基于線上線下的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”混合式教學(xué)改革與實踐

孟錦濤,汪 嬋,劉曉偉,張 帝,周小杰

(安徽科技學(xué)院 電氣與電子工程學(xué)院,安徽 蚌埠 233100)

0 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”沒有出現(xiàn)之前,我國的傳統(tǒng)教學(xué)方式基本上都是集中在固定的教室,通過教師黑板板書進(jìn)行教學(xué),學(xué)生坐在講臺下被動接受板書知識。 這種教學(xué)方法一直延續(xù)到近幾年,雖然這種教學(xué)方式可以在相當(dāng)程度上滿足傳播知識的需要,但是,也存在很大的弊端,即教師對知識傳輸是單向的,很大程度上容易忽視學(xué)生接受知識的動態(tài)感受,這樣就造成教師“獨(dú)舞”的現(xiàn)象[1],一段時間過去,學(xué)生可能會出現(xiàn)“知識斷層”的問題。

在近3 年新冠疫情傳播的背景下,網(wǎng)絡(luò)教學(xué)伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及,其中智能5G 手機(jī)、平板電腦、智慧教室在教學(xué)課堂上逐漸鋪開使用,教學(xué)行業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行緊密融合銜接,進(jìn)一步向著教學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息化的道路前進(jìn)[2]。 由于剛開始新冠病毒的危害較為嚴(yán)重,高校作為廣大學(xué)子的學(xué)習(xí)生活場所,為保證正常的教學(xué),教育部要求根據(jù)實際情況進(jìn)行線上授課,這個時間段出現(xiàn)越來越多的網(wǎng)絡(luò)在線教育平臺,在短短的半年時間內(nèi),教師通過使用騰訊會議、雨課堂、學(xué)習(xí)通等方式,擺脫了教學(xué)空間和時間上的限制,達(dá)到了教師和學(xué)生在不同地方就可以實現(xiàn) “停課不停學(xué)”的目的[3]。 這種線上授課的方法打破了傳統(tǒng)線下授課方法,在一定程度上突出了線上教學(xué)優(yōu)勢,但同時也暴露出由于線上環(huán)境的限制,網(wǎng)絡(luò)課堂缺乏活力的問題,并且網(wǎng)絡(luò)課堂也暴露了線上教學(xué)過度依賴學(xué)生自律性的缺點(diǎn)。

根據(jù)線上線下的優(yōu)勢和缺點(diǎn),教師要發(fā)揮線上教學(xué)方式的優(yōu)勢,結(jié)合線下教學(xué)來實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)[4]。 文章通過“微機(jī)原理與接口技術(shù)”與線上線下教學(xué)結(jié)合進(jìn)行應(yīng)用實踐,成功建立了由全體師生參與和共享的線上線下混合式智慧課堂。

1 課程概況

對于安徽科技學(xué)院這所應(yīng)用型本科院校而言,“微機(jī)原理與接口技術(shù)”在電氣與電子工程學(xué)院的各專業(yè)課程體系中極其重要。 它作為電氣與電子信息類的專業(yè)選修課,與“計算機(jī)原理基礎(chǔ)”“數(shù)字電子技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“單片機(jī)原理與應(yīng)用”等課程有著千絲萬縷的聯(lián)系。 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程涵蓋的理論知識較多,實驗課程的操作性較難,這就要求學(xué)生能夠重點(diǎn)掌握微處理器的結(jié)構(gòu)和工作方式、匯編語言程序設(shè)計、I/0 接口及外部接口芯片在編程中的靈活運(yùn)用。 該課程整體知識框架如圖1 所示。

圖1 微機(jī)原理與接口技術(shù)整體知識框架

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是學(xué)院面向電氣類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程,由于課程涵蓋的知識點(diǎn)多且綜合性較強(qiáng),這就要求學(xué)生需要在課前課后投入大量的精力才能掌握和運(yùn)用所學(xué)知識點(diǎn)[6]。 在2021 級教學(xué)大綱修訂后,該門課程主要面臨如下問題。

2.1 課時不匹配

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”根據(jù)學(xué)院2018 級培養(yǎng)方案的課時是64 節(jié),這其中理論課時是56 節(jié),實驗課時是8 節(jié),滿足了弱電和強(qiáng)電專業(yè)的教學(xué)任務(wù)需求。在2021 年修改了新的大綱之后,總學(xué)時又縮短為48小時,其中理論課為40 小時,實驗時間為8 小時。

2.2 教師數(shù)量不足

學(xué)院“微機(jī)原理與接口技術(shù)”這門課程共有5 名專職教師。 每年度修該門課程的學(xué)生人數(shù)為500 人左右,由于教師數(shù)量短缺,因此每學(xué)年相近專業(yè)在上課的時候需要整合為一個大班進(jìn)行集中教學(xué),人數(shù)約為100 人。 這也就導(dǎo)致班級內(nèi)的每個學(xué)員對于知識的接受效果不同,不能實現(xiàn)整體教學(xué)效果與教學(xué)計劃實時調(diào)整。

2.3 實驗形態(tài)僵化,“重軟件、輕硬件”

目前院系針對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實驗教學(xué)項目主要根據(jù)實驗箱進(jìn)行編程實驗。 但實驗箱內(nèi)部硬件電路具有封閉性和固定性,實驗中僅能夠通過接口與內(nèi)部電路進(jìn)行通信完成電路功能,缺乏靈活性。 因而實驗項目設(shè)置和實驗教學(xué)工作中強(qiáng)調(diào)“軟件”設(shè)計。 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”實踐課程現(xiàn)有弊端如圖2 所示。

圖2 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”實踐課程現(xiàn)有弊端

3 混合式教學(xué)實踐

對于“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)狀況和目前教學(xué)過程中存在的弊端,在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上通過互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué),探索線上線下混合式教學(xué)方法,更好地實現(xiàn)應(yīng)用型人才建設(shè)。 其中混合式教學(xué)主要進(jìn)行如下改革實踐。

3.1 課程建設(shè)道路思路

(1)實施因材施教的教學(xué)方式。 “微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的理論學(xué)習(xí)范圍仍然以學(xué)校制定的最新教學(xué)大綱為標(biāo)準(zhǔn),同時根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)合理安排教學(xué)重點(diǎn)和學(xué)時,如建筑電氣專業(yè)和電氣工程及自動化專業(yè)的學(xué)生對微處理結(jié)構(gòu)和工作方式章節(jié)要重點(diǎn)掌握,進(jìn)一步發(fā)掘優(yōu)秀的教學(xué)資源對于保證“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程建設(shè)有極大好處。

(2)不局限于某一種教學(xué)方法。 在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的課程建設(shè)中,需要靈活運(yùn)用各種教學(xué)手段。 線下課堂不僅可以通過黑板板書、多媒體展示等方式進(jìn)行傳輸“微機(jī)原理與接口技術(shù)”理論的知識點(diǎn),師生之間互動更加深入。 此外,學(xué)生也可以通過線上 “學(xué)習(xí)通班級群”與教師進(jìn)行互動答疑。

(3)課程思政元素融入教學(xué)。 在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程中加入思想政治元素,一方面激發(fā)學(xué)生對該門課程的興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,另一方面會使得本門課程知識點(diǎn)更加多元化,為更好地培養(yǎng)應(yīng)用型人才做準(zhǔn)備。

3.2 混合式教學(xué)設(shè)計與實踐

(1)基于“虛實結(jié)合”理念,優(yōu)化實驗課程形態(tài)?！疤搶嵔Y(jié)合”是利用計算機(jī)技術(shù)將虛擬實驗平臺應(yīng)用于實際教學(xué)。 基于“虛實結(jié)合”理念,優(yōu)化課程形態(tài)如圖3 所示,“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實驗課程中可將PROTUES 等仿真軟件引入教學(xué),通過電路仿真、程序下載和項目運(yùn)行完成實驗內(nèi)容。 讓學(xué)生將仿真與實體相結(jié)合,理解仿真與實物之間的聯(lián)系。

圖3 基于“虛實結(jié)合”理念,優(yōu)化課程形態(tài)

(2)革新實驗教學(xué)過程,提高學(xué)生實踐能力。 在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”實驗課程中采用“翻轉(zhuǎn)課堂”創(chuàng)新實驗教學(xué)方法,“翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)過程如圖4所示。 “翻轉(zhuǎn)課堂”是通過變革教學(xué)過程實現(xiàn)對實驗的提前化,實施中在課外發(fā)布實驗任務(wù),并提供實驗資源,學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況選擇教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí),提前理解實驗內(nèi)容,督促學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

圖4 “翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)過程

(3)構(gòu)建課外資源模塊,為進(jìn)一步提高學(xué)生對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的興趣,通過構(gòu)建課外資源模塊進(jìn)行知識拓展學(xué)習(xí),其中課外資源模塊主要以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣為主,該模塊資源涵蓋了與“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程相關(guān)的精品課程,其中也包括對某些重難點(diǎn)相關(guān)的精細(xì)講解視頻。 此外,學(xué)生可以參加一些競賽類活動,比如大學(xué)生創(chuàng)業(yè)比賽、電子設(shè)計大賽、西門子比賽、機(jī)器人嵌入式比賽等,通過上述舉措,進(jìn)一步提高創(chuàng)新應(yīng)用型人才隊伍建設(shè)。

4 教學(xué)考核與效果評價

4.1 線上線下混合式教學(xué)考核方式改革與實踐

線上線下混合式教學(xué)的改革與實踐打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,其教學(xué)考核方式也發(fā)生了變化,根據(jù)線上教學(xué)平臺對學(xué)生的平時學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。新舊課程考核方式對比如圖5 所示。 這種傳統(tǒng)的考核方式側(cè)重于結(jié)果,通常會造成學(xué)生平時學(xué)習(xí)不積極,全部依賴考前一周突擊復(fù)習(xí)來應(yīng)付考試,考完試很快遺忘所學(xué)知識點(diǎn)。 線上線下混合式教學(xué)考核方式開啟后,考核分值占比包括:期末考試(50%)、平時成績(20%)、過程性考核(20%)、實驗成績(10%)。相比較傳統(tǒng)的考核方式增加了“過程性考核(20%)”。

圖5 新舊課程考核方式對比

過程性考核(20%)主要涵蓋學(xué)生在學(xué)習(xí)通上提前預(yù)習(xí)問題、視頻資源觀看進(jìn)度、問題討論參與度及測驗答題情況,可進(jìn)一步提高學(xué)生對學(xué)習(xí)過程的關(guān)注。 平時成績(20%)依據(jù)線上學(xué)習(xí)通平臺學(xué)生平時作業(yè)提交情況、日常線上簽到情況、日常線上討論參與度以及線下課堂回答問題表現(xiàn)來評判。 實驗成績(10%)依據(jù)涵蓋學(xué)生線下動手能力、仿真實驗報告撰寫能力、應(yīng)用型實驗答辯能力。 通過線上線下混合式教學(xué)考核方式改革與實踐可以客觀、準(zhǔn)確地反映每個學(xué)生的真實水平。 每個學(xué)生的各項成績數(shù)據(jù)會在學(xué)習(xí)通在線平臺發(fā)布更新,每位同學(xué)可以看到每項數(shù)據(jù)和自己的不足。 這樣在一定程度上會督促每位同學(xué)不斷改進(jìn)自己的不足,進(jìn)而提高課堂效率。

4.2 線上線下混合式教學(xué)效果評價

2020 級電氣工程與自動化專業(yè)參加“微機(jī)原理與接口技術(shù)”考試共108 人,最終考試卷面成績在60 分以上者有94 人,卷面及格率為87%。 2018 級電氣工程與自動化專業(yè)共102 人參加“微機(jī)原理與接口技術(shù)”考試,在以往傳統(tǒng)教學(xué)模式下,卷面及格人數(shù)為67 人,及格率為65%。 通過考試的卷面及格率對比可知線上線下混合式教學(xué)模式下,學(xué)生在一定程度上可以更好地掌握“微機(jī)原理與接口技術(shù)”知識點(diǎn)。

此外,在2022 年第二學(xué)期末,通過向電氣工程與自動化專業(yè)108 名同學(xué)發(fā)放調(diào)查問卷來統(tǒng)計學(xué)生對于參與線上線下混合式教學(xué)的評價。 問卷調(diào)查結(jié)果如表1 所示。 其中共有88%的學(xué)生表示對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”線上線下混合式教學(xué)方式非常滿意,他們相信新的教學(xué)模式可以很大程度上提高同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性,同之前的教學(xué)模式相比較,新的教學(xué)手段更加靈活,師生互動更加靈活,不再局限于線下互動,也可以在線上與老師進(jìn)行交流互動。 此外,該方法得到學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)與教研室同事的很高評價,認(rèn)為在萬物互聯(lián)的時代下,傳統(tǒng)教學(xué)模式必須結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行革新,這種新的教學(xué)思路是未來教學(xué)方式轉(zhuǎn)變的必經(jīng)之路,學(xué)院逐步在其他專業(yè)核心課程開展線上線下混合式教學(xué)革新實踐。

表1 問卷調(diào)查反饋

5 教學(xué)考核與效果評價

基于線上線下的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”混合式教學(xué)方式圓滿完成了教學(xué)目標(biāo)。 在圍繞建設(shè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的工作上,利用線上教學(xué)平臺和教學(xué)工具將線下課堂拓展到網(wǎng)絡(luò)平臺,規(guī)避了以往教學(xué)過程中存在的弊端,提高了學(xué)生對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程理論與實踐的靈活運(yùn)用能力,完善了教學(xué)內(nèi)容設(shè)計,拓展了教學(xué)深度,充分激發(fā)了學(xué)生線上線下的自主學(xué)習(xí)能力,優(yōu)化了考核新模式,公正客觀地對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)效果的評價。 新的教學(xué)模式實現(xiàn)了對傳統(tǒng)教學(xué)的重新構(gòu)建,更好地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用方面發(fā)展,為新工科建設(shè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才做出貢獻(xiàn)。