参与式学习在《嵌入式系统》课程教学中的应用

张云峰 王维维 汪松鹤

摘 要：为改善《嵌入式系統》课程教学效果，进一步提高教学质量，将基于BOPPPS模型的参与式学习方法应用到嵌入式系统相关知识点讲解，包含角色扮演、小组讨论、拼图等多种方法，增强了学生参与教学的积极性，便于学生对知识的理解并及时反馈教学效果。合理运用参与式学习方法，不仅有利于嵌入式系统课程教学效果的提高，而且对其它课程教学具有参考价值。

关键词：BOPPPS模型;参与式学习;嵌入式系统

DOI：10. 11907/rjdk. 182195

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）002-0219-03

Abstract： For improving teaching effectiveness and quality of embedded system， participatory learning based on BOPPPS is used. Participatory learning includes many ways， such as role play， group discussion， jigsaw and so on. Different ways are used in different knowledge points of embedded system. Because different ways are used in teaching， students become interested in this kind of form and participate actively. Through this way， students learn knowledge and teacher can gain instant feedback. Participatory learning can improve teaching quality not only for embedded system but also for other courses.

Key Words： BOPPPS model; participatory learning; embedded system

0 引言

2015年10月，教育部文件（教发[2015]7号）对“引导部分地方普通本科院校向应用型转变”提出指导意见，指出培养应用型人才，提高教学质量，是每个本科学校迫切需要解决的问题[1]。参与式学习克服了传统的“讲授与讨论”教学局限，有利于尊重学生的主体性，拓展学生思维的广度和深度[2]。BOPPPS[3]是北美高校推崇的一种教学模型，强调学生全方位参与式学习而不只是听讲，教师及时获得学生反馈信息以调整后续教学活动[4]。目前国内很多院校都开展了基于BOPPPS模型的教学改革，大多是围绕模型的各个阶段实现方式进行描述[5-13]，有些研究者还将BOPPPS模型与其它系统相结合设计新的教学模式[14-16]。嵌入式是一门实践性很强的技术，在通信、网络、e电子、工控、医疗等领域应用广泛。作为新兴的电子技术领域，嵌入式系统正逐渐成为许多高校的重点课程[17]。嵌入式系统是一门实践性非常强的课程，由于其涉及的概念较多、较抽象，学生普遍认为难学。BOPPPS模型中参与式学习是最主要的部分，而学者的研究偏重各阶段实现形式，具体方法提及较少。笔者重点研究了如何将参与式学习的相关方法应用于嵌入式系统课程的相关知识点教学，实践证明该方法能有效改善教学效果。

1 嵌入式系统教学现状

嵌入式系统课程是一门综合程度很高、软硬件结合紧密的课程。内容主要包括计算机工作原理、嵌入式系统开发软件基础以及嵌入式系统主要功能模块。由于院校课程改革，课时进行了压缩，学生在有限的课时内掌握如此多的教学内容具有一定难度。实验课时有限，知识点较多，只能开设一些验证性实验，学生通过实验只能了解基本的操作步骤和简单应用，不利于综合能力培养。此课程需要的先验知识较多（数字电路、程序设计等），而学生对前期知识掌握的程度不同;有的学生对此课程有兴趣，希望深入研究，而有的学生只为应付，学习目标与动力不相同，导致差别较大。

2 BOPPPS教学模型

BOPPPS模型根据人的注意力只能持续约15分钟的自然规律，将课堂教学内容切割为15分钟左右的多个教学小单元。每个教学小单元不仅具有“起承转合”功能，还要遵循“起承转合”脉络[18]。BOPPPS模型的教学理念是“以学生为中心，以应用为导向”，主要目的是通过各种形式活动，调动学生的学习积极性。

BOPPPS模型将教学过程分为Bridge-in导入、Objective或者Outcome目标、Pre-assessment前测、Participatory Learning参与式学习、Post-assessment后测和Summary小结6个阶段[19-20]，6个部分时间分配依次是参与式学习、后测和总结、导入，教学目标介绍及前测时间相对较少，大致的时间分配如图1所示。

3 参与式学习应用

参与式学习是BOPPPS模型的主要环节，授课时间比重最大，是课堂教学的核心。此部分需根据教学目标灵活运用多种教学技巧，实现从“洗耳恭听”到“主动参与”，进而实现从传统讲授向参与式学习的转变。

嵌入式系统很多内容只通过讲解不便于学生理解。针对嵌入式系统课程的不同教学内容采用不同的参与式学习方法，有利于改善教学效果。

3.1 角色扮演

角色扮演是学生参与活动学习知识的过程，包括问题概述、表演、讨论等环节，加深对知识的理解。

角色扮演实施方式是，首先由教师介绍问题并对原理进行基本讲解，选择各个角色对应的学生并对各个角色分工进行描述，介绍具体的表演过程;担任角色的学生在明确各自分工后开始角色扮演;基本过程结束后由教师对过程进行回顾，指出角色扮演过程的问题，在时间允许的情况下可以替换参与者，最后教师进行总结并让参与者分享体会。

在外设与主机进行数据传送方式中，无条件传送方式最简单，但也有一定限制条件，是学习其它传送方式的基础。角色扮演场景是让学生模拟CPU向接口传递数据，外接数码管根据信息显示传递过程。具体实施步骤如下：

（1）教师介绍基本执行过程。执行过程如图2所示，CPU将需要显示的字符按照一定的时间间隔通过总线传到接口的数据寄存器，作为外设的数码管根据数据寄存器信息进行显示，在传输信道和数码管没有出现故障时保证正常显示。

（2）选择学生并进行角色分配，角色分配及职能见表1。

（3）执行角色扮演。学生按照角色分工进行角色扮演，展示无条件传送原理。

（4）根据扮演情况进行总结。通过角色扮演使学生了解无条件传送基本原理，保证可靠传送的基本条件（线路和外设正常），以及此种传送方式的优点和不足，为编程实现及其它传送方式的讲解打下基础，进一步加深对端口的理解。

3.2 小组讨论

教师确定讨论话题，指定学生需要阅读的资料，准备问题并确定讨论规则;学生先进行分组，然后各自阅读资料并针对教师的问题进行讨论，讨论结束后每组指定代表汇报小组结论，最后由教师进行总结。

在分级存储原理教学中，教师提出3个问题：计算机存储器包括那些？为什么用分层存储？程序运行包括哪些过程？然后组织学生分组讨论，根据讨论结果进行汇总讲评。

3.3 实地考察

实地考察使学生获得无法在课堂上得到的资源，提供感官认识，更有利于课程学习。

实地考察实施方式是，首先教师向学生介绍考察目的，并积极与考察对象沟通，确定时间、地点、费用以及是否进行交流等;学生在考察前要理解考察目的，提前获得考察点信息，在考察过程中积极交流，尽量将见闻联系起来并在考察后进行讨论，能够分析解释获得的信息;最后教师进行总结并对后期学习提供建议。

在学习几种常用的接口技术如GPIO、中断、串口后，组织学员到应用嵌入式系统的企业参观。通过参观，学生大开眼界，对嵌入式系统的工业应用有了直观认识，能用自己学习的知识解释设备工作原理。通过此类活动，调动了学生科技创新的积极性和主动性。

3.4 拼图

拼图是一种基于研究的合作式学习技术，实施方式是教师将学生分成不同小组，每个小组指定一名负责人，将教学内容划分为多个片段，指定每组学生学习不同片段。经过一定时间准备，学生在基本领会各自分工后，让分派相同片段的学生重新组成“专家组”，通过各“专家组”讨论形成共识。“专家组”成员各自回到本小组，尽量保证整个小组对任务的理解，促进任务顺利完成。

将所学的GPIO、定时器、中断、串口等技术加以综合应用，开发一个基于串口和定时控制的流水灯响应系统。综合实验中采用拼图方法，5个人为一组，分别承担GPIO显示、定时器控制、中断响应程序、串口通信及程序联调。通过拼图方式，增强学生对分工及实施方式的了解，对综合实验目标及解决方案有更深入的理解，保证综合实验的顺利开展。

4 教学效果

通过将参与式学习方式引入课堂，学生的学习积极性有了明显提高，对知识的掌握程度也有所提高。学生主动与教师沟通，甚至对教学方式提出可行性建议。参与式方式的引入不仅调动了学生的学习热情，还激发了科技创新热情，大多数学生的期末考试成绩较以前有明显提高，部分学生在创新比赛中获奖。实践证明，基于BOPPPS模型的参与式学习有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。

5 结语

参与式学习是BOPPPS模型中的主要模块，本文只介绍了几种方式，事实上参与式学习方式还有很多（如头脑风暴、案例研究、辩论、专家咨询等），教师可以根据教学内容和课堂实际选择合适的方案。在运用参与式学习时，教师要注意参与式学习与其它部分的衔接关系、教师和学生的角色定位以及时间掌控等。

BOPPPS模型的基本结构部分是相互联系的，具体实施中可进行适当合并和调整顺序。教师要按照“以学生为中心，以产出为导向”的教育理念认真进行课程设计，灵活运用教学方法，促进教学质量提升。

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（责任编辑：杜能钢）