混合式教學(xué)在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的實(shí)踐與探索

惲志東 劉華東 郭福力

0 混合式教學(xué)的內(nèi)涵

混合式教學(xué)是將在線教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)兩種教學(xué)組織形式有機(jī)融合，通過“線上”+“線下”的途徑開展教學(xué)。其中線上教學(xué)作為教學(xué)的必備活動(dòng)，線下教學(xué)則是基于“線上”的前期學(xué)習(xí)成果開展的由淺入深地引向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)活動(dòng)。混合式教學(xué)通過運(yùn)用信息技術(shù)，以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，知識(shí)與能力的習(xí)得通過學(xué)生在主動(dòng)建構(gòu)的過程中完成。為此，混合式教學(xué)被稱為是“教學(xué)模式的根本變革與再設(shè)計(jì)”，并提出了混合式教學(xué)的三個(gè)特征：由教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心；增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師、學(xué)生與內(nèi)部、學(xué)生與外部資源之間的交互；采用形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)機(jī)制[1-3]。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的核心必修課程，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)同時(shí)強(qiáng)調(diào)技能實(shí)踐的操作，課程教學(xué)班級(jí)人數(shù)在250 人以上。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映課程內(nèi)容抽象、邏輯性差、知識(shí)點(diǎn)分散、難以抓住重點(diǎn)。課程的改革一直在延續(xù)，從參加工程教育認(rèn)證前先理論后實(shí)踐的傳統(tǒng)教學(xué)，暴露出理論與實(shí)踐的脫節(jié)的問題，表現(xiàn)在實(shí)踐中所需的理論知識(shí)，在先期的學(xué)習(xí)中并沒有真正掌握；再到工程教育認(rèn)證采用項(xiàng)目化教學(xué)改革，將理論知識(shí)融入具體課程項(xiàng)目中，力求做到理實(shí)一體化，但教師對(duì)于課前與課后的學(xué)習(xí)無法實(shí)施管理和有效的引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生的差異化需求難以兼顧，表現(xiàn)在有限的課堂教學(xué)中，難以完成一個(gè)完整的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)習(xí)效率低下。課程的教學(xué)活動(dòng)主要存在以下問題：教學(xué)方式單一，教學(xué)效果欠佳；教學(xué)過程缺少互動(dòng)環(huán)節(jié)，能力培養(yǎng)失位；課程評(píng)價(jià)權(quán)重失衡，有效指標(biāo)缺失。

2 混合式教學(xué)模式的實(shí)踐

以工程教育認(rèn)證的“以學(xué)生為中心”“產(chǎn)出導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”為核心理念，針對(duì)課程教學(xué)中所存在的問題，重構(gòu)教師的教學(xué)觀和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀。教學(xué)不是知識(shí)的傳遞，而是知識(shí)的處理和轉(zhuǎn)換；學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)背景，對(duì)外部信息進(jìn)行主動(dòng)地選擇、加工和處理[4]。將混合式教學(xué)模式引入課程教學(xué)，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)工具，圍繞課前、課中和課后三個(gè)學(xué)習(xí)階段，將教師的教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)以互動(dòng)合作的方式，完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)過程，共同達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.1 課程教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與開發(fā)

課程教學(xué)資源是開展混合式教學(xué)的基礎(chǔ)，單片機(jī)課程的教學(xué)資源主要包括各類教學(xué)視頻、開發(fā)軟件（Proteus 仿真軟件、Keil C 編譯軟件）、程序庫、習(xí)題庫及教學(xué)PPT 等。除了引入網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)課程資源（例如中國大學(xué)MOOC 和愛課堂平臺(tái)上的國家精品課程資源），還結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)自建了混合式教學(xué)模式的新資源。單片機(jī)課程主要內(nèi)容包括單片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理、匯編指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)、接口技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)三大部分。各部分內(nèi)容具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)各相關(guān)章節(jié)都有獨(dú)立的基礎(chǔ)知識(shí)，要求學(xué)生面對(duì)繁多的知識(shí)內(nèi)容具備系統(tǒng)性、層次化的思維能力。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中難于把握的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了每章節(jié)的課前導(dǎo)讀部分，借助思維導(dǎo)圖將章節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)及各知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系、擴(kuò)展應(yīng)用更加直觀的層次化表述出來。學(xué)生在大致了解了章節(jié)的知識(shí)框架和重點(diǎn)之后，再觀看課前預(yù)習(xí)視頻，進(jìn)行課前內(nèi)容的測試，完成課前自學(xué)的全過程。在涉及有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的知識(shí)章節(jié)單元里，通過錄制對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)微視頻，將軟硬技能融入課堂教學(xué)，便于學(xué)生知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。

2.2 教學(xué)過程中的多元互動(dòng)環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)教學(xué)過程中教師以知識(shí)傳授為主，學(xué)生被動(dòng)式學(xué)習(xí)。教師只能關(guān)注課堂階段的學(xué)生表現(xiàn)，即使設(shè)計(jì)有互動(dòng)環(huán)節(jié)也因?yàn)閷W(xué)生個(gè)體化的需求，無法提供差異化的教學(xué)服務(wù)。同時(shí)對(duì)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)與課后練習(xí)環(huán)節(jié)，缺乏有效的監(jiān)督管理，教學(xué)效果難以保障?；旌鲜浇虒W(xué)借助教學(xué)平臺(tái)在課前、課中、課后三個(gè)階段進(jìn)行多元的互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的有效延伸和互補(bǔ)，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化。

課前學(xué)生通過學(xué)習(xí)終端自主學(xué)習(xí)教師推送的教學(xué)資源，完成學(xué)前任務(wù)，將自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題和疑難點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)在線平臺(tái)與同學(xué)展開在線討論，教師同時(shí)進(jìn)行在線答疑，指導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的先行探索。為檢驗(yàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果，可以通過在線檢測試題，即時(shí)反饋正誤，起到診斷與激勵(lì)的作用。在此階段，教師的主要任務(wù)是輔助學(xué)生，通過查閱學(xué)習(xí)信息調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)程。

教師依據(jù)課前的反饋信息，及時(shí)調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)方案。在課堂教學(xué)中精講前期存在的問題，學(xué)生對(duì)自學(xué)階段理解不透徹的知識(shí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)。教師發(fā)布隨堂探究任務(wù)推送至學(xué)生終端，學(xué)生以小組形式開展協(xié)作探究學(xué)習(xí)，進(jìn)行生生互動(dòng)討論，發(fā)表見解并提交成果。教師通過追問、補(bǔ)問等方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思維，并通過生生互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)與糾正。

課后鞏固訓(xùn)練是教學(xué)過程不可或缺的環(huán)節(jié)，是克服遺忘的有效手段。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)習(xí)資源可供學(xué)生無限次重復(fù)使用，幫助學(xué)生強(qiáng)化認(rèn)知。教師通過教學(xué)平臺(tái)發(fā)布拓展性探究任務(wù)及分層次的課后練習(xí)，推送拓展學(xué)習(xí)資源，組織學(xué)生學(xué)習(xí)討論，學(xué)生在平臺(tái)討論區(qū)發(fā)表和交換各自觀點(diǎn)和思路，教師則可以采用啟發(fā)與點(diǎn)撥的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考與探究，調(diào)控討論方向與進(jìn)程，最終由學(xué)生自己得出結(jié)論，形成對(duì)知識(shí)多樣化的建構(gòu)。教師完成課后練習(xí)主觀題目的批改，通過錄制習(xí)題微課上傳平臺(tái)，學(xué)生進(jìn)行糾錯(cuò)總結(jié)，調(diào)整自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃。最后師生共同進(jìn)行教學(xué)反思，由教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行形成性測評(píng)。

2.3 項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是單片機(jī)課程的重要組成部分，著重對(duì)學(xué)生技能目標(biāo)的培養(yǎng)與訓(xùn)練。技能目標(biāo)注重軟硬技能的融合，要求學(xué)生能熟練進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，并掌握單片機(jī)程序和系統(tǒng)電路的調(diào)試；培養(yǎng)學(xué)生信息處理、解決問題、團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力以及創(chuàng)新意識(shí)。

依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和順序設(shè)置了流水燈、交通信號(hào)控制、數(shù)碼管與矩陣鍵盤、定時(shí)器與數(shù)碼顯示、報(bào)警產(chǎn)生器、紅外步進(jìn)電機(jī)控制等6 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。工具軟件Proteus 和KeilC 的使用方法和技巧由學(xué)生通過教師錄制的微視頻和上傳的軟件使用手冊(cè)先期學(xué)習(xí)完成。項(xiàng)目實(shí)施前，由教師在平臺(tái)上發(fā)布項(xiàng)目內(nèi)容及要求，學(xué)生自行完成項(xiàng)目的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和控制算法設(shè)計(jì)，由教師在線進(jìn)行診斷。項(xiàng)目實(shí)施階段，學(xué)生用Proteus 軟件繪制系統(tǒng)電路原理圖，并按項(xiàng)目要求編譯調(diào)試程序，在Proteus 軟件中進(jìn)行仿真；教師組織講解系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)中存在的問題，通過互動(dòng)討論由學(xué)生完成系統(tǒng)軟硬件的糾錯(cuò)與調(diào)整，再到實(shí)驗(yàn)開發(fā)箱完成系統(tǒng)功能的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后，由學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試進(jìn)行總結(jié)。項(xiàng)目后期階段，學(xué)生在課外以小組形式完成實(shí)物制作，提交成果后，以小組互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)相結(jié)合的方式對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過開展以學(xué)生為主體。教師為主導(dǎo)的基于軟硬件技能融合的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)了理論知識(shí)向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，學(xué)生在消化和獲取專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也有效地提升了自身的專業(yè)技能和職業(yè)能力。

2.4 課程評(píng)價(jià)方式

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師是評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績的主體，期末考核成績?cè)趯W(xué)習(xí)成績判定中的占比過大，評(píng)價(jià)主體的一元化和評(píng)價(jià)方式的單一化不能真實(shí)反映學(xué)生的全面發(fā)展。而學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向下的教學(xué)評(píng)價(jià)不再局限于學(xué)生所獲得知識(shí)的考察，同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)合作精神和組織協(xié)調(diào)能力、解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維能力的評(píng)價(jià)[5]。因此混合式教學(xué)模式下評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅要關(guān)注學(xué)生所學(xué)知識(shí)的過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)，還應(yīng)充分關(guān)注學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)。結(jié)合混合式教學(xué)活動(dòng)各環(huán)節(jié)的多元化交互設(shè)計(jì)，借助教學(xué)平臺(tái)提供的全周期教學(xué)數(shù)據(jù)分析，將學(xué)習(xí)過程性評(píng)價(jià)與學(xué)生自評(píng)、同伴互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化評(píng)價(jià)納入課程評(píng)價(jià)體系，從多個(gè)方面、多個(gè)視角對(duì)學(xué)生的發(fā)展進(jìn)行更加全面、科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)。

對(duì)課程原有考核內(nèi)容及評(píng)價(jià)方式進(jìn)行修訂，形成了理論考核與實(shí)踐考核、過程考核與結(jié)果考核、線上考核與線下考核相結(jié)合的綜合考核方式。考核成績由平時(shí)過程考核成績、實(shí)踐考核成績和期末考核成績?nèi)糠謽?gòu)成，其中平時(shí)過程考核成績包括考勤、作業(yè)、測驗(yàn)、課堂討論（自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、班級(jí)評(píng)價(jià)、教師點(diǎn)評(píng)）及期中考試等部分，占綜合成績比例30%；實(shí)踐考核成績包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)報(bào)告（自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、教師點(diǎn)評(píng)）、各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作水平及工作成果等，占綜合成績比例30%；期末考核采用閉卷考試形式，占綜合成績比例40%。

3 結(jié)論

混合式教學(xué)不只是線上與線下學(xué)習(xí)場域方面的融合，將多元化的互動(dòng)環(huán)節(jié)有效融入線上自主探究、線下協(xié)作研討、線上拓展鞏固三個(gè)學(xué)習(xí)階段，采用過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，是混合式教學(xué)實(shí)施過程的關(guān)鍵。多元化互動(dòng)使得教師教學(xué)活動(dòng)與學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)有效融合，不僅有效提升課程的教學(xué)效果，還使學(xué)生建構(gòu)知識(shí)能力與自主解決問題的能力得到增強(qiáng)，有利于學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新兩大核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。