王瑞敏，董衛(wèi)宇，王奕森

(戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

我校嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)和信息安全專業(yè)學(xué)員的必修課，融會(huì)了數(shù)字邏輯電路、計(jì)算機(jī)組成原理、微型機(jī)原理、操作系統(tǒng)等課程知識(shí)體系,具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性。本課程教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思維，使學(xué)生形成由硬及軟的知識(shí)鏈條，提升學(xué)生的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)能力，為從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及安全等相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)之類的硬件課程存在環(huán)境搭建復(fù)雜、學(xué)習(xí)周期較長(zhǎng)等特點(diǎn)，學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易產(chǎn)生畏難情緒，制約了學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思維的建立。

根據(jù)本課程特點(diǎn)及學(xué)情分析，我校以學(xué)生為中心，采用慕課、直播授課的線上教學(xué)以及翻轉(zhuǎn)課堂的線下教學(xué)，對(duì)教學(xué)模式、線上教學(xué)活動(dòng)、線下實(shí)體課堂教學(xué)、教學(xué)效果等教學(xué)要素進(jìn)行了深入探討，取得了良好的教學(xué)效果。

1 嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程設(shè)置一般從軟件算法入手，使學(xué)生掌握一定的高級(jí)語(yǔ)言編程知識(shí)，以解決應(yīng)用問(wèn)題來(lái)鍛煉學(xué)生的程序思維。嵌入式系統(tǒng)課程是一門軟硬件結(jié)合的課程，要求學(xué)生能夠遵循計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理以軟件方式來(lái)操縱硬件，需要學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思維。因此，訓(xùn)練學(xué)生熟悉系統(tǒng)的軟、硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境、調(diào)試方法和開(kāi)發(fā)過(guò)程，補(bǔ)足學(xué)生在硬件方面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由程序思維向系統(tǒng)思維的過(guò)渡，是嵌入式系統(tǒng)課程需要解決的首要問(wèn)題。

嵌入式系統(tǒng)課程采用混合式教學(xué)也存在一定的問(wèn)題，如線上線下教學(xué)融合不夠緊密，存在脫節(jié)現(xiàn)象。學(xué)生在線上學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和情緒，學(xué)生學(xué)習(xí)中沒(méi)有老師課堂上提醒和激勵(lì)，很難促進(jìn)師生互動(dòng)。而很多線下教學(xué)則重復(fù)了線上教學(xué)工作，增加不必要的課程時(shí)間，使得學(xué)生疲于學(xué)習(xí)卻無(wú)法掌握知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

2 “慕課+直播授課+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法

針對(duì)以上嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)中的問(wèn)題，我們?cè)诔浞挚紤]課程特點(diǎn)、線上教學(xué)特點(diǎn)和技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)線上利用慕課資源、特色內(nèi)容采用直播授課、研討內(nèi)容翻轉(zhuǎn)課堂的三維一體混合式教學(xué)開(kāi)展探索，目標(biāo)是融合軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)體系，讓學(xué)生建立嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體概念，形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思維。具體的做法包括：

●精選慕課資源。教師精挑細(xì)選網(wǎng)上公開(kāi)的課程資源，包括愛(ài)課程、學(xué)堂在線等教學(xué)平臺(tái)資源，促使學(xué)生注冊(cè)賬號(hào)，在課前、課后不同時(shí)間段開(kāi)展線上自主學(xué)習(xí)，靈活安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，夯實(shí)課程相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。

●直播特色內(nèi)容。教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)情分析，貼近現(xiàn)實(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，重點(diǎn)講解難點(diǎn)、疑點(diǎn)和特色內(nèi)容。

●線下翻轉(zhuǎn)課堂。設(shè)定具有現(xiàn)實(shí)意義的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展研討，提高學(xué)生自我認(rèn)知、自我促進(jìn)的能力，指出學(xué)生學(xué)習(xí)短板，有效彌補(bǔ)線上學(xué)習(xí)不足。同時(shí)學(xué)生在線上自主學(xué)習(xí)中，如果有疑惑和問(wèn)題，通過(guò)線下課堂研討解決問(wèn)題。

3 線上教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

3.1 科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)，明確教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃，做好嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)情分析，明確教學(xué)目標(biāo)，不僅有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中明確通過(guò)本門課程學(xué)習(xí)可以完成哪些內(nèi)容，還能間接的幫助學(xué)生建立知識(shí)體系。為此，我們?cè)O(shè)定了有針對(duì)性的學(xué)習(xí)目標(biāo)，面向不同程度的學(xué)生制定不同層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3.2 緊前發(fā)布資源，布置課前任務(wù)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要配置學(xué)習(xí)資源，選擇提供線上資源或教師自己錄制的視頻。根據(jù)不同任務(wù)需求由教師動(dòng)態(tài)給學(xué)生配置合適的學(xué)習(xí)資源，從而指導(dǎo)和支持學(xué)生的學(xué)習(xí)。

依據(jù)教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)計(jì)劃發(fā)布教學(xué)視頻、文獻(xiàn)、文檔、課件等資源，利用“班級(jí)通知”功能，向?qū)W生發(fā)布課前學(xué)習(xí)任務(wù)。任務(wù)包括基礎(chǔ)題和拓展題，不僅能夠滿足自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生求知欲，而且也能對(duì)學(xué)習(xí)能力差的學(xué)生提供進(jìn)步的空間，課前的任務(wù)的設(shè)置要達(dá)到吸引所有學(xué)生的效果。

3.3 直播授課，解決知識(shí)難點(diǎn)、疑點(diǎn)

直播是面向有教學(xué)特色的內(nèi)容進(jìn)行授課，教師對(duì)特色內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性講解，突出重點(diǎn)，攻克難點(diǎn)，解決疑點(diǎn)。可以通過(guò)釘釘、騰訊課堂等平臺(tái)的直播功能，采用圖片、語(yǔ)言、文字、視頻、提問(wèn)等綜合形式，建立課堂教學(xué)直播區(qū)，同時(shí)教師應(yīng)該避免枯燥無(wú)味的講授，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行回答問(wèn)題，讓學(xué)生在直播課堂中有參與感。

3.4 課后在線測(cè)，進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)

課后教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果再次檢測(cè)，通過(guò)測(cè)試讓學(xué)生對(duì)標(biāo)自己學(xué)習(xí)的不足并加以提高。同時(shí)教師也能通過(guò)課后測(cè)試檢驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的不足，傾聽(tīng)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的建議。以此為依據(jù)，教師可以有機(jī)會(huì)不斷改進(jìn)教學(xué)中的手段和方法，提高自己教學(xué)水平，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的效果。

4 線下實(shí)體課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 補(bǔ)充線上授課內(nèi)容，增設(shè)線下特色教學(xué)

認(rèn)真聽(tīng)取學(xué)生的意見(jiàn)，了解學(xué)生課程線上學(xué)習(xí)的程度，讓學(xué)生主動(dòng)收集相關(guān)資料和信息，為參與實(shí)體教學(xué)活動(dòng)做積極的準(zhǔn)備。在線學(xué)習(xí)主要包括通識(shí)的內(nèi)容、基礎(chǔ)的內(nèi)容，對(duì)于有特色的內(nèi)容進(jìn)行課堂教學(xué)，對(duì)于新技術(shù)前沿的內(nèi)容安排在課堂討論，線上和線下教學(xué)既有交叉，也有層次，使在線學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)各具特色，互為補(bǔ)充。

4.2 創(chuàng)設(shè)互動(dòng)的課堂教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

設(shè)計(jì)有趣生動(dòng)、氣氛活潑的課堂教學(xué)，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使學(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)。

在具體的課堂教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生根據(jù)小組分工，把自己掌握的知識(shí)教給其他學(xué)生，通過(guò)教的過(guò)程，使自己更好地掌握所學(xué)知識(shí)。學(xué)生之間的每一次互動(dòng)交流就是一塊“試金石”，能夠檢驗(yàn)出不足之處及問(wèn)題所在，從而進(jìn)一步激發(fā)自己更加努力。所以有效的互動(dòng)課堂教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、敢于總結(jié)、不斷反思的過(guò)程。從而將傳統(tǒng)的“填鴨式”、“灌輸式”的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熥鲆龑?dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的創(chuàng)新課堂。

4.3 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，以競(jìng)賽提升實(shí)踐動(dòng)手能力

針對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中容易產(chǎn)生的理論與實(shí)踐可能脫鉤、缺乏實(shí)踐動(dòng)手能力等問(wèn)題，搭建基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等多層次實(shí)踐內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)按照預(yù)估難度進(jìn)行評(píng)級(jí)，從易到難分為五個(gè)級(jí)別。通過(guò)將嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)劃分，必須要求所有學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)程度好的學(xué)生完成綜合性實(shí)驗(yàn)，組織不同特點(diǎn)的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，參加校外開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)不同的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。將大學(xué)生校外學(xué)科競(jìng)賽引入教學(xué)中，作為學(xué)生在校的一次創(chuàng)新實(shí)踐，讓學(xué)生能夠走出校門和全國(guó)高校的學(xué)生比賽，不僅將課程理論基礎(chǔ)靈活運(yùn)用于實(shí)踐操作中，而且還開(kāi)拓了學(xué)生的視野。

5 教學(xué)效果反思

5.1 延伸了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間

“線上”的教學(xué)不再是對(duì)線下教學(xué)的補(bǔ)充，而是教學(xué)環(huán)節(jié)中不可缺少的一部分。“線下”的教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的變革，是超越了時(shí)空限制而開(kāi)展的教學(xué)研討。對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)間和空間都進(jìn)行了延伸，不再局限在教室，不再局限在八小時(shí)之內(nèi)從事“教”和“學(xué)”，知識(shí)的傳授和學(xué)習(xí)變得更加靈活。教學(xué)的時(shí)間不局限于固定的學(xué)時(shí)，拓展了教與學(xué)的新思路，開(kāi)辟了教師與學(xué)生溝通的新途徑。

5.2 充分利用公開(kāi)的教學(xué)資源

愛(ài)課程、學(xué)堂在線、B 站等公開(kāi)的教學(xué)視頻中有大量的優(yōu)秀的數(shù)字教學(xué)資源，教師根據(jù)學(xué)生的專業(yè)和發(fā)展選用優(yōu)秀的教學(xué)資源，減少教師整合重復(fù)的教學(xué)資源時(shí)間，集中對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得多類型的教學(xué)內(nèi)容達(dá)到互補(bǔ)，學(xué)生既學(xué)習(xí)了系統(tǒng)的知識(shí)體系，又獲得了大量的信息資源。

5.3 加強(qiáng)了過(guò)程性考核

本課程考核綜合了課前測(cè)試、課中考核、課后在線測(cè)、期末考試及實(shí)踐考核等多種類型的考核方法，檢驗(yàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，使學(xué)生在考核中及時(shí)地發(fā)現(xiàn)知識(shí)掌握程度和階段性學(xué)習(xí)成效，讓學(xué)生更加了解自己的學(xué)習(xí)不足之處，從而對(duì)自我進(jìn)行評(píng)估。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的三維一體的混合式教學(xué)方法是將教師的教授、學(xué)生的學(xué)習(xí)、知識(shí)的探究等一系列活動(dòng)融合到教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)課程中的系統(tǒng)思維，解決了傳統(tǒng)的線上線下教學(xué)脫節(jié)的問(wèn)題。該方法在信息工程大學(xué)連續(xù)三屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生中推廣，減少了教師重復(fù)性工作，提高了教師教學(xué)效率，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高了學(xué)生的成績(jī)，達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。在今后的教學(xué)中，繼續(xù)深化教學(xué)改革，研究混合式教學(xué)新思路，增加特色教學(xué)案例，并將本文提出的三維一體教學(xué)方法推廣到其他課程中。