《嵌入式系統原理及應用》理論課實踐教學改革與探究

彭小松 舒秀蘭

（廣東海洋大學寸金學院，廣東 湛江 524000）

0 引言

《嵌入式系統原理及應用》是一門以《微機原理與接口技術》為基礎的專業必修課，是工科院校電子信息、電氣工程自動化等專業開設的課程。 隨著移動電子設備、物聯網技術的發展，嵌入式系統的產品幾乎涉及生產生活的方方面面，是智能制造的重要基礎技術之一。 ARM 微處理器以其結構簡單、低功耗、低成本、高性能等特點，在嵌入式移動設備市場的占有率上一騎絕塵[1-2]。 在此趨勢下，結合粵港澳大灣區產業鏈對嵌入式人才的需求[3]，廣東海洋大學寸金學院，基于培養應用型人才的辦校定位，開設以ARM 為載體的《嵌入式系統原理及應用》專業課程。 通過教師導學、學生參與編程實踐相結合的方式，不斷探索教學方法和模式的創新。

1 《嵌入式系統原理及應用》教學中存在的問題

1.1 學生基礎水平參差不齊，無法因材施教

《嵌入式系統原理及應用》是以《微機原理》課程為基礎知識的又一門專業必修課，前者是后者的擴展與提升課程。由于學生基礎課程知識的掌握程度不一致，如果教師按照自己的思路設計教學方案，一方面基礎薄弱的同學從開始便跟不上教學節奏而掉隊；另一方面基礎功底較好的同學會因為太容易而對知識產生疲倦感。因此學生基礎水平參差不齊導致以教師為中心的教學思路無法因材施教。

1.2 學生被動接受知識灌輸，積極性不高

當前主要的PBL 教學模式，第一步是由老師通過精心設計的引導問題，逐漸調動學生參與討論與探究[4-5]，從而達到傳授教學內容的目的。 然而由于設計問題的主體是老師，依然具有以老師為中心教學性質。精心設計的引導問題不一定是學生所關切的關于課程內容的疑惑，甚至超出部分學生的認知范圍。 因此，傳統的PBL 教學模式對啟發學生進行思考的作用有限。 因此PBL 中的P 是不是每個學生所真正關切的問題極其重要。

1.3 課程知識無法內化成自己的學識，考完便忘

學習是一個循序漸進的過程，學生在整個課程的學習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行突擊學習。 學生學習的過程，不應該只是停留在“知識疑點—聽懂理解”這種層次，應該更進一步，即“知識疑點—聽懂理解—使用知識”的循環刺激。“學而不思則罔”，輸出是最好的學習，使用知識就是知識輸出的一個過程，所以學生一定要在自己聽懂的前提下，對知識進行重新審視、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，忽略學習過程

大學的很多課程，部分同學只在最后臨近考試的兩周里瘋狂地死記硬背，應付考試。 這種應付考試的學習方式，所記憶的知識會在壓力結束的時候迅速化為烏有。 換句話說，如果我們考核學生的方式只是憑借最后做一套試題來進行的話，對課程不感興趣的同學，課程結束后對課程內容基本沒有印象；而感興趣的同學，很快也會隨著時間的流逝而忘記。當前《嵌入式系統考試原理及應用》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、作業和課堂表現組成。 其中30%的平時成績即為考核學習過程方法，作業多半是以課后習題為主、課堂表現也主要是考核學生上課回答問題互動的積極性。 無論是學生做練習題還是回答問題，學生都是處于一種被動的狀態，因為課后的習題或者教師的提問，不一定是學生所疑問的點，不一定是每個學生都需要探究的薄弱點。

2 具體的改革實施方案

針對以上的問題，本文提出“5 步教學法+2 個考核強化”的教學改革方案,技術路線如圖1 所示。

2.1 有監督的疑問采集（第一步，課前）

讓學生預習相應的課程內容，提出自己和課程內容相關的疑問點。 這些問題通過網絡工具進行收集，常用的網絡收集工具有騰訊文檔收集表和問卷星等。需要注意的是，傳統課堂的預習環節通常是無監督的，靠學生的主觀能動性，但是由于高校的教育特點，往往效果不佳，只有少數人會真正進行預習。 這里我們采取將預習提問的質量納入最終成績的考核，以監督學生的預習效果。《嵌入系系統原理及應用》課程內容共6 章節，課前收集6 個班級的章節預習疑問，其中，每章節均收集超過152 個相關疑問（此處采用的是騰訊文檔在線收集器），收集方法如圖2 所示，收集結果的部分展示如圖3 所示。

圖1 “五步教學法+兩個考核強化”技術路線圖（左）

圖2 學生疑問收集方法

圖3 收集問題收集結果的部分展示

2.2 教學知識點與疑問進行匹配分類（第二步，課前）

教師需要對每章節教學內容的知識點進行歸納，同時將收集起來的學生疑問進行分類，然后，將分類后的疑問與解決該疑問的知識點對應起來，如圖1 中所示，形成“問題類—知識點”之間的對應關系。最后，按照教學內容順序進行排列。

2.3 解惑而后授業（第三步，課中）

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

2.4 以問題分組討論（第四步，課后）

學而不思則罔，課堂討論能讓學生通過其他同學對知識的理解重新對問題進行思考，完善自己的認知，加深對知識不同角度的認識。 傳統課堂通常采用按照學號分組或者按照即時課堂座位分布進行分組討論，本方案中根據第二步分類的結果進行分組討論，把具有同類問題的同學分成一組，待授課完畢后，學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）

輸出是最好的學習。當學生能通過語言或者文字清楚的表達對一個問題的理解時，才是他真正掌握和內化這個知識的時候。對于問題的討論只是停留在理解層面，這是不夠的，還需要進一步將理解的知識通過輸出進行內化。 因此課后需要學生提交討論報告，同時減輕傳統依靠課后習題作業的考核方法。每個學生把自己不懂的問題弄懂，而不是所有同學思考同樣的習題。 把傳統對于課后習題作業的考核，改變成對討論報告的考核，根據學生在報告中對知識的理解深度，進行相應的考核。 如此下來，對于每一章教學內容，每一位同學都能從中內化一個重要的知識點以及對知識點的拓展內容，學習的過程貫穿整個教學周期，較傳統高度依賴期末試卷的考核辦法具有顯著的優勢。 更重要的是，從疑問到聽懂再到最后輸出理解某個知識點，完成了學生學習知識的收斂閉環。

2.6 兩個考核點的強化

最后，為了保障以上5 步操作的可行性和順暢性，需要加強兩個考核，即預習提問的考核和討論報告質量的考核，這兩個強化的考核內容剛好形成一個疑點知識解決的閉環，保障學生學習有始有終。

3 結語

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