參與式學習在《嵌入式系統(tǒng)》課程教學中的應用

張云峰 王維維 汪松鶴

摘 要：為改善《嵌入式系統(tǒng)》課程教學效果，進一步提高教學質(zhì)量，將基于BOPPPS模型的參與式學習方法應用到嵌入式系統(tǒng)相關知識點講解，包含角色扮演、小組討論、拼圖等多種方法，增強了學生參與教學的積極性，便于學生對知識的理解并及時反饋教學效果。合理運用參與式學習方法，不僅有利于嵌入式系統(tǒng)課程教學效果的提高，而且對其它課程教學具有參考價值。

關鍵詞：BOPPPS模型;參與式學習;嵌入式系統(tǒng)

DOI：10. 11907/rjdk. 182195

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）002-0219-03

Abstract： For improving teaching effectiveness and quality of embedded system， participatory learning based on BOPPPS is used. Participatory learning includes many ways， such as role play， group discussion， jigsaw and so on. Different ways are used in different knowledge points of embedded system. Because different ways are used in teaching， students become interested in this kind of form and participate actively. Through this way， students learn knowledge and teacher can gain instant feedback. Participatory learning can improve teaching quality not only for embedded system but also for other courses.

Key Words： BOPPPS model; participatory learning; embedded system

0 引言

2015年10月，教育部文件（教發(fā)[2015]7號）對“引導部分地方普通本科院校向應用型轉變”提出指導意見，指出培養(yǎng)應用型人才，提高教學質(zhì)量，是每個本科學校迫切需要解決的問題[1]。參與式學習克服了傳統(tǒng)的“講授與討論”教學局限，有利于尊重學生的主體性，拓展學生思維的廣度和深度[2]。BOPPPS[3]是北美高校推崇的一種教學模型，強調(diào)學生全方位參與式學習而不只是聽講，教師及時獲得學生反饋信息以調(diào)整后續(xù)教學活動[4]。目前國內(nèi)很多院校都開展了基于BOPPPS模型的教學改革，大多是圍繞模型的各個階段實現(xiàn)方式進行描述[5-13]，有些研究者還將BOPPPS模型與其它系統(tǒng)相結合設計新的教學模式[14-16]。嵌入式是一門實踐性很強的技術，在通信、網(wǎng)絡、e電子、工控、醫(yī)療等領域應用廣泛。作為新興的電子技術領域，嵌入式系統(tǒng)正逐漸成為許多高校的重點課程[17]。嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性非常強的課程，由于其涉及的概念較多、較抽象，學生普遍認為難學。BOPPPS模型中參與式學習是最主要的部分，而學者的研究偏重各階段實現(xiàn)形式，具體方法提及較少。筆者重點研究了如何將參與式學習的相關方法應用于嵌入式系統(tǒng)課程的相關知識點教學，實踐證明該方法能有效改善教學效果。

1 嵌入式系統(tǒng)教學現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)課程是一門綜合程度很高、軟硬件結合緊密的課程。內(nèi)容主要包括計算機工作原理、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)軟件基礎以及嵌入式系統(tǒng)主要功能模塊。由于院校課程改革，課時進行了壓縮，學生在有限的課時內(nèi)掌握如此多的教學內(nèi)容具有一定難度。實驗課時有限，知識點較多，只能開設一些驗證性實驗，學生通過實驗只能了解基本的操作步驟和簡單應用，不利于綜合能力培養(yǎng)。此課程需要的先驗知識較多（數(shù)字電路、程序設計等），而學生對前期知識掌握的程度不同;有的學生對此課程有興趣，希望深入研究，而有的學生只為應付，學習目標與動力不相同，導致差別較大。

2 BOPPPS教學模型

BOPPPS模型根據(jù)人的注意力只能持續(xù)約15分鐘的自然規(guī)律，將課堂教學內(nèi)容切割為15分鐘左右的多個教學小單元。每個教學小單元不僅具有“起承轉合”功能，還要遵循“起承轉合”脈絡[18]。BOPPPS模型的教學理念是“以學生為中心，以應用為導向”，主要目的是通過各種形式活動，調(diào)動學生的學習積極性。

BOPPPS模型將教學過程分為Bridge-in導入、Objective或者Outcome目標、Pre-assessment前測、Participatory Learning參與式學習、Post-assessment后測和Summary小結6個階段[19-20]，6個部分時間分配依次是參與式學習、后測和總結、導入，教學目標介紹及前測時間相對較少，大致的時間分配如圖1所示。

3 參與式學習應用

參與式學習是BOPPPS模型的主要環(huán)節(jié)，授課時間比重最大，是課堂教學的核心。此部分需根據(jù)教學目標靈活運用多種教學技巧，實現(xiàn)從“洗耳恭聽”到“主動參與”，進而實現(xiàn)從傳統(tǒng)講授向參與式學習的轉變。

嵌入式系統(tǒng)很多內(nèi)容只通過講解不便于學生理解。針對嵌入式系統(tǒng)課程的不同教學內(nèi)容采用不同的參與式學習方法，有利于改善教學效果。

3.1 角色扮演

角色扮演是學生參與活動學習知識的過程，包括問題概述、表演、討論等環(huán)節(jié)，加深對知識的理解。

角色扮演實施方式是，首先由教師介紹問題并對原理進行基本講解，選擇各個角色對應的學生并對各個角色分工進行描述，介紹具體的表演過程;擔任角色的學生在明確各自分工后開始角色扮演;基本過程結束后由教師對過程進行回顧，指出角色扮演過程的問題，在時間允許的情況下可以替換參與者，最后教師進行總結并讓參與者分享體會。

在外設與主機進行數(shù)據(jù)傳送方式中，無條件傳送方式最簡單，但也有一定限制條件，是學習其它傳送方式的基礎。角色扮演場景是讓學生模擬CPU向接口傳遞數(shù)據(jù)，外接數(shù)碼管根據(jù)信息顯示傳遞過程。具體實施步驟如下：

（1）教師介紹基本執(zhí)行過程。執(zhí)行過程如圖2所示，CPU將需要顯示的字符按照一定的時間間隔通過總線傳到接口的數(shù)據(jù)寄存器，作為外設的數(shù)碼管根據(jù)數(shù)據(jù)寄存器信息進行顯示，在傳輸信道和數(shù)碼管沒有出現(xiàn)故障時保證正常顯示。

（2）選擇學生并進行角色分配，角色分配及職能見表1。

（3）執(zhí)行角色扮演。學生按照角色分工進行角色扮演，展示無條件傳送原理。

（4）根據(jù)扮演情況進行總結。通過角色扮演使學生了解無條件傳送基本原理，保證可靠傳送的基本條件（線路和外設正常），以及此種傳送方式的優(yōu)點和不足，為編程實現(xiàn)及其它傳送方式的講解打下基礎，進一步加深對端口的理解。

3.2 小組討論

教師確定討論話題，指定學生需要閱讀的資料，準備問題并確定討論規(guī)則;學生先進行分組，然后各自閱讀資料并針對教師的問題進行討論，討論結束后每組指定代表匯報小組結論，最后由教師進行總結。

在分級存儲原理教學中，教師提出3個問題：計算機存儲器包括那些？為什么用分層存儲？程序運行包括哪些過程？然后組織學生分組討論，根據(jù)討論結果進行匯總講評。

3.3 實地考察

實地考察使學生獲得無法在課堂上得到的資源，提供感官認識，更有利于課程學習。

實地考察實施方式是，首先教師向學生介紹考察目的，并積極與考察對象溝通，確定時間、地點、費用以及是否進行交流等;學生在考察前要理解考察目的，提前獲得考察點信息，在考察過程中積極交流，盡量將見聞聯(lián)系起來并在考察后進行討論，能夠分析解釋獲得的信息;最后教師進行總結并對后期學習提供建議。

在學習幾種常用的接口技術如GPIO、中斷、串口后，組織學員到應用嵌入式系統(tǒng)的企業(yè)參觀。通過參觀，學生大開眼界，對嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)應用有了直觀認識，能用自己學習的知識解釋設備工作原理。通過此類活動，調(diào)動了學生科技創(chuàng)新的積極性和主動性。

3.4 拼圖

拼圖是一種基于研究的合作式學習技術，實施方式是教師將學生分成不同小組，每個小組指定一名負責人，將教學內(nèi)容劃分為多個片段，指定每組學生學習不同片段。經(jīng)過一定時間準備，學生在基本領會各自分工后，讓分派相同片段的學生重新組成“專家組”，通過各“專家組”討論形成共識?！皩＜医M”成員各自回到本小組，盡量保證整個小組對任務的理解，促進任務順利完成。

將所學的GPIO、定時器、中斷、串口等技術加以綜合應用，開發(fā)一個基于串口和定時控制的流水燈響應系統(tǒng)。綜合實驗中采用拼圖方法，5個人為一組，分別承擔GPIO顯示、定時器控制、中斷響應程序、串口通信及程序聯(lián)調(diào)。通過拼圖方式，增強學生對分工及實施方式的了解，對綜合實驗目標及解決方案有更深入的理解，保證綜合實驗的順利開展。

4 教學效果

通過將參與式學習方式引入課堂，學生的學習積極性有了明顯提高，對知識的掌握程度也有所提高。學生主動與教師溝通，甚至對教學方式提出可行性建議。參與式方式的引入不僅調(diào)動了學生的學習熱情，還激發(fā)了科技創(chuàng)新熱情，大多數(shù)學生的期末考試成績較以前有明顯提高，部分學生在創(chuàng)新比賽中獲獎。實踐證明，基于BOPPPS模型的參與式學習有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。

5 結語

參與式學習是BOPPPS模型中的主要模塊，本文只介紹了幾種方式，事實上參與式學習方式還有很多（如頭腦風暴、案例研究、辯論、專家咨詢等），教師可以根據(jù)教學內(nèi)容和課堂實際選擇合適的方案。在運用參與式學習時，教師要注意參與式學習與其它部分的銜接關系、教師和學生的角色定位以及時間掌控等。

BOPPPS模型的基本結構部分是相互聯(lián)系的，具體實施中可進行適當合并和調(diào)整順序。教師要按照“以學生為中心，以產(chǎn)出為導向”的教育理念認真進行課程設計，靈活運用教學方法，促進教學質(zhì)量提升。

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（責任編輯：杜能鋼）