基于翻轉課堂的嵌入式系統(tǒng)教學的改革與探索

鄒瑩 姜余祥

摘 要：嵌入式系統(tǒng)課程教學是一項理論與實踐結合的教學過程，本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)課程教學的基本特點，并結合翻轉課堂的理念，設置“課下自主實踐、師生交替翻轉”新型教學模式，通過多個教學環(huán)節(jié)的設計，在實踐教學過程中探索出一條有益的道路。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 翻轉課堂 教學方法

翻轉課堂（the Flipped Classroom）是一個全新的教育概念，它是指知識的傳授過程主要通過現(xiàn)代信息技術的輔助在課后完成，而知識的內(nèi)化過程則在課堂中由師生協(xié)助完成的“翻轉課堂”中來實現(xiàn)，這樣建立了和傳統(tǒng)授課方法的一個完全“翻轉”的教學過程。在翻轉課堂中，信息技術和活動學習為學習者構建出個性化協(xié)作式的學習環(huán)境，有助于充分調動學習者的自主性。本文作者在嵌入式系統(tǒng)教學中采取了“課下自主實踐、師生交替翻轉”的互動式授課方法，取得良好效果。

一、嵌入式系統(tǒng)教學的主要特點

嵌入式系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)中多個行業(yè)廣泛使用的熱門技術，各大高等院校都有相關的理論和實踐課程設置。然而，由于其涉及的知識體系綜合性較強，學科交叉度很高，因此，師生在授課和學習過程中普遍反映課程信息量太大，難以掌握重點，實踐效果不好。在通常的教學過程中，嵌入式系統(tǒng)課程體系一般分為理論和實踐兩個環(huán)節(jié)：在理論環(huán)節(jié)，一般講授較為抽象難懂的各種嵌入式硬件處理器體系結構以及軟件協(xié)議框架；在實踐環(huán)節(jié)，則多是指定相應的任務由學生實際操作編程實現(xiàn)。因此，在有限的教學實踐過程中，想要對嵌入式系統(tǒng)面面俱到是一件較為困難的任務，整個知識體系中各個內(nèi)容只能蜻蜓點水式的涉及到。

實際上，不同用人單位往往需要底層系統(tǒng)、驅動程序、網(wǎng)絡協(xié)議等等不同的知識基礎以及較為綜合的解決問題能力。學生在學習時，也常常會有自身的技術內(nèi)容偏好。這樣一來，課程內(nèi)容的設置與實際需求之間往往會產(chǎn)生一定的錯位，學習效果大受影響。

本課題組所在的學校是一所以應用為主的普通高校，其嵌入式系統(tǒng)課程體系設置了理論課程和實踐課程兩個互相呼應的內(nèi)容環(huán)節(jié)。在理論課環(huán)節(jié)中，主要涉及嵌入式系統(tǒng)基本概念、ARM處理器硬件體系結構、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式軟件應用、嵌入式驅動程序等多個方面，以某款嵌入式處理器為典型應用，側重講授與當前社會需求中的嵌入式系統(tǒng)基本概念、基本原理和核心設計等；在實踐課環(huán)節(jié)中，則以一個基本的嵌入式綜合設計案例為切入點，要求學生利用所學知識和綜合技能，解決擴展應用問題。在理論和實踐課的進行過程中，學生需要不斷自主吸收課外的有關內(nèi)容，才能達到課程任務要求。

二、“課下自主實踐、師生交替翻轉”的嵌入式系統(tǒng)教學

在計算機、電子、通信等專業(yè)中，根據(jù)專業(yè)要求的不同，嵌入式系統(tǒng)理論與實踐教學通常設置在2.5-4學分左右。課程通常設置在大三和大四第一學期進行，先修基礎較多，同時也是一項就業(yè)技能課程。學生在先修課中已經(jīng)掌握一些技能，經(jīng)過不同難度的內(nèi)容設置，已經(jīng)可以完成不同階段的自主實踐過程。為此，設置以下的教學內(nèi)容與環(huán)節(jié)。

（一）開放式教學內(nèi)容

針對嵌入式系統(tǒng)多樣化的特點，以ARM Cortex A8處理器為主要內(nèi)容，推薦若干教材與信息來源渠道，有效利用微課資源，介紹網(wǎng)絡開源社區(qū)，以師生共同學習的視角，通過圍繞若干個嵌入式系統(tǒng)應用的常見主題，構建工程設計氛圍，引導學生展開自主學習。

（二）課下自主實踐

布置一組自主實踐學習的題目，讓學生根據(jù)自己的興趣點進行自主選擇，完成課下的自主學習過程。多個方面的實踐題目覆蓋了課程中不同的技術要點，使得學生可以結合自身專業(yè)、興趣和發(fā)展方向在本課程中找到合適的立足點。例如計算機專業(yè)學生常選擇嵌入式GUI、嵌入式Web Server等內(nèi)容，而電子信息專業(yè)學生則傾向選擇Linux驅動程序等內(nèi)容，完成自主實踐。

（三）師生交替翻轉

師生交替翻轉課堂是翻轉課堂的進一步應用。如嵌入式Linux開發(fā)中在NFS概念的認識上，教師提出構建NFS的基本思路，讓學生利用自己的電腦自主搭建NFS共享平臺，再進一步翻轉，通過學生的學習結果，讓學生分享自己搭建平臺實現(xiàn)遠程嵌入式操作的基本過程，這樣不僅使學生理解基本的概念方法，還能夠讓學生通過體驗和分享的方式加深對概念的認識。

（四）與其他課程交叉結合

作為一門綜合而又抽象的平臺課，本課程可以與其他課程或領域交叉結合，通過增加實際應用的案例，有效提升學生對課程內(nèi)容的理解和掌握；通過課堂演示、大作業(yè)、開放式互動等方式，提高鞏固課堂效果。

1.與智能技術結合

AI人工智能技術，例如近年熱度極高的人機大戰(zhàn)等等案例，使學生產(chǎn)生極大興趣和熱情，從技術角度展逐漸開，使得講授過程中加深了對嵌入式系統(tǒng)性能與能耗之間的管理特性。

2.與Form編程結合

Form編程是計算機常見應用技術，但與嵌入式系統(tǒng)結合講授時，系統(tǒng)與應用的結合使很多不可見、難理解的要素，能方便的看到可視化結果，從而加強對嵌入式系統(tǒng)本身的認識和理解。

結語

翻轉課堂的理念在于強調基礎知識的主動掌握，更易產(chǎn)生問題驅動式的教學效果，而學生在課下的自主實踐則有助于加強理論與實踐的互通，使學生回到學習的主體。實踐表明，這種方法對學生的專業(yè)能力提升大有裨益，在嵌入式系統(tǒng)教學中取得了良好的效果。

參考文獻

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作者簡介

鄒瑩（1982—），男，博士，講師，研究方向：嵌入式機電控制系統(tǒng)。