基于CDIO的地方高校嵌入式系统仿真实验室建设

摘要：CDIO教育模式的核心内容中对于建设地方高校嵌入式系统仿真实验室提出专门要求，嵌入式系统仿真实验室的建设，能够为高校相关人员从事科研工作提供研究基地，对于高校人才培养具有十分重要的意义。因此，地方高校为了提升其人才培养质量，结合CDIO教育模式，研究地方高校建设嵌入式系统仿真实验室的重要作用，然后以CDIO教育理念为指导，指出地方高校建设嵌入式系统仿真实验室的建设思路和主要目的，并阐述如何在CDIO教育理念下建设高校嵌入式系统仿真实验室，培养高校学生面向工程、面向实践、面向应用的综合能力。

关键词：CDIO；地方高校；嵌入式系统；仿真实验室；建设

中图法分类号：G647 文献标识码：A

ＣＤＩＯ 教育模式是一种全新的集构思、设计、实施和运营为一体的高等教育模式，由麻省理工学院和瑞典多所大学资助，并得到瓦伦堡基金会的支持，是研究人员历时数年創造的全新教育理念［１］ 。ＣＤＩＯ 教育模式是围绕产品、流程和系统的构思、设计、实施与运营展开的教育概念，基于ＣＤＩＯ 教育模式建设地方高校嵌入式系统仿真实验室的本质是以ＣＤＩＯ 教育理念为基础，全面提升学生的工程实践能力、个人科技知识、终身学习能力、沟通能力和团队协作能力，进而提升地方高校工程教育质量以及地方高校的人才培养质量，对于新时代背景下地方高校的建设具有极大的参考价值及实践意义。

１ 地方高校嵌入式系统仿真实验室建设的必要性

随着嵌入式系统在各个领域中的应用不断深入，高校对于嵌入式技术的应用要求越来越高，同时向着高效、实时性的方向发展［２］ 。目前，建设嵌入式系统仿真实验室已成为我国高校信息化进程中的重要研究课题之一，在地方高校的教学、科研以及专业发展方面都具有十分重要的作用。综上所述，在地方高校建设嵌入式系统仿真实验室，不仅能够使学生更加熟练地掌握专业基础理论知识和实践工作技能，教师也可以通过应用嵌入式系统仿真实验室更新其教育理念，提升嵌入式技术技能，进而提高地方高校的教学及科研水平。

２ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系统仿真实验室的建设思路及建设目标

２．１ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系统仿真实验室的建设思路

基于ＣＤＩＯ 教育理念建设地方高校嵌入式系统仿真实验室，教师需要结合所教专业的学科理论知识，统筹专业教育目标、学科建设目标以及实验室建设目标，坚持以ＣＤＩＯ 教育理念为驱动，以培养应用型专业人才为主要目标，以高校学生为本，以专业知识传授、专业能力培养、综合素质提升为核心，在高校嵌入式系统仿真实验室的实验内容、实验方法、实验设备、实验技术方面紧扣前沿领域发展理念，不断完善高校嵌入式系统仿真实验室的建设。

首先，基于ＣＤＩＯ 理念建设地方高校嵌入式系统仿真实验室的核心工作是培养一批专业素质较强、教育能力优秀的专业师资队伍。地方高校嵌入式系统仿真实验室需要加大专业人才的培养力度，采取招聘、进修、兼职培养等措施提升高校嵌入式系统仿真实验室教学队伍的专业水平，为高校嵌入式系统仿真实验室打造一支具有高水平教育理念、教学经验丰富以及教师年龄结构合理的嵌入式系统仿真实验室专业师资队伍［３］ 。其次，基于ＣＤＩＯ 理念建设地方高校嵌入式系统仿真实验室的目标是深化实验教育改革，以培养大学生实践能力为目标，完善“循序渐进、多步提高、综合实践”的现代实践教育体系，从而进一步探索开放教育改革。地方高校嵌入式系统仿真实验室的建设，有利于培养学生的联合学习和研究能力，通过培养地方高校学生的实验能力，实现了“强基础、高本领、高质量”的教育目标。最后，以ＣＤＩＯ 教育理念为指引，建设地方高校嵌入式系统仿真实验室，需要加强实验室管理制度的建设。坚持以学生为本的先进教育理念，不断挖掘学生的资质潜力，为地方高校的学生、教师及社会提供更加优质的服务。

２．２ 基于ＣＤＩＯ 的地方高校嵌入式系统仿真实验室的建设目标

在地方高校的嵌入式系统仿真实验室建设过程中应用ＣＤＩＯ 教育理念，目的是通过ＣＤＩＯ 教育理念满足地方高校的实验基本需要，并根据实际的实践工作场景建立嵌入式硬件开发实验室，使学生能够在实际的工作场景中模拟实际工作，使他们的社会适应能力及实际工作能力得到提升。地方高校嵌入式系统仿真实验室建设的要点是：（１）基于专业知识开发有助于锻炼学生实践能力的实验平台；（２）基于ＣＤＩＯ教育理念建设用于实践教学的硬件开发平台；（３）通过计算机多媒体教学设备组成原理学习平台；（４）基于ＣＤＩＯ 教育理念建设单片机开发平台；（５） 基于ＣＤＩＯ 教育理念建设微机原理学习平台［４］ 。

地方高校基于ＣＤＩＯ 的嵌入式系统仿真实验室建设主要分为２ 个实验平台：嵌入式教育设备和嵌入式产品开发设备。（１）当地大学内置的嵌入式教育设备。以成都中医药大学嵌入式系统仿真实验室建设为例，该校嵌入式系统仿真实验室应用的是最新的３２位ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ?Ａ９ ４ 核处理器，主频达到１．４ ＧＨｚ，配置目前主流的Ａｎｄｒｏｉｄ ４．０ 操作系统，提供开放的软件资源，通过建设嵌入式系统仿真实验室，使学生掌握芯片底层、系统中层、应用上层的相关技术知识，通过独立进行产品级研发设计，使学生不仅可以了解嵌入式技术的发展趋势，还可以掌握嵌入式前沿核心技术。（２）嵌入式产品开发设备。指的是面向科学研究和工程应用的产品开发样机，广泛应用于智能医疗电子、工业自动化、航空航天、交通物流等嵌入式设备领域，以满足ＣＤＩＯ 科研项目的实际需求［５］ 。

３ ＣＤＩＯ 教育理念下地方高校嵌入式系统仿真实验室的建设构想

３．１ 加强高校相关专业的ＣＤＩＯ 培养

为使学生满足当今社会的需求，能够系统地掌握基础知识、基础理论和基本技能，须将他们培养成高级应用型人才。为实现这一目标，地方高校需要结合ＣＤＩＯ 教学理念建设嵌入式系统仿真实验室。例如，成都某地方高校在建设中医药专业嵌入式系统仿真实验室的过程中，结合医学信息学专业培养目标，明确中医学专业ＣＤＩＯ 教学改革和课程建设方向，重视以专业理论基础知识教育为主的中医药专业，实现以学生为主导的科研项目建设。综上所述，地方高校嵌入式系统仿真实验室建设应贯彻ＣＤＩＯ 教育理念及培养目标，全过程、多方面地对学生的专业能力进行评价。

３．２ 深化实验室管理机制改革

基于ＣＤＩＯ 教育理念建设嵌入式系统仿真实验室，需要通过深化实验室管理机制改革，有效提升实验人员的积极性，培养高校学生的实践能力和创新能力。为深化地区高校嵌入式系统仿真实验室管理体制改革，地方高校可实现院系两级管理模式，明确职责和权限、嵌入式系统仿真实验室实验中心建设及嵌入式系统仿真实验室总体规划。资产管理部门负责实验室配置，校级设备部门负责设备采购和招标。实验设备、校级人事部门负责指定嵌入式系统仿真实验室的实验室人员分配及人员任命，从而提高地区高校嵌入式系统仿真实验室的使用效率。

３．３ 改善高校实验室的软件设备

基于ＣＤＩＯ 教育理念改善嵌入式系统仿真实验室的软件设备，软件设备建设主要指根据实验计划和内容，有针对性地给学生提供一个实际操作平台。

嵌入式系统仿真实验室应用较为广泛的软件是ＰＲＯＴＥＵＳ 软件，其集仿真、分析各种模拟器件和集成电路于一体，具有３０ 多个元器件库，数千种元器件仿真模型，多种信号激励源和虚拟仪器仪表；能实现单片机仿真和ＳＰＩＣＥ 电路仿真相结合；支持主流单片机系统的仿真，提供软件调试功能。基于ＣＤＩＯ教育理念改善嵌入式系统仿真实验室的软件设备，既适合课堂理论教学，也适合实验室实践教学，具体做法如下。（１）基于ＣＤＩＯ 教育理念，嵌入式系統仿真实验室可以在课堂教学中引入ＰＲＯＴＥＵＳ 软件，通过改善嵌入式系统仿真实验室的软件设备，为学生构建极为接近实际的动态演示模型，激发学生的学习兴趣。地方高校授课教师在备课阶段，需要根据教学内容，课前运行ＰＲＯＴＥＵＳ 仿真模型，使学生直观地感受运行现象或结果，从而激发学生的求知欲及好奇心，教师还可提出几个与教学内容相关的问题，让学生带着问题听课，教师在讲授理论知识后，再通过嵌入式系统仿真实验室的软件设备为学生演示，使学生通过嵌入式系统仿真实验室的软件设备对教育过程中实践性、概括性、不易理解的内容进行理解和接受。（２）改善嵌入式系统仿真实验室的软件设备，增强仿真性。嵌入式系统仿真实验室的软件设备运行简单，只需计算机及多媒体教学设备就可以实现，改善嵌入式系统仿真实验室的软件设备，使学生能够随时随地通过计算机学习相关知识，自行复习和预习课堂教学内容，实验课上学生还可以通过嵌入式系统仿真实验室的软件设备进行实践操作，通过课内外相结合的方式进行教学，学生能够对理论知识、实践流程与结果都有一个深刻的认识和理解，进而提升教学效果。

４ 结束语

基于ＣＤＩＯ 教育理念建设嵌入式系统仿真实验室，地方高校需要通过改善嵌入式系统仿真实验室的硬件设备，在实验室硬件设备方面加强整体规划，合理配置硬件资源，以免造成硬件设备的闲置或资金的浪费；加强嵌入式系统仿真实验室的专业技术队伍建设；明确高校相关专业的ＣＤＩＯ 培养目标，贯彻ＣＤＩＯ教育理念，全过程、多方面地对学生的专业能力进行评价；深化嵌入式系统仿真实验室管理机制改革，提高地区高校嵌入式系统仿真实验室的使用效率，在地方高校建设嵌入式系统仿真实验室，不仅能够使学生更加熟练地掌握专业基础理论知识和实践工作技能，教师也可以通过应用嵌入式系统仿真实验室更新其教育理念，提升嵌入式技术技能，进而提升地方高校的教学及科研水平。

参考文献：

［１］ 戴天贵，朱小钦．基于ＣＤＩＯ 及云桌面技术的工程光学实验室优化建设［Ｊ］．实验室科学，２０２１，２４（６）：１４１?１４６＋１５２．

［２］ 梁海安，杨泽平，薛凯喜，等．地方普通工科高校实验室基于ＣＤＩＯ 开放模式研究［Ｊ］．教育教学论坛，２０２１（２２）：２１?２４．

［３］ 谢奇爱．ＣＤＩＯ 模式下高校开放实验室建设与管理的思考［Ｊ］．电脑知识与技术，２０１９，１５（２２）：１６８?１７０．

［４］ 张小博．ＣＤＩＯ 模式下开放实验室建设与创新能力培养［Ｊ］．化学工程与装备，２０１８（１１）：３３６?３３７．

［５］ 徐新仁，徐东辉，王霏．基于ＣＤＩＯ 工程理念的地方性院校工科专业虚拟现实实验室建设研究［Ｊ］．宜春学院学报，２０１８，４０（９）：１２３?１２５．

作者简介：刘心宜（１９９６—），硕士，助教，研究方向：学前教育。