嵌入式系统课程三维一体教学方法总结与反思

王瑞敏，董卫宇，王奕森

(战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院，河南 郑州 450000)

0 引言

我校嵌入式系统设计课程是计算机科学与技术、网络工程专业和信息安全专业学员的必修课，融会了数字逻辑电路、计算机组成原理、微型机原理、操作系统等课程知识体系,具有很强的系统性。本课程教学目标是培养学生树立计算机系统思维，使学生形成由硬及软的知识链条，提升学生的软硬件协同设计能力，为从事嵌入式系统设计、开发及安全等相关工作打下坚实基础。由于嵌入式系统设计之类的硬件课程存在环境搭建复杂、学习周期较长等特点，学员在学习过程中容易产生畏难情绪，制约了学生计算机系统思维的建立。

根据本课程特点及学情分析，我校以学生为中心，采用慕课、直播授课的线上教学以及翻转课堂的线下教学，对教学模式、线上教学活动、线下实体课堂教学、教学效果等教学要素进行了深入探讨，取得了良好的教学效果。

1 嵌入式系统课程教学中存在的问题

计算机类专业课程设置一般从软件算法入手，使学生掌握一定的高级语言编程知识，以解决应用问题来锻炼学生的程序思维。嵌入式系统课程是一门软硬件结合的课程，要求学生能够遵循计算机系统的工作原理以软件方式来操纵硬件，需要学生建立计算机系统思维。因此，训练学生熟悉系统的软、硬件开发环境、调试方法和开发过程，补足学生在硬件方面的知识，实现学生由程序思维向系统思维的过渡，是嵌入式系统课程需要解决的首要问题。

嵌入式系统课程采用混合式教学也存在一定的问题，如线上线下教学融合不够紧密，存在脱节现象。学生在线上学习过程中，教师很难及时发现学生的学习状态和情绪，学生学习中没有老师课堂上提醒和激励，很难促进师生互动。而很多线下教学则重复了线上教学工作，增加不必要的课程时间，使得学生疲于学习却无法掌握知识的内在关联。

2 “慕课+直播授课+翻转课堂”教学方法

针对以上嵌入式系统课程教学中的问题，我们在充分考虑课程特点、线上教学特点和技术条件的基础上，对线上利用慕课资源、特色内容采用直播授课、研讨内容翻转课堂的三维一体混合式教学开展探索，目标是融合软硬件基础知识体系，让学生建立嵌入式系统设计的整体概念，形成计算机系统思维。具体的做法包括：

●精选慕课资源。教师精挑细选网上公开的课程资源，包括爱课程、学堂在线等教学平台资源，促使学生注册账号，在课前、课后不同时间段开展线上自主学习，灵活安排学习进度，夯实课程相关的基础知识。

●直播特色内容。教师根据学生的学情分析，贴近现实，解决实际问题，重点讲解难点、疑点和特色内容。

●线下翻转课堂。设定具有现实意义的任务，引导学生开展研讨，提高学生自我认知、自我促进的能力，指出学生学习短板，有效弥补线上学习不足。同时学生在线上自主学习中，如果有疑惑和问题，通过线下课堂研讨解决问题。

3 线上教学活动设计

3.1 科学设计教学，明确教学目标

科学设计教学计划，做好嵌入式系统课程学情分析，明确教学目标，不仅有利于学生在学习过程中明确通过本门课程学习可以完成哪些内容，还能间接的帮助学生建立知识体系。为此，我们设定了有针对性的学习目标，面向不同程度的学生制定不同层次的学习目标。

3.2 紧前发布资源，布置课前任务

根据设计任务的需要配置学习资源，选择提供线上资源或教师自己录制的视频。根据不同任务需求由教师动态给学生配置合适的学习资源，从而指导和支持学生的学习。

依据教学进度和教学计划发布教学视频、文献、文档、课件等资源，利用“班级通知”功能，向学生发布课前学习任务。任务包括基础题和拓展题，不仅能够满足自学能力强的学生求知欲，而且也能对学习能力差的学生提供进步的空间，课前的任务的设置要达到吸引所有学生的效果。

3.3 直播授课，解决知识难点、疑点

直播是面向有教学特色的内容进行授课，教师对特色内容进行针对性讲解，突出重点，攻克难点，解决疑点。可以通过钉钉、腾讯课堂等平台的直播功能，采用图片、语言、文字、视频、提问等综合形式，建立课堂教学直播区，同时教师应该避免枯燥无味的讲授，引导学生进行回答问题，让学生在直播课堂中有参与感。

3.4 课后在线测，进行反思和评价

课后教师对学生学习效果再次检测，通过测试让学生对标自己学习的不足并加以提高。同时教师也能通过课后测试检验教学过程的不足，倾听学生对课堂教学的建议。以此为依据，教师可以有机会不断改进教学中的手段和方法，提高自己教学水平，达到教学相长的效果。

4 线下实体课堂教学设计

4.1 补充线上授课内容，增设线下特色教学

认真听取学生的意见，了解学生课程线上学习的程度，让学生主动收集相关资料和信息，为参与实体教学活动做积极的准备。在线学习主要包括通识的内容、基础的内容，对于有特色的内容进行课堂教学，对于新技术前沿的内容安排在课堂讨论，线上和线下教学既有交叉，也有层次，使在线学习和课堂教学各具特色，互为补充。

4.2 创设互动的课堂教学，调动学生学习积极性

设计有趣生动、气氛活泼的课堂教学，点燃学生的学习热情，激发学生的学习动力，使学生积极参与到教学活动中来。

在具体的课堂教学过程中，让学生根据小组分工，把自己掌握的知识教给其他学生，通过教的过程，使自己更好地掌握所学知识。学生之间的每一次互动交流就是一块“试金石”，能够检验出不足之处及问题所在，从而进一步激发自己更加努力。所以有效的互动课堂教学是引导学生主动学习、敢于总结、不断反思的过程。从而将传统的“填鸭式”、“灌输式”的教学转变为教师做引导、学生自主学习的创新课堂。

4.3 激发学生创新思维，以竞赛提升实践动手能力

针对嵌入式系统课程学习过程中容易产生的理论与实践可能脱钩、缺乏实践动手能力等问题，搭建基础实验、综合实验、开放创新实验等多层次实践内容，将实验按照预估难度进行评级，从易到难分为五个级别。通过将嵌入式系统实践内容进行详细划分，必须要求所有学生完成基础实验，鼓励学习程度好的学生完成综合性实验，组织不同特点的学生组成团队，参加校外开放创新实践活动，通过不同的教学实践活动，锻炼学生的动手能力。将大学生校外学科竞赛引入教学中，作为学生在校的一次创新实践，让学生能够走出校门和全国高校的学生比赛，不仅将课程理论基础灵活运用于实践操作中，而且还开拓了学生的视野。

5 教学效果反思

5.1 延伸了学习的时间和空间

“线上”的教学不再是对线下教学的补充，而是教学环节中不可缺少的一部分。“线下”的教学是对传统课堂教学的变革，是超越了时空限制而开展的教学研讨。对传统教学的时间和空间都进行了延伸，不再局限在教室，不再局限在八小时之内从事“教”和“学”，知识的传授和学习变得更加灵活。教学的时间不局限于固定的学时，拓展了教与学的新思路，开辟了教师与学生沟通的新途径。

5.2 充分利用公开的教学资源

爱课程、学堂在线、B 站等公开的教学视频中有大量的优秀的数字教学资源，教师根据学生的专业和发展选用优秀的教学资源，减少教师整合重复的教学资源时间，集中对重点、难点和疑点的内容进行设计，使得多类型的教学内容达到互补，学生既学习了系统的知识体系，又获得了大量的信息资源。

5.3 加强了过程性考核

本课程考核综合了课前测试、课中考核、课后在线测、期末考试及实践考核等多种类型的考核方法，检验了学生的学习过程，使学生在考核中及时地发现知识掌握程度和阶段性学习成效，让学生更加了解自己的学习不足之处，从而对自我进行评估。

6 结束语

本文提出的三维一体的混合式教学方法是将教师的教授、学生的学习、知识的探究等一系列活动融合到教学过程中，培养了学生在学习嵌入式系统课程中的系统思维，解决了传统的线上线下教学脱节的问题。该方法在信息工程大学连续三届计算机科学与技术专业学生中推广，减少了教师重复性工作，提高了教师教学效率，激发了学生学习的热情，提高了学生的成绩，达到提升教学质量的目标。在今后的教学中，继续深化教学改革，研究混合式教学新思路，增加特色教学案例，并将本文提出的三维一体教学方法推广到其他课程中。