嵌入式系统课程信息化教学的研究与实践

李 昕 辛元芳 邢丽坤 郭来功

（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南232001）

0 引言

嵌入式系统课程是电气类专业的一门实用性强、知识更新快、内容与工程实际应用紧密联系的综合性交叉课程，课程目标是要求学生能够综合运用电路设计、编程语言等知识，进行软硬件协同设计并实现嵌入式应用系统，培养学生具备实践应用的技能和工程开发的能力[1]。但传统课堂主要采用讲授模式，课堂形式单一，课程学时有限，这种教学模式中学生是被动地接受知识，长此以往会消磨学生的好奇心，降低学习的自主性，降低学习的能动力，非常不利于学生的长远发展。

1946年，美国的教育家埃德加·戴尔提出了经验金字塔的理论教学模型，它包括了音视频、多媒体等多种教学手段，美国缅因州国家训练实验室以百分比形式给出了学习金字塔模型的定义，给出了初次学习者采用被动学习和主动学习的两种方式的学习效果对比，采交互式、参与式主动学习模式，在学习结束后两个星期，学生对学习内容平均留存概率明显高于传统被动式教学，其中“向别人讲授”学习方式平均留存率最高，可达90%[1]。利用信息化教学手段，充分利用了大数据、人工智能等优势，可以更为便捷地实现音视频、多媒体等教学手段，可以更为容易地实现主动学习模式，更为高效地培养了高质量的现代化人才。

1 传统教学中存在的问题

1.1 课堂形式单一枯燥

《嵌入式系统》课程是电气类专业的一门专业课，教学方式多以板书结合多媒体课件的形式进行讲授。教学的过程是先对体系架构、硬件结构、程序设计、扩展接口进行理论讲解，然后结合实例进行分析应用。嵌入式系统的体系结构这类知识点内容抽象，较难理解，学生容易“学过就忘”。而对于片上外设等内容则需要通过实验操作才能理解得更透彻，但是由于实验室受场地和时间的限制，学生除了实验课外，课后很难会有机会动手实践进行硬件设计[3]。此外，由于受就业环境的影响，学生对软件编程更感兴趣，而冷落硬件设计，因此，对硬件方面理解得不够深入，反而限制了软件设计的优化，导致在软硬件结合方面出现了较严重的脱节现象[4]。由于实践经验太少，实际操作不熟，学生会出现空有理论知识难以应用开发设计的现象。在这种教学形式下，学生对理论知识的理解难度大，实践应用能力也不能得到很好的锻炼，导致最终呈现的教学效果较差。

1.2 教学空间时间受限

课程的教学时间往往是固定的，学时也有限制的，但嵌入式系统教学内容繁杂，对理解能力较弱、接收能力较慢的同学，有限的教学时间，较难掌握教学的主要内容。在学习嵌入式系统课程前建议先学单片机，微机原理等课程，但基于学制年限以及专业特色等因素，这几门课程会在同一学期前后开设，容易让学生对知识点产生混淆。对于课程实验，由于实验室容量有限，多个班级开设实验很难实现学完课程理论知识后，及时进行对应实验操作，这样学生容易忘记部分相关内容，造成课程知识掌握不牢靠。

1.3 实践创新能力不足

嵌入式系统是应用型课程，课程目标要求学生懂理论，能应用，会设计。传统教学受到实验条件的限制，实验台或实验箱的电路设计是已经做好的，硬件接口接线自主设计的灵活性有限，相关的实验内容多以验证性实验为主，即使是综合性实验或是设计性实验，能够发挥的部分也比较有限。教学、实验内容与技术前沿的融合度较低，实践操作技术培训的能力也相对不足，学生容易出现理论知识和实践应用脱节，对知识的灵活运用也较欠缺，这必然会很大程度上影响了学生的实践能力和创新能力。

2 基于泛雅网络教学平台的信息化教学过程

泛雅网络教学平台内资源丰富，教学与互动功能齐全，平台包含了超星数字期刊、图书及国内外课程视频等，提供了非常丰富的网络资源，具有活动管理、数据统计、资料管理、作业布置、试题批改、答疑互动等多项功能[5]，可以充分将平台、资源以及服务三个方面有机地融合，适合教师更为便捷地开展信息化教学，促进学生学习的积极性实现主动式学习。

教学过程分成两个层面。学生自主学习为主，老师引导学习为辅。课前通过泛雅网络平台发布预习任务，通过收集学生的反馈信息，制定相应线下课程内容。课堂主要采用技术问题引导，工程案例驱动，小组讨论汇报，老师点拨释疑等方式进行教学。课后布置拓展任务，学生自己实际操作，查阅相关前沿技术。通过信息化教学方式，强调学生是学习的主体、课堂的主人，教师在课堂上主要起组织、导学、点拨作用，引导、激励学生发挥其课堂的主体性、积极性和能动性，实现对学生的技能培养和能力培养。

2.1 课前预习平台观看

课前通过网络平台发布学习任务，提出讨论问题，布置预习练习。学生可以自主选择时间进行线上平台学习，知识分享交流，完成预习练习。老师利用平台提供的学生学习数据信息，统计分析学生对课程内容学习的进度以及掌握内容的程度。针对学生的学习情况进行课堂内容的制定，给出学生分组，请同学通过课前预习，查阅资料，协同制作多媒体课件，并在小组中选择一名同学进行课堂汇报讲授。

2.2 课堂巩固引导点拨

课堂请学生先进行汇报，向其他同学讲授课堂知识。老师根据课堂汇报中出现的问题，如遗漏的知识点，理解不透的内容，以及可以进行前沿技术引申的要点进行点拨。然后请学生进行小组讨论，提出问题，由汇报小组进行答疑。最后布置课后拓展任务。

2.3 课后拓展能力培养

课后以小测验的形式，了解学生对课程内容的掌握情况，根据学习情况设置任务点请部分同学回看视频进行知识的加深和巩固。学生在课后通过虚拟仿真软件实际操作进行拓展任务的验证或软硬件设计，并且根据拓展任务的内容总结学习心得体会。

3 教学效果

信息化教学过程中教师可以更为全面地掌握学生的学习动态，演示视频、仿真软件的运用丰富了课堂内容，很大程度上激发了学生的学习兴趣，提升了学生的学习效率，增强学生在网络环境下提出问题、分析问题和解决问题的能力。以学生为主体，以知识传授，价值引领、能力培养为主线，强化学生的自主学习能力，注重学生的实践能力，提高学生的合作能力，引导学生的创新能力，帮助学生树立正确的爱国情怀、职业道德和职业精神，培养出既能脚踏实地，又能出类拔萃的工程科技人才。