“雨課堂”在新工科背景下教學(xué)改革中的應(yīng)用
——以“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程為例

吳光文， 朱兆優(yōu)， 馬善農(nóng)

(東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

優(yōu)秀的工程教育是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證，為了使我國(guó)高等工程教育能適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。2017年2月18日，30所高校在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，為當(dāng)下“新工科”的建設(shè)和發(fā)展指明了方向，提供了有益的思路。當(dāng)下移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、網(wǎng)絡(luò)安全、電子商務(wù)、移動(dòng)醫(yī)療等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，社會(huì)治理、組織模式、產(chǎn)業(yè)與商業(yè)體系框架不斷變革。大部分新技術(shù)的核心都圍繞著微處理器設(shè)計(jì)工藝和應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新。具有實(shí)用價(jià)值的單片機(jī)系統(tǒng)規(guī)模龐大，如何讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)一定規(guī)模系統(tǒng)，是高校人才培養(yǎng)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[1]?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”課程包含微處理器的硬件系統(tǒng)工作原理和程序設(shè)計(jì)技術(shù)，是電子信息工程專業(yè)學(xué)生必備的專業(yè)技能。學(xué)習(xí)單片機(jī)能為新工科背景下的后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定重要的基礎(chǔ)，利于學(xué)生進(jìn)一步成長(zhǎng)為電子信息領(lǐng)域從事研究、設(shè)計(jì)、制造、管理的高素質(zhì)、高能力的創(chuàng)新型人才。

隨著MOOC(Massive Open Online Courses，大規(guī)模開(kāi)放在線課程)和混合式教學(xué)在單片機(jī)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，大量的學(xué)習(xí)型開(kāi)發(fā)版(含教程、例程)的涌現(xiàn)，使單片機(jī)學(xué)習(xí)更加便捷、高效。但是MOOC存在著“教學(xué)管理困難，評(píng)價(jià)機(jī)制單一，師生互動(dòng)缺乏，課程通過(guò)率低”的問(wèn)題[2]。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，只需要將幾個(gè)簡(jiǎn)單的例程讀懂，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼湊，實(shí)現(xiàn)功能，就認(rèn)為學(xué)到了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的真諦，而沾沾自喜。將單片機(jī)底層的基本原理、通信接口協(xié)議，匯編程序的設(shè)計(jì)等重要內(nèi)容一概棄如敝屣。筆者在本科生答辯過(guò)程中曾經(jīng)碰到，學(xué)生演示自己作品時(shí)，不知道自己用的是什么協(xié)議的串口。這類基礎(chǔ)不牢的學(xué)習(xí)方法，會(huì)較大地影響后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”是難度較高的專業(yè)綜合課程，需要學(xué)習(xí)者有較好的硬件基礎(chǔ)和軟件設(shè)計(jì)能力，對(duì)實(shí)踐能力要求較高。在教學(xué)過(guò)程中，適當(dāng)?shù)脑黾咏處熀蛯W(xué)生的互動(dòng)，教師充分把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)調(diào)整是非常必要的。增加學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的參與度，充分調(diào)動(dòng)其積極性，使其在不自覺(jué)的過(guò)程中，脫離浮躁心態(tài)，腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以做到。隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，使得教師的說(shuō)教和學(xué)生手機(jī)游戲、視頻難以匹敵，無(wú)手機(jī)課堂雖然是一種釜底抽薪辦法，但對(duì)學(xué)生上課思想意識(shí)開(kāi)小差就無(wú)能為力了。

在“雨課堂”教學(xué)實(shí)踐中，教師可以和學(xué)生充分交流，尤其是課堂教學(xué)管理這方面，能把學(xué)生帶入課堂，對(duì)學(xué)生課堂的參與度和積極性有較大的提高。筆者通過(guò)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”的“雨課堂”教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的到課率達(dá)到100%，課堂回答問(wèn)題的參與度達(dá)到100%。督導(dǎo)組聽(tīng)課專家反映，全班學(xué)生聚精會(huì)神聽(tīng)課，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有開(kāi)小差的同學(xué)。對(duì)雨課堂提供的教學(xué)數(shù)據(jù)分析，可以較好地掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況，對(duì)不懂的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的講解。教學(xué)過(guò)程中學(xué)生反映良好，期末考核的平均成績(jī)比傳統(tǒng)教學(xué)方法有8～10分的提升。

1 雨課堂的功能

“雨課堂”是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學(xué)工具[3]。“雨課堂”具有課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后作業(yè)、答疑和測(cè)試等功能。教師僅需安裝“雨課堂”電腦平臺(tái)的軟件，將制作好的PPT進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可，然后登錄微信即可使用。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，只需要登錄微信進(jìn)入課堂就可以，不需要安裝任何軟件?！坝暾n堂”使用需要的學(xué)習(xí)時(shí)間非常短，而且不需要額外的經(jīng)費(fèi)投入。在教學(xué)過(guò)程中，“雨課堂”具備以下特色功能。

1.1 課前手機(jī)課件推送功能

“雨課堂”允許教師課前將教學(xué)課件推送到學(xué)生微信中，內(nèi)容可以是PPT、小視頻、思考題或教師的語(yǔ)音信息。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)教師提出的思考題，有針對(duì)性地查看課件、預(yù)習(xí)教材或者查閱相關(guān)文獻(xiàn)。預(yù)習(xí)后，可以通過(guò)“雨課堂”自帶的“報(bào)告老師”功能反饋學(xué)習(xí)過(guò)程中碰到的問(wèn)題，在教師的建議下進(jìn)行高效的課前學(xué)習(xí)。

1.2 課堂互動(dòng)功能

筆者在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)“雨課堂”的課堂功能非常有用，通過(guò)課上幻燈片的反饋、習(xí)題的在線應(yīng)答和“彈幕”課堂討論可以激勵(lì)學(xué)生參與課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，而且是全體學(xué)生參與。傳統(tǒng)的課堂提問(wèn)沒(méi)法實(shí)現(xiàn)，尤其是大班教學(xué)的情況下，對(duì)于管理課堂效率非常高。教師不再需要通過(guò)觀察學(xué)生的面部表情了解教學(xué)效果，學(xué)生的聽(tīng)課和理解情況可以通過(guò)“雨課堂”的數(shù)據(jù)“實(shí)時(shí)”“客觀”的傳送到教師的終端上。通過(guò)數(shù)據(jù)分析教學(xué)的方法，相對(duì)于平常的課堂管理更加科學(xué)、有效。

1.2.1 授課時(shí)的“不懂”反饋功能

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，老師的講解速度往往大于學(xué)生做筆記的速度[4]。在使用“雨課堂”授課時(shí)，講授的PPT實(shí)時(shí)的傳送到學(xué)生的手機(jī)上，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況翻閱PPT，避免了在使用PPT教學(xué)時(shí)跟不上教學(xué)節(jié)奏的問(wèn)題，方便學(xué)生做筆記。如果不理解，學(xué)生可以通過(guò)發(fā)送“不懂”的“匿名”消息到教師終端，教師可以看到每頁(yè)P(yáng)PT不懂的學(xué)生總數(shù)[5]。教師可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整教學(xué)的節(jié)奏，對(duì)于重點(diǎn)的難懂問(wèn)題著重講述，提高教學(xué)的效率。在教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)使用“雨課堂”的方法，學(xué)生提出不懂的情況時(shí)有發(fā)生，而在傳統(tǒng)教學(xué)中，通過(guò)口頭提問(wèn)“懂了沒(méi)有”得到的應(yīng)答往往是寥寥無(wú)幾?！安欢睌?shù)據(jù)能夠客觀的反映課堂中學(xué)生的知識(shí)掌握情況。

1.2.2 習(xí)題應(yīng)答功能

“雨課堂”的習(xí)題應(yīng)答功能非常強(qiáng)大、好用，有客觀題和主觀題兩種。為了刺激聽(tīng)課的對(duì)象集中注意力，在教學(xué)的過(guò)程中，筆者每12-15分鐘安排一個(gè)客觀題讓學(xué)生限定時(shí)間回答。每個(gè)問(wèn)題都有分?jǐn)?shù)，計(jì)入平時(shí)分。在教學(xué)過(guò)程中，不認(rèn)真聽(tīng)課的學(xué)生沒(méi)法正確回答問(wèn)題。在答題結(jié)束后“雨課堂”統(tǒng)計(jì)學(xué)生的答題情況，教師可以掌握每位學(xué)生的答題情況和總體的正確率。教學(xué)過(guò)程中，幾乎是全體學(xué)生參與答題，教師還可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)情況，發(fā)個(gè)小額的紅包獎(jiǎng)勵(lì)一下回答正確的學(xué)生。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師提出問(wèn)題，大家回答，或者點(diǎn)名回答的方式，“雨課堂”能夠較大地提高學(xué)生課堂教學(xué)的參與度，尤其在大班教學(xué)中，效果更為明顯。教師可以通過(guò)“雨課堂”在教學(xué)過(guò)程中安排主觀題，讓學(xué)生做。例如抽出10分鐘左右時(shí)間，讓學(xué)生書(shū)面回答問(wèn)題，然后拍照上傳，教師課后批改、寫(xiě)評(píng)語(yǔ)打分。這種方法可以避免課后作業(yè)中學(xué)生抄襲，真實(shí)地反映課堂教學(xué)的效果。

1.2.3 課堂討論“彈幕”

傳統(tǒng)教學(xué)方法中，討論時(shí)間一般比較沉默，好的答案、創(chuàng)意往往很難提出，需要教師反復(fù)地鼓勵(lì)才能說(shuō)出來(lái)。在大家同時(shí)回答的時(shí)候，難免聲音大的蓋過(guò)聲音小的。教師沒(méi)法捕捉到大部分學(xué)生的想法?！坝暾n堂”將課堂討論改為“彈幕”，學(xué)生通過(guò)彈幕的形式，將自己的想法并“匿名”出現(xiàn)在屏幕上(后臺(tái)實(shí)名)，實(shí)現(xiàn)了全體學(xué)生的“并行討論”，教師能夠更加全面、客觀地了解學(xué)生的答案。

1.3 課后的數(shù)據(jù)分析

在課堂教學(xué)中，“雨課堂”實(shí)時(shí)的采集學(xué)生的各種表現(xiàn)，簽到、答題得分情況，并給出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。教師課后分析這些數(shù)據(jù)，進(jìn)一步了解課堂中學(xué)生的知識(shí)掌握情況，評(píng)估自己的教學(xué)表現(xiàn)，調(diào)整教學(xué)策略。相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方法，“雨課堂”提供的數(shù)據(jù)精細(xì)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另外，教學(xué)過(guò)程中平時(shí)成績(jī)的打分，使用“雨課堂”采集的數(shù)據(jù)，顯得更加公平、公正、高效，從而使得教學(xué)的平時(shí)成績(jī)考核由主觀性時(shí)代進(jìn)入了客觀性的“數(shù)據(jù)時(shí)代”。

2 “單片機(jī)原理與應(yīng)用”的“雨課堂”教學(xué)模式

考慮到電子信息工程專業(yè)大二下學(xué)期，學(xué)生對(duì)手機(jī)APP非常熟悉，學(xué)生對(duì)“雨課堂”的使用沒(méi)有問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這種教學(xué)模式積極性比較高，而且充滿期待?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”是電子信息工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)位課，是學(xué)習(xí)嵌入式計(jì)算機(jī)工作原理和底層程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課程，有較大的難度。傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，鑒于學(xué)時(shí)有限的原因，教師想實(shí)時(shí)了解課堂上學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況非常困難，課下的互動(dòng)機(jī)會(huì)比較有限，聽(tīng)講是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要途徑，學(xué)習(xí)的效果不夠理想。處于大二下學(xué)期的學(xué)生應(yīng)該具有了一定的自主學(xué)習(xí)能力，但是自制力往往不夠，需要教師在課上和課下督促。通過(guò)對(duì)學(xué)生情況分析和對(duì)“雨課堂”的了解，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)施了“單片機(jī)原理與應(yīng)用”“雨課堂”教學(xué)模式的改革，整個(gè)過(guò)程分為課前、課堂和課后三個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 課前階段

提前根據(jù)知識(shí)點(diǎn)制作好PPT，在PPT中插入課堂習(xí)題，圖片文字等內(nèi)容，以備上課使用。然后將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以問(wèn)題的形式做成PPT，發(fā)給學(xué)生課前預(yù)習(xí)，學(xué)生提前看書(shū)或者查閱相關(guān)資料。PPT比較簡(jiǎn)潔，學(xué)生花10分鐘左右就可以預(yù)習(xí)完，然后根據(jù)自己的情況，查找問(wèn)題的答案。教師可以通過(guò)“雨課堂”實(shí)時(shí)的了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況，在課堂教學(xué)階段教師要注意考核學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，彌補(bǔ)這個(gè)不足。

2.2 課堂教學(xué)階段

在上課時(shí)，首先利用簽到功能，學(xué)生通過(guò)掃碼、對(duì)暗號(hào)等方式進(jìn)入課堂，教師手上的終端可以掌握學(xué)生的簽到時(shí)間和方式。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，使用“雨課堂”后，簽到變的省時(shí)、高效，如果能夠結(jié)合講課中途的答題，則遲到、曠課情況幾乎消失殆盡。在進(jìn)行講解時(shí)，根據(jù)課前學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋，對(duì)重點(diǎn)和難懂知識(shí)進(jìn)行講解。充分利用“雨課堂”的課上互動(dòng)功能，及時(shí)掌握教學(xué)過(guò)程中學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，針對(duì)性教學(xué)。

2.2.1 利用學(xué)生針對(duì)PPT提出的“不懂”和“彈幕”功能

在講課過(guò)程中，學(xué)生可以按下“不懂”按鈕，雨課堂的教師終端會(huì)統(tǒng)計(jì)不懂的人數(shù)，針對(duì)不懂的問(wèn)題重點(diǎn)講解，可以實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生和教師的互動(dòng)，不會(huì)打斷教師講課的進(jìn)程，其他聽(tīng)課者也不會(huì)受到影響。在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，對(duì)于不懂的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)舉手提問(wèn)的方式，師生互動(dòng)量有限，難以顧及到所有學(xué)生的情況，部分學(xué)生因?yàn)槟懶?，可能即使沒(méi)有聽(tīng)懂也不會(huì)提問(wèn)。在教學(xué)過(guò)程中，使用“雨課堂”可以開(kāi)啟“彈幕”式，使全班學(xué)生并行發(fā)言，各個(gè)學(xué)生的想法和創(chuàng)意“匿名”出現(xiàn)在屏幕上，提高討論的效率，不存在學(xué)生不敢發(fā)表自己意見(jiàn)的情況。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，彈幕要在限定的討論時(shí)間開(kāi)放，以免好奇心重的學(xué)生隨意發(fā)彈幕，影響教學(xué)的秩序。

2.2.2 課堂答題測(cè)試

教師在PPT中預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)好題目，讓學(xué)生回答。筆者在“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)中，每15-20分鐘教學(xué)后安排1-2個(gè)和課堂內(nèi)容有關(guān)的選擇題或者判斷題，限定時(shí)間讓同學(xué)回答。隨時(shí)掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，激發(fā)同學(xué)的聽(tīng)課興趣，防止其走神。讓每個(gè)學(xué)生帶著問(wèn)題去聽(tīng)講，沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)課就不會(huì)回答問(wèn)題，有目的性的學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明，這種方法效率高，還可以防止學(xué)生在簽到后逃課的情況。

在課程結(jié)束時(shí)，安排一個(gè)主觀題，讓同學(xué)在5-10分鐘內(nèi)作答，拍照上傳，作為臨時(shí)測(cè)驗(yàn)，是一種較好的互動(dòng)方法，杜絕了課后學(xué)生作業(yè)抄襲的情況。題目和課堂內(nèi)容高度相關(guān)，聽(tīng)課者利用現(xiàn)學(xué)的知識(shí)解答問(wèn)題，將知識(shí)的掌握主要放在課堂之上，是教學(xué)中比較有效的方法，也是雨課堂設(shè)計(jì)者的宗旨之一。

2.2.3 課后數(shù)據(jù)分析

“雨課堂”提供每次課的數(shù)據(jù)分析，通過(guò)對(duì)每次課的分析，教師可掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)。通過(guò)階段性的數(shù)據(jù)分析，教師可調(diào)整階段性教學(xué)目標(biāo)。

階段性的數(shù)據(jù)分析，包括期中、期末分析，可用導(dǎo)出本課程數(shù)據(jù)的方式，得到完整的excel表格，詳細(xì)記錄學(xué)生的簽到，答題得分，具體到每次課的表現(xiàn)情況。對(duì)于教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，平時(shí)成績(jī)的評(píng)定都有重要的參考價(jià)值，徹底改變了傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)教學(xué)”模式，步入“數(shù)字驅(qū)動(dòng)教學(xué)”模式。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著基于“雨課堂”的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)改革試驗(yàn)逐步開(kāi)展，教學(xué)團(tuán)隊(duì)與時(shí)俱進(jìn)、積極主動(dòng)地展開(kāi)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)改革探討。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)際情況，提出符合新工科背景下人才培養(yǎng)的方案，并積極地付諸實(shí)踐。實(shí)踐證明，基于“雨課堂”的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)改革能夠較大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，很好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。