強(qiáng)云霄，武風(fēng)波

（西安科技大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

翻轉(zhuǎn)課堂在“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

強(qiáng)云霄，武風(fēng)波

（西安科技大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

“嵌入式系統(tǒng)”是一門(mén)多學(xué)科交叉、應(yīng)用范圍廣、綜合性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中占有很重要的地位。文章針對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課程的特殊性及傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，在“串口通信實(shí)驗(yàn)”中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過(guò)課前準(zhǔn)備、課中內(nèi)化和課后總結(jié)3個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施，能較大程度地提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果，從而為“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)新的教學(xué)思路。

翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)模式；嵌入式系統(tǒng)

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom，F(xiàn)C）是近年來(lái)新興的一種教學(xué)模式，也被稱(chēng)為“反轉(zhuǎn)堂式教學(xué)模式”，就是在數(shù)字化、信息化的教學(xué)平臺(tái)中，教師提供錄制或現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)視頻、課程相關(guān)的文獻(xiàn)資料為主要形式的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在上課之前進(jìn)行學(xué)習(xí)和測(cè)試，在課堂上教師幫助學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化、答疑解惑，師生一起完成協(xié)作探究和交流學(xué)習(xí)心得等活動(dòng)的一種新型教學(xué)模式[1-2]。翻轉(zhuǎn)課堂作為混合學(xué)習(xí)模式的代表最早于2000年被提出，2011年可汗學(xué)院的創(chuàng)始人薩爾曼·可汗在TED大會(huì)上發(fā)表了“讓我們用視頻重新創(chuàng)造教育”演講，使它成為教育者關(guān)注的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，翻轉(zhuǎn)課堂具有鮮明的特點(diǎn)：（1）師生角色的轉(zhuǎn)變。學(xué)生是課堂活動(dòng)的主體，教師是教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)者。（2）高效的學(xué)習(xí)資源。翻轉(zhuǎn)課堂利用教師專(zhuān)門(mén)制作的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源來(lái)傳遞知識(shí)，更具針對(duì)性，可大大提高教學(xué)質(zhì)量。（3）教學(xué)過(guò)程的自主性、靈活性。翻轉(zhuǎn)課堂以視頻方式傳授知識(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)時(shí)間、進(jìn)度的有效控制[3]。

1 “嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

“嵌入式系統(tǒng)”是一門(mén)多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域融合的課程，前導(dǎo)知識(shí)很多，包括操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、接口技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電路等課程諸多的知識(shí)點(diǎn)，整個(gè)課程實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)加深對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)[4]。“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式將直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。目前，“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

1.1 教學(xué)手段落后，教學(xué)模式單一

目前，“嵌入式系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用多媒體演示，教師給出操作示范步驟，學(xué)生嚴(yán)格按照步驟操作，最后完成老師的作業(yè)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中大部分時(shí)間只是被動(dòng)地接受知識(shí)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性（自主性）。

1.2 學(xué)生差異性難以兼顧

傳統(tǒng)的教學(xué)模式把不同特質(zhì)的學(xué)生按照統(tǒng)一固定的模式進(jìn)行培養(yǎng)，嚴(yán)重忽略了學(xué)生的個(gè)性化。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要采用的是一個(gè)教師對(duì)一個(gè)自然班的學(xué)生，教師工作量大，課堂時(shí)間有限，無(wú)法兼顧到全體學(xué)生，導(dǎo)致水平能力不同的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握程度不同，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果和學(xué)生對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，不利于學(xué)生智力和個(gè)性的長(zhǎng)久發(fā)展[5]。

1.3 重結(jié)果輕過(guò)程

傳統(tǒng)的教學(xué)模式由于時(shí)間和資源的限制，教師往往直接用多媒體演示實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只是簡(jiǎn)單驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的原理和代碼，并沒(méi)有深入理解ARM處理器內(nèi)部模塊、外圍電路和軟件編程之間的關(guān)系，并沒(méi)有真正掌握“嵌入式系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的方法，更無(wú)法鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力，課程結(jié)束后學(xué)生無(wú)法進(jìn)行軟硬結(jié)合的“嵌入式系統(tǒng)”整體開(kāi)發(fā)[6]。

2 “嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用

“嵌入式系統(tǒng)”是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中占有很重要的地位，為此“嵌入式系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求為：（1）學(xué)生對(duì)“C”語(yǔ)言、微機(jī)原理等課程有較好的基礎(chǔ)。（2）熟悉配置嵌入式開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)、掌握工作原理和開(kāi)發(fā)流程。（3）了解ARM鍵盤(pán)、LED觸摸屏等的使用。（4）開(kāi)設(shè)綜合型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備自主解決問(wèn)題的能力[7]。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握“嵌入式系統(tǒng)”開(kāi)發(fā)的基本方法、技巧和手段，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立研究習(xí)慣的培養(yǎng)，從而具備“嵌入式系統(tǒng)”的軟、硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的能力。針對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，本文結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，以“串口通信實(shí)驗(yàn)”為例來(lái)分析翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)內(nèi)容

“串口通信實(shí)驗(yàn)”屬于“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)中典型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握終端主要屬性及其設(shè)置方法、Linux環(huán)境下串行端口程序設(shè)計(jì)的基本方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治鰡?wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而教學(xué)的重難點(diǎn)在于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和學(xué)生能力的培養(yǎng)。

2.2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要由課前（教學(xué)資源準(zhǔn)備、學(xué)習(xí)）、課中（內(nèi)容的深化）和課后（評(píng)測(cè)反思）3個(gè)部分組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

課前，是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的關(guān)鍵，教師收集或制作“串口通信實(shí)驗(yàn)”相關(guān)教學(xué)資源并上傳至教學(xué)平臺(tái)，內(nèi)容涉及Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境的設(shè)置、串口應(yīng)用程序的編寫(xiě)及應(yīng)用程序的下載調(diào)試。

為學(xué)生提供的學(xué)習(xí)資源，要注意體現(xiàn)兩方面的學(xué)習(xí)目標(biāo)，即有助于學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和解決綜合問(wèn)題能力的培養(yǎng)[8]。因此，“串口通信實(shí)驗(yàn)”教學(xué)資源應(yīng)突出終端主要屬性及其設(shè)置方法，串口操作的相關(guān)函數(shù)（如寄存器和庫(kù)函數(shù)）及交叉編譯調(diào)試過(guò)程。之后，學(xué)生可根據(jù)自己的情況，選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)觀看教學(xué)視頻、設(shè)備使用方法及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。由于教師對(duì)學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況無(wú)法實(shí)時(shí)把握，教師可以選取與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的習(xí)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)（學(xué)生必須熟悉串口通信原理，查閱ARM串口寄存器文檔等），教師也可根據(jù)學(xué)生完成情況事先調(diào)整課堂時(shí)間分配和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

課中，是翻轉(zhuǎn)課堂的核心。該階段是課堂內(nèi)容深化的過(guò)程，教師組織課堂活動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和消化?！按谕ㄐ艑?shí)驗(yàn)”雖然屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，但也是ARM“嵌入式系統(tǒng)”諸多知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用，此時(shí)，教師只需用幾分鐘的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng)，之后學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)，在此過(guò)程中教師要根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)情況一對(duì)一的方式指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)活動(dòng)中，教師要充分利用協(xié)作討論的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。在進(jìn)行串口通信實(shí)驗(yàn)后，教師將學(xué)生分組，討論ARM串口寄存器參數(shù)的設(shè)置、開(kāi)發(fā)板與宿主機(jī)nfs服務(wù)器如何掛載、串行端口終端（/dev/ttyS0）、控制臺(tái)終端（/dev/ttyn,/dev/console）的使用等。同時(shí)教師還要注重學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)，在教會(huì)學(xué)生獲取知識(shí)的同時(shí)，更要教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法[9]。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)Linux下串口編程、串口設(shè)備文件系統(tǒng)及交叉編譯調(diào)試等有了更深入的學(xué)習(xí)和理解。

課后總結(jié)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并及時(shí)反思實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把學(xué)生存在的問(wèn)題和需要補(bǔ)充的內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和學(xué)生交流探討。不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)和教學(xué)方法不同，通過(guò)課后總結(jié)和反思，教師可以掌握適合學(xué)生的教學(xué)模式，高效發(fā)揮翻轉(zhuǎn)教學(xué)課堂的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種新的教學(xué)模式能充分發(fā)揮“以學(xué)生為主體”的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)其自主探索思考問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生不斷地提升“嵌入式系統(tǒng)”開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。

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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

強(qiáng)云霄（1978— ），女，甘肅靖遠(yuǎn)人，碩士，高級(jí)工程師；研究方向：無(wú)線通信的專(zhuān)業(yè)教學(xué)。