5G應(yīng)用背景下中職物聯(lián)網(wǎng)單片機教學(xué)問題分析與研究

李綺橋，黃浩民，聶 瓊，陳榮軍，郭久楠，何 力

（1.廣東技術(shù)師范大學(xué)，廣東 廣州 510665；2.廣州市番禺區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 511483；3.廣州市黃埔職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510730）

0 引 言

5G通信技術(shù)的逐步普及與應(yīng)用，推動著智慧教育的發(fā)展，并與教學(xué)模式或教學(xué)過程有效結(jié)合，是促進教與學(xué)的方式變革的基石[1]。物聯(lián)網(wǎng)，即萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)[2]。在物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中，感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的底層，通過單片機控制各種傳感器采集數(shù)據(jù)后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層傳輸至應(yīng)用層，因此，單片機技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)底層的核心技術(shù)之一[3]。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)課程，如《傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)》《RFID技術(shù)與應(yīng)用》《自動識別技術(shù)》和《無線傳感技術(shù)》以及相關(guān)專業(yè)實訓(xùn)、技能競賽都離不開單片機知識的支持，進一步說明了單片機課程對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重要性[4]。

在我國的“十四五”規(guī)劃中，物聯(lián)網(wǎng)作為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，是國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。該技術(shù)應(yīng)用于連接物體并且提供相關(guān)服務(wù)的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施，這需要大量的人力資源進行建設(shè)、管理和維護[5]。目前，物聯(lián)網(wǎng)概念下的企業(yè)數(shù)量眾多，社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的需求量很大，但人才供給不能滿足需求，供需矛盾巨大，人才形勢十分嚴峻。而中職院校作為培養(yǎng)技能型人才的主力軍，肩負著為社會和企業(yè)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)型人才的重任[6]?？梢哉f，單片機課程的教學(xué)效果是否良好，是關(guān)乎中職院校能否為不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)充足的一線操作人員的關(guān)鍵。

1 中職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程定位分析

通過爬蟲軟件爬取面向中職層次的物聯(lián)網(wǎng)崗位的數(shù)據(jù)，分析單片機技術(shù)在該崗位能力需求中的重要性，并進一步分析本課程的培養(yǎng)目標，明確學(xué)生應(yīng)習(xí)得的知識和技能，為本文開展后續(xù)的研究提供合理的參考依據(jù)。

1.1 崗位需求分析

通過八爪魚爬蟲軟件（V8.2.2）爬取某知名招聘網(wǎng)站中面向全國中專學(xué)歷物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的相關(guān)招聘信息數(shù)據(jù)并進行整理分析。2021年3月18日共爬取有效招聘信息379條，涉及的主要崗位類型有技術(shù)類、銷售類和客服類等，各崗位類型占比如圖1所示。其中，技術(shù)類崗位（主要包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備裝配、運維、技術(shù)支持等方面的工作）占49.34%，接近全部崗位數(shù)的一半。在其招聘要求描述中，大多需要應(yīng)聘者有單片機知識基礎(chǔ)，熟悉基本電子元器件，熟悉物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的裝配、運維等方面知識，能夠排除各種軟硬件故障并進行調(diào)試運行等?？梢姡新毼锫?lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后面向的工作崗位絕大部分都與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)，學(xué)生只有在專業(yè)學(xué)習(xí)中打下扎實的基礎(chǔ)，才能更好地從事相關(guān)工作。

圖1 中職物聯(lián)網(wǎng)崗位類型占比

1.2 課程培養(yǎng)目標分析

單片機課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)整個課程體系中處于承上啟下的核心地位[7]。學(xué)習(xí)單片機并掌握其應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生必備的技能。物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)專業(yè)課程和技能競賽都離不開單片機技術(shù)的支持。本課程旨在提升學(xué)生整體素質(zhì)和培養(yǎng)關(guān)鍵職業(yè)技能。在教學(xué)過程中，教師需要不斷激發(fā)和強化學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣，引導(dǎo)學(xué)生將興趣轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的學(xué)習(xí)動機，以幫助學(xué)生樹立良好的自信心，鍛煉學(xué)生克服困難的意志和培養(yǎng)嚴謹細致的工作作風(fēng)。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能以單片機為控制系統(tǒng)核心擴展一些外圍設(shè)備，實踐硬件電路設(shè)計、軟件代碼編程和系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，進而提高學(xué)生的單片機硬件設(shè)計、軟件編程、調(diào)試和運行維護等職業(yè)技能以及一定的分析、解決問題和動手實踐的能力，為將來從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

2 中職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

通過檢索、查閱大量與中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程教學(xué)相關(guān)的期刊、報紙、博碩士論文和著作等，對其進行整理、分析和歸納，并實地走訪開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)且設(shè)置單片機課程的中職學(xué)校，與相關(guān)授課教師和專業(yè)帶頭人進行訪談，了解目前在單片機課程教學(xué)中主要采用的教學(xué)方法、教學(xué)效果、學(xué)生學(xué)習(xí)和課程反饋等情況，總結(jié)出下列問題并做相關(guān)分析。

2.1 教學(xué)方法問題

2.1.1 教學(xué)模式單一

目前，中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程的教學(xué)主要采用“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)方法。這種“灌輸式”教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，尤其在偏向?qū)嵺`型的單片機課程中更不適用。教學(xué)過程中教師容易忽略學(xué)生自主建構(gòu)意義的過程，不能充分關(guān)注到學(xué)生對知識點是否真正理解。這種情況下，盡管學(xué)生機械地記住了知識點，也難以有效地應(yīng)用到實踐操作中。

2.1.2 理論與實踐相脫離

單片機課程中涵蓋了許多硬件電路與軟件編程的抽象知識，需要學(xué)生在實驗課的動手操作中將其內(nèi)化，形成操作技能。但目前課堂上學(xué)生能夠進行自主實驗操作的時間相對較少，甚至存在因為課時限制而跳過實驗操作的情況，學(xué)生僅靠觀看教師課堂演示來完成對實驗的學(xué)習(xí)。學(xué)生脫離了實踐，不利于學(xué)生理解、應(yīng)用知識，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力。

2.1.3 課堂總結(jié)不完善

課堂總結(jié)在整個教學(xué)過程中起著重要的作用，由教師利用課堂剩余的幾分鐘時間進行該課教學(xué)內(nèi)容回顧，是課程內(nèi)容的升華。但教師往往因教學(xué)時間不足等原因?qū)φn堂總結(jié)進行簡化甚至省略。另一方面，由于臨近下課時間，學(xué)生容易分神，難以發(fā)揮課堂總結(jié)的梳理重難點、鞏固知識等功能。

2.2 教學(xué)資源問題

2.2.1 課程資源開發(fā)意識欠缺和能力不足

從訪談?wù){(diào)查情況來看，在單片機課程教學(xué)上，大多數(shù)教師主要依靠課本和PPT課件來完成教學(xué)任務(wù)，甚至有些教師把課本當作唯一的課程資源，缺乏對課程資源進行開發(fā)的意識，造成大量有價值的課程資源被埋沒、被閑置。盡管有些教師意識到需要開發(fā)課程資源以提高教學(xué)質(zhì)量的問題，但由于教師在之前的從業(yè)生涯中沒有形成一個整體的課程資源知識體系，導(dǎo)致教師對課程資源開發(fā)和利用的能力有所欠缺[8]。

2.2.2 課程教學(xué)資源形式單一

由于單片機課程內(nèi)容較為抽象，從靜態(tài)的字面上難以理解，需要結(jié)合生動形象的且與日常生活相接近的素材、課程資源進行教學(xué)，才能便于學(xué)生理解；而在當前教學(xué)資源上大部分教師僅依靠課本和PPT課件，課程教學(xué)資源形式相對單一，難以進一步提升教學(xué)效果。

2.3 問題總結(jié)與分析

目前，單片機課程教學(xué)主要存在教學(xué)方法和教學(xué)資源的問題，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、實踐環(huán)節(jié)欠缺、理論與實踐內(nèi)容相脫離和教學(xué)效果不理想等結(jié)果[9-10]。為此，眾多學(xué)者提出各種解決方案以提高單片機課程教學(xué)質(zhì)量。有些學(xué)者為解決教學(xué)模式單一等問題，采用了各種教學(xué)方法，如行為導(dǎo)向、項目教學(xué)[11]和以賽促學(xué)等，但文獻中僅對實施方法進行了淺談，并未對具體的課程教學(xué)實施過程和實施效果進行闡述，難以供其他學(xué)者參考借鑒。有些學(xué)者為解決實踐欠缺、理論與實踐脫離等問題，在實驗過程中采用虛擬仿真技術(shù)[12-13]替代原有的硬件設(shè)備，雖然在一定程度上可以降低教學(xué)成本、提高實驗安全指數(shù)，但仿真實驗更多的是驗證性實驗，學(xué)生無法真實體驗在實際電路中的操作感受，不利于對硬件操作能力的培養(yǎng)。還有些學(xué)者將信息化手段應(yīng)用于單片機課程教學(xué)中[14]，一定程度上可以對課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)資源有所提高。但從學(xué)習(xí)過程來看，教師并未能全面有效地查看學(xué)生各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況，甚至有些是為了信息化而信息化，缺乏問題的針對性。因此，在單片機課程中尋求有效的教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生的知識和技能，成為當前教師們迫切需要解決的問題。

3 解決方案

針對上述問題，本文提出基于BOPPPS的中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程教學(xué)設(shè)計方案，不僅能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)模式不能滿足單片機課程教與學(xué)的需求問題，還有助于優(yōu)化、豐富教學(xué)資源形式。BOPPPS模式以建構(gòu)主義和交際法為理論依據(jù)，將課堂教學(xué)過程分為六個環(huán)節(jié)：導(dǎo)入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、 后 測（Post-assessment）、 總 結(jié)（Summary）[15]。它的典型特點是教學(xué)互動和反饋，強調(diào)以學(xué)生為中心，注重教學(xué)過程中學(xué)生全方位參與學(xué)習(xí)互動和獲得及時反饋，使學(xué)生能夠在課堂上最大限度地掌握知識[16-17]。

BOPPPS模式的六個教學(xué)環(huán)節(jié)均以學(xué)生為中心展開，并且每個教學(xué)環(huán)節(jié)中教師和學(xué)生都有各自的工作任務(wù)、學(xué)習(xí)任務(wù)，見表1所列，以此保證在該教學(xué)模式下學(xué)生能夠全方位參與課堂學(xué)習(xí)。

表1 BOPPPS模式的每個環(huán)節(jié)中教師和學(xué)生的任務(wù)

本文提出的基于BOPPPS模式的中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程教學(xué)設(shè)計并非以“疊加方式”或“加法思維”把BOPPPS模式與單片機課程簡單糅合，而是更深入細致的“融通思維”。在BOPPPS模式原有的教學(xué)模型上，結(jié)合中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程特點，細化各實施環(huán)節(jié)，并加入六個方面的標準化，即“六化”要求。在傳統(tǒng)機房教室中，存在著網(wǎng)絡(luò)終端無法有效管控、學(xué)生的使用風(fēng)險大以及學(xué)習(xí)行為集中導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)并發(fā)訪問高、網(wǎng)絡(luò)訪問質(zhì)量控制服務(wù)以及邊緣服務(wù)和緩沖服務(wù)不理想等問題[18]。而利用5G網(wǎng)絡(luò)超低延遲和更大帶寬的技術(shù)優(yōu)勢，可以為“六化”的實現(xiàn)搭建強有力的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐，為智慧教育提供實時、可靠、智能和泛在的端到端服務(wù)[19]，帶給教師和學(xué)生更沉浸和穩(wěn)定的智慧教學(xué)體驗。

“六化”即教學(xué)模式平臺化、教學(xué)過程信息化、課堂教學(xué)高效化、教學(xué)平臺標準化、教學(xué)反饋精準化和教學(xué)資源多樣化。其中，在教學(xué)模式平臺化方面，本文根據(jù)BOPPPS教學(xué)模式來設(shè)計課堂教學(xué)平臺，借助信息技術(shù)手段將BOPPPS教學(xué)模式通過平臺形式重現(xiàn)于課堂教學(xué)過程中；在教學(xué)過程信息化方面，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都可以在教學(xué)平臺上獨立完成，利用各種信息技術(shù)和資源支持教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”；在課堂教學(xué)高效化方面，基于教學(xué)平臺解決了過去學(xué)習(xí)中由于課程資料發(fā)放、回收等環(huán)節(jié)浪費課堂時間的問題，學(xué)生可在教學(xué)平臺上自主完成前測、后測、溝通交流、課堂作業(yè)和歸納總結(jié)等多個教學(xué)環(huán)節(jié)；在教學(xué)平臺標準化方面，本平臺是基于BOPPPS教學(xué)模式設(shè)計的，整個學(xué)習(xí)過程嚴格遵循BOPPPS的教學(xué)環(huán)節(jié)，這也是本平臺與現(xiàn)有教學(xué)平臺的區(qū)別所在；在教學(xué)反饋精準化方面，教師利用教學(xué)平臺不僅能夠?qū)崟r查看學(xué)生在前測、后測、課堂作業(yè)和總結(jié)歸納等環(huán)節(jié)的情況，還可以查看學(xué)生在每個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)所花費的時間，解決以往教學(xué)模式存在的片面性和低效性，提高教學(xué)反饋的全面性、及時性和精準性；在課程資源多樣化方面，在平臺上再次以項目為單元呈現(xiàn)形式多樣的課程資源，如網(wǎng)絡(luò)視頻、自制微課視頻、PPT課件、圖片和文檔等，便于學(xué)生后期進行鞏固學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)回顧。根據(jù)以上特征，構(gòu)建基于BOPPPS模式的中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程教學(xué)設(shè)計框架，如圖2所示。

圖2 基于BOPPPS的中職物聯(lián)網(wǎng)單片機課程教學(xué)設(shè)計框架圖

4 結(jié) 語

《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現(xiàn)代化2035》等文件相繼出臺，教育信息化在推動教育現(xiàn)代化過程中的地位和作用日益凸顯。在5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，對中職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的單片機課程教學(xué)必須做出相應(yīng)的改革和創(chuàng)新，將信息技術(shù)手段與新型教學(xué)模式融通共生，打破單一傳統(tǒng)教學(xué)模式的桎梏，拓展完善教學(xué)設(shè)計方案，提高教學(xué)效果，以培養(yǎng)適應(yīng)社會和企業(yè)需求的復(fù)合型技術(shù)技能人才。