支架式教學在嵌入式系統課程教學中的應用

炎士濤　趙明富　李士勇

摘 要 分析傳統教學模式中存在的問題，特別是學生和教師在學習過程中所扮演的角色對學習效果的影響，引發探索支架式教學模式在實際教學中的應用。通過在嵌入式系統課程教學中引入支架式教學模式，對比傳統教學模式，發現該模式應用對提升學生學習的主動性、積極性和獨立解決問題的能力都有極大的提高。

關鍵詞 支架式教學；教學模式；嵌入式系統課程；實驗室；實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0085-02

1 引言

隨著計算機技術的飛速發展，在傳統教學實施過程中引入大量改善教學效果的硬件設備，使得教師在授課過程中可以配合豐富多彩的幻燈片、動畫及聲音效果提升學生的學習興趣，明顯改善了學習的效果。但這并不能改變當前高校課堂中教師占主導地位的傳統教學模式，教師講解、板書，學生聽講、記筆記，教師根據學生的反饋來了解學生對所學知識的掌握程度，并根據這個反饋適當調整教學策略，以期達到更好的教學目的。

傳統教學模式下，教師是教學過程中的絕對主體，掌握整個教學過程的走向。教師主動傳授，學生被動接受，教學效果的衡量標準僅僅靠學生最終的考核成績，反映不出學生實際解決問題的能力；課堂僅僅是提供給教師“表演”的舞臺，學生從來沒有在課堂上展現自己的學習效果及創新想法。實際教學時往往采用“理論課+實驗課”的模式，教師在理論課講授理論知識，不能讓學生馬上實踐學習到的新知識，學生感覺枯燥乏味，學習積極性、主動性大大降低；而當進入實驗室進行實踐操作時，往往由于對理論知識理解不深刻，導致實驗效果差，不能完成教師設置的實驗目標，嚴重影響教學效果。

支架式教學模式通過搭建腳手架[1]、進入情境、獨立研究、協作學習和學習評估五個環節展開教學，大大提高了學生的積極性和獨立解決問題的能力。本研究通過將支架式教學模式應用到嵌入式系統課程的教學實踐中，并與傳統教學效果進行比較，為課堂教學的改革發展提供參考。

2 支架式教學模式

支架式教學是根據維果茨基的“最近發展區”理論[2]、皮亞杰的結構與建構理論以及布魯納的認知學習理論發展來的一套成熟的教學模式。

“最近發展區”奠定了支架式教學的心理學理論基礎，是指兒童在獨立解決問題時的實際發展水平和教師指導下解決問題時潛在發展水平間存在的距離。教師所做的工作就是為最近發展區搭建支架。

皮亞杰提出的結構與構建理論，指個體在建構知識體現過程中，在超越自身實際水平時，需借助外界給予的“支架”，使自己從低級的平衡水平到不平衡再發展到更高級的平衡，以完善或完成自己的建構活動。該理論形成了支架式教學的認知結構理論基礎。

布魯納的認知學習理論是指在學習過程中，學生不應處于被動地位，消極地接受知識，而應當主動積極地探索獲取。

教師應為學生創造有利的學習環境和氛圍，提供必要的各類學習資源，在學生需要幫助時提供支架，直到學生逐漸掌握時去除支架，為學生主動學習提供各類支持。

3 嵌入式系統課程教學現狀

隨著計算機技術的不斷進步，人們的生活正在發生翻天覆地的變化，大數據、云計算等新興技術為智慧城市、智慧地球的實施奠定了基礎，創造了條件，這也使得嵌入式軟硬件工程師的社會需求量與日俱增，嵌入式系統課程在高校教學中所占的比重越來越大。

嵌入式系統是一門要求學生系統掌握軟硬件知識的課程，學生在學習時既要掌握必要的硬件知識，又要具備在開發板上進行軟件開發的能力。與之對應，教師在教學過程中要涉及兩方面的知識，要求學生投入大量的時間和精力，太簡單達不到教學目標，太難則使得學生喪失學習的積極性，教學效果因此不理想。分析原因主要有：1）嵌入式技術發展迅速，知識更新快，學生學習壓力大；2）軟硬件結合，傳統教學時往往理論課+實踐課，導致學生實踐時理論課內容掌握不牢靠，不能完成實驗要求；3）學生為達到實驗效果，往往簡單記憶教師的操作，沒有認真思考各個實現的細節及原因，掌握的知識不系統、不完善。

4 支架式教學在嵌入式系統課程教學中的應用

上述分析的學生學習嵌入式系統課程效果不佳的原因，一定程度上反映了目前大多數高校教學中普遍存在的各種問題。針對這些問題，部分高校進行了不少教學改革的嘗試，但效果并不理想。對此，筆者將針對嵌入式系統課程融合支架式教學模式進行教改的一些方法分享出來，以期給同行一些啟示和借鑒。

根據學習內容，按照“最近發展區”概念，搭建腳手架 與傳統教學模式相比，支架式教學模式中學生是知識構建活動的主體，教師的角色則轉變為知識構建的設計者及輔助者[3]。針對要學習的主題，教師需要為學生搭建一個基本概念和基本規律的框架，提出關鍵問題或者提出學生需要研究探索的方向。這就需要教師在學生掌握知識的基礎上，構建新知識與原有知識體系的橋梁，巧妙地提出需要解決的問題，將學習的目標隱含在問題中，合理設計課件，引導學生主動探索問題的答案，從而構建相關內容的知識體系。

在嵌入式系統相關課程中，為了更好地實施支架式教學模式，最好將全部教學過程安排在實驗室，將課程理論知識融入實驗案例。每次實驗過程需要教師將實驗的目標、實驗所需的輔助知識及實驗的效果告知學生，實驗目標明確需要掌握的知識、輔助知識能夠幫助學生更好地完成實驗環節，而實驗效果則可以最大限度地激發學生獨立探求答案的積極性和主動性。在此過程中，教師可以根據以往的知識設計問題，讓學生思考實驗方案，對學生的回答給予一定的點撥和表揚，激發興趣。在整個支架搭建的過程中，教師需要整體把握，設計問題、設計方法、構建框架，做到在每個支點實現目標。同時，教師還可以根據經驗和學生學習的程度，及時調整支架間距離，爭取讓每個學生都能通過自己的努力完成實驗目標，更大限度提高興趣和積極性。當然，教師也會發現設計支點的一些不合理性，通過在教學中積累經驗、適當調整，以達到更好的效果。endprint

根據腳手架支點，引導學生進入情境 情境是指和腳手架支點相關的問題情境。在構建知識體系過程中，學生的思維在思考某個支點時總需要一個引導，教師可以根據支點的特征創建情境，讓學生自然過渡到該支點，展開思維，引起獨立解決問題的愿望。在嵌入式系統課程教學中，可以利用學生自己動手完成任務的成就感、學生間相互比較的爭強好勝心以及嵌入式實驗成功后的精彩實現效果，激發學生興趣。通過各種教學媒體，如動畫、聲音等，將枯燥乏味的內容趣味化，根據每一支點學生的完成效果，適度鼓勵和表揚，激發求知欲，適當引導，進入下一支點環節，讓學生更快更好地進入自己的角色。

在興趣的基礎上獨立探索，尋求答案 在學生被教師啟發引導進入情境后，應該留出學生獨立探索問題答案的時間。該環節讓學生獨立探索問題情境中所蘊涵的意義，抽取問題實質，并通過自身努力加以解決。在學生探索答案的過程中，教師僅僅需要適當提示，引導學生由小問題入手、逐步深入，直至完全獨立思考完成。此時學生真正成為學習的主體，逐步實現對知識的構建過程。

協作學習，相互提高 協作學習[4]階段有助于培養學生的團隊精神。學生在共同解決一個問題時，必須首先明確自己要完成的工作及在整個實驗中的作用，通過不同的分工進行聯系。一個人出錯就會影響整體的效果，這就需要學生發揮自身最大的能動性，去思考和探索問題的解決方法和效率問題。在嵌入式系統課程教學中，教師可以適當對學生進行劃分，按照每小組2～3人進行實驗，在探索問題答案的同時，培養學生相互協作、群策群力解決問題的精神。如在嵌入式系統課程中完成開發板LED燈驅動控制時，每組三人，每個學生獨立解決一個問題。但由于實驗過程需要數據傳遞，就必須在完成自身工作的同時，與他人進行溝通，明確變量名稱、變量含義、變量格式及通信需求，學生間相互合作，取長補短，共同進步。

效果評價 支架式教學模式的突出特點之一就是非常注重對學習效果的評價，教師對分組完成實驗的學生進行引導、啟發及監督，學生進行自我評價之后由教師評價。這種互動多元的評價方式不僅可以使教師更進一步掌握學生的學習情況，而且可以促使教師根據評價結果及時進行教學步驟的調整，以便取得更好的教學效果。

5 結語

支架式教學模式顛覆了傳統教學模式中學生和教師的地位關系，教師不再完全主宰課程教學進程，主導地位被弱化；學生不再完全被動接受知識，學習主動性得以提升。以學生發展水平為基礎，運用多種方法引導學生主動構建知識技能，進而向更高的發展水平邁進，不僅能提高學生獨立解決問題、探索答案、構建知識體系的能力，而且可以提高學生的團隊合作意識，提升綜合素質。教師需要擴展思路，為學生營造輕松自由的學習氛圍，使其能夠主動表達自己的觀點，進而通過實踐加以證明；教師和學生通過討論讓學生自主思考，加深對知識的理解，構建完整的知識體系[5]。

當然，雖然支架式教學模式有諸多優勢，但也不是說完全可以取代傳統教學模式，兩者之間有著密切的聯系，各有長處和不足。在嵌入式課程教學中，要合理發揮支架式教學模式的優勢，找到合適的平衡點，達到更好的教學效果。

參考文獻

[1]王萍芳.支架式教學模式在計算機教學中的應用探究[J].計算機光盤軟件與應用，2012（19）：267-268.

[2]曾妍，劉鐘鳴.支架式教學法在高校外語專業教學中的應用[J].長春理工大學學報：社會科學版，2011（12）：190-191.

[3]謝慶，梁貴書，葛玉敏.建構主義支架教學法應用中的兩個關鍵問題研究[J].教育教學論壇，2013（11）：84-85.

[4]劉巖.支架式教學模式培養學生的學習能力[J].教育教學論壇，2016（17）：188-189.

[5]姜永常.知識構建成長的動力需求與能力生成[J].情報理論與實踐，2014（4）：19-23.endprint