地方應用型本科院?！扒度胧较到y原理與設計”微課程設計

鄧小武 張文 姚敦紅 鄧紹偉

摘 要：嵌入式系統是一個交叉學科，涉及到計算機科學、電子科學、通信和控制學科，存在知識點眾多、內容龐雜的問題。如何提高學生的嵌入式工程實踐能力和設計能力，以適應嵌入式行業要求，是嵌入式系統教學面臨的新課題。文中探討了微課的設計原則和優勢，結合嵌入式系統的特點，將微課用于嵌入式系統教學，解決現有嵌入式教學存在的問題。以提升學生工程實踐能力為目的，對此類課程的微課設計與教學進行改革，做了有益的探索與實踐。

關鍵詞：嵌入式行業;嵌入式技術;指導原則;微課設計;工程實踐;交叉學科

中圖分類號：TP317文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）01-0-03

0 引 言

目前，嵌入式產業在各個國家得到了迅猛發展。嵌入式系統正不斷地滲透到汽車、通信、消費電子、醫療和軍事等各個行業。這些行業對智能化設備的需求推動了嵌入式系統的快速發展，成為促進這些產業快速發展的中堅力量。嵌入式技術已經成為工業產品數字化改造、智能化增值的關鍵性、最核心技術。嵌入式產業已成為當前最受歡迎和最有發展前景的產業之一。同時，嵌入式開發工程師在IT領域供不應求，具有突出的優勢。為了滿足市場對嵌入式開發人才的需求，國內高校專業學科建設和嵌入式教學改革的步伐越來越快，嵌入式及相關專業在高校的普及和發展達到了前所未有的速度。然而，目前大多數高校仍沿用傳統的嵌入式人才培養模式，學生的工程能力與市場需求嚴重脫節，無法滿足市場需求。需要積極探索運用新方法對嵌入式系統教學進行改革，旨在提高學生的工程實踐能力。

微課程是指通過精心的信息化教學設計，以流媒體的形式，使學習者的自主學習獲得最佳學習效果的一種短而完整的教學活動[1]。微課程的形式為自主學習，目的是達到最好的學習效果。采用精心化和信息化教學設計，形式為流媒體，知識點或教學環節為其核心內容，播放時間短，但其實質為一個完整的教學活動。因此，對于教師來說，最重要的是要從學生的角度做微課，而不是從教師的角度，這體現以學生為本的教學理念。

微課必須做到“簡、短、用、新”：既要簡明、有針對性，又要言之有物，還要對用戶產生足夠的吸引力。微課內容精煉、學習方便、制作周期短，應時而需，敏捷、新鮮，又能針對特定應用場景，成為人們在傳統學習外的一種重要補充。

1 設計和制作微課的基本指導原則

雖然評價一節“微課”的標準尺度不一樣，但是一般來說，可以從選題、設計、呈現、技術、效果幾方面去評價微課。這涉及到：選題要有針對性，內容設計要科學合理，內容呈現要生動有趣，設計制作聲音和圖像展現清晰，應用效果是否讓人豁然開朗、學得通透。總之，微課必須要集中體現“以學為本，以學生為主體”的理念。要做“學生喜歡的微課”，是一種強調“用戶體驗設計”的理念。

設計和制作做好微課除了技術手段，還需注意以下幾點[2]。

（1）內容必須科學正確。微課程要提供高質量的學習內容，必須遵守學科規律，使內容科學準確，不能因為內容的規模和形式小而放棄內容的科學性。

（2）專注于一個知識點。由于微課程的內容具有精細化、教學內容聚焦度高的特點，可以更好地體現微課的價值。因此，最好堅持“一個微課，就講透一個點”。

（3）合理控制視頻時間。根據edx的大數據統計，不管視頻有多長，觀眾的實際觀看時間都不超過6 min，而視頻則持續6～9 min，這是一個拐點。對于較長的視頻，觀眾的觀看時間實際上不到6 min。因此，建議微課堂的時間控制在5～8 min內。

（4）設計好導學。“照本宣科”的做法并不是呈現微課內容的最佳方式。只有在微課中設計出引人入勝的導學，才能吸引人，激發學習者學習的積極性。一節微課導入的常用方法有設置問題導入、情境導入、實驗導入、故事導入、復習導入等。

（5）微課程內容要突出重點。特別是要把關鍵的概念、技巧和步驟講清楚。簡單的內容可以簡單扼要講，但重點和難點需要停下來詳細講。講解一個重要的概念，要明確如何講清楚它;在關鍵和核心技能的教學中，要循序漸進地示范;在解疑解惑的教學中，重點和關鍵點知識要講清楚和講透。

（6）要做到有始有終。使點題與總結相對應，從點題開始，以重點概括結束，以幫助學習者理清思路，做到首尾呼應。

（7）表現形式應該提升內容價值服務。做好音、畫、詞的協調，配合各種音、圖的比例和節奏。此外，在微課上適當添加各種提示信息。

2 嵌入式系統原理與設計微課

2.1 嵌入式系統教學與學習的特點

嵌入式系統融合了多門學科，主要內容內容來源于計算機科學和電子學。此外，還涉及控制、通信等學科的具體應用領域。在嵌入式系統的研究學習中，知識點多，內容復雜。因此，理論基礎與工程實踐相結合的方法在“嵌入式系統原理與設計”中具有十分重要的意義。在嵌入式系統理論的學習和教學中，需要保持清晰的知識脈絡，使各部分知識相對獨立。在嵌入式工程的實踐中，必須采取與理論知識相適應的循序漸進的實踐模式，保證學生在學習過程中逐步掌握相應技術的應用。

“嵌入式系統原理與設計”教學的根本目的是讓學生盡快學會更多、更完整的知識，掌握嵌入式工程中分析和工作的方法，增長工程技術經驗。從嵌入式系統構建構建角度將“嵌入式系統原理與設計”知識結構劃分如圖1所示。

2.2 嵌入式系統微課內容設計

對于一個初學者來說，在學習新知識時很難靜下心來閱讀大量的概念性敘述，應該從實踐的角度去理解嵌入式系統開發的理論基礎知識，突出重點，各個擊破，力爭從實踐的角度去找到與理論的吻合點。從如下兩個方面設計微課內容。

（1）理論與實踐相結合，在理論夠用，實踐為主的指導下，在講解嵌入式系統實踐開發所需要的理論知識時，同時適當丟棄部分初學者暫時不需要或很少用到的知識點，其目的是盡量突出學習重點。

（2）融合模塊化設計與系統設計。將“嵌入式系統原理與設計”的知識點劃分為若干較大的模塊，再將大模塊分成多個小模塊。模塊由簡單到復雜，并逐步完善。把較小模塊組成一個較大的系統，使學生能夠直觀地看到模塊化開發的全過程和實現過程。

嵌入式系統主要是由ARM處理器、嵌入式Linux操作系統和應用程序開發三大部分構成的。嵌入式Linux操作系統主要涉及到嵌入式Linux開發環境構建、調試技術、構建文件系統、內核修改與移植和設備驅動程序的設計;而應用程序開發根據具體應用領域諸如嵌入式Qt來開發應用程序，ARM處理器開發詳細內容如圖2所示。

基礎模塊主要涉及ARM核Magicarm270的一小部分理論基礎知識、ADS1.2集成開發環境和通用輸入輸出模塊編程[3]。提高模塊主要是對PXA270處理器啟動代碼分析、LCD控制原理進行分析，對每個模塊給出了一個具體的實現方法，并對其代碼進行分析。綜合模塊是由聯系緊密的基礎模塊和提高模塊構成，是基于基礎進行設計和開發的。

3 嵌入式系統原理與設計微課制作形式

根據微課和“嵌入式系統原理與設計”課程的特性，構建了以學生為中心，以學生的學習活動為主線，教師之間互動的嵌入式系統微課程教學模式框架。只有幫助學生實現知識的內化，才能保證微課教學模式的實施，才能構建與再生和諧學習環境[4]。微課程教學模式主要分為課前準備、課內強化、課后復習和課后實踐4個模塊，目的在于培養和提高學生的綜合工程實踐能力。嵌入式系統微課教學模式如圖3所示。

3.1 課前預習

通過微視頻教學資源進行自主學習。教師圍繞學習任務進行深入分析，設計和錄制“嵌入式系統原理與設計”微教學視頻以及制作課件、案例等相關素材，將其上傳到微課在線學習平臺，為學生提供有效的學習資源，滿足學生課前預習的自主學習任務的需要。在微課網絡平臺上，收集和整理學生反饋的問題，并互動討論區公布發布，為課堂的答凝解惑做好準備。學生根據自己的實際情況，不斷重復觀看視頻，然后獨立進行自學測試，并反饋給老師或提出自己的問題。為了更好、更系統地完成課前自主學習的任務，學生和教師應該在學習中進行交流和溝通。

3.2 課中強化

課堂上對嵌入式系統的模塊和對應的案例所用到的理論知識講解，對模塊存在的重難點進行重點分析，并對學生的課前學習情況進行反饋。在學習ARM處理器裸機編程的時候，不是一開始就講解和學習復雜的地址映射關系和ARM可執行文件的格式，而是學習對寄存器編程，控制I/O引腳，點亮LED燈，會使問題簡單化，學生對教學內容更容易消化、理解，從而提升教學效果。

3.3 課后復習

教學主要分為知識傳授和知識內化兩個階段。知識傳授主要通過課堂教學實現，知識內化主要依靠學生自身，通過課外學習和實踐。因此，課后鞏固復習也是進一步內化知識的關鍵環節。

3.4 課后實踐

課下加強練習，通過回放實踐教學視頻、撰寫實訓項目、拓展實訓項目等手段，培養和提高學生的工程實踐能力。例如在講解和做完定時器實驗項目后，可以設計如下兩個設計性實驗：

（1）操作系統定時器用于實現一個具有時間、分、秒功能的時鐘。要求每1 s通過串行口向PC機發送1次時間;

（2）設計一個定時報警器，在串口設置定時報警時間。

通過以上項目實踐，學生不僅能理解和掌握基本理論知識，將理論應用于實踐，而且能培養和提高自己的設計能力和工程實踐能力。

4 結 語

本文根據微課的優勢，結合“嵌入式系統設計與原理”課程特點和設計原則，并將其應用到嵌入式系統教學進行研究與探討。實踐表明微課應用于教學改革不僅是可行的，而且有效，教師主導作用和學生的主體地位得以體現。不僅能提高學生的學習興趣，還能調動學生自主學習的積極性，滿足個人的學習需求。

參 考 文 獻

[1]張一春.微課建設研究與思考[J].中國教育網絡，2013（10）：28-31.

[2]胡小勇.設計好微課[M].北京：機械工業出版社，2017.

[3]鄧小武.嵌入式系統教學模式的探索與實踐[J].物聯網技術，2017，7（7）：117-120.

[4]祁博.微課在計算機基礎教學中的應用[J].計算機教育，2014（24）：82-85.

[5]夏仲文.利用微課程 促進學科教學的應用研究與反思[J].中國信息技術教育，2012（11）：13-14.

[6]尋素華.淺析微課程開發在校內外的應用研究[J].中國電化教育，2013（9）：123-126.

[7]黃燕青.翻轉課堂中微課程教學設計模式研究[J].軟件導刊，2013（6）：157-159.

[8]聶捷楠.基于模型檢查的嵌入式軟件構件化分析與驗證[J].現代電子技術，2016，39（24）：63-65.

[9]李志軍，張子紅，王昊，等.以設計能力為主線的嵌入式系統教學改革[J].物聯網技術，2014，4（10）：92-93.

[10]秦子，廖慶亮，張錚，等.“新工科”背景下多方協同育人的納米專業實踐教學平臺構建[J].中國冶金教育，2019（3）：59-61.