基于BOPPPS教學模型的嵌入式系統教學研究

單芳芳 劉伎昭

摘 要：本研究基于嵌入式系統教學中存在的問題，分析了BOPPPS教學模式及其6個階段，并以嵌入式系統課程中實時系統一節為例，探索BOPPPS模式中教學方案的設計，以提高教學質量及學生學習效果。實踐表明，采用BOPPPS教學模式對提高學生學習積極性以及提高嵌入式系統課程的教學質量均有明顯效果。

關鍵詞：嵌入式系統;BOPPPS教學模型;實時系統

隨著電子和信息處理技術的發展，計算機技術的應用范圍越來越廣泛，不同應用領域對完成任務的計算機有著各自的要求。這些要求有力地推動了嵌入式計算機技術的發展。嵌入式系統課程內容涉及計算機系統結構與計算機應用，是計算機科學與技術專業一門綜合性較強的專業核心課程。通過嵌入式系統課程的學習，學生應掌握嵌入式系統的分析、設計、開發、測試的基本方法和步驟，能夠完成嵌入式系統的設計、嵌入式操作系統的移植與裁剪以及嵌入式應用程序的編寫。

一、嵌入式系統課程教學常見問題

（一）課前引導不充分，教學目標不清晰

作為計算機學科的專業必修課，嵌入式系統課程涵蓋內容廣泛，包括電子技術基礎、ARM處理器原理、匯編指令系統、嵌入式操作系統和驅動程序設計等。其中，大部分內容是技術性和設計型的，內容枯燥，學生不易理解。教師在課堂中多只注重知識點的講解而忽略生動的課前引導及教學目標的闡述，無法激發學生的學習興趣，學生也不清楚對于所學知識應掌握到哪種程度。

（二）教學偏重理論講解，忽視知識點的實際應用

教師在課程教學過程中偏重理論講解，忽視知識點的實際應用，實驗課時安排不足，實驗內容多為驗證性，缺少設計型和綜合性實驗，使學生對所學內容的理解流于表面，缺乏深刻認識，導致其在嵌入式系統設計中的接口設計、驅動程序編寫等方面動手能力差，進而影響其學習的積極性。

（三）教學模式單一，學生“被動”聽講

在嵌入式系統課堂上，教師多采用“傳遞—接受式”教學，僅把學生當作聽眾，將知識點一股腦兒地“灌”進學生的大腦，而學生則多“被動”聽講，很少積極主動地思考問題。這樣的教學模式不利于培養學生的創新思維，無法有效提高學生解決實際問題的能力。

（四）教學反饋獲取滯后，難以及時把握學生對知識的掌握情況

在嵌入式系統的教學課堂上，教師較少能做到隨堂測試學生對知識的掌握情況，多數教學效果要等到作業上交，甚至是期中、期末測驗才能反饋給任課教師。教學反饋的滯后導致教師無法及時根據學生對知識的理解和掌握情況調整教學的難度和進度，進而影響教學效果。

二、BOPPPS教學模型

BOPPPS教學模型是加拿大道格拉斯·克爾（Douglas Kerr）團隊推出的以學生為中心的教學模型，其核心特點是強調學生的全方位參與式學習和注重及時獲得學生的反饋信息。BOPPPS教學模型從創建至今，已被30多個國家的上百所大學及培訓機構引進實施，也成為目前高校教師培訓中應用最為廣泛的教學模型之一。在BOPPPS教學模型中，課堂的教學過程被劃分為導入（Brideg-in）、學習目標（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）和總結（Summary）6個環節。

在正式課堂教學開始之前的引言環節即導入階段，教師可通過分析與課堂內容相關的案例，或者提出與課堂內容相關的問題引入教學內容。該環節的重點在于吸引學生的注意力，激發學生對本次課堂教學內容的學習興趣。教師可采用的方法有案例分析、提問啟示、問題設疑等。

在成功激發學生對課堂教學內容的學習興趣后，教師應當清晰明確、言簡意賅地向學生傳達課堂的學習目標，讓學生明白課堂學習知識的重點內容以及需要掌握的程度，了解所學知識的用途，從而把握課堂的學習方向。

明確學習目標之后，教師需要對學生已掌握的知識基礎進行前測，目的是了解學生對此次課程教學所需先導知識的掌握程度。教師可以根據前測的結果對即將講授的內容深度和進度進行調整。同時，學生亦可根據前測的結果了解自己的弱項，以便在課堂中集中精力解決難點問題。

在參與式學習階段，教師應做到以學生為中心，采取各種教學策略，使學生積極主動地思考，并能夠與教師進行互動，真正參與到學習過程中來。這樣能讓學生更好地理解所學內容，將教師講解的內容消化吸收，變成自己掌握的知識。在該階段，教師可以采取引導學生提出疑問、組織學生分組討論等方式放慢講課節奏，給學生留出思考時間等，以達到參與式學習的最終目的。

在課堂教學內容學習完成后，教師應該組織學生進行后測，以評估學生的學習效果，同時檢驗教學目標的完成情況。在該階段，教師可以采取試卷小測、讓學生表達自己的理解或撰寫短文等方式完成后測。后測的主要目的是讓教師能夠通過了解學生的學習效果對教學過程進行反思，進而對后續的教學過程進行改進和完善，以便達到更好的教學效果。

教師最后還應該對本次課堂進行總結。教師可以通過總結課堂內容、回顧重點知識等方式幫助學生進一步鞏固課堂所學內容。同時，教師應向學生布置課后作業及下次課的預習任務。

三、基于BOPPPS教學模型的嵌入式系統實時系統課堂設計

結合嵌入式系統課程的特點，筆者以實時系統一節為例，采用BOPPPS教學模型設計課堂內容，進一步探討和實踐6個環節的教學模式。

第一個環節是導入。教師應對課堂的導入進行靈巧、嚴謹的設計，以實際生活中有趣的具體事例為切入點，自然地引出課堂即將講授的內容。學生通常對新奇的、貼近生活的事例更為關注，因此，為迅速激發學生的學習興趣，在課堂的導入環節，教師宜以實際生活中有趣的具體事例為切入點，引出即將講授的內容，使其更具趣味性。比如，在講解嵌入式系統的實時系統之前，先讓學生思考以下問題：如果你是汽車司機，在你倒車時，你的倒車雷達探測到后方1米處有障礙物，20秒后向你發出警報，你能接受嗎？后果是什么？假如你在用辦公軟件撰寫論文，同時打開音樂播放器播放音樂，點擊播放鍵30秒后，音樂響起，你能接受嗎？如果30秒后，音樂仍未響起，后果是什么？第一個問題中，倒車雷達給出響應信號越及時越好，一旦未給出響應，將會帶來災難性的后果。第二個問題中，點擊播放鍵后，若未及時播放音樂，最壞的后果是關閉軟件，重新啟動即可，不會有災難性的后果發生。在系統的輸入信號有效后，若系統未及時提供反饋，不會發生災難性的后果。有兩個實例的對照，學生很容易區別實時系統和非實時系統的特點，同時對實時系統的具體概念產生興趣。教師可以順勢根據第一個問題中系統的特點，在后續階段導入實時系統的定義。

第二個環節是學習目標。明確的學習目標是教師授課以及學生學習的依據，學習目標是否全面、準確、可行將直接影響課堂的教學效果。BOPPPS教學模型強調， 學習目標應該是具體明確的，是可觀察、衡量的。學習目標應該包括誰（Who）將在什么情況下（Under what condition）學到什么（Will do what），學得如何（How well）。比如，實時系統這節課的學習目標可設定為：教學對象為計算機專業的大學三年級學生，教學條件為完成計算機導論與程序設計基礎、計算機組織與體系結構、操作系統、數據結構等先導課程的學習，教學內容為實時系統、基于查詢的實時編程結構、基于中斷的實時編程結構以及前后臺系統，教學要求為能夠記憶并描述實時系統、實時編程結構，能夠編寫符合實時編程結構要求的程序。

第三個環節是前測。教師在授課前進行前測，主要有兩個目的：一是了解學生對此次課堂教學所需先導知識的掌握情況，一是了解學生對即將講授內容的掌握情況。根據前測的結果，教師可以判斷是否需要補充先導知識，同時把握此次授課的深度和進度。嵌入式系統課程涉及的教學內容多，對學生的理論知識及動手能力要求較高。先導課程C語言、數據結構、計算機組成原理等課程的掌握情況將直接影響學生對嵌入式系統中知識點的理解。比如，實時系統編程結構要求學生對C語言有一定的基礎，教師以提問的形式了解學生對C語言中循環結構的掌握情況，如果學生沒有掌握該知識點，教師則需要向學生補充循環結構的知識。

第四個環節是參與式學習。與傳統“傳遞—接受式”教學方式相比，參與式學習更加注重學生的主動學習在教學過程中的作用。參與式學習使學生從原來被動接受知識轉變為通過思考、討論主動吸收知識。在參與式學習中，一方面，教師可以通過啟發等方式與學生互動;另一方面，學生可以通過分組討論的方式參與到學習過程中。比如，在講解實時系統概念時，教師在導入階段例子的基礎上引導學生，通過強調“確定的時間內”“完成指定任務”等關鍵語句，使學生進一步理解實時系統的定義。在講解實時系統分類時，教師給出硬實時系統、軟實時系統的概念，讓學生分組討論，并通過例子理解兩者的區別。

第五個環節是后測。在后測階段，教師根據教學目標對學生的學習效果進行檢驗。實時系統課程結束后，常通過兩種形式進行檢驗。一是課堂提問。讓學生回答以下問題。問題1：什么是實時系統？請舉例說明。問題2：什么是硬實時系統？什么是軟實時系統？二者有何區別？二是課后作業。讓學生用C語言實現基于中斷的實時編程結構。針對不同的知識類型，采取不同的方式實施后測。教師可以根據后測的結果，判斷本次課堂的教學效果，并通過分析課堂教學過程，對后續課程進行改進。

第六個環節是總結。教師通過總結對本次課堂內容進行梳理，帶領學生回顧重點內容，理清知識點之間的關系。本次課堂的總結包括以下內容：以一個典型實時系統實例回顧實時系統定義;在實時系統定義基礎上加入約束條件，回顧實時系統的分類，如根據最后期限沒有滿足是否會帶來災難性后果來判斷該實時系統是硬實時系統還是軟實時系統，根據響應時間的長短決定來判斷該實時系統是弱實時系統還是強實時系統;簡要回顧三種實時編程結構的優缺點。

嵌入式系統是計算機學科中一門對動手能力要求比較高的專業課，涉及的先導知識內容也比較多，如何提高嵌入式系統的教學質量及教學效果值得教師深入研究。本研究首先分析了嵌入式課程教學過程中存在的問題，接著詳細介紹了BOPPPS教學模型的6個環節，然后按照BOPPPS教學模型的6個環節設計并實施實時系統的授課。實踐證明，BOPPPS教學模型能夠吸引學生積極主動地參與課堂學習，同時能夠幫助教師改進授課過程。

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責編：初 心