支架式教学在嵌入式系统的应用

摘要分析传统教学模式中存在的问题，特别是学生和教师在学习过程中所扮演的角色对学习效果的影响，引发探索支架式教学模式在实际教学中的应用。通过在嵌入式系统课程教学中引入支架式教学模式，对比传统教学模式，发现该模式应用对提升学生学习的主动性、积极性和独立解决问题的能力都有极大的提高。

关键词支架式教学；教学模式；嵌入式系统课程；实验室；实验

1引言

随着计算机技术的飞速发展，在传统教学实施过程中引入大量改善教学效果的硬件设备，使得教师在授课过程中可以配合丰富多彩的幻灯片、动画及声音效果提升学生的学习兴趣，明显改善了学习的效果。但这并不能改变当前高校课堂中教师占主导地位的传统教学模式，教师讲解、板书，学生听讲、记笔记，教师根据学生的反馈来了解学生对所学知识的掌握程度，并根据这个反馈适当调整教学策略，以期达到更好的教学目的。传统教学模式下，教师是教学过程中的绝对主体，掌握整个教学过程的走向。教师主动传授，学生被动接受，教学效果的衡量标准仅仅靠学生最终的考核成绩，反映不出学生实际解决问题的能力；课堂仅仅是提供给教师“表演”的舞台，学生从来没有在课堂上展现自己的学习效果及创新想法。实际教学时往往采用“理论课+实验课”的模式，教师在理论课讲授理论知识，不能让学生马上实践学习到的新知识，学生感觉枯燥乏味，学习积极性、主动性大大降低；而当进入实验室进行实践操作时，往往由于对理论知识理解不深刻，导致实验效果差，不能完成教师设置的实验目标，严重影响教学效果。支架式教学模式通过搭建脚手架[1]、进入情境、独立研究、协作学习和学习评估五个环节展开教学，大大提高了学生的积极性和独立解决问题的能力。本研究通过将支架式教学模式应用到嵌入式系统课程的教学实践中，并与传统教学效果进行比较，为课堂教学的改革发展提供参考。

2支架式教学模式

支架式教学是根据维果茨基的“最近发展区”理论[2]、皮亚杰的结构与建构理论以及布鲁纳的认知学习理论发展来的一套成熟的教学模式。“最近发展区”奠定了支架式教学的心理学理论基础，是指儿童在独立解决问题时的实际发展水平和教师指导下解决问题时潜在发展水平间存在的距离。教师所做的工作就是为最近发展区搭建支架。皮亚杰提出的结构与构建理论，指个体在建构知识体现过程中，在超越自身实际水平时，需借助外界给予的“支架”，使自己从低级的平衡水平到不平衡再发展到更高级的平衡，以完善或完成自己的建构活动。该理论形成了支架式教学的认知结构理论基础。布鲁纳的认知学习理论是指在学习过程中，学生不应处于被动地位，消极地接受知识，而应当主动积极地探索获取。教师应为学生创造有利的学习环境和氛围，提供必要的各类学习资源，在学生需要帮助时提供支架，直到学生逐渐掌握时去除支架，为学生主动学习提供各类支持。

3嵌入式系统课程教学现状

随着计算机技术的不断进步，人们的生活正在发生翻天覆地的变化，大数据、云计算等新兴技术为智慧城市、智慧地球的实施奠定了基础，创造了条件，这也使得嵌入式软硬件工程师的社会需求量与日俱增，嵌入式系统课程在高校教学中所占的比重越来越大。嵌入式系统是一门要求学生系统掌握软硬件知识的课程，学生在学习时既要掌握必要的硬件知识，又要具备在开发板上进行软件开发的能力。与之对应，教师在教学过程中要涉及两方面的知识，要求学生投入大量的时间和精力，太简单达不到教学目标，太难则使得学生丧失学习的积极性，教学效果因此不理想。分析原因主要有：1）嵌入式技术发展迅速，知识更新快，学生学习压力大；2）软硬件结合，传统教学时往往理论课+实践课，导致学生实践时理论课内容掌握不牢靠，不能完成实验要求；3）学生为达到实验效果，往往简单记忆教师的操作，没有认真思考各个实现的细节及原因，掌握的知识不系统、不完善。

4支架式教学在嵌入式系统课程教学中的应用

上述分析的学生学习嵌入式系统课程效果不佳的原因，一定程度上反映了目前大多数高校教学中普遍存在的各种问题。针对这些问题，部分高校进行了不少教学改革的尝试，但效果并不理想。对此，笔者将针对嵌入式系统课程融合支架式教学模式进行教改的一些方法分享出来，以期给同行一些启示和借鉴。根据学习内容，按照“最近发展区”概念，搭建脚手架与传统教学模式相比，支架式教学模式中学生是知识构建活动的主体，教师的角色则转变为知识构建的设计者及辅助者[3]。针对要学习的主题，教师需要为学生搭建一个基本概念和基本规律的框架，提出关键问题或者提出学生需要研究探索的方向。这就需要教师在学生掌握知识的基础上，构建新知识与原有知识体系的桥梁，巧妙地提出需要解决的问题，将学习的目标隐含在问题中，合理设计课件，引导学生主动探索问题的答案，从而构建相关内容的知识体系。在嵌入式系统相关课程中，为了更好地实施支架式教学模式，最好将全部教学过程安排在实验室，将课程理论知识融入实验案例。每次实验过程需要教师将实验的目标、实验所需的辅助知识及实验的效果告知学生，实验目标明确需要掌握的知识、辅助知识能够帮助学生更好地完成实验环节，而实验效果则可以最大限度地激发学生独立探求答案的积极性和主动性。在此过程中，教师可以根据以往的知识设计问题，让学生思考实验方案，对学生的回答给予一定的点拨和表扬，激发兴趣。在整个支架搭建的过程中，教师需要整体把握，设计问题、设计方法、构建框架，做到在每个支点实现目标。同时，教师还可以根据经验和学生学习的程度，及时调整支架间距离，争取让每个学生都能通过自己的努力完成实验目标，更大限度提高兴趣和积极性。当然，教师也会发现设计支点的一些不合理性，通过在教学中积累经验、适当调整，以达到更好的效果。根据脚手架支点，引导学生进入情境情境是指和脚手架支点相关的问题情境。在构建知识体系过程中，学生的思维在思考某个支点时总需要一个引导，教师可以根据支点的特征创建情境，让学生自然过渡到该支点，展开思维，引起独立解决问题的愿望。在嵌入式系统课程教学中，可以利用学生自己动手完成任务的成就感、学生间相互比较的争强好胜心以及嵌入式实验成功后的精彩实现效果，激发学生兴趣。通过各种教学媒体，如动画、声音等，将枯燥乏味的内容趣味化，根据每一支点学生的完成效果，适度鼓励和表扬，激发求知欲，适当引导，进入下一支点环节，让学生更快更好地进入自己的角色。在兴趣的基础上独立探索，寻求答案在学生被教师启发引导进入情境后，应该留出学生独立探索问题答案的时间。该环节让学生独立探索问题情境中所蕴涵的意义，抽取问题实质，并通过自身努力加以解决。在学生探索答案的过程中，教师仅仅需要适当提示，引导学生由小问题入手、逐步深入，直至完全独立思考完成。此时学生真正成为学习的主体，逐步实现对知识的构建过程。协作学习，相互提高协作学习[4]阶段有助于培养学生的团队精神。学生在共同解决一个问题时，必须首先明确自己要完成的工作及在整个实验中的作用，通过不同的分工进行联系。一个人出错就会影响整体的效果，这就需要学生发挥自身最大的能动性，去思考和探索问题的解决方法和效率问题。在嵌入式系统课程教学中，教师可以适当对学生进行划分，按照每小组2～3人进行实验，在探索问题答案的同时，培养学生相互协作、群策群力解决问题的精神。如在嵌入式系统课程中完成开发板LED灯驱动控制时，每组三人，每个学生独立解决一个问题。但由于实验过程需要数据传递，就必须在完成自身工作的同时，与他人进行沟通，明确变量名称、变量含义、变量格式及通信需求，学生间相互合作，取长补短，共同进步。效果评价支架式教学模式的突出特点之一就是非常注重对学习效果的评价，教师对分组完成实验的学生进行引导、启发及监督，学生进行自我评价之后由教师评价。这种互动多元的评价方式不仅可以使教师更进一步掌握学生的学习情况，而且可以促使教师根据评价结果及时进行教学步骤的调整，以便取得更好的教学效果。

5结语

支架式教学模式颠覆了传统教学模式中学生和教师的地位关系，教师不再完全主宰课程教学进程，主导地位被弱化；学生不再完全被动接受知识，学习主动性得以提升。以学生发展水平为基础，运用多种方法引导学生主动构建知识技能，进而向更高的发展水平迈进，不仅能提高学生独立解决问题、探索答案、构建知识体系的能力，而且可以提高学生的团队合作意识，提升综合素质。教师需要扩展思路，为学生营造轻松自由的学习氛围，使其能够主动表达自己的观点，进而通过实践加以证明；教师和学生通过讨论让学生自主思考，加深对知识的理解，构建完整的知识体系[5]。当然，虽然支架式教学模式有诸多优势，但也不是说完全可以取代传统教学模式，两者之间有着密切的联系，各有长处和不足。在嵌入式课程教学中，要合理发挥支架式教学模式的优势，找到合适的平衡点，达到更好的教学效果。

参考文献

[1]王萍芳.支架式教学模式在计算机教学中的应用探究[J].计算机光盘软件与应用,2012(19):267-268.

[2]曾妍,刘钟鸣.支架式教学法在高校外语专业教学中的应用[J].长春理工大学学报:社会科学版,2011(12):190-191.

[3]谢庆,梁贵书,葛玉敏.建构主义支架教学法应用中的两个关键问题研究[J].教育教学论坛,2013(11):84-85.

[4]刘岩.支架式教学模式培养学生的学习能力[J].教育教学论坛,2016(17):188-189.

[5]姜永常.知识构建成长的动力需求与能力生成[J].情报理论与实践,2014(4):19-23.

作者：炎士涛 赵明富 李士勇