基于教育学和信息化的计算机嵌入式课程综合改革

赵明波 于潇 巩秀钢 韩慧

【摘 要】随着技术的飞速发展，基于教育心理学和信息化教学环境，进行了计算机嵌入式课程综合改革。本文对教学改革所依据的教育心理学理论进行了阐述；教学改革实践包括建立嵌入式课程群、改革教学内容，探索课堂互动教学模式、实验环节、信息化建设和创新性人才培养等方面。教育理论结合实践，实现多种教学方法和手段的融合。

【关键词】教育心理学；信息化；计算机嵌入式；教学改革

中图分类号： G40 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）24-0003-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.002

【Abstract】With the rapid development of technology，based on the theory of education psychology and the emerging of the information-based teaching environment，reform is practiced on embedded computer curriculums.This paper introduces the theory？of educational psychology.Teaching reforms include establishing group of embedded courses， reforming the teaching content，exploring the interactive classroom teaching mode，practice and experiment， informationization course construction and innovative students training，etc.Educational theory combines with practice，？to realize the combination of a variety of teaching methods.

【Key words】Educational psychology；Informationize；Computer embedded；Teaching reform

随着技术的飞速发展，对大学计算机嵌入式方向的教育教学和人才培养提出更高的要求：内容需要更新、实践能力和综合素质也有更高要求，基于网络的信息化技术不断应用于教学。在这样的形势和环境下，大学的教学改革要面向社会需求，按照教育教学规律系统化进行。

现代教育心理学是指导教学的基本规律。三大理论——行为主义、认知主义和人本主义[1]，从不同侧面阐述心理学在教育领域的规律。当代教育心理学又有新的发展。行为主义开始含有认知成份。积极心理学是人本主义的新发展，致力于研究人的发展潜力和美德的科学，帮助发现并利用自己的内在资源，进而提升个人的素质和生活的品质[2]。以皮亚杰、维果斯基为代表的建构主义，打破了传统教育心理的认识；皮亚杰认为，学习是一个互动的过程，在学习中学生主动构建知识结构；维果斯基认为，学生心理发展存在两个水平，即现有发展水平和最近发展区，教学任务是让学生在教师的帮助下达到“最近发展区”[3]。当代教育心理学开始更多地关注个体的认知、动机、情绪甚至情景，整合已经成为教育心理学的主流趋势。结合新的技术，未来的教育心理学将会是认知主义、人本主义和行为主义相互融合的一门学科[1]。教育心理学原理对教学技术和手段的实施起指导性的作用。

网络信息化是以信息技术应用（包括多媒体、数字化、网络化等）为显著特征的新兴教学形态[4-5]。信息化教学是学校教育变革的重要推动力量。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》中指出“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”，教育信息化被提上了历史性的高度。

基于教育心理学和信息化教学环境，教师应该深入理解教育教学原理和规律，结合实践综合运用多种方法和技术，提高教学效果。学习模式是多样化的，教学模式也应该多样化。教育心理学教授保尔.科士纳所说“教师用工具——可以是黑板、计算机、白板、课本；技术——可以是启发性问题、小组协助、课堂讲座；材料——学习内容，将三者结合起来实现好的教学。”[7]

在教育心理学的指导下，基于现代信息化教学环境，我院的计算机嵌入式课程改革综合运用多种方法和技术，从课程体系、教学内容、课堂和实验教学模式、创新性人才培养等方面进行了实践和探索。

1 嵌入式课程群教学改革

1.1 教学内容改革

随着数字时代的到来，嵌入式技术获得广泛应用。尤其是近几年提出的物联网概念，嵌入式技术是其实现和应用的关键。社会需求造成企业急需大批的嵌入式系统开发人才。我院的计算机测控专业升级为嵌入式系统专业，继而又进一步发展物联网方向。主要课程也由《单片机原理及应用》为主扩充升级为以32位处理器和嵌入式操作系统为特征的嵌入式系列课程。

结合嵌入式实践应用和目前学校的实际条件，新建设了四门嵌入式专业方向课程：《嵌入式系统原理》、《嵌入式操作系统设计》、《嵌入式应用软件开发》和《物联网技术及应用》专业课程。由硬件到软件，由底层到上层，形成了课程层次清晰、侧重实践创新能力的嵌入式教学体系。

基于面向应用的课程体系和培养应用型人才的目标，教学内容和教学重点根据实际应用需求进行适当选择，并通过与相关技术企业保持密切联络以了解技术的应用和发展趋势。设计授课方式，组织授课内容，做好课堂教学设计。教学内容根据逻辑关系和知识相关性作合理调整，由浅入深，便于理解和掌握。

1.2 課堂教学模式改革

基于建构主义理论，学习是一个互动的过程，是学生主动建构的过程。教学中多采用启发式教学和互动式教学。基于现代积极心理学的沉浸式学习理论[8]，采取措施增进学习兴趣、体验学习成就感，对失败挫折进行正确归因，增强内部的学习驱动力，回归学习的本质。

传传统的教学模式是课堂满堂灌，学生课堂积极主动性不够，教学效果不好。习题和作业普遍有抄袭的现象，很多学生不能独立动手动脑练习以掌握要求的知识点。

改革后的课程采用理论学习和实践并重的启发式互动教学，在用实验室开展教学。改革教学方式，增加动手实践操作和练习，帮助学生理解和构建知识，提高实践能力。更新教学内容，增加趣味性，激发学习兴趣。课堂增加随机提问和问答互动，进行启发式教学。在课堂中保持适当的压力，促进注意力的集中。互动教学促使每个学生都能思考、练习，并锻炼表达能力，能较好地调动学生的积极主动性、保持注意力。

1.3 实验教学改革

在实验室开展教学，每节课都有实践操作内容。引导学生动手操作，从而增强学生的动手实践能力和研发创新能力。实践操作能够帮助理解知识，并提高学习兴趣。

（1）实验安排根据教学进度做调整。原则是能够帮助理解理论知识，提高学生的实践能力。如汇编指令部分，原来的实验安排是在全部讲完指令系统、伪指令之后，再集中安排实验。这样的安排，使指令学习过程较为枯燥，缺少实践调试。调整后的实验安排，讲授同步实验。这样学生会对指令的作用有切实的体会。熟悉了调试环境和工具，边学边调试，有助于指令的理解和学习。实践调试调动学习兴趣，并帮助理解知识内容。

（2）实验教学模式改革。实验流程：讲解原理->提供例程->学生通过例程学习掌握->提出修改要求->学生动脑动手实现。该实验流程基于维果斯基的教学支架理论[1]：教师搭建学习脚手架，帮助学生从现有发展区过渡到最近发展区；然后拆除脚手架，让学生独立完成知识的运用。每个实验都有考核，采用小组学习+实验演示+答辩方式。小组合作便于学生互助学习。答辩过程中运用提问，促使学生思考和进一步理解。

2 信息化技术与课程的深度融合

充分利用学校的网络教学平台，共享教学资源，開展网络互动（论坛答疑、调查问卷等形式），实现传统课堂与在线教学深度融合的混合式教学模式。混合式学习（Blending Learning）[6]就是要把传统学习方式的优势和e2Learning （即数字化或网络化学习） 的优势结合起来， 也就是说， 既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用， 又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。目前国际教育技术界的共识是， 只有将这二者结合起来， 使二者优势互补， 才能获得最佳的学习效果。

信息化教学实施的具体内容包括：

（1）在网络教学平台上完善课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息等，确定课程定位与学习目标。

（2）提供丰富且高质量的与课程相关的网络电子教学资源，便于学生自学和拓展知识面。包括：教学课件、实验指导书、课外学习资料、例程源码等。

（3）通过多种方法实现网络教学互动。利用网络论坛BBS组织答疑和讨论；布置、批阅网络课程作业（网络作业能够设置提交期限，督促学生及时复习和掌握要求的内容）；发布课程通知；进行问卷调查了解学生情况等。利用网络平台进行学生学风、个人规划、教学建议的问卷调查，实现信息的收集、统计和分析，便于改进教学方式，对学生进行有针对性的指导。QQ群对教学特别是学科竞赛和分组学习有较大的作用，方便组建讨论组，适合小组讨论。网络平台的答疑讨论论坛有资料归档优势，QQ群有即时通信的优势，结合二者的长处，充分为教学服务。

（4）进行小组协作探究性学习。结合嵌入式比赛，班内组建了多个设计小组。利用业余时间进行设计并参赛。小组协作探究式学习，是建构主义教育理论所提倡的，增强学生的学习能力、创新能力和团队合作。

进行课程的信息化建设，利用多种方式加强网络互动，引导学生进入课程进行自主学习。现代信息技术和网络教学平台应用于教学，跨越时间和空间的制约，拓展了教学的资料共享和互动交流方式

3 学生人才培养的教育探索

3.1 提高学生实践创新能力的改革和探索

企业所需要的嵌入式工程人员，不仅仅要有扎实的理论基础，更要有丰富的实践经验。教学团队广泛参考资料[9-10]，逐步探索，以教学实验、课程设计、综合实训、毕业设计、大学生创新项目、嵌入式竞赛等多种形式，形成立体、多层次的实践教学体系，适应以就业为导向，以能力为本位的人才培养需求，突出培养“技能型、应用型、实践型”的人才。

每年组织学生参加嵌入式大赛，并开放嵌入式实验室，让学生有创新设计的环境。技术创新竞赛是高校前沿技术交流以及创新人才培养与就业的一种教学补充和检验的重要方式。这种技术创新大赛，极大推动了嵌入式系统设计、软件技术开发、物联网实践教学的发展，激励了许多学生在这方面创新成果的涌现。参赛和演示也加强了高校之间学术交流与合作，并形成了高新技术企业选拔优秀的科技人才与解决学生就业的一个精彩舞台[11]。

在2014-2018年嵌入式物联网大赛中，我院嵌入式方向获得国家级二等奖1项，国家级三等奖5项，省级特等奖1项，省级一等奖15项，二等奖18项和三等奖2项，总成绩居我省高校前列。创新竞赛使学生培养质量有明显提高，也有助于教学案例的积累和课程建设。

3.2 改善学习动机、实施励志激励措施

在教育教学过程中的运用多种心理学原理，特别是积极心理学规律，通过心理技术手段激发学生学习兴趣，引导增进学习的内在驱动力，改善学习动机[12]。遇到困难、压力和挫折时加强引导和正确归因，增强心理韧性。比如：用嵌入式大赛、电子竞赛参赛队员的努力拼搏、坚韧坚持的学习事迹，激励学生奋发向上、努力进取；给学生推荐哈佛的“幸福课”公开课和关于积极心理学的有关资料和网址，了解和运用积极心理学，引导学生快乐学习，享受心流体验和学习过程；组织优秀毕业生和嵌入式参赛队员给在校同学做个人成长和学科专业报告，引导同学恰当选择专业方向；通过网络和QQ群，推荐分享资料，互动交流。现代心理学认为个体的认知、动机、情绪和师生关系对学习有重要的相关性，在教育教学中是不应忽视的一个重要方面。

4 结语

现代教育心理学对教育教学活动有指导性作用。网络信息技术应用于教学，方便分享资料、讨论交流，跨越时间空间。计算机及嵌入式技术发展很快，教学内容要紧跟技术发展，实现更新升级。课堂教学增强师生互动，引导积极思考，提高专注力，提高教学效率。实践是增进知识理解，培养动手能力和创新能力的重要途径。创新竞赛使学生培养质量有明显提高。新的教学方式、教育模式要在实践中不断尝试和反思总结，实现多种教学方法和手段相融合，提高教学效果。

【参考文献】

[1]李海燕，马超.教育心理学综述[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2011，24 （4），66-68.

[2]周嵌，石国兴.积极心理学介绍[J].中国心理卫生杂志，2006，20（2）：129-132.

[3]Jeanne Ellis Ormrod著，雷雳，柳铭心等译.教育心理学精要[M].中国人民大学出版社，2013.

[4]张静，杨文正.面向深度学习的信息化教学案例评析与策略研究[J].教学与管理，2014，5：147-149.

[5]杜玉霞，孔维宏主编.现代教育技术[M].清华大学出版社.2013.

[6]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展[J].电化教育研究，2004，131（3）：1-6.

[7]吴忭，顾小清.通向有效的教学方法和教学设计的途径——访国际知名教育心理学教授保尔.科士纳[J].开放教育研究，2013，19（5）：4-11.

[8]Alan Carr著，丁丹等译.积极心理学[M].中国轻工业出版社.2013.

[9]杨立功，王晓华.开放互动式实验教学在创新能力培养中的应用[J].实验技术与管理，2013，30 （8），132-134.

[10]教巍巍，褚治广，李昕.大学生计算机应用创新能力培养的研究与实践[J].中国大学教学，2014，6，42-44.

[11]北京博创兴盛科技有限公司網站[EB/OL].< http：//www.up-tech.com>.

[12]J.布罗菲著，陆怡如译. 激发学习动机[M].华东师范大学出版社，2005.