基于大數(shù)據(jù)開展“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)深度融合研究

邢玉清 吳莉莉 潘健斌

摘? 要：隨著5G來臨，網(wǎng)絡(luò)信息化得到進(jìn)一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)與人工智能給高校課程教學(xué)帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程如何實(shí)行革新與教學(xué)是當(dāng)前需要面對(duì)及解決的難題。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)? 信息技術(shù)? 融合應(yīng)用? 教學(xué)

Abstract： With the advent of 5G and the further development of network informatization， the emergence of big data and artificial intelligence has brought opportunities and challenges to university courses. How to carry out innovation and teaching in the course of principle and application of single chip computer is a difficult problem that needs to be faced and solved at present.

教育部2018年1月印發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》。該《計(jì)劃》強(qiáng)調(diào)通過大數(shù)據(jù)采集與分析，將人工智能切實(shí)地融入實(shí)際教學(xué)環(huán)境中。教育部2018年11月頒發(fā)的《新課標(biāo)》指出：信息技術(shù)將從興趣課程上升為必修課程，并對(duì)學(xué)生在計(jì)算思維、算法、編程方面的要求進(jìn)行了大幅度提升。教育部2019年6月高等教育司司長吳巖指出課程改革新行動(dòng)：讓課程理念新起來、教材精起來、課堂活起來、學(xué)生忙起來、管理嚴(yán)起來、效果實(shí)起來，線上、線下、線上線下混合式、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、社會(huì)實(shí)踐國家級(jí)一流課程。隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長下，人類社會(huì)一方面受益于大數(shù)據(jù)時(shí)代所產(chǎn)生的積極影響，另一方面也面臨著被數(shù)據(jù)海洋“淹沒”的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教師的權(quán)威性都面臨著挑戰(zhàn)，單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)也面臨著同樣的問題。如何順應(yīng)時(shí)代潮流、加快實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的科學(xué)應(yīng)用，如何科學(xué)合理地分析傳統(tǒng)教學(xué)模式的利弊，是大數(shù)據(jù)時(shí)代能否有效地提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)環(huán)境的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1? 大數(shù)據(jù)的概念和特征

大數(shù)據(jù)（Big Data）這個(gè)專業(yè)術(shù)語出現(xiàn)于1990年，是指規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)量使人們不能在短期內(nèi)對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、整合及研究。大數(shù)據(jù)不采用隨機(jī)分析法（抽樣調(diào)查法）這樣的捷徑，而是對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。麥肯錫研究所對(duì)大數(shù)據(jù)的定義多被引用，他們指出大數(shù)據(jù)本質(zhì)是數(shù)據(jù)集合：這種數(shù)據(jù)集合規(guī)模大到在獲取、存儲(chǔ)、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具除了能力;這種數(shù)據(jù)集合特征是具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價(jià)值密度低。近年來，大數(shù)據(jù)的概念進(jìn)一步被凝練和豐富。在2018大數(shù)據(jù)最新的定義強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)是需要并行計(jì)算工具處理的數(shù)據(jù)[1]。大數(shù)據(jù)的特征：Volume（容量）、Velocity（速度）、Variety（多樣）、Veracity（真實(shí)）、Variability（可變性）Value（價(jià)值）Complexity（復(fù)雜性）。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，人們的生活、工作、學(xué)習(xí)等方方面面都受到了較大的影響[2]。

2? 傳統(tǒng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)方式亟需改革

一方面，傳統(tǒng)、抽象、枯燥的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的理論教學(xué)很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及主觀能動(dòng)性。另一方面，傳統(tǒng)的“粉筆加黑板，課本加筆記”的教學(xué)方式，不能夠在有限的時(shí)間內(nèi)提供足夠的信息量給學(xué)生。最后人類的夢想一直向往利用新技術(shù)更加簡潔高效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。以上3個(gè)方面說明傳統(tǒng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)方式亟需改革。

在單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)中，所謂的“數(shù)據(jù)”是指海量的文字信息、音頻、視頻信息等，即與單片機(jī)學(xué)習(xí)有關(guān)的各種電子多媒體資料。作為重要的學(xué)習(xí)資源，它們理應(yīng)被師生擁有并能被創(chuàng)造性地運(yùn)用。大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是非結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)量龐大及分散式呈現(xiàn)等，此特征正好與人性化、個(gè)性化的人類追求的學(xué)習(xí)要求相符合。單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)應(yīng)該采取更多的人性化服務(wù)、溝通交流以及自主性強(qiáng)的學(xué)習(xí)方案。這對(duì)促進(jìn)學(xué)校教育方案的改革也具有積極意義。參考大規(guī)模的成功的教育教學(xué)數(shù)據(jù)研究案例，有助于解決單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)中所出現(xiàn)的難題。采用大數(shù)據(jù)的教學(xué)方式可以最大化地體現(xiàn)以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)理念，增效教學(xué)互動(dòng)交流，提升融洽師生關(guān)系。

微課、慕課、在線課堂等教學(xué)形式大范圍的涌現(xiàn)，尤其是智能手機(jī)廣泛普及與網(wǎng)絡(luò)的飛速提升，學(xué)生學(xué)習(xí)的途徑不再是書本、教師或傳統(tǒng)課堂了，學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)了多元化，教師從教學(xué)為主的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸龑?dǎo)、組織、協(xié)調(diào)、參與、解答為主的多角色。因而，有了大數(shù)據(jù)的支持，人類數(shù)千年的“因材施教”“有教無類”理想教學(xué)理念才能得以最大化的實(shí)現(xiàn)[3]。新的單片機(jī)原理與應(yīng)用教育體系正在逐步完備，多變的學(xué)制與自主性強(qiáng)的服務(wù)也逐步被提供，這些都有利于推動(dòng)單片機(jī)原理與應(yīng)用教育的整體革新[4]。

3? 大數(shù)據(jù)時(shí)代單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)創(chuàng)新措施

3.1 教師緊跟時(shí)代步伐更新知識(shí)結(jié)構(gòu)

講課的困難在于僅能以線性展開的語句作為工具，卻要讓學(xué)生建構(gòu)樹狀的知識(shí)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀的思考路徑、立體的真實(shí)世界。新時(shí)代對(duì)以“傳道，授業(yè)，解惑”為職責(zé)的教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)能力也提出了更高的要求。教師不僅僅要掌握好自己所教領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維模式，還要掌握一些現(xiàn)代信息技術(shù)知識(shí)，充分運(yùn)用日新月異的新技術(shù)武裝自己的技能庫。單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)進(jìn)一步革新的方向是力求建立多元化的教育方式，為學(xué)生提供最合適的學(xué)習(xí)方法，也要求教師緊跟時(shí)代步伐更新知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3.2 教師要掌握利用信息能力和研發(fā)能力

大數(shù)據(jù)時(shí)代不是要淘汰和取消教師，而是要求教師要強(qiáng)化作為組織者、引導(dǎo)者的能力。雖然學(xué)生有便捷多樣的信息渠道，但是畢竟“術(shù)業(yè)有專攻”，仍然需要具有寬廣的知識(shí)面的教師，教師對(duì)學(xué)科前沿有敏銳的分析和判斷能力，幫助學(xué)生掌握知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代海量數(shù)據(jù)中的“精華”與“糟粕”，要去粗取精，去偽存真[5]。否則，學(xué)生很容易迷失在數(shù)據(jù)海洋中。

首先，在新時(shí)代背景下，教師要具備搜索和利用信息的能力，即教師要知道如何有效地獲取信息、如何過濾和整理有用的信息、如何通過合適的教學(xué)手段傳授給學(xué)生需要掌握的信息。其次，教師要具有較強(qiáng)內(nèi)容引導(dǎo)能力。傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師更多的是以講為主，以解為輔。在新技術(shù)下，教師要以引導(dǎo)為主，以講為輔，向?qū)W生提供線索、目標(biāo)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生利用各種現(xiàn)代化的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)。最后，教師要很好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。新技術(shù)帶來新的教學(xué)方法，新增了有趣的教學(xué)內(nèi)容，但并不能保證每個(gè)學(xué)生始終能全身心地投入學(xué)習(xí)。教學(xué)過程不僅僅是知識(shí)的傳授，更是情感的交流與傳遞。采用情感注入教學(xué)、合理引導(dǎo)學(xué)生是提高學(xué)生積極性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵[6]。

3.3 以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)方法改革

安德森（Anderson）等修訂了布魯姆教育目標(biāo)，把高級(jí)思維認(rèn)知過程由低至高地分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造6個(gè)層次。1976年，美國學(xué)者馬頓（Marton）和薩爾約（Saljo）明確提出了淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的概念?！坝洃?、理解”層次屬于淺層學(xué)習(xí)，“應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造”層次屬于深度學(xué)習(xí)。簡單說就是認(rèn)知的層次簡化成兩層：分別是認(rèn)知低級(jí)階段的淺層學(xué)習(xí)和對(duì)知識(shí)的深度理解和遷移應(yīng)用處于較高水平的深度學(xué)習(xí)。如圖1高級(jí)思維模型所示[7]。

傳統(tǒng)課堂教學(xué)是以教師為教學(xué)主體中心，采用整體教學(xué)、指定參考教科書和定期測試的方法教授明確界定的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。然而，采用“高階思維”模型為教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)需要改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，不在是要以教師為中心和固定的教材，而是要強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)的體驗(yàn)，經(jīng)常地參與課堂思維實(shí)踐，發(fā)展思維技能。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)將傳授專業(yè)內(nèi)容作為主導(dǎo)方向，這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培育。從改變教學(xué)目的、增減教學(xué)內(nèi)容、規(guī)劃課堂教學(xué)、安排創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、小組探討、主體交流溝通等流程入手，以培育創(chuàng)新能力為主旨，力求提高學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目下研究、分析及解決難題的能力。在授課時(shí)，老師不再以專業(yè)內(nèi)容的傳授為主導(dǎo)，而是拋出課程的相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生分析和交流并指出學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)方式。將課程內(nèi)容與實(shí)際項(xiàng)目聯(lián)系在一起，學(xué)生經(jīng)過對(duì)項(xiàng)目的研究、探討、規(guī)劃和處理，有利于增強(qiáng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，獲得良好的教學(xué)效果。

3.4 深度融合多樣化的教學(xué)方式

一方面，采用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)充分地挖掘?qū)W生學(xué)情等數(shù)據(jù)的價(jià)值，從而可以實(shí)現(xiàn)因材施教[8];另一方面，通過人工智能偏遠(yuǎn)地區(qū)也可以獲取優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，例如，現(xiàn)在的雙師課堂實(shí)現(xiàn)了將城市教師與偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生連接在一起，偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況也得到了關(guān)注。

注重培養(yǎng)學(xué)生探求真知的能力，通過小組討論、社團(tuán)活動(dòng)、實(shí)踐活動(dòng)等多種課堂組織形式，靈活運(yùn)用多種教學(xué)手段來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。提供適時(shí)的幫助并加以引導(dǎo)，在嚴(yán)抓和放手之間尋找到一個(gè)平衡點(diǎn)，實(shí)施行之有效的教學(xué)方案。教師采用互動(dòng)反饋技術(shù)調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與積極性， 并且及時(shí)、真實(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行學(xué)情分析。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)， 并依此調(diào)整教師的教與學(xué)生的學(xué)：把講授、管理型教師變?yōu)橹笇?dǎo)、促進(jìn)型教師;把被動(dòng)接受、被動(dòng)教會(huì)、他律學(xué)生變?yōu)橹鲃?dòng)探究、主動(dòng)學(xué)會(huì)和會(huì)學(xué)、自律的學(xué)生;把人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)融于單片機(jī)原理與應(yīng)用課程及課堂教學(xué)之中， 促進(jìn)“教師的教”與“學(xué)生的學(xué)”的科學(xué)改變。

4? 結(jié)語

大數(shù)據(jù)和人工智能為實(shí)現(xiàn)因材施教和教育均衡提供了契機(jī)。人機(jī)協(xié)作、人機(jī)耦合將是未來趨勢，探討大數(shù)據(jù)和人工智能和時(shí)代的課程教學(xué)深度融合問題，是要讓學(xué)生站在人工智能肩膀上，更加適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展。單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)革新的方向是力求建立多元化的教育方式，為學(xué)生提供最合適的學(xué)習(xí)方法。教師增強(qiáng)對(duì)單片機(jī)原理與應(yīng)用教育教學(xué)革新的關(guān)注度，持續(xù)更新單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)模式，培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)的專業(yè)人才，最終為社會(huì)培養(yǎng)有用人才。

參考文獻(xiàn)

[1] Big Data[EB/OL].[201-06-18].https：//www.en.wikipedia.org/wiki/Big_data.

[2] 大數(shù)據(jù)[EB/OL].[2019-06-17].https：//www.baike.baidu.com/item/大數(shù)據(jù)/1356941？fr=aladdin.

[3] 張丹.大數(shù)據(jù)時(shí)代高職語文教學(xué)探究[J].現(xiàn)代語文：教學(xué)研究版，2015（9）：21-22.

[4] 陳雙.信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合研究[J].建材與裝飾，2018（32）：169-170.

[5] 華璐璐.人工智能促進(jìn)教學(xué)變革研究[D].江蘇師范大學(xué)，2018.

[6] 孫眾，蘧征，楊現(xiàn)民，等.有意義的大數(shù)據(jù)與教學(xué)優(yōu)化改革[J].電化教育研究，2018，39（3）：43-48，61.

[7] Mona Adria Wirda，Nurmala Berutu，Rosni Rosni. Developing of The Demography Teaching Book Based on KKNI-Curriculum and High Order Thinking Skills[A].Proceedings of the 1st International Conference on Social Sciences and Interdisciplinary Studies （ICSSIS 2018）[C].2019.

[8] 2019人工智能與教育大數(shù)據(jù)峰會(huì)在京召開[EB/OL]. https：//www.baijiahao.baidu.com/s？id=1640736712012689486&wfr=spider&for=pc.