《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》理論課實踐教學(xué)改革與探究

彭小松 舒秀蘭

（廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院，廣東 湛江 524000）

0 引言

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》是一門以《微機(jī)原理與接口技術(shù)》為基礎(chǔ)的專業(yè)必修課，是工科院校電子信息、電氣工程自動化等專業(yè)開設(shè)的課程。 隨著移動電子設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品幾乎涉及生產(chǎn)生活的方方面面，是智能制造的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一。 ARM 微處理器以其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低成本、高性能等特點(diǎn)，在嵌入式移動設(shè)備市場的占有率上一騎絕塵[1-2]。 在此趨勢下，結(jié)合粵港澳大灣區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈對嵌入式人才的需求[3]，廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院，基于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦校定位，開設(shè)以ARM 為載體的《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》專業(yè)課程。 通過教師導(dǎo)學(xué)、學(xué)生參與編程實踐相結(jié)合的方式，不斷探索教學(xué)方法和模式的創(chuàng)新。

1 《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》教學(xué)中存在的問題

1.1 學(xué)生基礎(chǔ)水平參差不齊，無法因材施教

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》是以《微機(jī)原理》課程為基礎(chǔ)知識的又一門專業(yè)必修課，前者是后者的擴(kuò)展與提升課程。由于學(xué)生基礎(chǔ)課程知識的掌握程度不一致，如果教師按照自己的思路設(shè)計教學(xué)方案，一方面基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)從開始便跟不上教學(xué)節(jié)奏而掉隊；另一方面基礎(chǔ)功底較好的同學(xué)會因為太容易而對知識產(chǎn)生疲倦感。因此學(xué)生基礎(chǔ)水平參差不齊導(dǎo)致以教師為中心的教學(xué)思路無法因材施教。

1.2 學(xué)生被動接受知識灌輸，積極性不高

當(dāng)前主要的PBL 教學(xué)模式，第一步是由老師通過精心設(shè)計的引導(dǎo)問題，逐漸調(diào)動學(xué)生參與討論與探究[4-5]，從而達(dá)到傳授教學(xué)內(nèi)容的目的。 然而由于設(shè)計問題的主體是老師，依然具有以老師為中心教學(xué)性質(zhì)。精心設(shè)計的引導(dǎo)問題不一定是學(xué)生所關(guān)切的關(guān)于課程內(nèi)容的疑惑，甚至超出部分學(xué)生的認(rèn)知范圍。 因此，傳統(tǒng)的PBL 教學(xué)模式對啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考的作用有限。 因此PBL 中的P 是不是每個學(xué)生所真正關(guān)切的問題極其重要。

1.3 課程知識無法內(nèi)化成自己的學(xué)識，考完便忘

學(xué)習(xí)是一個循序漸進(jìn)的過程，學(xué)生在整個課程的學(xué)習(xí)過程中都需要參與到課程中來，而不能只在最后臨近考試的兩周里進(jìn)行突擊學(xué)習(xí)。 學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，不應(yīng)該只是停留在“知識疑點(diǎn)—聽懂理解”這種層次，應(yīng)該更進(jìn)一步，即“知識疑點(diǎn)—聽懂理解—使用知識”的循環(huán)刺激?！皩W(xué)而不思則罔”，輸出是最好的學(xué)習(xí)，使用知識就是知識輸出的一個過程，所以學(xué)生一定要在自己聽懂的前提下，對知識進(jìn)行重新審視、重新探究和思考，形成對知識自己的理解，并且寫下來，寫即知識輸出。

1.4 考核方式過度依靠試題，忽略學(xué)習(xí)過程

大學(xué)的很多課程，部分同學(xué)只在最后臨近考試的兩周里瘋狂地死記硬背，應(yīng)付考試。 這種應(yīng)付考試的學(xué)習(xí)方式，所記憶的知識會在壓力結(jié)束的時候迅速化為烏有。 換句話說，如果我們考核學(xué)生的方式只是憑借最后做一套試題來進(jìn)行的話，對課程不感興趣的同學(xué)，課程結(jié)束后對課程內(nèi)容基本沒有印象；而感興趣的同學(xué)，很快也會隨著時間的流逝而忘記。當(dāng)前《嵌入式系統(tǒng)考試原理及應(yīng)用》理論課的考核方式一般是30%的平時成績和70%的期末考試成績組成。 平時成績又主要由考勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)組成。 其中30%的平時成績即為考核學(xué)習(xí)過程方法，作業(yè)多半是以課后習(xí)題為主、課堂表現(xiàn)也主要是考核學(xué)生上課回答問題互動的積極性。 無論是學(xué)生做練習(xí)題還是回答問題，學(xué)生都是處于一種被動的狀態(tài)，因為課后的習(xí)題或者教師的提問，不一定是學(xué)生所疑問的點(diǎn)，不一定是每個學(xué)生都需要探究的薄弱點(diǎn)。

2 具體的改革實施方案

針對以上的問題，本文提出“5 步教學(xué)法+2 個考核強(qiáng)化”的教學(xué)改革方案,技術(shù)路線如圖1 所示。

2.1 有監(jiān)督的疑問采集（第一步，課前）

讓學(xué)生預(yù)習(xí)相應(yīng)的課程內(nèi)容，提出自己和課程內(nèi)容相關(guān)的疑問點(diǎn)。 這些問題通過網(wǎng)絡(luò)工具進(jìn)行收集，常用的網(wǎng)絡(luò)收集工具有騰訊文檔收集表和問卷星等。需要注意的是，傳統(tǒng)課堂的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)通常是無監(jiān)督的，靠學(xué)生的主觀能動性，但是由于高校的教育特點(diǎn)，往往效果不佳，只有少數(shù)人會真正進(jìn)行預(yù)習(xí)。 這里我們采取將預(yù)習(xí)提問的質(zhì)量納入最終成績的考核，以監(jiān)督學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。《嵌入系系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課程內(nèi)容共6 章節(jié)，課前收集6 個班級的章節(jié)預(yù)習(xí)疑問，其中，每章節(jié)均收集超過152 個相關(guān)疑問（此處采用的是騰訊文檔在線收集器），收集方法如圖2 所示，收集結(jié)果的部分展示如圖3 所示。

圖1 “五步教學(xué)法+兩個考核強(qiáng)化”技術(shù)路線圖（左）

圖2 學(xué)生疑問收集方法

圖3 收集問題收集結(jié)果的部分展示

2.2 教學(xué)知識點(diǎn)與疑問進(jìn)行匹配分類（第二步，課前）

教師需要對每章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的知識點(diǎn)進(jìn)行歸納，同時將收集起來的學(xué)生疑問進(jìn)行分類，然后，將分類后的疑問與解決該疑問的知識點(diǎn)對應(yīng)起來，如圖1 中所示，形成“問題類—知識點(diǎn)”之間的對應(yīng)關(guān)系。最后，按照教學(xué)內(nèi)容順序進(jìn)行排列。

2.3 解惑而后授業(yè)（第三步，課中）

教師按照第二步得到的“問題類—知識點(diǎn)”序列，依次進(jìn)行講解。 講解過程以解決學(xué)生疑問為載體，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講授。以解決學(xué)生疑問為載體可以提升學(xué)生課堂參與感，同時讓學(xué)生有被關(guān)注、問題被回應(yīng)的感受，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 因為對同一個知識點(diǎn)不同的同學(xué)會有不同的疑問，因此教師教授的時候也可以從不同的角度剖析問題，同時對具體知識點(diǎn)講解的深淺也可以通過學(xué)生問題進(jìn)行把握，做到淺者不覺其深，深者不覺其淺的知識傳授，已達(dá)到針對不同基礎(chǔ)學(xué)生因材施教的效果。

2.4 以問題分組討論（第四步，課后）

學(xué)而不思則罔，課堂討論能讓學(xué)生通過其他同學(xué)對知識的理解重新對問題進(jìn)行思考，完善自己的認(rèn)知，加深對知識不同角度的認(rèn)識。 傳統(tǒng)課堂通常采用按照學(xué)號分組或者按照即時課堂座位分布進(jìn)行分組討論，本方案中根據(jù)第二步分類的結(jié)果進(jìn)行分組討論，把具有同類問題的同學(xué)分成一組，待授課完畢后，學(xué)生分別討論自己聽課前后對問題的理解是否通透了。

2.5 輸出討論報告（第五步，課后）

輸出是最好的學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生能通過語言或者文字清楚的表達(dá)對一個問題的理解時，才是他真正掌握和內(nèi)化這個知識的時候。對于問題的討論只是停留在理解層面，這是不夠的，還需要進(jìn)一步將理解的知識通過輸出進(jìn)行內(nèi)化。 因此課后需要學(xué)生提交討論報告，同時減輕傳統(tǒng)依靠課后習(xí)題作業(yè)的考核方法。每個學(xué)生把自己不懂的問題弄懂，而不是所有同學(xué)思考同樣的習(xí)題。 把傳統(tǒng)對于課后習(xí)題作業(yè)的考核，改變成對討論報告的考核，根據(jù)學(xué)生在報告中對知識的理解深度，進(jìn)行相應(yīng)的考核。 如此下來，對于每一章教學(xué)內(nèi)容，每一位同學(xué)都能從中內(nèi)化一個重要的知識點(diǎn)以及對知識點(diǎn)的拓展內(nèi)容，學(xué)習(xí)的過程貫穿整個教學(xué)周期，較傳統(tǒng)高度依賴期末試卷的考核辦法具有顯著的優(yōu)勢。 更重要的是，從疑問到聽懂再到最后輸出理解某個知識點(diǎn)，完成了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的收斂閉環(huán)。

2.6 兩個考核點(diǎn)的強(qiáng)化

最后，為了保障以上5 步操作的可行性和順暢性，需要加強(qiáng)兩個考核，即預(yù)習(xí)提問的考核和討論報告質(zhì)量的考核，這兩個強(qiáng)化的考核內(nèi)容剛好形成一個疑點(diǎn)知識解決的閉環(huán)，保障學(xué)生學(xué)習(xí)有始有終。

3 結(jié)語

以上“五步教學(xué)法+兩個考核強(qiáng)化”的教學(xué)方案改革作用如下：第一，能有效針對不同基礎(chǔ)的學(xué)生實現(xiàn)因材施教，使教學(xué)內(nèi)容深淺有章可循；其次，由于課堂上所講的內(nèi)容都是學(xué)生內(nèi)心的疑問點(diǎn)，針對性強(qiáng)，能提起學(xué)生的課堂積極性；第三，兩個強(qiáng)化的考核點(diǎn)，使學(xué)習(xí)知識的過程形成一個閉環(huán)，有效幫助學(xué)生內(nèi)化、理解、掌握知識；第四，每章一練，教與學(xué)貫穿整個教學(xué)周期，避免考試周突擊學(xué)習(xí)的弊端。 以上教學(xué)技術(shù)路線的改革，在教學(xué)實踐中開展應(yīng)用，《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》的課堂上學(xué)生的參與感明顯增強(qiáng)，善于深入探討問題，刨根究底；另外，參加校內(nèi)外嵌入式應(yīng)用相關(guān)比賽的人數(shù)增加，對理論的有效實踐能力明顯提升。