嵌入式系統課程三維一體教學方法總結與反思

王瑞敏，董衛宇，王奕森

(戰略支援部隊信息工程大學網絡空間安全學院，河南 鄭州 450000)

0 引言

我校嵌入式系統設計課程是計算機科學與技術、網絡工程專業和信息安全專業學員的必修課，融會了數字邏輯電路、計算機組成原理、微型機原理、操作系統等課程知識體系,具有很強的系統性。本課程教學目標是培養學生樹立計算機系統思維，使學生形成由硬及軟的知識鏈條，提升學生的軟硬件協同設計能力，為從事嵌入式系統設計、開發及安全等相關工作打下堅實基礎。由于嵌入式系統設計之類的硬件課程存在環境搭建復雜、學習周期較長等特點，學員在學習過程中容易產生畏難情緒，制約了學生計算機系統思維的建立。

根據本課程特點及學情分析，我校以學生為中心，采用慕課、直播授課的線上教學以及翻轉課堂的線下教學，對教學模式、線上教學活動、線下實體課堂教學、教學效果等教學要素進行了深入探討，取得了良好的教學效果。

1 嵌入式系統課程教學中存在的問題

計算機類專業課程設置一般從軟件算法入手，使學生掌握一定的高級語言編程知識，以解決應用問題來鍛煉學生的程序思維。嵌入式系統課程是一門軟硬件結合的課程，要求學生能夠遵循計算機系統的工作原理以軟件方式來操縱硬件，需要學生建立計算機系統思維。因此，訓練學生熟悉系統的軟、硬件開發環境、調試方法和開發過程，補足學生在硬件方面的知識，實現學生由程序思維向系統思維的過渡，是嵌入式系統課程需要解決的首要問題。

嵌入式系統課程采用混合式教學也存在一定的問題，如線上線下教學融合不夠緊密，存在脫節現象。學生在線上學習過程中，教師很難及時發現學生的學習狀態和情緒，學生學習中沒有老師課堂上提醒和激勵，很難促進師生互動。而很多線下教學則重復了線上教學工作，增加不必要的課程時間，使得學生疲于學習卻無法掌握知識的內在關聯。

2 “慕課+直播授課+翻轉課堂”教學方法

針對以上嵌入式系統課程教學中的問題，我們在充分考慮課程特點、線上教學特點和技術條件的基礎上，對線上利用慕課資源、特色內容采用直播授課、研討內容翻轉課堂的三維一體混合式教學開展探索，目標是融合軟硬件基礎知識體系，讓學生建立嵌入式系統設計的整體概念，形成計算機系統思維。具體的做法包括：

●精選慕課資源。教師精挑細選網上公開的課程資源，包括愛課程、學堂在線等教學平臺資源，促使學生注冊賬號，在課前、課后不同時間段開展線上自主學習，靈活安排學習進度，夯實課程相關的基礎知識。

●直播特色內容。教師根據學生的學情分析，貼近現實，解決實際問題，重點講解難點、疑點和特色內容。

●線下翻轉課堂。設定具有現實意義的任務，引導學生開展研討，提高學生自我認知、自我促進的能力，指出學生學習短板，有效彌補線上學習不足。同時學生在線上自主學習中，如果有疑惑和問題，通過線下課堂研討解決問題。

3 線上教學活動設計

3.1 科學設計教學，明確教學目標

科學設計教學計劃，做好嵌入式系統課程學情分析，明確教學目標，不僅有利于學生在學習過程中明確通過本門課程學習可以完成哪些內容，還能間接的幫助學生建立知識體系。為此，我們設定了有針對性的學習目標，面向不同程度的學生制定不同層次的學習目標。

3.2 緊前發布資源，布置課前任務

根據設計任務的需要配置學習資源，選擇提供線上資源或教師自己錄制的視頻。根據不同任務需求由教師動態給學生配置合適的學習資源，從而指導和支持學生的學習。

依據教學進度和教學計劃發布教學視頻、文獻、文檔、課件等資源，利用“班級通知”功能，向學生發布課前學習任務。任務包括基礎題和拓展題，不僅能夠滿足自學能力強的學生求知欲，而且也能對學習能力差的學生提供進步的空間，課前的任務的設置要達到吸引所有學生的效果。

3.3 直播授課，解決知識難點、疑點

直播是面向有教學特色的內容進行授課，教師對特色內容進行針對性講解，突出重點，攻克難點，解決疑點。可以通過釘釘、騰訊課堂等平臺的直播功能，采用圖片、語言、文字、視頻、提問等綜合形式，建立課堂教學直播區，同時教師應該避免枯燥無味的講授，引導學生進行回答問題，讓學生在直播課堂中有參與感。

3.4 課后在線測，進行反思和評價

課后教師對學生學習效果再次檢測，通過測試讓學生對標自己學習的不足并加以提高。同時教師也能通過課后測試檢驗教學過程的不足，傾聽學生對課堂教學的建議。以此為依據，教師可以有機會不斷改進教學中的手段和方法，提高自己教學水平，達到教學相長的效果。

4 線下實體課堂教學設計

4.1 補充線上授課內容，增設線下特色教學

認真聽取學生的意見，了解學生課程線上學習的程度，讓學生主動收集相關資料和信息，為參與實體教學活動做積極的準備。在線學習主要包括通識的內容、基礎的內容，對于有特色的內容進行課堂教學，對于新技術前沿的內容安排在課堂討論，線上和線下教學既有交叉，也有層次，使在線學習和課堂教學各具特色，互為補充。

4.2 創設互動的課堂教學，調動學生學習積極性

設計有趣生動、氣氛活潑的課堂教學，點燃學生的學習熱情，激發學生的學習動力，使學生積極參與到教學活動中來。

在具體的課堂教學過程中，讓學生根據小組分工，把自己掌握的知識教給其他學生，通過教的過程，使自己更好地掌握所學知識。學生之間的每一次互動交流就是一塊“試金石”，能夠檢驗出不足之處及問題所在，從而進一步激發自己更加努力。所以有效的互動課堂教學是引導學生主動學習、敢于總結、不斷反思的過程。從而將傳統的“填鴨式”、“灌輸式”的教學轉變為教師做引導、學生自主學習的創新課堂。

4.3 激發學生創新思維，以競賽提升實踐動手能力

針對嵌入式系統課程學習過程中容易產生的理論與實踐可能脫鉤、缺乏實踐動手能力等問題，搭建基礎實驗、綜合實驗、開放創新實驗等多層次實踐內容，將實驗按照預估難度進行評級，從易到難分為五個級別。通過將嵌入式系統實踐內容進行詳細劃分，必須要求所有學生完成基礎實驗，鼓勵學習程度好的學生完成綜合性實驗，組織不同特點的學生組成團隊，參加校外開放創新實踐活動，通過不同的教學實踐活動，鍛煉學生的動手能力。將大學生校外學科競賽引入教學中，作為學生在校的一次創新實踐，讓學生能夠走出校門和全國高校的學生比賽，不僅將課程理論基礎靈活運用于實踐操作中，而且還開拓了學生的視野。

5 教學效果反思

5.1 延伸了學習的時間和空間

“線上”的教學不再是對線下教學的補充，而是教學環節中不可缺少的一部分。“線下”的教學是對傳統課堂教學的變革，是超越了時空限制而開展的教學研討。對傳統教學的時間和空間都進行了延伸，不再局限在教室，不再局限在八小時之內從事“教”和“學”，知識的傳授和學習變得更加靈活。教學的時間不局限于固定的學時，拓展了教與學的新思路，開辟了教師與學生溝通的新途徑。

5.2 充分利用公開的教學資源

愛課程、學堂在線、B 站等公開的教學視頻中有大量的優秀的數字教學資源，教師根據學生的專業和發展選用優秀的教學資源，減少教師整合重復的教學資源時間，集中對重點、難點和疑點的內容進行設計，使得多類型的教學內容達到互補，學生既學習了系統的知識體系，又獲得了大量的信息資源。

5.3 加強了過程性考核

本課程考核綜合了課前測試、課中考核、課后在線測、期末考試及實踐考核等多種類型的考核方法，檢驗了學生的學習過程，使學生在考核中及時地發現知識掌握程度和階段性學習成效，讓學生更加了解自己的學習不足之處，從而對自我進行評估。

6 結束語

本文提出的三維一體的混合式教學方法是將教師的教授、學生的學習、知識的探究等一系列活動融合到教學過程中，培養了學生在學習嵌入式系統課程中的系統思維，解決了傳統的線上線下教學脫節的問題。該方法在信息工程大學連續三屆計算機科學與技術專業學生中推廣，減少了教師重復性工作，提高了教師教學效率，激發了學生學習的熱情，提高了學生的成績，達到提升教學質量的目標。在今后的教學中，繼續深化教學改革，研究混合式教學新思路，增加特色教學案例，并將本文提出的三維一體教學方法推廣到其他課程中。