基于BOPPPS教學(xué)模型的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究

單芳芳 劉伎昭

摘 要：本研究基于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，分析了BOPPPS教學(xué)模式及其6個(gè)階段，并以嵌入式系統(tǒng)課程中實(shí)時(shí)系統(tǒng)一節(jié)為例，探索BOPPPS模式中教學(xué)方案的設(shè)計(jì)，以提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生學(xué)習(xí)效果。實(shí)踐表明，采用BOPPPS教學(xué)模式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性以及提高嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量均有明顯效果。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);BOPPPS教學(xué)模型;實(shí)時(shí)系統(tǒng)

隨著電子和信息處理技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ν瓿扇蝿?wù)的計(jì)算機(jī)有著各自的要求。這些要求有力地推動(dòng)了嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)課程內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)核心課程。通過嵌入式系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握嵌入式系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試的基本方法和步驟，能夠完成嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)的移植與裁剪以及嵌入式應(yīng)用程序的編寫。

一、嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)常見問題

（一）課前引導(dǎo)不充分，教學(xué)目標(biāo)不清晰

作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的專業(yè)必修課，嵌入式系統(tǒng)課程涵蓋內(nèi)容廣泛，包括電子技術(shù)基礎(chǔ)、ARM處理器原理、匯編指令系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)等。其中，大部分內(nèi)容是技術(shù)性和設(shè)計(jì)型的，內(nèi)容枯燥，學(xué)生不易理解。教師在課堂中多只注重知識(shí)點(diǎn)的講解而忽略生動(dòng)的課前引導(dǎo)及教學(xué)目標(biāo)的闡述，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生也不清楚對(duì)于所學(xué)知識(shí)應(yīng)掌握到哪種程度。

（二）教學(xué)偏重理論講解，忽視知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用

教師在課程教學(xué)過程中偏重理論講解，忽視知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排不足，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性，缺少設(shè)計(jì)型和綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解流于表面，缺乏深刻認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致其在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的接口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序編寫等方面動(dòng)手能力差，進(jìn)而影響其學(xué)習(xí)的積極性。

（三）教學(xué)模式單一，學(xué)生“被動(dòng)”聽講

在嵌入式系統(tǒng)課堂上，教師多采用“傳遞—接受式”教學(xué)，僅把學(xué)生當(dāng)作聽眾，將知識(shí)點(diǎn)一股腦兒地“灌”進(jìn)學(xué)生的大腦，而學(xué)生則多“被動(dòng)”聽講，很少積極主動(dòng)地思考問題。這樣的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，無法有效提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

（四）教學(xué)反饋獲取滯后，難以及時(shí)把握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況

在嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)課堂上，教師較少能做到隨堂測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，多數(shù)教學(xué)效果要等到作業(yè)上交，甚至是期中、期末測(cè)驗(yàn)才能反饋給任課教師。教學(xué)反饋的滯后導(dǎo)致教師無法及時(shí)根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況調(diào)整教學(xué)的難度和進(jìn)度，進(jìn)而影響教學(xué)效果。

二、BOPPPS教學(xué)模型

BOPPPS教學(xué)模型是加拿大道格拉斯·克爾（Douglas Kerr）團(tuán)隊(duì)推出的以學(xué)生為中心的教學(xué)模型，其核心特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的全方位參與式學(xué)習(xí)和注重及時(shí)獲得學(xué)生的反饋信息。BOPPPS教學(xué)模型從創(chuàng)建至今，已被30多個(gè)國(guó)家的上百所大學(xué)及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)引進(jìn)實(shí)施，也成為目前高校教師培訓(xùn)中應(yīng)用最為廣泛的教學(xué)模型之一。在BOPPPS教學(xué)模型中，課堂的教學(xué)過程被劃分為導(dǎo)入（Brideg-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測(cè)（Post-assessment）和總結(jié)（Summary）6個(gè)環(huán)節(jié)。

在正式課堂教學(xué)開始之前的引言環(huán)節(jié)即導(dǎo)入階段，教師可通過分析與課堂內(nèi)容相關(guān)的案例，或者提出與課堂內(nèi)容相關(guān)的問題引入教學(xué)內(nèi)容。該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)在于吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生對(duì)本次課堂教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣。教師可采用的方法有案例分析、提問啟示、問題設(shè)疑等。

在成功激發(fā)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣后，教師應(yīng)當(dāng)清晰明確、言簡(jiǎn)意賅地向?qū)W生傳達(dá)課堂的學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生明白課堂學(xué)習(xí)知識(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容以及需要掌握的程度，了解所學(xué)知識(shí)的用途，從而把握課堂的學(xué)習(xí)方向。

明確學(xué)習(xí)目標(biāo)之后，教師需要對(duì)學(xué)生已掌握的知識(shí)基礎(chǔ)進(jìn)行前測(cè)，目的是了解學(xué)生對(duì)此次課程教學(xué)所需先導(dǎo)知識(shí)的掌握程度。教師可以根據(jù)前測(cè)的結(jié)果對(duì)即將講授的內(nèi)容深度和進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，學(xué)生亦可根據(jù)前測(cè)的結(jié)果了解自己的弱項(xiàng)，以便在課堂中集中精力解決難點(diǎn)問題。

在參與式學(xué)習(xí)階段，教師應(yīng)做到以學(xué)生為中心，采取各種教學(xué)策略，使學(xué)生積極主動(dòng)地思考，并能夠與教師進(jìn)行互動(dòng)，真正參與到學(xué)習(xí)過程中來。這樣能讓學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容，將教師講解的內(nèi)容消化吸收，變成自己掌握的知識(shí)。在該階段，教師可以采取引導(dǎo)學(xué)生提出疑問、組織學(xué)生分組討論等方式放慢講課節(jié)奏，給學(xué)生留出思考時(shí)間等，以達(dá)到參與式學(xué)習(xí)的最終目的。

在課堂教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后，教師應(yīng)該組織學(xué)生進(jìn)行后測(cè)，以評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，同時(shí)檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的完成情況。在該階段，教師可以采取試卷小測(cè)、讓學(xué)生表達(dá)自己的理解或撰寫短文等方式完成后測(cè)。后測(cè)的主要目的是讓教師能夠通過了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行反思，進(jìn)而對(duì)后續(xù)的教學(xué)過程進(jìn)行改進(jìn)和完善，以便達(dá)到更好的教學(xué)效果。

教師最后還應(yīng)該對(duì)本次課堂進(jìn)行總結(jié)。教師可以通過總結(jié)課堂內(nèi)容、回顧重點(diǎn)知識(shí)等方式幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固課堂所學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，教師應(yīng)向?qū)W生布置課后作業(yè)及下次課的預(yù)習(xí)任務(wù)。

三、基于BOPPPS教學(xué)模型的嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)課堂設(shè)計(jì)

結(jié)合嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，筆者以實(shí)時(shí)系統(tǒng)一節(jié)為例，采用BOPPPS教學(xué)模型設(shè)計(jì)課堂內(nèi)容，進(jìn)一步探討和實(shí)踐6個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式。

第一個(gè)環(huán)節(jié)是導(dǎo)入。教師應(yīng)對(duì)課堂的導(dǎo)入進(jìn)行靈巧、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，以實(shí)際生活中有趣的具體事例為切入點(diǎn)，自然地引出課堂即將講授的內(nèi)容。學(xué)生通常對(duì)新奇的、貼近生活的事例更為關(guān)注，因此，為迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在課堂的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師宜以實(shí)際生活中有趣的具體事例為切入點(diǎn)，引出即將講授的內(nèi)容，使其更具趣味性。比如，在講解嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)之前，先讓學(xué)生思考以下問題：如果你是汽車司機(jī)，在你倒車時(shí)，你的倒車?yán)走_(dá)探測(cè)到后方1米處有障礙物，20秒后向你發(fā)出警報(bào)，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(shí)打開音樂播放器播放音樂，點(diǎn)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(gè)問題中，倒車?yán)走_(dá)給出響應(yīng)信號(hào)越及時(shí)越好，一旦未給出響應(yīng)，將會(huì)帶來災(zāi)難性的后果。第二個(gè)問題中，點(diǎn)擊播放鍵后，若未及時(shí)播放音樂，最壞的后果是關(guān)閉軟件，重新啟動(dòng)即可，不會(huì)有災(zāi)難性的后果發(fā)生。在系統(tǒng)的輸入信號(hào)有效后，若系統(tǒng)未及時(shí)提供反饋，不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的后果。有兩個(gè)實(shí)例的對(duì)照，學(xué)生很容易區(qū)別實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的具體概念產(chǎn)生興趣。教師可以順勢(shì)根據(jù)第一個(gè)問題中系統(tǒng)的特點(diǎn)，在后續(xù)階段導(dǎo)入實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義。

第二個(gè)環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)目標(biāo)。明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)是教師授課以及學(xué)生學(xué)習(xí)的依據(jù)，學(xué)習(xí)目標(biāo)是否全面、準(zhǔn)確、可行將直接影響課堂的教學(xué)效果。BOPPPS教學(xué)模型強(qiáng)調(diào)， 學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)該是具體明確的，是可觀察、衡量的。學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)該包括誰（Who）將在什么情況下（Under what condition）學(xué)到什么（Will do what），學(xué)得如何（How well）。比如，實(shí)時(shí)系統(tǒng)這節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)可設(shè)定為：教學(xué)對(duì)象為計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)三年級(jí)學(xué)生，教學(xué)條件為完成計(jì)算機(jī)導(dǎo)論與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容為實(shí)時(shí)系統(tǒng)、基于查詢的實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)、基于中斷的實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)以及前后臺(tái)系統(tǒng)，教學(xué)要求為能夠記憶并描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)，能夠編寫符合實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)要求的程序。

第三個(gè)環(huán)節(jié)是前測(cè)。教師在授課前進(jìn)行前測(cè)，主要有兩個(gè)目的：一是了解學(xué)生對(duì)此次課堂教學(xué)所需先導(dǎo)知識(shí)的掌握情況，一是了解學(xué)生對(duì)即將講授內(nèi)容的掌握情況。根據(jù)前測(cè)的結(jié)果，教師可以判斷是否需要補(bǔ)充先導(dǎo)知識(shí)，同時(shí)把握此次授課的深度和進(jìn)度。嵌入式系統(tǒng)課程涉及的教學(xué)內(nèi)容多，對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)及動(dòng)手能力要求較高。先導(dǎo)課程C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理等課程的掌握情況將直接影響學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)中知識(shí)點(diǎn)的理解。比如，實(shí)時(shí)系統(tǒng)編程結(jié)構(gòu)要求學(xué)生對(duì)C語言有一定的基礎(chǔ)，教師以提問的形式了解學(xué)生對(duì)C語言中循環(huán)結(jié)構(gòu)的掌握情況，如果學(xué)生沒有掌握該知識(shí)點(diǎn)，教師則需要向?qū)W生補(bǔ)充循環(huán)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。

第四個(gè)環(huán)節(jié)是參與式學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)“傳遞—接受式”教學(xué)方式相比，參與式學(xué)習(xí)更加注重學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中的作用。參與式學(xué)習(xí)使學(xué)生從原來被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^思考、討論主動(dòng)吸收知識(shí)。在參與式學(xué)習(xí)中，一方面，教師可以通過啟發(fā)等方式與學(xué)生互動(dòng);另一方面，學(xué)生可以通過分組討論的方式參與到學(xué)習(xí)過程中。比如，在講解實(shí)時(shí)系統(tǒng)概念時(shí)，教師在導(dǎo)入階段例子的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生，通過強(qiáng)調(diào)“確定的時(shí)間內(nèi)”“完成指定任務(wù)”等關(guān)鍵語句，使學(xué)生進(jìn)一步理解實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義。在講解實(shí)時(shí)系統(tǒng)分類時(shí)，教師給出硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)、軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念，讓學(xué)生分組討論，并通過例子理解兩者的區(qū)別。

第五個(gè)環(huán)節(jié)是后測(cè)。在后測(cè)階段，教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)課程結(jié)束后，常通過兩種形式進(jìn)行檢驗(yàn)。一是課堂提問。讓學(xué)生回答以下問題。問題1：什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？請(qǐng)舉例說明。問題2：什么是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)？什么是軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)？二者有何區(qū)別？二是課后作業(yè)。讓學(xué)生用C語言實(shí)現(xiàn)基于中斷的實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同的知識(shí)類型，采取不同的方式實(shí)施后測(cè)。教師可以根據(jù)后測(cè)的結(jié)果，判斷本次課堂的教學(xué)效果，并通過分析課堂教學(xué)過程，對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行改進(jìn)。

第六個(gè)環(huán)節(jié)是總結(jié)。教師通過總結(jié)對(duì)本次課堂內(nèi)容進(jìn)行梳理，帶領(lǐng)學(xué)生回顧重點(diǎn)內(nèi)容，理清知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。本次課堂的總結(jié)包括以下內(nèi)容：以一個(gè)典型實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)例回顧實(shí)時(shí)系統(tǒng)定義;在實(shí)時(shí)系統(tǒng)定義基礎(chǔ)上加入約束條件，回顧實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類，如根據(jù)最后期限沒有滿足是否會(huì)帶來災(zāi)難性后果來判斷該實(shí)時(shí)系統(tǒng)是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)還是軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短決定來判斷該實(shí)時(shí)系統(tǒng)是弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)還是強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng);簡(jiǎn)要回顧三種實(shí)時(shí)編程結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)學(xué)科中一門對(duì)動(dòng)手能力要求比較高的專業(yè)課，涉及的先導(dǎo)知識(shí)內(nèi)容也比較多，如何提高嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)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(xué)過程中存在的問題，接著詳細(xì)介紹了BOPPPS教學(xué)模型的6個(gè)環(huán)節(jié)，然后按照BOPPPS教學(xué)模型的6個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)時(shí)系統(tǒng)的授課。實(shí)踐證明，BOPPPS教學(xué)模型能夠吸引學(xué)生積極主動(dòng)地參與課堂學(xué)習(xí)，同時(shí)能夠幫助教師改進(jìn)授課過程。

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責(zé)編：初 心