基于BOPPPS教学模型的嵌入式系统教学研究

单芳芳 刘伎昭

摘 要：本研究基于嵌入式系统教学中存在的问题，分析了BOPPPS教学模式及其6个阶段，并以嵌入式系统课程中实时系统一节为例，探索BOPPPS模式中教学方案的设计，以提高教学质量及学生学习效果。实践表明，采用BOPPPS教学模式对提高学生学习积极性以及提高嵌入式系统课程的教学质量均有明显效果。

关键词：嵌入式系统;BOPPPS教学模型;实时系统

随着电子和信息处理技术的发展，计算机技术的应用范围越来越广泛，不同应用领域对完成任务的计算机有着各自的要求。这些要求有力地推动了嵌入式计算机技术的发展。嵌入式系统课程内容涉及计算机系统结构与计算机应用，是计算机科学与技术专业一门综合性较强的专业核心课程。通过嵌入式系统课程的学习，学生应掌握嵌入式系统的分析、设计、开发、测试的基本方法和步骤，能够完成嵌入式系统的设计、嵌入式操作系统的移植与裁剪以及嵌入式应用程序的编写。

一、嵌入式系统课程教学常见问题

（一）课前引导不充分，教学目标不清晰

作为计算机学科的专业必修课，嵌入式系统课程涵盖内容广泛，包括电子技术基础、ARM处理器原理、汇编指令系统、嵌入式操作系统和驱动程序设计等。其中，大部分内容是技术性和设计型的，内容枯燥，学生不易理解。教师在课堂中多只注重知识点的讲解而忽略生动的课前引导及教学目标的阐述，无法激发学生的学习兴趣，学生也不清楚对于所学知识应掌握到哪种程度。

（二）教学偏重理论讲解，忽视知识点的实际应用

教师在课程教学过程中偏重理论讲解，忽视知识点的实际应用，实验课时安排不足，实验内容多为验证性，缺少设计型和综合性实验，使学生对所学内容的理解流于表面，缺乏深刻认识，导致其在嵌入式系统设计中的接口设计、驱动程序编写等方面动手能力差，进而影响其学习的积极性。

（三）教学模式单一，学生“被动”听讲

在嵌入式系统课堂上，教师多采用“传递—接受式”教学，仅把学生当作听众，将知识点一股脑儿地“灌”进学生的大脑，而学生则多“被动”听讲，很少积极主动地思考问题。这样的教学模式不利于培养学生的创新思维，无法有效提高学生解决实际问题的能力。

（四）教学反馈获取滞后，难以及时把握学生对知识的掌握情况

在嵌入式系统的教学课堂上，教师较少能做到随堂测试学生对知识的掌握情况，多数教学效果要等到作业上交，甚至是期中、期末测验才能反馈给任课教师。教学反馈的滞后导致教师无法及时根据学生对知识的理解和掌握情况调整教学的难度和进度，进而影响教学效果。

二、BOPPPS教学模型

BOPPPS教学模型是加拿大道格拉斯·克尔（Douglas Kerr）团队推出的以学生为中心的教学模型，其核心特点是强调学生的全方位参与式学习和注重及时获得学生的反馈信息。BOPPPS教学模型从创建至今，已被30多个国家的上百所大学及培训机构引进实施，也成为目前高校教师培训中应用最为广泛的教学模型之一。在BOPPPS教学模型中，课堂的教学过程被划分为导入（Brideg-in）、学习目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Post-assessment）和总结（Summary）6个环节。

在正式课堂教学开始之前的引言环节即导入阶段，教师可通过分析与课堂内容相关的案例，或者提出与课堂内容相关的问题引入教学内容。该环节的重点在于吸引学生的注意力，激发学生对本次课堂教学内容的学习兴趣。教师可采用的方法有案例分析、提问启示、问题设疑等。

在成功激发学生对课堂教学内容的学习兴趣后，教师应当清晰明确、言简意赅地向学生传达课堂的学习目标，让学生明白课堂学习知识的重点内容以及需要掌握的程度，了解所学知识的用途，从而把握课堂的学习方向。

明确学习目标之后，教师需要对学生已掌握的知识基础进行前测，目的是了解学生对此次课程教学所需先导知识的掌握程度。教师可以根据前测的结果对即将讲授的内容深度和进度进行调整。同时，学生亦可根据前测的结果了解自己的弱项，以便在课堂中集中精力解决难点问题。

在参与式学习阶段，教师应做到以学生为中心，采取各种教学策略，使学生积极主动地思考，并能够与教师进行互动，真正参与到学习过程中来。这样能让学生更好地理解所学内容，将教师讲解的内容消化吸收，变成自己掌握的知识。在该阶段，教师可以采取引导学生提出疑问、组织学生分组讨论等方式放慢讲课节奏，给学生留出思考时间等，以达到参与式学习的最终目的。

在课堂教学内容学习完成后，教师应该组织学生进行后测，以评估学生的学习效果，同时检验教学目标的完成情况。在该阶段，教师可以采取试卷小测、让学生表达自己的理解或撰写短文等方式完成后测。后测的主要目的是让教师能够通过了解学生的学习效果对教学过程进行反思，进而对后续的教学过程进行改进和完善，以便达到更好的教学效果。

教師最后还应该对本次课堂进行总结。教师可以通过总结课堂内容、回顾重点知识等方式帮助学生进一步巩固课堂所学内容。同时，教师应向学生布置课后作业及下次课的预习任务。

三、基于BOPPPS教学模型的嵌入式系统实时系统课堂设计

结合嵌入式系统课程的特点，笔者以实时系统一节为例，采用BOPPPS教学模型设计课堂内容，进一步探讨和实践6个环节的教学模式。

第一个环节是导入。教师应对课堂的导入进行灵巧、严谨的设计，以实际生活中有趣的具体事例为切入点，自然地引出课堂即将讲授的内容。学生通常对新奇的、贴近生活的事例更为关注，因此，为迅速激发学生的学习兴趣，在课堂的导入环节，教师宜以实际生活中有趣的具体事例为切入点，引出即将讲授的内容，使其更具趣味性。比如，在讲解嵌入式系统的实时系统之前，先让学生思考以下问题：如果你是汽车司机，在你倒车时，你的倒车雷达探测到后方1米处有障碍物，20秒后向你发出警报，你能接受吗？后果是什么？假如你在用办公软件撰写论文，同时打开音乐播放器播放音乐，点击播放键30秒后，音乐响起，你能接受吗？如果30秒后，音乐仍未响起，后果是什么？第一个问题中，倒车雷达给出响应信号越及时越好，一旦未给出响应，将会带来灾难性的后果。第二个问题中，点击播放键后，若未及时播放音乐，最坏的后果是关闭软件，重新启动即可，不会有灾难性的后果发生。在系统的输入信号有效后，若系统未及时提供反馈，不会发生灾难性的后果。有两个实例的对照，学生很容易区别实时系统和非实时系统的特点，同时对实时系统的具体概念产生兴趣。教师可以顺势根据第一个问题中系统的特点，在后续阶段导入实时系统的定义。

第二个环节是学习目标。明确的学习目标是教师授课以及学生学习的依据，学习目标是否全面、准确、可行将直接影响课堂的教学效果。BOPPPS教学模型强调， 学习目标应该是具体明确的，是可观察、衡量的。学习目标应该包括谁（Who）将在什么情况下（Under what condition）学到什么（Will do what），学得如何（How well）。比如，实时系统这节课的学习目标可设定为：教学对象为计算机专业的大学三年级学生，教学条件为完成计算机导论与程序设计基础、计算机组织与体系结构、操作系统、数据结构等先导课程的学习，教学内容为实时系统、基于查询的实时编程结构、基于中断的实时编程结构以及前后台系统，教学要求为能够记忆并描述实时系统、实时编程结构，能够编写符合实时编程结构要求的程序。

第三个环节是前测。教师在授课前进行前测，主要有两个目的：一是了解学生对此次课堂教学所需先导知识的掌握情况，一是了解学生对即将讲授内容的掌握情况。根据前测的结果，教师可以判断是否需要补充先导知识，同时把握此次授课的深度和进度。嵌入式系统课程涉及的教学内容多，对学生的理论知识及动手能力要求较高。先导课程C语言、数据结构、计算机组成原理等课程的掌握情况将直接影响学生对嵌入式系统中知识点的理解。比如，实时系统编程结构要求学生对C语言有一定的基础，教师以提问的形式了解学生对C语言中循环结构的掌握情况，如果学生没有掌握该知识点，教师则需要向学生补充循环结构的知识。

第四个环节是参与式学习。与传统“传递—接受式”教学方式相比，参与式学习更加注重学生的主动学习在教学过程中的作用。参与式学习使学生从原来被动接受知识转变为通过思考、讨论主动吸收知识。在参与式学习中，一方面，教师可以通过启发等方式与学生互动;另一方面，学生可以通过分组讨论的方式参与到学习过程中。比如，在讲解实时系统概念时，教师在导入阶段例子的基础上引导学生，通过强调“确定的时间内”“完成指定任务”等关键语句，使学生进一步理解实时系统的定义。在讲解实时系统分类时，教师给出硬实时系统、软实时系统的概念，让学生分组讨论，并通过例子理解两者的区别。

第五个环节是后测。在后测阶段，教师根据教学目标对学生的学习效果进行检验。实时系统课程结束后，常通过两种形式进行检验。一是课堂提问。让学生回答以下问题。问题1：什么是实时系统？请举例说明。问题2：什么是硬实时系统？什么是软实时系统？二者有何区别？二是课后作业。让学生用C语言实现基于中断的实时编程结构。针对不同的知识类型，采取不同的方式实施后测。教师可以根据后测的结果，判断本次课堂的教学效果，并通过分析课堂教学过程，对后续课程进行改进。

第六个环节是总结。教师通过总结对本次课堂内容进行梳理，带领学生回顾重点内容，理清知识点之间的关系。本次课堂的总结包括以下内容：以一个典型实时系统实例回顾实时系统定义;在实时系统定义基础上加入约束条件，回顾实时系统的分类，如根据最后期限没有满足是否会带来灾难性后果来判断该实时系统是硬实时系统还是软实时系统，根据响应时间的长短决定来判断该实时系统是弱实时系统还是强实时系统;简要回顾三种实时编程结构的优缺点。

嵌入式系统是计算机学科中一门对动手能力要求比较高的专业课，涉及的先导知识内容也比较多，如何提高嵌入式系统的教学质量及教学效果值得教师深入研究。本研究首先分析了嵌入式课程教学过程中存在的问题，接着详细介绍了BOPPPS教学模型的6个环节，然后按照BOPPPS教学模型的6个环节设计并实施实时系统的授课。实践证明，BOPPPS教学模型能够吸引学生积极主动地参与课堂学习，同时能够帮助教师改进授课过程。

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责编：初 心