學(xué)生能夠自主選擇嵌入式軟件開(kāi)發(fā)、硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)方向作為主要研究方向。對(duì)于嵌入式軟件開(kāi)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(duì)于硬件設(shè)計(jì)方向，應(yīng)注重電路分析以及EDA電路設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。同時(shí)為了人才的全方位培養(yǎng)，軟硬件設(shè)計(jì)人員應(yīng)更好地溝通、協(xié)調(diào)，在精通某一方面的同時(shí)，對(duì)其他領(lǐng)域也應(yīng)有一定程度的了解。
3結(jié)語(yǔ)
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(xué)方法和思路，把實(shí)踐教育融入到人才培養(yǎng)的全過(guò)程，從學(xué)生的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)教育開(kāi)始抓起，將專(zhuān)業(yè)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)以及相應(yīng)的學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成了一個(gè)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(gè)保障。
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