基于翻转课堂的嵌入式系统教学的改革与探索

邹莹 姜余祥

摘 要：嵌入式系统课程教学是一项理论与实践结合的教学过程，本文首先介绍了嵌入式系统课程教学的基本特点，并结合翻转课堂的理念，设置“课下自主实践、师生交替翻转”新型教学模式，通过多个教学环节的设计，在实践教学过程中探索出一条有益的道路。

关键词：嵌入式系统 翻转课堂 教学方法

翻转课堂（the Flipped Classroom）是一个全新的教育概念，它是指知识的传授过程主要通过现代信息技术的辅助在课后完成，而知识的内化过程则在课堂中由师生协助完成的“翻转课堂”中来实现，这样建立了和传统授课方法的一个完全“翻转”的教学过程。在翻转课堂中，信息技术和活动学习为学习者构建出个性化协作式的学习环境，有助于充分调动学习者的自主性。本文作者在嵌入式系统教学中采取了“课下自主实践、师生交替翻转”的互动式授课方法，取得良好效果。

一、嵌入式系统教学的主要特点

嵌入式系统是信息产业中多个行业广泛使用的热门技术，各大高等院校都有相关的理论和实践课程设置。然而，由于其涉及的知识体系综合性较强，学科交叉度很高，因此，师生在授课和学习过程中普遍反映课程信息量太大，难以掌握重点，实践效果不好。在通常的教学过程中，嵌入式系统课程体系一般分为理论和实践两个环节：在理论环节，一般讲授较为抽象难懂的各种嵌入式硬件处理器体系结构以及软件协议框架；在实践环节，则多是指定相应的任务由学生实际操作编程实现。因此，在有限的教学实践过程中，想要对嵌入式系统面面俱到是一件较为困难的任务，整个知识体系中各个内容只能蜻蜓点水式的涉及到。

实际上，不同用人单位往往需要底层系统、驱动程序、网络协议等等不同的知识基础以及较为综合的解决问题能力。学生在学习时，也常常会有自身的技术内容偏好。这样一来，课程内容的设置与实际需求之间往往会产生一定的错位，学习效果大受影响。

本课题组所在的学校是一所以应用为主的普通高校，其嵌入式系统课程体系设置了理论课程和实践课程两个互相呼应的内容环节。在理论课环节中，主要涉及嵌入式系统基本概念、ARM处理器硬件体系结构、嵌入式Linux操作系统、嵌入式软件应用、嵌入式驱动程序等多个方面，以某款嵌入式处理器为典型应用，侧重讲授与当前社会需求中的嵌入式系统基本概念、基本原理和核心设计等；在实践课环节中，则以一个基本的嵌入式综合设计案例为切入点，要求学生利用所学知识和综合技能，解决扩展应用问题。在理论和实践课的进行过程中，学生需要不断自主吸收课外的有关内容，才能达到课程任务要求。

二、“课下自主实践、师生交替翻转”的嵌入式系统教学

在计算机、电子、通信等专业中，根据专业要求的不同，嵌入式系统理论与实践教学通常设置在2.5-4学分左右。课程通常设置在大三和大四第一学期进行，先修基础较多，同时也是一项就业技能课程。学生在先修课中已经掌握一些技能，经过不同难度的内容设置，已经可以完成不同阶段的自主实践过程。为此，设置以下的教学内容与环节。

（一）开放式教学内容

针对嵌入式系统多样化的特点，以ARM Cortex A8处理器为主要内容，推荐若干教材与信息来源渠道，有效利用微课资源，介绍网络开源社区，以师生共同学习的视角，通过围绕若干个嵌入式系统应用的常见主题，构建工程设计氛围，引导学生展开自主学习。

（二）课下自主实践

布置一组自主实践学习的题目，让学生根据自己的兴趣点进行自主选择，完成课下的自主学习过程。多个方面的实践题目覆盖了课程中不同的技术要点，使得学生可以结合自身专业、兴趣和发展方向在本课程中找到合适的立足点。例如计算机专业学生常选择嵌入式GUI、嵌入式Web Server等内容，而电子信息专业学生则倾向选择Linux驱动程序等内容，完成自主实践。

（三）师生交替翻转

师生交替翻转课堂是翻转课堂的进一步应用。如嵌入式Linux开发中在NFS概念的認识上，教师提出构建NFS的基本思路，让学生利用自己的电脑自主搭建NFS共享平台，再进一步翻转，通过学生的学习结果，让学生分享自己搭建平台实现远程嵌入式操作的基本过程，这样不仅使学生理解基本的概念方法，还能够让学生通过体验和分享的方式加深对概念的认识。

（四）与其他课程交叉结合

作为一门综合而又抽象的平台课，本课程可以与其他课程或领域交叉结合，通过增加实际应用的案例，有效提升学生对课程内容的理解和掌握；通过课堂演示、大作业、开放式互动等方式，提高巩固课堂效果。

1.与智能技术结合

AI人工智能技术，例如近年热度极高的人机大战等等案例，使学生产生极大兴趣和热情，从技术角度展逐渐开，使得讲授过程中加深了对嵌入式系统性能与能耗之间的管理特性。

2.与Form编程结合

Form编程是计算机常见应用技术，但与嵌入式系统结合讲授时，系统与应用的结合使很多不可见、难理解的要素，能方便的看到可视化结果，从而加强对嵌入式系统本身的认识和理解。

结语

翻转课堂的理念在于强调基础知识的主动掌握，更易产生问题驱动式的教学效果，而学生在课下的自主实践则有助于加强理论与实践的互通，使学生回到学习的主体。实践表明，这种方法对学生的专业能力提升大有裨益，在嵌入式系统教学中取得了良好的效果。

参考文献

[1]刘伟春.基于翻转课堂与MOOC的嵌入式软件工程实践教学研究与实现[J].现代职业教育，2017（25）.

[2]王冠军，周勇，江海峰，赵莹，李向群.基于翻转课堂与MOOC的嵌入式软件工程实践教学研究[J].实验技术与管理，2016（04）.

[3]强云霄，武风波.翻转课堂在“嵌入式系统”实验教学中的应用[J].无线互联科技，2017（16）.

作者简介

邹莹（1982—），男，博士，讲师，研究方向：嵌入式机电控制系统。