翻转课堂在“嵌入式系统”实验教学中的应用

强云霄，武风波

（西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054）

翻转课堂在“嵌入式系统”实验教学中的应用

强云霄，武风波

（西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054）

“嵌入式系统”是一门多学科交叉、应用范围广、综合性很强的专业课程，实验在教学中占有很重要的地位。文章针对“嵌入式系统”实验课程的特殊性及传统教学模式中存在的问题，在“串口通信实验”中应用翻转课堂教学模式，通过课前准备、课中内化和课后总结3个环节的实施，能较大程度地提高学习效率和教学效果，从而为“嵌入式系统”实验教学提供一个新的教学思路。

翻转课堂；教学模式；嵌入式系统

翻转课堂（Flipped Classroom，FC）是近年来新兴的一种教学模式，也被称为“反转堂式教学模式”，就是在数字化、信息化的教学平台中，教师提供录制或现有的优质视频、课程相关的文献资料为主要形式的学习资源，学生在上课之前进行学习和测试，在课堂上教师帮助学生完成知识的内化、答疑解惑，师生一起完成协作探究和交流学习心得等活动的一种新型教学模式[1-2]。翻转课堂作为混合学习模式的代表最早于2000年被提出，2011年可汗学院的创始人萨尔曼·可汗在TED大会上发表了“让我们用视频重新创造教育”演讲，使它成为教育者关注的热点。与传统的教学模式相比，翻转课堂具有鲜明的特点：（1）师生角色的转变。学生是课堂活动的主体，教师是教学活动的引导者。（2）高效的学习资源。翻转课堂利用教师专门制作的网络教学资源来传递知识，更具针对性，可大大提高教学质量。（3）教学过程的自主性、灵活性。翻转课堂以视频方式传授知识，能够实现教学时间、进度的有效控制[3]。

1 “嵌入式系统”实验教学现状

“嵌入式系统”是一门多学科交叉、多领域融合的课程，前导知识很多，包括操作系统、微机原理、接口技术、通信网络、数字电路等课程诸多的知识点，整个课程实践性和应用性很强，在学习过程中，必须通过实验环节来加深对“嵌入式系统”的认识[4]。“嵌入式系统”实验教学模式将直接关系到学生对所学知识的掌握和应用。目前，“嵌入式系统”实验教学主要采用传统的教学模式，存在以下几个问题。

1.1 教学手段落后，教学模式单一

目前，“嵌入式系统”的实验教学采用多媒体演示，教师给出操作示范步骤，学生严格按照步骤操作，最后完成老师的作业。学生在实验过程中大部分时间只是被动地接受知识，不能充分调动学生的积极性和创造性（自主性）。

1.2 学生差异性难以兼顾

传统的教学模式把不同特质的学生按照统一固定的模式进行培养，严重忽略了学生的个性化。在实验教学中，主要采用的是一个教师对一个自然班的学生，教师工作量大，课堂时间有限，无法兼顾到全体学生，导致水平能力不同的学生对实验知识的掌握程度不同，严重影响了教学效果和学生对“嵌入式系统”学习的积极主动性，不利于学生智力和个性的长久发展[5]。

1.3 重结果轻过程

传统的教学模式由于时间和资源的限制，教师往往直接用多媒体演示实验步骤及内容，学生在实验过程中只是简单验证了实验手册中的原理和代码，并没有深入理解ARM处理器内部模块、外围电路和软件编程之间的关系，并没有真正掌握“嵌入式系统”设计的方法，更无法锻炼学生的独立思考能力，课程结束后学生无法进行软硬结合的“嵌入式系统”整体开发[6]。

2 “嵌入式系统”实验翻转课堂教学模式的应用

“嵌入式系统”是一门综合性很强的专业课程，实验在教学中占有很重要的地位，为此“嵌入式系统”的实验教学要求为：（1）学生对“C”语言、微机原理等课程有较好的基础。（2）熟悉配置嵌入式开发软件平台、掌握工作原理和开发流程。（3）了解ARM键盘、LED触摸屏等的使用。（4）开设综合型实验，使学生具备自主解决问题的能力[7]。其实质是通过实验让学生掌握“嵌入式系统”开发的基本方法、技巧和手段，注重学生自主学习、独立研究习惯的培养，从而具备“嵌入式系统”的软、硬件设计和开发的能力。针对“嵌入式系统”实验课程的特殊性，本文结合翻转课堂教学模式，以“串口通信实验”为例来分析翻转课堂教学模式在“嵌入式系统”实验教学中的应用。

2.1 实验教学相关内容

“串口通信实验”属于“嵌入式系统”实验中典型的验证性实验，要求学生掌握终端主要属性及其设置方法、Linux环境下串行端口程序设计的基本方法。通过实验着重培养学生的实验能力、分析问题和解决问题的能力，而教学的重难点在于学生实验操作技能和学生能力的培养。

2.2 基于翻转课堂的实验教学

根据翻转课堂教学模式的特点，该实验教学主要由课前（教学资源准备、学习）、课中（内容的深化）和课后（评测反思）3个部分组成（见图1）。

图1 翻转课堂实验教学模式

课前，是翻转课堂教学的关键，教师收集或制作“串口通信实验”相关教学资源并上传至教学平台，内容涉及Linux开发环境的设置、串口应用程序的编写及应用程序的下载调试。

为学生提供的学习资源，要注意体现两方面的学习目标，即有助于学生知识点的学习和解决综合问题能力的培养[8]。因此，“串口通信实验”教学资源应突出终端主要属性及其设置方法，串口操作的相关函数（如寄存器和库函数）及交叉编译调试过程。之后，学生可根据自己的情况，选择学习时间、地点观看教学视频、设备使用方法及实验注意事项等。由于教师对学生课前学习情况无法实时把握，教师可以选取与实验内容相关的习题，让学生带着问题去学习（学生必须熟悉串口通信原理，查阅ARM串口寄存器文档等），教师也可根据学生完成情况事先调整课堂时间分配和实验内容。

课中，是翻转课堂的核心。该阶段是课堂内容深化的过程，教师组织课堂活动实现学生对知识的理解和消化。“串口通信实验”虽然属于验证性实验，但也是ARM“嵌入式系统”诸多知识点的综合运用，此时，教师只需用几分钟的时间讲解实验的关键步骤和注意事项，之后学生自行实验，在此过程中教师要根据学生的预习情况和实验情况一对一的方式指导实验。在教学活动中，教师要充分利用协作讨论的方式激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的主体作用。在进行串口通信实验后，教师将学生分组，讨论ARM串口寄存器参数的设置、开发板与宿主机nfs服务器如何挂载、串行端口终端（/dev/ttyS0）、控制台终端（/dev/ttyn,/dev/console）的使用等。同时教师还要注重学生自学能力的培养，在教会学生获取知识的同时，更要教会学生学习的方法[9]。实验结束后，学生对Linux下串口编程、串口设备文件系统及交叉编译调试等有了更深入的学习和理解。

课后总结，学生完成实验报告，巩固所学知识点。教师批改实验报告，并及时反思实验教学，把学生存在的问题和需要补充的内容通过网络平台和学生交流探讨。不同的实验内容侧重点和教学方法不同，通过课后总结和反思，教师可以掌握适合学生的教学模式，高效发挥翻转教学课堂的作用。

3 结语

将翻转课堂教学模式应用于“嵌入式系统”实验中，通过课前预习、课堂互动实现高效的实验教学。这种新的教学模式能充分发挥“以学生为主体”的教育理念，培养学生的自主学习能力，激发其自主探索思考问题的能力，促进学生不断地提升“嵌入式系统”开发设计和应用能力。

[1]焦仁宝，王桂莲.基于翻转课堂创新人才培养模式的探索[J].中国电力教育，2014（36）：68-69.

[2]黄琰，蒋玲，黄磊.翻转课堂在“现代教育技术”实验教学中的应用研究[J]，中国电化教育，2014（4）：110-114.

[3]邹亮.翻转课堂本科教学实践效果的影响因素[J].现代交际，2016（4）：85-86.

[4]李伟，门佳.“嵌入式系统”实验教学方法研究[J].青岛职业教育学院学报，2014（1）：45-48.

[5]吴银琴，陈锟.电子类本科专业“嵌入式系统”实验教学改革和探讨[J].计算机教育，2015（9）：61-63.

[6]陈怡.基于混合学习的翻转课堂教学设计与应用研究[D].武汉：华中师范大学，2014.

[7]张辉，何青，刘铮.“嵌入式系统”实验教学与改革[J].电器电子教学学报，2016（1）：135-137.

[8]马秀峰，吴丽娜，毛荷.论翻转课堂教学活动的组织及其教学策略的研究[J].中国教育信息化，2015（5）：81-85.

[9]危旦生.浅谈中职计算机翻转课堂教学策略[J].福建电脑，2016（12）：87-88.

Application of flipped classroom in the “Embedded System” experiment teaching

Qiang Yunxiao, Wu Fengbo
（Communication and Information Engineering School of Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China）

The “Embedded System” is a multi-disciplinary cross, wide range of applications, comprehensive and highly professional courses, and experiment plays an important role in teaching. In this paper, aiming at the particularity of the “Embedded System” experiment course and the existing problems in the traditional teaching mode, through pre-class preparation, class internalization and after-school summary of the implementation of three links in the “Serial Communication Experiment”. It turns out that can greatly extent to improve the learning ef fi ciency and teaching results, so as to provide a new teaching idea for the “Embedded System” experimental teaching.

flipped classroom; teaching mode; Embedded System

强云霄（1978— ），女，甘肃靖远人，硕士，高级工程师；研究方向：无线通信的专业教学。