混合式教學(xué)模式在單片機(jī)課程中的應(yīng)用

三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院 文 斌 黎 鵬 楊 超 盧 云 黎麗麗

近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的推動(dòng)，線上教學(xué)模式大熱，特別是慕課，中國大學(xué)MOOC收到了社會的廣泛歡迎。然而，MOOC平臺缺乏對學(xué)員學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督，不太適合直接用于高校教學(xué)。因此，針對相對少數(shù)在校注冊學(xué)生的課程教育，線上教學(xué)與線下面對面課堂教學(xué)深度融合的混合式教學(xué)模式開始被關(guān)注，比較適合高校教學(xué)。本文以本科大學(xué)生單片機(jī)類課程為例，探索混合式教學(xué)模式的實(shí)施過程。

1 混合式教學(xué)模式改革背景

單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)作為嵌入式應(yīng)用的主角，已在人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。單片機(jī)課程是電氣信息類專業(yè)中應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，在新工科和工程教育認(rèn)證背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)中有著至關(guān)重要的地位。傳統(tǒng)的單片機(jī)理論課教學(xué)是灌輸式教育，以教師為主體，這種灌輸式的教學(xué)方式，很難調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的自主性，也沒能達(dá)到單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)要求。

2014年教育部提出部分普通本科高等院校轉(zhuǎn)型應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)，注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。2018年4月，在教育部要求加強(qiáng)本科教育人才培養(yǎng)的大背景下，課程組提出引入慕課（MOOC）在線資源，慕課是在互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)手段的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，是“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來的教育革新。MOOC(massive open online courses)，即大規(guī)模的、開放的、在線課程。MOOC課程打破了時(shí)間、空間以及人數(shù)上的限制，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的碎片化。但是MOOC平臺缺乏對學(xué)員學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督，不太適合直接用于高校教學(xué)。而基于MOOC平臺的SPOC(Small Private Online Course)，即小規(guī)模的、私人的、在線課程，適合以學(xué)生為中心的碎片化學(xué)習(xí)。推廣基于MOOC平臺的SPOC教學(xué)，能夠融合在線課堂與實(shí)體課堂，行成以學(xué)生為中心的高效混合型教育模式，如圖1所示。

圖1 以學(xué)生為中心的混合型教育模式

2 單片機(jī)理論課混合式教學(xué)過程設(shè)計(jì)

單片機(jī)理論課混合式教學(xué)過程總體思路遵循以學(xué)生為中心的混合型教育模式，學(xué)生課前利用SPOC平臺自主學(xué)習(xí)，課內(nèi)面對面與老師同學(xué)討論，課后總結(jié)。下面針對單片機(jī)理論課教學(xué)詳細(xì)闡述混合式教學(xué)設(shè)計(jì)過程。

2.1 SPOC混合課堂課下教學(xué)

（1）教師準(zhǔn)備或者自建線上教學(xué)資源。線上的教學(xué)資源有但不限于課件、短視頻、在線作業(yè)等，一般使用中國大學(xué)MOOC平臺，輔以雨課堂等工具向?qū)W生推送PPT、視頻鏈接等，圖2所示為課堂布置課下學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖2 布置課下學(xué)習(xí)任務(wù)

（2）學(xué)生通過SPOC混合課堂線上教學(xué)資源隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)新知識，并通過線上教學(xué)資源的討論區(qū)和作業(yè)區(qū)和同學(xué)老師互動(dòng)。

2.2 SPOC混合課堂課內(nèi)教學(xué)

（1）課堂探討。教師通過線上教學(xué)收集的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和問題反饋，對典型問題進(jìn)行討論，可以將問題設(shè)計(jì)成小項(xiàng)目，采用分組教學(xué)，探討解決方案，老師成為課堂教學(xué)的組織者和指導(dǎo)者。

（2）理論課引入EDA仿真技術(shù)，采用專題案例教學(xué)。借助學(xué)院建成的“智慧教室”，我們在理論課中引入了仿真技術(shù)，直觀地在教室的仿真環(huán)境下進(jìn)行仿真演示，讓學(xué)生學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)、程序編寫整個(gè)開發(fā)過程。采用專題案例教學(xué)，這些案列涵蓋了單片機(jī)應(yīng)用需要的知識點(diǎn)，如：花樣流水燈項(xiàng)目，數(shù)碼管顯示秒表等。學(xué)生利用課下時(shí)間完成專題項(xiàng)目，課上進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。

（3）學(xué)生以分組形式進(jìn)行課堂翻轉(zhuǎn)和專題匯報(bào)，通過互評與教師評價(jià)等，對學(xué)生的各方面能力進(jìn)行比較全面和客觀評價(jià)。

2.3 課后復(fù)習(xí)

學(xué)生經(jīng)過課堂的學(xué)習(xí)，對于新知識已經(jīng)基本掌握，但是容易遺忘，所以課后要及時(shí)對所學(xué)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。老師在學(xué)習(xí)平臺上安排適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)題、討論題等，促進(jìn)學(xué)生總結(jié)所學(xué)知識。圖3所示為線上討論區(qū)示意。

圖3 線上討論區(qū)

3 混合式教學(xué)模式下單片機(jī)實(shí)踐課程過程設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)理論課上，學(xué)生缺乏實(shí)踐能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課又以驗(yàn)證理論為主要目的，造成學(xué)生創(chuàng)造力缺乏，實(shí)踐能力差的局面。

綜合作業(yè)是學(xué)院針對提升學(xué)生綜合能力所做的項(xiàng)目式管理設(shè)計(jì)類課程，如何利用綜合作業(yè)銜接和提升SPOC混合課堂理論課所學(xué)知識，是課程組研究的重點(diǎn)之一。前期SPOC混合課堂理論課學(xué)生已經(jīng)掌握一些解決單片機(jī)工程問題的思路和工具，也解決了一些典型的單片機(jī)案列。但還需要通過綜合作業(yè)，全面經(jīng)歷解決單片機(jī)工程問題的過程，提升實(shí)踐動(dòng)手能力，解決復(fù)雜工程問題。

（1）綜合作業(yè)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。綜合作業(yè)的課題，應(yīng)考慮單片機(jī)功能的發(fā)展和特定專業(yè)科目的整合。例如，自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生可以將“單片機(jī)溫度檢測與控制系統(tǒng)”、“單片機(jī)多功能時(shí)鐘系統(tǒng)”、“多功能點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)”等課題作為綜合作業(yè)課題。單片機(jī)的綜合作業(yè)應(yīng)與其他專業(yè)課程相結(jié)合。例如，在單片機(jī)綜合作業(yè)期間，課題項(xiàng)目中的電路圖設(shè)計(jì)，已通過其他課程學(xué)習(xí)。

（2）綜合作業(yè)實(shí)施環(huán)節(jié)。在綜合作業(yè)展開之前，布置好綜合作業(yè)題目以及需要查閱的參考資料，使學(xué)生清楚地了解他們在綜合作業(yè)中將學(xué)到什么。并且在綜合作業(yè)課程實(shí)施過程中展示往屆學(xué)生的優(yōu)秀綜合作業(yè)作品及其原理，狠抓動(dòng)手實(shí)踐，充分利用課程提供的電子元器件完成設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試、測試等一系列過程，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性綜合作業(yè)設(shè)計(jì)和互動(dòng)式的綜合作業(yè)教學(xué)。

從19年開始，我在單片機(jī)教學(xué)中采取了基于“雨課堂”和SPOC的混合式教學(xué)，依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合課程及授課對象的自身特點(diǎn)，將課程的課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)為課前、課中和課后三個(gè)階段的教學(xué)活動(dòng)（也就是線上+線下，課內(nèi)+課外的混合）。

雖然單片機(jī)混合式教學(xué)改革的時(shí)間不長，還沒有進(jìn)行全面的客觀的數(shù)據(jù)對比。但是自從改革后，我親身感受是所帶班級的學(xué)習(xí)效果要好于以前的傳統(tǒng)課堂，特別是對于單片機(jī)這樣的實(shí)踐技術(shù)課，卷面考試不能作為對學(xué)生的唯一評價(jià)，當(dāng)然新的教學(xué)手段和方式也對同學(xué)們提出了更高的要求。從后續(xù)課程單片機(jī)綜合作業(yè)的指導(dǎo)過程來看，新的教學(xué)方式在實(shí)踐能力方面取得了不錯(cuò)的效果，學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到工程實(shí)際的轉(zhuǎn)移比較順暢，基本做到了“學(xué)以致用”。