翻轉課堂在“嵌入式系統”實驗教學中的應用

強云霄，武風波

（西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710054）

翻轉課堂在“嵌入式系統”實驗教學中的應用

強云霄，武風波

（西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710054）

“嵌入式系統”是一門多學科交叉、應用范圍廣、綜合性很強的專業課程，實驗在教學中占有很重要的地位。文章針對“嵌入式系統”實驗課程的特殊性及傳統教學模式中存在的問題，在“串口通信實驗”中應用翻轉課堂教學模式，通過課前準備、課中內化和課后總結3個環節的實施，能較大程度地提高學習效率和教學效果，從而為“嵌入式系統”實驗教學提供一個新的教學思路。

翻轉課堂；教學模式；嵌入式系統

翻轉課堂（Flipped Classroom，FC）是近年來新興的一種教學模式，也被稱為“反轉堂式教學模式”，就是在數字化、信息化的教學平臺中，教師提供錄制或現有的優質視頻、課程相關的文獻資料為主要形式的學習資源，學生在上課之前進行學習和測試，在課堂上教師幫助學生完成知識的內化、答疑解惑，師生一起完成協作探究和交流學習心得等活動的一種新型教學模式[1-2]。翻轉課堂作為混合學習模式的代表最早于2000年被提出，2011年可汗學院的創始人薩爾曼·可汗在TED大會上發表了“讓我們用視頻重新創造教育”演講，使它成為教育者關注的熱點。與傳統的教學模式相比，翻轉課堂具有鮮明的特點：（1）師生角色的轉變。學生是課堂活動的主體，教師是教學活動的引導者。（2）高效的學習資源。翻轉課堂利用教師專門制作的網絡教學資源來傳遞知識，更具針對性，可大大提高教學質量。（3）教學過程的自主性、靈活性。翻轉課堂以視頻方式傳授知識，能夠實現教學時間、進度的有效控制[3]。

1 “嵌入式系統”實驗教學現狀

“嵌入式系統”是一門多學科交叉、多領域融合的課程，前導知識很多，包括操作系統、微機原理、接口技術、通信網絡、數字電路等課程諸多的知識點，整個課程實踐性和應用性很強，在學習過程中，必須通過實驗環節來加深對“嵌入式系統”的認識[4]。“嵌入式系統”實驗教學模式將直接關系到學生對所學知識的掌握和應用。目前，“嵌入式系統”實驗教學主要采用傳統的教學模式，存在以下幾個問題。

1.1 教學手段落后，教學模式單一

目前，“嵌入式系統”的實驗教學采用多媒體演示，教師給出操作示范步驟，學生嚴格按照步驟操作，最后完成老師的作業。學生在實驗過程中大部分時間只是被動地接受知識，不能充分調動學生的積極性和創造性（自主性）。

1.2 學生差異性難以兼顧

傳統的教學模式把不同特質的學生按照統一固定的模式進行培養，嚴重忽略了學生的個性化。在實驗教學中，主要采用的是一個教師對一個自然班的學生，教師工作量大，課堂時間有限，無法兼顧到全體學生，導致水平能力不同的學生對實驗知識的掌握程度不同，嚴重影響了教學效果和學生對“嵌入式系統”學習的積極主動性，不利于學生智力和個性的長久發展[5]。

1.3 重結果輕過程

傳統的教學模式由于時間和資源的限制，教師往往直接用多媒體演示實驗步驟及內容，學生在實驗過程中只是簡單驗證了實驗手冊中的原理和代碼，并沒有深入理解ARM處理器內部模塊、外圍電路和軟件編程之間的關系，并沒有真正掌握“嵌入式系統”設計的方法，更無法鍛煉學生的獨立思考能力，課程結束后學生無法進行軟硬結合的“嵌入式系統”整體開發[6]。

2 “嵌入式系統”實驗翻轉課堂教學模式的應用

“嵌入式系統”是一門綜合性很強的專業課程，實驗在教學中占有很重要的地位，為此“嵌入式系統”的實驗教學要求為：（1）學生對“C”語言、微機原理等課程有較好的基礎。（2）熟悉配置嵌入式開發軟件平臺、掌握工作原理和開發流程。（3）了解ARM鍵盤、LED觸摸屏等的使用。（4）開設綜合型實驗，使學生具備自主解決問題的能力[7]。其實質是通過實驗讓學生掌握“嵌入式系統”開發的基本方法、技巧和手段，注重學生自主學習、獨立研究習慣的培養，從而具備“嵌入式系統”的軟、硬件設計和開發的能力。針對“嵌入式系統”實驗課程的特殊性，本文結合翻轉課堂教學模式，以“串口通信實驗”為例來分析翻轉課堂教學模式在“嵌入式系統”實驗教學中的應用。

2.1 實驗教學相關內容

“串口通信實驗”屬于“嵌入式系統”實驗中典型的驗證性實驗，要求學生掌握終端主要屬性及其設置方法、Linux環境下串行端口程序設計的基本方法。通過實驗著重培養學生的實驗能力、分析問題和解決問題的能力，而教學的重難點在于學生實驗操作技能和學生能力的培養。

2.2 基于翻轉課堂的實驗教學

根據翻轉課堂教學模式的特點，該實驗教學主要由課前（教學資源準備、學習）、課中（內容的深化）和課后（評測反思）3個部分組成（見圖1）。

圖1 翻轉課堂實驗教學模式

課前，是翻轉課堂教學的關鍵，教師收集或制作“串口通信實驗”相關教學資源并上傳至教學平臺，內容涉及Linux開發環境的設置、串口應用程序的編寫及應用程序的下載調試。

為學生提供的學習資源，要注意體現兩方面的學習目標，即有助于學生知識點的學習和解決綜合問題能力的培養[8]。因此，“串口通信實驗”教學資源應突出終端主要屬性及其設置方法，串口操作的相關函數（如寄存器和庫函數）及交叉編譯調試過程。之后，學生可根據自己的情況，選擇學習時間、地點觀看教學視頻、設備使用方法及實驗注意事項等。由于教師對學生課前學習情況無法實時把握，教師可以選取與實驗內容相關的習題，讓學生帶著問題去學習（學生必須熟悉串口通信原理，查閱ARM串口寄存器文檔等），教師也可根據學生完成情況事先調整課堂時間分配和實驗內容。

課中，是翻轉課堂的核心。該階段是課堂內容深化的過程，教師組織課堂活動實現學生對知識的理解和消化。“串口通信實驗”雖然屬于驗證性實驗，但也是ARM“嵌入式系統”諸多知識點的綜合運用，此時，教師只需用幾分鐘的時間講解實驗的關鍵步驟和注意事項，之后學生自行實驗，在此過程中教師要根據學生的預習情況和實驗情況一對一的方式指導實驗。在教學活動中，教師要充分利用協作討論的方式激發學生的學習興趣，充分發揮學生的主體作用。在進行串口通信實驗后，教師將學生分組，討論ARM串口寄存器參數的設置、開發板與宿主機nfs服務器如何掛載、串行端口終端（/dev/ttyS0）、控制臺終端（/dev/ttyn,/dev/console）的使用等。同時教師還要注重學生自學能力的培養，在教會學生獲取知識的同時，更要教會學生學習的方法[9]。實驗結束后，學生對Linux下串口編程、串口設備文件系統及交叉編譯調試等有了更深入的學習和理解。

課后總結，學生完成實驗報告，鞏固所學知識點。教師批改實驗報告，并及時反思實驗教學，把學生存在的問題和需要補充的內容通過網絡平臺和學生交流探討。不同的實驗內容側重點和教學方法不同，通過課后總結和反思，教師可以掌握適合學生的教學模式，高效發揮翻轉教學課堂的作用。

3 結語

將翻轉課堂教學模式應用于“嵌入式系統”實驗中，通過課前預習、課堂互動實現高效的實驗教學。這種新的教學模式能充分發揮“以學生為主體”的教育理念，培養學生的自主學習能力，激發其自主探索思考問題的能力，促進學生不斷地提升“嵌入式系統”開發設計和應用能力。

[1]焦仁寶，王桂蓮.基于翻轉課堂創新人才培養模式的探索[J].中國電力教育，2014（36）：68-69.

[2]黃琰，蔣玲，黃磊.翻轉課堂在“現代教育技術”實驗教學中的應用研究[J]，中國電化教育，2014（4）：110-114.

[3]鄒亮.翻轉課堂本科教學實踐效果的影響因素[J].現代交際，2016（4）：85-86.

[4]李偉，門佳.“嵌入式系統”實驗教學方法研究[J].青島職業教育學院學報，2014（1）：45-48.

[5]吳銀琴，陳錕.電子類本科專業“嵌入式系統”實驗教學改革和探討[J].計算機教育，2015（9）：61-63.

[6]陳怡.基于混合學習的翻轉課堂教學設計與應用研究[D].武漢：華中師范大學，2014.

[7]張輝，何青，劉錚.“嵌入式系統”實驗教學與改革[J].電器電子教學學報，2016（1）：135-137.

[8]馬秀峰，吳麗娜，毛荷.論翻轉課堂教學活動的組織及其教學策略的研究[J].中國教育信息化，2015（5）：81-85.

[9]危旦生.淺談中職計算機翻轉課堂教學策略[J].福建電腦，2016（12）：87-88.

Application of flipped classroom in the “Embedded System” experiment teaching

Qiang Yunxiao, Wu Fengbo
（Communication and Information Engineering School of Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China）

The “Embedded System” is a multi-disciplinary cross, wide range of applications, comprehensive and highly professional courses, and experiment plays an important role in teaching. In this paper, aiming at the particularity of the “Embedded System” experiment course and the existing problems in the traditional teaching mode, through pre-class preparation, class internalization and after-school summary of the implementation of three links in the “Serial Communication Experiment”. It turns out that can greatly extent to improve the learning ef fi ciency and teaching results, so as to provide a new teaching idea for the “Embedded System” experimental teaching.

flipped classroom; teaching mode; Embedded System

強云霄（1978— ），女，甘肅靖遠人，碩士，高級工程師；研究方向：無線通信的專業教學。