張?jiān)品? 王維維 汪松鶴

摘 要：為改善《嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)效果，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，將基于BOPPPS模型的參與式學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講解，包含角色扮演、小組討論、拼圖等多種方法，增強(qiáng)了學(xué)生參與教學(xué)的積極性，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解并及時(shí)反饋教學(xué)效果。合理運(yùn)用參與式學(xué)習(xí)方法，不僅有利于嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)效果的提高，而且對(duì)其它課程教學(xué)具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BOPPPS模型;參與式學(xué)習(xí);嵌入式系統(tǒng)

DOI：10. 11907/rjdk. 182195

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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（教發(fā)[2015]7號(hào)）對(duì)“引導(dǎo)部分地方普通本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變”提出指導(dǎo)意見，指出培養(yǎng)應(yīng)用型人才，提高教學(xué)質(zhì)量，是每個(gè)本科學(xué)校迫切需要解決的問題[1]。參與式學(xué)習(xí)克服了傳統(tǒng)的“講授與討論”教學(xué)局限，有利于尊重學(xué)生的主體性，拓展學(xué)生思維的廣度和深度[2]。BOPPPS[3]是北美高校推崇的一種教學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)學(xué)生全方位參與式學(xué)習(xí)而不只是聽講，教師及時(shí)獲得學(xué)生反饋信息以調(diào)整后續(xù)教學(xué)活動(dòng)[4]。目前國內(nèi)很多院校都開展了基于BOPPPS模型的教學(xué)改革，大多是圍繞模型的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行描述[5-13]，有些研究者還將BOPPPS模型與其它系統(tǒng)相結(jié)合設(shè)計(jì)新的教學(xué)模式[14-16]。嵌入式是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，在通信、網(wǎng)絡(luò)、e電子、工控、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。作為新興的電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)正逐漸成為許多高校的重點(diǎn)課程[17]。嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，由于其涉及的概念較多、較抽象，學(xué)生普遍認(rèn)為難學(xué)。BOPPPS模型中參與式學(xué)習(xí)是最主要的部分，而學(xué)者的研究偏重各階段實(shí)現(xiàn)形式，具體方法提及較少。筆者重點(diǎn)研究了如何將參與式學(xué)習(xí)的相關(guān)方法應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)，實(shí)踐證明該方法能有效改善教學(xué)效果。

1 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)課程是一門綜合程度很高、軟硬件結(jié)合緊密的課程。內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)工作原理、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)軟件基礎(chǔ)以及嵌入式系統(tǒng)主要功能模塊。由于院校課程改革，課時(shí)進(jìn)行了壓縮，學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握如此多的教學(xué)內(nèi)容具有一定難度。實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，知識(shí)點(diǎn)較多，只能開設(shè)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)只能了解基本的操作步驟和簡單應(yīng)用，不利于綜合能力培養(yǎng)。此課程需要的先驗(yàn)知識(shí)較多（數(shù)字電路、程序設(shè)計(jì)等），而學(xué)生對(duì)前期知識(shí)掌握的程度不同;有的學(xué)生對(duì)此課程有興趣，希望深入研究，而有的學(xué)生只為應(yīng)付，學(xué)習(xí)目標(biāo)與動(dòng)力不相同，導(dǎo)致差別較大。

2 BOPPPS教學(xué)模型

BOPPPS模型根據(jù)人的注意力只能持續(xù)約15分鐘的自然規(guī)律，將課堂教學(xué)內(nèi)容切割為15分鐘左右的多個(gè)教學(xué)小單元。每個(gè)教學(xué)小單元不僅具有“起承轉(zhuǎn)合”功能，還要遵循“起承轉(zhuǎn)合”脈絡(luò)[18]。BOPPPS模型的教學(xué)理念是“以學(xué)生為中心，以應(yīng)用為導(dǎo)向”，主要目的是通過各種形式活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

BOPPPS模型將教學(xué)過程分為Bridge-in導(dǎo)入、Objective或者Outcome目標(biāo)、Pre-assessment前測、Participatory Learning參與式學(xué)習(xí)、Post-assessment后測和Summary小結(jié)6個(gè)階段[19-20]，6個(gè)部分時(shí)間分配依次是參與式學(xué)習(xí)、后測和總結(jié)、導(dǎo)入，教學(xué)目標(biāo)介紹及前測時(shí)間相對(duì)較少，大致的時(shí)間分配如圖1所示。

3 參與式學(xué)習(xí)應(yīng)用

參與式學(xué)習(xí)是BOPPPS模型的主要環(huán)節(jié)，授課時(shí)間比重最大，是課堂教學(xué)的核心。此部分需根據(jù)教學(xué)目標(biāo)靈活運(yùn)用多種教學(xué)技巧，實(shí)現(xiàn)從“洗耳恭聽”到“主動(dòng)參與”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)講授向參與式學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

嵌入式系統(tǒng)很多內(nèi)容只通過講解不便于學(xué)生理解。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的不同教學(xué)內(nèi)容采用不同的參與式學(xué)習(xí)方法，有利于改善教學(xué)效果。

3.1 角色扮演

角色扮演是學(xué)生參與活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)的過程，包括問題概述、表演、討論等環(huán)節(jié)，加深對(duì)知識(shí)的理解。

角色扮演實(shí)施方式是，首先由教師介紹問題并對(duì)原理進(jìn)行基本講解，選擇各個(gè)角色對(duì)應(yīng)的學(xué)生并對(duì)各個(gè)角色分工進(jìn)行描述，介紹具體的表演過程;擔(dān)任角色的學(xué)生在明確各自分工后開始角色扮演;基本過程結(jié)束后由教師對(duì)過程進(jìn)行回顧，指出角色扮演過程的問題，在時(shí)間允許的情況下可以替換參與者，最后教師進(jìn)行總結(jié)并讓參與者分享體會(huì)。

在外設(shè)與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送方式中，無條件傳送方式最簡單，但也有一定限制條件，是學(xué)習(xí)其它傳送方式的基礎(chǔ)。角色扮演場景是讓學(xué)生模擬CPU向接口傳遞數(shù)據(jù)，外接數(shù)碼管根據(jù)信息顯示傳遞過程。具體實(shí)施步驟如下：

（1）教師介紹基本執(zhí)行過程。執(zhí)行過程如圖2所示，CPU將需要顯示的字符按照一定的時(shí)間間隔通過總線傳到接口的數(shù)據(jù)寄存器，作為外設(shè)的數(shù)碼管根據(jù)數(shù)據(jù)寄存器信息進(jìn)行顯示，在傳輸信道和數(shù)碼管沒有出現(xiàn)故障時(shí)保證正常顯示。

（2）選擇學(xué)生并進(jìn)行角色分配，角色分配及職能見表1。

（3）執(zhí)行角色扮演。學(xué)生按照角色分工進(jìn)行角色扮演，展示無條件傳送原理。

（4）根據(jù)扮演情況進(jìn)行總結(jié)。通過角色扮演使學(xué)生了解無條件傳送基本原理，保證可靠傳送的基本條件（線路和外設(shè)正常），以及此種傳送方式的優(yōu)點(diǎn)和不足，為編程實(shí)現(xiàn)及其它傳送方式的講解打下基礎(chǔ)，進(jìn)一步加深對(duì)端口的理解。

3.2 小組討論

教師確定討論話題，指定學(xué)生需要閱讀的資料，準(zhǔn)備問題并確定討論規(guī)則;學(xué)生先進(jìn)行分組，然后各自閱讀資料并針對(duì)教師的問題進(jìn)行討論，討論結(jié)束后每組指定代表匯報(bào)小組結(jié)論，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。

在分級(jí)存儲(chǔ)原理教學(xué)中，教師提出3個(gè)問題：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器包括那些？為什么用分層存儲(chǔ)？程序運(yùn)行包括哪些過程？然后組織學(xué)生分組討論，根據(jù)討論結(jié)果進(jìn)行匯總講評(píng)。

3.3 實(shí)地考察

實(shí)地考察使學(xué)生獲得無法在課堂上得到的資源，提供感官認(rèn)識(shí)，更有利于課程學(xué)習(xí)。

實(shí)地考察實(shí)施方式是，首先教師向?qū)W生介紹考察目的，并積極與考察對(duì)象溝通，確定時(shí)間、地點(diǎn)、費(fèi)用以及是否進(jìn)行交流等;學(xué)生在考察前要理解考察目的，提前獲得考察點(diǎn)信息，在考察過程中積極交流，盡量將見聞聯(lián)系起來并在考察后進(jìn)行討論，能夠分析解釋獲得的信息;最后教師進(jìn)行總結(jié)并對(duì)后期學(xué)習(xí)提供建議。

在學(xué)習(xí)幾種常用的接口技術(shù)如GPIO、中斷、串口后，組織學(xué)員到應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的企業(yè)參觀。通過參觀，學(xué)生大開眼界，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用有了直觀認(rèn)識(shí)，能用自己學(xué)習(xí)的知識(shí)解釋設(shè)備工作原理。通過此類活動(dòng)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生科技創(chuàng)新的積極性和主動(dòng)性。

3.4 拼圖

拼圖是一種基于研究的合作式學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)施方式是教師將學(xué)生分成不同小組，每個(gè)小組指定一名負(fù)責(zé)人，將教學(xué)內(nèi)容劃分為多個(gè)片段，指定每組學(xué)生學(xué)習(xí)不同片段。經(jīng)過一定時(shí)間準(zhǔn)備，學(xué)生在基本領(lǐng)會(huì)各自分工后，讓分派相同片段的學(xué)生重新組成“專家組”，通過各“專家組”討論形成共識(shí)。“專家組”成員各自回到本小組，盡量保證整個(gè)小組對(duì)任務(wù)的理解，促進(jìn)任務(wù)順利完成。

將所學(xué)的GPIO、定時(shí)器、中斷、串口等技術(shù)加以綜合應(yīng)用，開發(fā)一個(gè)基于串口和定時(shí)控制的流水燈響應(yīng)系統(tǒng)。綜合實(shí)驗(yàn)中采用拼圖方法，5個(gè)人為一組，分別承擔(dān)GPIO顯示、定時(shí)器控制、中斷響應(yīng)程序、串口通信及程序聯(lián)調(diào)。通過拼圖方式，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)分工及實(shí)施方式的了解，對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及解決方案有更深入的理解，保證綜合實(shí)驗(yàn)的順利開展。

4 教學(xué)效果

通過將參與式學(xué)習(xí)方式引入課堂，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了明顯提高，對(duì)知識(shí)的掌握程度也有所提高。學(xué)生主動(dòng)與教師溝通，甚至對(duì)教學(xué)方式提出可行性建議。參與式方式的引入不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還激發(fā)了科技創(chuàng)新熱情，大多數(shù)學(xué)生的期末考試成績較以前有明顯提高，部分學(xué)生在創(chuàng)新比賽中獲獎(jiǎng)。實(shí)踐證明，基于BOPPPS模型的參與式學(xué)習(xí)有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

5 結(jié)語

參與式學(xué)習(xí)是BOPPPS模型中的主要模塊，本文只介紹了幾種方式，事實(shí)上參與式學(xué)習(xí)方式還有很多（如頭腦風(fēng)暴、案例研究、辯論、專家咨詢等），教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和課堂實(shí)際選擇合適的方案。在運(yùn)用參與式學(xué)習(xí)時(shí)，教師要注意參與式學(xué)習(xí)與其它部分的銜接關(guān)系、教師和學(xué)生的角色定位以及時(shí)間掌控等。

BOPPPS模型的基本結(jié)構(gòu)部分是相互聯(lián)系的，具體實(shí)施中可進(jìn)行適當(dāng)合并和調(diào)整順序。教師要按照“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念認(rèn)真進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）