基于教育學和信息化的計算機嵌入式課程綜合改革

趙明波 于瀟 鞏秀鋼 韓慧

【摘 要】隨著技術的飛速發(fā)展，基于教育心理學和信息化教學環(huán)境，進行了計算機嵌入式課程綜合改革。本文對教學改革所依據(jù)的教育心理學理論進行了闡述；教學改革實踐包括建立嵌入式課程群、改革教學內容，探索課堂互動教學模式、實驗環(huán)節(jié)、信息化建設和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)等方面。教育理論結合實踐，實現(xiàn)多種教學方法和手段的融合。

【關鍵詞】教育心理學；信息化；計算機嵌入式；教學改革

中圖分類號： G40 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0003-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.002

【Abstract】With the rapid development of technology，based on the theory of education psychology and the emerging of the information-based teaching environment，reform is practiced on embedded computer curriculums.This paper introduces the theory？of educational psychology.Teaching reforms include establishing group of embedded courses， reforming the teaching content，exploring the interactive classroom teaching mode，practice and experiment， informationization course construction and innovative students training，etc.Educational theory combines with practice，？to realize the combination of a variety of teaching methods.

【Key words】Educational psychology；Informationize；Computer embedded；Teaching reform

隨著技術的飛速發(fā)展，對大學計算機嵌入式方向的教育教學和人才培養(yǎng)提出更高的要求：內容需要更新、實踐能力和綜合素質也有更高要求，基于網(wǎng)絡的信息化技術不斷應用于教學。在這樣的形勢和環(huán)境下，大學的教學改革要面向社會需求，按照教育教學規(guī)律系統(tǒng)化進行。

現(xiàn)代教育心理學是指導教學的基本規(guī)律。三大理論——行為主義、認知主義和人本主義[1]，從不同側面闡述心理學在教育領域的規(guī)律。當代教育心理學又有新的發(fā)展。行為主義開始含有認知成份。積極心理學是人本主義的新發(fā)展，致力于研究人的發(fā)展?jié)摿兔赖碌目茖W，幫助發(fā)現(xiàn)并利用自己的內在資源，進而提升個人的素質和生活的品質[2]。以皮亞杰、維果斯基為代表的建構主義，打破了傳統(tǒng)教育心理的認識；皮亞杰認為，學習是一個互動的過程，在學習中學生主動構建知識結構；維果斯基認為，學生心理發(fā)展存在兩個水平，即現(xiàn)有發(fā)展水平和最近發(fā)展區(qū)，教學任務是讓學生在教師的幫助下達到“最近發(fā)展區(qū)”[3]。當代教育心理學開始更多地關注個體的認知、動機、情緒甚至情景，整合已經(jīng)成為教育心理學的主流趨勢。結合新的技術，未來的教育心理學將會是認知主義、人本主義和行為主義相互融合的一門學科[1]。教育心理學原理對教學技術和手段的實施起指導性的作用。

網(wǎng)絡信息化是以信息技術應用（包括多媒體、數(shù)字化、網(wǎng)絡化等）為顯著特征的新興教學形態(tài)[4-5]。信息化教學是學校教育變革的重要推動力量?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》中指出“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”，教育信息化被提上了歷史性的高度。

基于教育心理學和信息化教學環(huán)境，教師應該深入理解教育教學原理和規(guī)律，結合實踐綜合運用多種方法和技術，提高教學效果。學習模式是多樣化的，教學模式也應該多樣化。教育心理學教授保爾.科士納所說“教師用工具——可以是黑板、計算機、白板、課本；技術——可以是啟發(fā)性問題、小組協(xié)助、課堂講座；材料——學習內容，將三者結合起來實現(xiàn)好的教學?！盵7]

在教育心理學的指導下，基于現(xiàn)代信息化教學環(huán)境，我院的計算機嵌入式課程改革綜合運用多種方法和技術，從課程體系、教學內容、課堂和實驗教學模式、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)等方面進行了實踐和探索。

1 嵌入式課程群教學改革

1.1 教學內容改革

隨著數(shù)字時代的到來，嵌入式技術獲得廣泛應用。尤其是近幾年提出的物聯(lián)網(wǎng)概念，嵌入式技術是其實現(xiàn)和應用的關鍵。社會需求造成企業(yè)急需大批的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才。我院的計算機測控專業(yè)升級為嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，繼而又進一步發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)方向。主要課程也由《單片機原理及應用》為主擴充升級為以32位處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為特征的嵌入式系列課程。

結合嵌入式實踐應用和目前學校的實際條件，新建設了四門嵌入式專業(yè)方向課程：《嵌入式系統(tǒng)原理》、《嵌入式操作系統(tǒng)設計》、《嵌入式應用軟件開發(fā)》和《物聯(lián)網(wǎng)技術及應用》專業(yè)課程。由硬件到軟件，由底層到上層，形成了課程層次清晰、側重實踐創(chuàng)新能力的嵌入式教學體系。

基于面向應用的課程體系和培養(yǎng)應用型人才的目標，教學內容和教學重點根據(jù)實際應用需求進行適當選擇，并通過與相關技術企業(yè)保持密切聯(lián)絡以了解技術的應用和發(fā)展趨勢。設計授課方式，組織授課內容，做好課堂教學設計。教學內容根據(jù)邏輯關系和知識相關性作合理調整，由淺入深，便于理解和掌握。

1.2 課堂教學模式改革

基于建構主義理論，學習是一個互動的過程，是學生主動建構的過程。教學中多采用啟發(fā)式教學和互動式教學。基于現(xiàn)代積極心理學的沉浸式學習理論[8]，采取措施增進學習興趣、體驗學習成就感，對失敗挫折進行正確歸因，增強內部的學習驅動力，回歸學習的本質。

傳傳統(tǒng)的教學模式是課堂滿堂灌，學生課堂積極主動性不夠，教學效果不好。習題和作業(yè)普遍有抄襲的現(xiàn)象，很多學生不能獨立動手動腦練習以掌握要求的知識點。

改革后的課程采用理論學習和實踐并重的啟發(fā)式互動教學，在用實驗室開展教學。改革教學方式，增加動手實踐操作和練習，幫助學生理解和構建知識，提高實踐能力。更新教學內容，增加趣味性，激發(fā)學習興趣。課堂增加隨機提問和問答互動，進行啟發(fā)式教學。在課堂中保持適當?shù)膲毫?，促進注意力的集中。互動教學促使每個學生都能思考、練習，并鍛煉表達能力，能較好地調動學生的積極主動性、保持注意力。

1.3 實驗教學改革

在實驗室開展教學，每節(jié)課都有實踐操作內容。引導學生動手操作，從而增強學生的動手實踐能力和研發(fā)創(chuàng)新能力。實踐操作能夠幫助理解知識，并提高學習興趣。

（1）實驗安排根據(jù)教學進度做調整。原則是能夠幫助理解理論知識，提高學生的實踐能力。如匯編指令部分，原來的實驗安排是在全部講完指令系統(tǒng)、偽指令之后，再集中安排實驗。這樣的安排，使指令學習過程較為枯燥，缺少實踐調試。調整后的實驗安排，講授同步實驗。這樣學生會對指令的作用有切實的體會。熟悉了調試環(huán)境和工具，邊學邊調試，有助于指令的理解和學習。實踐調試調動學習興趣，并幫助理解知識內容。

（2）實驗教學模式改革。實驗流程：講解原理->提供例程->學生通過例程學習掌握->提出修改要求->學生動腦動手實現(xiàn)。該實驗流程基于維果斯基的教學支架理論[1]：教師搭建學習腳手架，幫助學生從現(xiàn)有發(fā)展區(qū)過渡到最近發(fā)展區(qū)；然后拆除腳手架，讓學生獨立完成知識的運用。每個實驗都有考核，采用小組學習+實驗演示+答辯方式。小組合作便于學生互助學習。答辯過程中運用提問，促使學生思考和進一步理解。

2 信息化技術與課程的深度融合

充分利用學校的網(wǎng)絡教學平臺，共享教學資源，開展網(wǎng)絡互動（論壇答疑、調查問卷等形式），實現(xiàn)傳統(tǒng)課堂與在線教學深度融合的混合式教學模式?；旌鲜綄W習（Blending Learning）[6]就是要把傳統(tǒng)學習方式的優(yōu)勢和e2Learning （即數(shù)字化或網(wǎng)絡化學習） 的優(yōu)勢結合起來， 也就是說， 既要發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用， 又要充分體現(xiàn)學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。目前國際教育技術界的共識是， 只有將這二者結合起來， 使二者優(yōu)勢互補， 才能獲得最佳的學習效果。

信息化教學實施的具體內容包括：

（1）在網(wǎng)絡教學平臺上完善課程介紹、教學大綱、教學日歷、教師信息等，確定課程定位與學習目標。

（2）提供豐富且高質量的與課程相關的網(wǎng)絡電子教學資源，便于學生自學和拓展知識面。包括：教學課件、實驗指導書、課外學習資料、例程源碼等。

（3）通過多種方法實現(xiàn)網(wǎng)絡教學互動。利用網(wǎng)絡論壇BBS組織答疑和討論；布置、批閱網(wǎng)絡課程作業(yè)（網(wǎng)絡作業(yè)能夠設置提交期限，督促學生及時復習和掌握要求的內容）；發(fā)布課程通知；進行問卷調查了解學生情況等。利用網(wǎng)絡平臺進行學生學風、個人規(guī)劃、教學建議的問卷調查，實現(xiàn)信息的收集、統(tǒng)計和分析，便于改進教學方式，對學生進行有針對性的指導。QQ群對教學特別是學科競賽和分組學習有較大的作用，方便組建討論組，適合小組討論。網(wǎng)絡平臺的答疑討論論壇有資料歸檔優(yōu)勢，QQ群有即時通信的優(yōu)勢，結合二者的長處，充分為教學服務。

（4）進行小組協(xié)作探究性學習。結合嵌入式比賽，班內組建了多個設計小組。利用業(yè)余時間進行設計并參賽。小組協(xié)作探究式學習，是建構主義教育理論所提倡的，增強學生的學習能力、創(chuàng)新能力和團隊合作。

進行課程的信息化建設，利用多種方式加強網(wǎng)絡互動，引導學生進入課程進行自主學習?，F(xiàn)代信息技術和網(wǎng)絡教學平臺應用于教學，跨越時間和空間的制約，拓展了教學的資料共享和互動交流方式

3 學生人才培養(yǎng)的教育探索

3.1 提高學生實踐創(chuàng)新能力的改革和探索

企業(yè)所需要的嵌入式工程人員，不僅僅要有扎實的理論基礎，更要有豐富的實踐經(jīng)驗。教學團隊廣泛參考資料[9-10]，逐步探索，以教學實驗、課程設計、綜合實訓、畢業(yè)設計、大學生創(chuàng)新項目、嵌入式競賽等多種形式，形成立體、多層次的實踐教學體系，適應以就業(yè)為導向，以能力為本位的人才培養(yǎng)需求，突出培養(yǎng)“技能型、應用型、實踐型”的人才。

每年組織學生參加嵌入式大賽，并開放嵌入式實驗室，讓學生有創(chuàng)新設計的環(huán)境。技術創(chuàng)新競賽是高校前沿技術交流以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)與就業(yè)的一種教學補充和檢驗的重要方式。這種技術創(chuàng)新大賽，極大推動了嵌入式系統(tǒng)設計、軟件技術開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)實踐教學的發(fā)展，激勵了許多學生在這方面創(chuàng)新成果的涌現(xiàn)。參賽和演示也加強了高校之間學術交流與合作，并形成了高新技術企業(yè)選拔優(yōu)秀的科技人才與解決學生就業(yè)的一個精彩舞臺[11]。

在2014-2018年嵌入式物聯(lián)網(wǎng)大賽中，我院嵌入式方向獲得國家級二等獎1項，國家級三等獎5項，省級特等獎1項，省級一等獎15項，二等獎18項和三等獎2項，總成績居我省高校前列。創(chuàng)新競賽使學生培養(yǎng)質量有明顯提高，也有助于教學案例的積累和課程建設。

3.2 改善學習動機、實施勵志激勵措施

在教育教學過程中的運用多種心理學原理，特別是積極心理學規(guī)律，通過心理技術手段激發(fā)學生學習興趣，引導增進學習的內在驅動力，改善學習動機[12]。遇到困難、壓力和挫折時加強引導和正確歸因，增強心理韌性。比如：用嵌入式大賽、電子競賽參賽隊員的努力拼搏、堅韌堅持的學習事跡，激勵學生奮發(fā)向上、努力進??；給學生推薦哈佛的“幸福課”公開課和關于積極心理學的有關資料和網(wǎng)址，了解和運用積極心理學，引導學生快樂學習，享受心流體驗和學習過程；組織優(yōu)秀畢業(yè)生和嵌入式參賽隊員給在校同學做個人成長和學科專業(yè)報告，引導同學恰當選擇專業(yè)方向；通過網(wǎng)絡和QQ群，推薦分享資料，互動交流?，F(xiàn)代心理學認為個體的認知、動機、情緒和師生關系對學習有重要的相關性，在教育教學中是不應忽視的一個重要方面。

4 結語

現(xiàn)代教育心理學對教育教學活動有指導性作用。網(wǎng)絡信息技術應用于教學，方便分享資料、討論交流，跨越時間空間。計算機及嵌入式技術發(fā)展很快，教學內容要緊跟技術發(fā)展，實現(xiàn)更新升級。課堂教學增強師生互動，引導積極思考，提高專注力，提高教學效率。實踐是增進知識理解，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。創(chuàng)新競賽使學生培養(yǎng)質量有明顯提高。新的教學方式、教育模式要在實踐中不斷嘗試和反思總結，實現(xiàn)多種教學方法和手段相融合，提高教學效果。

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