慕课携手“开源硬件”云端开启“真刀真枪”实验

“我们这个课开了很多年，最大的一个特点就是‘好玩’，或者说，要带领学生跟着自己兴趣‘玩起来’。从一开始，我们就觉得这个课程特色在疫情防控期间的线上教学里不能丢，这也是我们备课时最想做、最想保障的事，最终通过开源硬件结合慕课的方式实现了!” “数字电路与嵌入式系统”课程的主讲教师、清华大学工程物理系副教授曾鸣感叹道。

“数字电路与嵌入式系统”课程是清华大学工程物理系本科生专业基础课，是核电子学方向的主要基础课程，曾获得清华大学年度教学优秀奖等。该课程对应的慕课“ARM微控制器与嵌入式系统”在2017年得到学校支持完成制作并上线，目前累计选课3.2万余人次，国内有十余所高校使用该慕课开展混合教学和学生科创培训，并于2018年获评“国家精品在线开放课程”。春季学期伊始，面对疫情带来的巨大挑战，该课程充分发挥国家精品在线开放课程的资源优势，将慕课与自主设计的开源硬件(Open Hardware)相结合，在实现有序上课的同时，完整开设学生实验，确保线上教学的高质量开展。

国家精品在线开放课程“数字电路与嵌入式系统”

作为一门理论和实践相结合的课程，“数字电路与嵌入式系统”鼓励学生动手实践，特别是学生要在微控制器的系统平台上实际开发、调试，完成属于自己一个完整创意设计。考虑到线上教学的特殊性，包括授课时间的组织、课堂互动环节的形式等，除了结合课件的传统备课，曾鸣每次都会完完整整地过一遍准备使用的慕课视频，充分考虑视频的在速度、难度上，与清华校内教学的差别，从而控制好教学节奏的差异。课程顺利开课后，课程团队开始将开源硬件的教学系统清点出来，并逐一测试。

为了让学生们都可以“真刀真枪”实验，他们用电子问卷的方式征集了所有校内选课同学的邮寄地址等信息，将教学系统邮寄过去。通过开源硬件的教学系统，曾鸣结合慕课视频和网络讲解，重新规划了后续每一节实验内容，让这个“真刀真枪”的实验课不掉队!

全国各地的同学收到教学系统

疫情防控期间，“数字电路与嵌入式系统”课程清华校内有37人选课(64学时)，慕课选课有2439人。在保障教学的同时，曾鸣大胆尝试了将两个课堂相结合，并取得了良好的教学效果。

一方面，课程基于慕课与在线实时互动开展“混合式”教学。慕课平台资源向所有选课学生开放，校内外选课学生教学进度同步，包括更新课件、提醒学习内容、组织微信群讨论等。师生互动采用“慕课讨论区+微信群+Zoom讨论课”的方式进行，激发了校内外学子自主学习的兴趣与热情;另一方面，针对慕课学员的广泛需求，课程团队深耕教学资源建设，认真修订、精心制作了全新的教学课件，并根据教学系统在网络学堂、学堂在线等平台同步更新，在寒假后期加紧打造推出了“Blazar: 慕课开放课程与Open Hardware开源硬件”的专题网站(https://www.blazar.org.cn)。网站在2月底正式上线，硬件图纸、慕课视频、课件文件、程序例程源码等均对外公开，供学习者和爱好者群体结合慕课自主学习，也提供给其它学校老师们自由使用。课程在服务社会的同时，实现了校内校外两个学习群体的相互促进。

2020年课程新版课件，在慕课平台和清华网络学堂同步更新

Blazar教学资源网站与全部公开的图纸课件代码

远程指导实验，是对于实验内容、技术经验的巨大挑战。学生搭建嵌入式开发工具链，计算机硬件和操作系统各不相同，当有些奇怪的问题卡出来时，曾鸣会远程指导学生解决，一步步带着学生分析。“把多年的经验都用上了!”曾鸣说道。虽然线上教学为这门课程带来了不少挑战，但同样也充满惊喜。在传统课堂很难实现的“圆桌”氛围，为线上教学创造了许多额外的互动维度。

考虑到线上教学非常容易“干货满满”，曾鸣充分考虑同学们的认知规律，在授课过程中特意放慢节奏，停下来和学生互动，从而更好地掌握整个课程的教学节奏，让同学们切实掌握所学知识。针对疫情防控期间的教学特点，曾鸣强化了学生自主探究学习内容。比如课程在讲完基础部分后，以“xxx中的嵌入式系统”为题让学生自主调研。

在线上教学环境下，同学们的参与深度和热情都明显更高。从“航天器中的嵌入式系统”“大数据中的嵌入式系统”到“游戏机中的嵌入式系统”，有同学去调研了各种卫星里面的芯片，也有调研Switch游戏机里芯片用的是什么、性能怎么样?加上老师即时的点评、提问、讨论，这些都加深了同学们对课程领域的兴趣和认知，也为之后相应章节的内容做了非常好的铺垫。

学生自主调研网上讨论课报告

“线上教学打破了师生固有的‘身份限定’, 形成了一种教室里很难达到的、大家一起‘同游共学’的感觉。师生的角色在虚拟的课堂里，不知不觉会变得更加平等。”曾鸣说道。一学期的时间，课程会带学生从数字电路入门开始，在掌握微控制器原理、编程开发方法、通讯和各种模块知识后，在期末真真正正做一个自己的“酷炫”作品出来展示。如同学们所说，基于慕课与开源硬件的混合式教学为他们提供了“奇妙”的学习体验。“老师通俗易懂、幽默风趣的授课方式，让我们对课程内容有了更加清晰、透彻的理解。”同学们纷纷表示。

学生反馈词云

“作为教师，育人是第一要务。在这个特殊的时间点，学校全方位推进在线教学，是对之前投入的一个很好的检验，也激励着我们在教学和科研等各个方面更新理念，让形式跟上时代的步伐。总体上，我觉得这是一次非常有意义的尝试!” 曾鸣表示。

(清华新闻网4月3日电)

供稿：终身教育处

编辑：李晨晖

审核：程曦

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