基于雨課堂的電子系統(tǒng)總線技術(shù)教學(xué)模式

【摘 要】作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生的專業(yè)課程，電子系統(tǒng)總線技術(shù)存在知識(shí)點(diǎn)多、實(shí)操困難等問題，理論知識(shí)難以結(jié)合實(shí)踐。本文設(shè)計(jì)了電子系統(tǒng)總線技術(shù)的全新課程體系，在普通授課環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上加入了理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，并且利用雨課堂手段提升課堂交互效果，取得了較好的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】電子系統(tǒng)總線技術(shù) 雨課堂 教學(xué)模式改革

【基金項(xiàng)目】杭州電子科技大學(xué)研究生核心課程建設(shè)項(xiàng)目（HXKC2017005），杭州電子科技大學(xué)新生研討課程項(xiàng)目《網(wǎng)絡(luò)的奧秘》。

【中圖分類號(hào)】TP336；G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）36-0044-02

引言

隨著通信技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子系統(tǒng)總線技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為推動(dòng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》綱領(lǐng)文件以促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)重大技術(shù)裝備的需求為目標(biāo)，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]?！峨娮酉到y(tǒng)總線技術(shù)》課程包括分布式數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)4.0智能制造、智能信號(hào)處理方法等內(nèi)容，要求學(xué)生從理論上掌握現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)和實(shí)施方案、各種分布式數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、電子系統(tǒng)集成思想與實(shí)施方案等。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解目前國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)技術(shù)，掌握現(xiàn)場(chǎng)總線這種可構(gòu)成全分布式測(cè)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，培養(yǎng)總線架構(gòu)電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力。因此，根據(jù)目前我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)與制造業(yè)智能化與網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展需求，掌握電子系統(tǒng)總線技術(shù)對(duì)電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)研究生是十分重要與必要的[2]。

開設(shè)《電子系統(tǒng)總線技術(shù)》課程目的是通過系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)與相關(guān)實(shí)踐，掌握現(xiàn)代總線通信技術(shù)與電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念、分析方法和典型應(yīng)用，了解國(guó)內(nèi)外電子系統(tǒng)總線技術(shù)的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，為深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事科研實(shí)踐活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開設(shè)《電子系統(tǒng)總線技術(shù)》課程，符合學(xué)科信息化與工業(yè)化發(fā)展的客觀需求，也是踐行國(guó)家工業(yè)4.0發(fā)展規(guī)劃的重要技術(shù)儲(chǔ)備，因此是目前我校電路與系統(tǒng)專業(yè)研究生的必修課。但由于本課程自身特點(diǎn)、教學(xué)培養(yǎng)方式、學(xué)生知識(shí)體系等原因，目前的教學(xué)工作面臨諸多問題：

（1）課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)涉及面廣、應(yīng)用特性明顯。本課程要求學(xué)生要掌握單片機(jī)原理、模擬電路線路、數(shù)字電子線路、通信原理、信號(hào)與系統(tǒng)等多門基礎(chǔ)知識(shí)，與本科階段課程不一樣，除了理論基礎(chǔ)知識(shí)以外，還需要緊密聯(lián)系工程實(shí)踐，從工業(yè)實(shí)踐中來，又要應(yīng)用于工程實(shí)踐。（2）學(xué)生基礎(chǔ)差異化較嚴(yán)重。我校電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科每年招收的絕大多數(shù)碩士研究生來自其他學(xué)校和相關(guān)院系，他們的知識(shí)背景、知識(shí)結(jié)構(gòu)、理論基礎(chǔ)、理解能力、實(shí)踐能力等差別很大，部分學(xué)生缺乏相關(guān)知識(shí)背景。（3）課程內(nèi)容體系不統(tǒng)一。目前國(guó)內(nèi)較少高效開設(shè)了這門課程，而且已開設(shè)課程高校的內(nèi)容設(shè)置差別較大，如何針對(duì)我校電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展特色與實(shí)際需求，在不違背教學(xué)大綱前提下，合理選擇課堂教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容，直接關(guān)系到教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、完整性和系統(tǒng)性。（4）學(xué)生就業(yè)目的性突出。目前研究生較為以工作為導(dǎo)向進(jìn)行課程的選擇，一般不傾向于工業(yè)環(huán)境的就業(yè)選擇。而本課程立足于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，是智能制造和工業(yè)4.0技術(shù)的重要知識(shí)基礎(chǔ)，理論與實(shí)際聯(lián)系較為緊密，因此必須培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的興趣。

本文將雨課堂技術(shù)引入到《電子系統(tǒng)總線技術(shù)》課程，設(shè)計(jì)了授課環(huán)節(jié)、理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，并且利用雨課堂手段提升課堂交互效果，取得了較好的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

一、教學(xué)模式改革

（一）全新課程體系設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)大綱和技術(shù)發(fā)展，對(duì)電子系統(tǒng)總線技術(shù)課程的內(nèi)容體系進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，具體課程體系如圖1所示，內(nèi)容包括針對(duì)智能制造、工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電子系統(tǒng)和總線技術(shù)，課時(shí)安排由授課環(huán)節(jié)（8課次）、理論環(huán)節(jié)（2課次）與實(shí)踐環(huán)節(jié)（6課次）三部分內(nèi)容組成。

（1）8課次授課環(huán)節(jié)主要從課程的知識(shí)體系出發(fā)，讓學(xué)生全面了解電子系統(tǒng)總線技術(shù)的技術(shù)涵蓋，內(nèi)容包括：電子系統(tǒng)總線技術(shù)導(dǎo)論、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高篇、智能分布式測(cè)控系統(tǒng)、 現(xiàn)場(chǎng)總線通信理論、常用串行總線技術(shù)應(yīng)用、無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)編程開發(fā)、圖像視頻智能分析技術(shù)。

（2）2課次理論環(huán)節(jié)主要從研究生的理論研究能力與手段著眼，鍛煉文獻(xiàn)查閱能力與科研文字撰寫能力，包括文獻(xiàn)閱讀、文獻(xiàn)報(bào)告、論文撰寫。

（3）6課次實(shí)踐環(huán)節(jié)主要從電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和新設(shè)計(jì)工具方法的角度出發(fā)，內(nèi)容包括：電路設(shè)計(jì)與仿真、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與模擬、Simulink、Labview編程、總線分析軟硬件、Raspberry Pi 等[4]。

（二）全新課堂教學(xué)方式

雨課堂[3]是清華大學(xué)在線教育辦公室和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)工具，可將復(fù)雜的信息技術(shù)手段融入到PowerPoint和微信，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間建立溝通橋梁，讓課堂互動(dòng)永不下線。使用雨課堂，教師可以將帶有MOOC視頻、習(xí)題、語音的課前預(yù)習(xí)課件推送到學(xué)生手機(jī)，師生溝通及時(shí)反饋；課堂上實(shí)時(shí)答題、彈幕互動(dòng)，為傳統(tǒng)課堂教學(xué)師生互動(dòng)提供了完美解決方案。雨課堂科學(xué)地覆蓋了課前——課上——課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，為師生提供完整立體的數(shù)據(jù)支持，個(gè)性化報(bào)表、自動(dòng)任務(wù)提醒，讓教與學(xué)更明了。

通過雨課堂技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)隨堂習(xí)題、課堂小測(cè)、不懂反饋、彈幕、投稿、隨機(jī)點(diǎn)名等交互式操作。在授課環(huán)節(jié)，本課程主要利用了雨課堂的如下功能：

（1）課前預(yù)習(xí)：通過提前在雨課堂發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容，督促學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)；（2）課堂簽到：每次課上通過課堂簽到功能，追蹤統(tǒng)計(jì)遲到、曠課等同學(xué)；（3）課堂交互：通過開啟學(xué)生彈幕功能實(shí)現(xiàn)問題反饋，實(shí)現(xiàn)師生雙向交互；（4）在線測(cè)驗(yàn)：定時(shí)開設(shè)在線小測(cè)驗(yàn)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；（5）課后復(fù)習(xí)：課后學(xué)生可以通過課件翻閱和打印，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)；（6）期末考試：利用雨課堂試題發(fā)布功能進(jìn)行手機(jī)端考試、批改與統(tǒng)計(jì)。

理論環(huán)節(jié)采用了學(xué)生課堂報(bào)告的形式，將課堂報(bào)告發(fā)至雨課堂討論區(qū)，讓學(xué)生課內(nèi)課外都可以自由地表達(dá)和質(zhì)疑。實(shí)踐環(huán)節(jié)通過課后分小組進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行發(fā)布，通過問題交流，促使學(xué)生深入地去掌握軟件工具和新型設(shè)計(jì)方法。

因此，通過雨課堂這一新興的教學(xué)方法和技術(shù)手段，結(jié)合電子系統(tǒng)總線技術(shù)的課程改革，達(dá)到了外在教學(xué)方法與內(nèi)在知識(shí)體系的完美結(jié)合，兩者相輔相成，互相作用。

二、教學(xué)效果

電子系統(tǒng)總線技術(shù)課程的教學(xué)模式改革在2017年-2018年第一學(xué)期88位選課的研究生同學(xué)班級(jí)上進(jìn)行初步試驗(yàn)。雨課堂微信端課程操作界面、雨課堂電腦端新建試卷等操作界面如圖2和圖3所示，學(xué)生課堂報(bào)告如圖5所示。課堂上將88名同學(xué)分為了20個(gè)小組，平均每組4名同學(xué)，除了授課環(huán)節(jié)以外，理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)以小組為單位進(jìn)行。具體的實(shí)施方式包括課堂報(bào)告、課堂辯論、課外討論、效果演示、成果展示等環(huán)節(jié)。課程之后，2017-2018年第二學(xué)期還繼續(xù)追蹤選課研究生參與科研項(xiàng)目的情況，本課程內(nèi)容在實(shí)際科研中的效果調(diào)查，以及選課研究生的發(fā)表科研論文（特別是英文論文）的情況，驗(yàn)證本課程教學(xué)模式改革的長(zhǎng)期效果。2018年-2019年第一學(xué)期將對(duì)教學(xué)模式改革進(jìn)行進(jìn)一步完善。

三、結(jié)語

雨課堂將課前——課上——課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗(yàn)，快捷免費(fèi)地實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代的智慧教學(xué)。本文在全新設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)總線技術(shù)課程體系的基礎(chǔ)上，利用雨課堂軟件這一新型的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)研究生課程的類翻轉(zhuǎn)課堂模式，提供教學(xué)數(shù)據(jù)全周期采集、量化學(xué)習(xí)情況，幫助教師精準(zhǔn)教學(xué)。通過本學(xué)期的實(shí)踐教學(xué)，發(fā)現(xiàn)全班88名學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情較高，課外投入的時(shí)間較長(zhǎng)，10余名學(xué)生發(fā)表了英文科研論文，近一半學(xué)生參與了科研項(xiàng)目，因此取得了較好的教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)制造2025. http：//www.gov.cn/zhuanti/2016/MadeinChina2025-plan/index.htm [BL/OL]， 中國(guó)國(guó)務(wù)院， 2015.

[2] 李宏毅， 廉根寬. 體驗(yàn)式教法在“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用， 現(xiàn)代職業(yè)教育 ， 2018.1： 121.

[3] 雨課堂. http：//ykt.io [BL/OL]， 清華大學(xué)&學(xué)堂在線， 2018.

[4]樹莓派. https：//www.raspberrypi.org [BL/OL]， The Raspberry Pi Foundation， 2018.

作者簡(jiǎn)介：

蔡文郁（1979-），男，杭州電子科技大學(xué)，博士，副教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)及嵌入式技術(shù)研究。