融合DoPBL模式的開源硬件與編程混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

葉俊男，余哲寅，楊超翔

（華東理工大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)與傳媒學(xué)院，上海 200237）

0 引 言

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，各高校設(shè)計(jì)專業(yè)已逐步將智能化設(shè)計(jì)作為重要的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，以Arduino、BeagleBoard、樹莓派等為代表的開源硬件為智能原型設(shè)計(jì)提供了良好的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)［1-2］，對(duì)現(xiàn)時(shí)代背景下設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)學(xué)生智能化設(shè)計(jì)創(chuàng)新與實(shí)踐教育具有重要意義。目前，開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程同時(shí)覆蓋了我國中小學(xué)基礎(chǔ)教育、高等教育與職業(yè)教育三大領(lǐng)域［3］。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)已正式劃入部分城市中小學(xué)課程體系［4］，同時(shí)在機(jī)械類、電子信息類、自動(dòng)化類、計(jì)算機(jī)類等學(xué)科專業(yè)的高等教育中也已開展多年。同濟(jì)大學(xué)［5］、四川美術(shù)學(xué)院［6］、湖南大學(xué)、清華大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)等國內(nèi)外頂尖設(shè)計(jì)院校也逐步開設(shè)了基于開源硬件的實(shí)驗(yàn)課程、工作坊等。在設(shè)計(jì)類院校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程中主要采用Arduino平臺(tái)進(jìn)行智能原型的設(shè)計(jì)流程與方法學(xué)習(xí)，為相關(guān)產(chǎn)品智能創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究和實(shí)踐提供了參考，并為之后的專業(yè)課程打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)意學(xué)院圍繞“設(shè)計(jì)＋技術(shù)＋商業(yè)”建立了開源硬件與編程課程體系，并實(shí)踐多年；清華美院信息藝術(shù)設(shè)計(jì)系使用開源硬件進(jìn)行原型基礎(chǔ)課程的教學(xué)，誕生了諸多精彩的交互作品原型設(shè)計(jì)。美國麻省理工學(xué)院使用開源硬件與編程展開了大量產(chǎn)品智能原型、機(jī)器人交互、虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)等設(shè)計(jì)研究［7］。

我校藝術(shù)設(shè)計(jì)與傳媒學(xué)院通過重新制定學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，修訂教學(xué)大綱從2017 年開始分別在工業(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)字媒體藝術(shù)等專業(yè)開設(shè)開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程。通過多年實(shí)踐教學(xué)，總結(jié)出課程的主要問題有：①課程時(shí)間所限，師生交互不足。課程中，教師需占用較長時(shí)間對(duì)數(shù)字、模擬電子基礎(chǔ)知識(shí)和編程基礎(chǔ)理論進(jìn)行講解，學(xué)生經(jīng)常無法在課程中完成實(shí)驗(yàn)操作與調(diào)試，教師也無法充分對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑、輔導(dǎo)、評(píng)價(jià)和啟發(fā)，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固，操作方法不熟練，課程教學(xué)效果與深度受到嚴(yán)重影響。②藝術(shù)類文科背景，代碼編程難度高。傳統(tǒng)課程中比較重視程序設(shè)計(jì)和編程語言的教學(xué)、練習(xí)，然而代碼編程由于理論性強(qiáng)，需要背誦的內(nèi)容繁多，入門門檻較高［8］。設(shè)計(jì)類專業(yè)學(xué)生大都是藝術(shù)類背景，數(shù)理學(xué)習(xí)能力較弱，因此課程實(shí)施難度大，教學(xué)效果也不理想。③項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主動(dòng)性學(xué)習(xí)缺乏。傳統(tǒng)課程中，較多采用基于教材案例的項(xiàng)目制教學(xué)，較多以教師講授-教師演示-學(xué)生實(shí)驗(yàn)的流程進(jìn)行，以項(xiàng)目、任務(wù)的方式培養(yǎng)學(xué)生的能力［1］，學(xué)生被動(dòng)機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證［9］，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造力。

線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式是信息時(shí)代背景下提高教育質(zhì)量的必然選擇［10-11］，已經(jīng)逐步成為高等教育重要方式之一［12］，越來越受到教師和學(xué)生的認(rèn)可與歡迎［13］。該模式使用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將基本知識(shí)與技能教學(xué)放在線上進(jìn)行，以精煉的文字、視頻資料等形式，由學(xué)生靈活選擇時(shí)間地點(diǎn)自主觀看、閱讀和學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生建立知識(shí)和技能體系［14-15］，而將線下課堂的時(shí)間充分運(yùn)用于實(shí)踐、練習(xí)、討論和教師答疑等［16］。2020 年新冠疫情以來，各大高校積極搭建線上課程平臺(tái)，為線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式提供了良好的基礎(chǔ)，并已經(jīng)積累了較多的成功案例，如：馬超等［17］在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中引入混合教學(xué)模式，提供了實(shí)驗(yàn)教學(xué)新思路；馮凌云等［18］采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式打破了機(jī)器人教學(xué)的限制；此外，該混合教學(xué)模式還在醫(yī)療、化工、自動(dòng)化等實(shí)驗(yàn)課程中得到實(shí)踐。事實(shí)證明，線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式能夠在實(shí)驗(yàn)課程中發(fā)揮積極的作用。

因此，針對(duì)當(dāng)前開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，以面向設(shè)計(jì)的產(chǎn)生式學(xué)習(xí)（Design-oriented Production-Based Learning，DoPBL）模式為基礎(chǔ)，以線上線下混合教學(xué)模式為框架，探索該實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新教學(xué)方法與流程。

1 DoPBL教學(xué)模式

DoPBL模式是董艷教授提出的新型教學(xué)模式［19］。該模式綜合了問題式PBL（Problem-Based Learning）模式與項(xiàng)目式PBL（Project-Based Learning）模式的流程與要素，融入了斯坦福大學(xué)D.S.School的EDIPT設(shè)計(jì)思維模型，將共情（Empathize）、定義（Define）、構(gòu)思（Ideate）、原型（Prototype）及測(cè)試（Test）5 個(gè)階段與傳統(tǒng)PBL模式相結(jié)合（見圖1）。相較于傳統(tǒng)PBL模式，該模式能夠在引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生包括創(chuàng)新思維、創(chuàng)造思維、設(shè)計(jì)思維、跨學(xué)科整合能力等在內(nèi)的綜合素質(zhì)與能力［12］。其基本環(huán)節(jié)包括：①選定問題／項(xiàng)目。創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生發(fā)揮共情能力挖掘問題、確定項(xiàng)目。②制定方案／計(jì)劃?；趯?duì)問題的深入分析，定義問題邊界，構(gòu)想解決方案，制定項(xiàng)目計(jì)劃。③設(shè)計(jì)活動(dòng)探究。通過調(diào)研、討論，進(jìn)一步獲得資料與數(shù)據(jù)，迭代優(yōu)化解決方案。④生成方案／作品。進(jìn)行解決方案的原型制作。⑤進(jìn)行成果交流。學(xué)生進(jìn)行成果的展示與交流。⑥開展活動(dòng)評(píng)價(jià)。對(duì)學(xué)習(xí)過程、成果開展全方位評(píng)價(jià)。張?zhí)鸬龋?0］在STEAM［科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），藝術(shù)（Arts），數(shù)學(xué)（Mathematics）］教育中的Word模塊教學(xué)中采用DoPBL 模式，提高了學(xué)生的綜合能力；姚輝［21］在DoPBL 模式的基礎(chǔ)上融入計(jì)算思維，提出了計(jì)算思維培養(yǎng)的PBL 模式（PBL for Computational thinking training，CTPBL模式），證實(shí)了該模式在計(jì)算機(jī)教育中的可行性。

圖1 融合DoPBL的線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

圖1 DoPBL教學(xué)模式

項(xiàng)目式PBL 教學(xué)模式在傳統(tǒng)開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程中較為常見［5，22］，根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)，DoPBL教學(xué)模式更契合設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用該教學(xué)模式能夠更好地開展智能產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，幫助提升學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力與素質(zhì)。

2 開源硬件與編程混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)與軟硬件

2.1 開源硬件與編程混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

在專業(yè)知識(shí)方面，使學(xué)生了解基礎(chǔ)編程語言的發(fā)展歷史，語言優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場景；能夠了解編程語句基本邏輯，掌握Arduino基礎(chǔ)編程語句與用法，掌握Arduino圖形化編程方法，以及開源軟硬件適配原理；能夠掌握各種開源硬件的基本使用方式，并用其搭建智能硬件原型，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)想法。為模型制作、產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)等課程奠定基礎(chǔ)。

在專業(yè)素質(zhì)方面，使學(xué)生能夠結(jié)合相關(guān)知識(shí)思考、識(shí)別和判斷日常生活領(lǐng)域中存在的各種產(chǎn)品、交互、服務(wù)、系統(tǒng)等問題，樹立社會(huì)主義核心價(jià)值觀，并對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行梳理與分析，結(jié)合掌握的知識(shí)技能來找尋可替代的最佳方案，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、問題解決能力與創(chuàng)新意識(shí)，以及設(shè)計(jì)美學(xué)與工程思維的培養(yǎng)。通過小組學(xué)習(xí)與研討，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力，提升專業(yè)職業(yè)素養(yǎng)與責(zé)任意識(shí)。

2.2 相關(guān)軟硬件選擇

課程硬件采用Arduino Uno 開發(fā)套件；軟件采用Arduino、慧編程和App Inventor。①Arduino Uno 開發(fā)套件。Arduino Uno 簡單易學(xué)，價(jià)格便宜，支持Windows、MacOS、Linux 三大操作系統(tǒng)，其軟硬件皆開源可拓展［23］，且硬件資源及網(wǎng)絡(luò)資料豐富［5］，非常適合作為開源硬件與編程的學(xué)習(xí)平臺(tái)。②慧編程（mBlock）?；赟cratch開發(fā)的圖形化編程軟件，能夠?qū)D形化程序轉(zhuǎn)換為代碼程序，且有豐富的程序擴(kuò)展可供下載使用，降低編程的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)效率。③Arduino IDE。Arduino官方開發(fā)編譯工具，能夠靈活地編寫復(fù)雜的代碼程序。④App Inventor。手機(jī)App圖形化編程軟件，用于課程后期App 與Arduino Uno交互操作的教學(xué)。

通過上述軟硬件，要求學(xué)生熟練使用Arduino Uno開發(fā)板和各類基本的電子元件模塊，配合手機(jī)APP，搭建產(chǎn)品或產(chǎn)品系統(tǒng)原型，實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。另外，在編程中引入了圖形化編程方法替代傳統(tǒng)的代碼編程，學(xué)生僅需在圖形化界面修改語句塊的參數(shù)和連接方式即可修改完整的程序，也可以將圖形化程序轉(zhuǎn)換為代碼程序進(jìn)行修改，有效地解決了單一代碼編程對(duì)于設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生難度過大的問題。

3 DoPBL模式的開源硬件與編程混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.1 融合DoPBL的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

針對(duì)教學(xué)目標(biāo)，課程通過EDIPT［同理心（Empathy），定義（Define），創(chuàng)想（Ideate），原型（Phototype），測(cè)試（Test）］設(shè)計(jì)思維模型對(duì)DoPBL 教學(xué)模式進(jìn)行了升級(jí)，創(chuàng)新提出融合DoPBL的線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式包含基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)踐兩大模塊，分為理論MOOC、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目選定、方案制定、設(shè)計(jì)研究、原型制作、測(cè)試迭代、交流評(píng)價(jià)8 個(gè)環(huán)節(jié)。在項(xiàng)目實(shí)踐模塊中，在原有DoPBL模式中加入“測(cè)試迭代”環(huán)節(jié)，合并“進(jìn)行成果交流”與“開展活動(dòng)評(píng)價(jià)”兩部分為“交流評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)（見表1）。理論MOOC和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行基礎(chǔ)理論的講授，并根據(jù)教材案例進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)；通過項(xiàng)目選定、方案制定、設(shè)計(jì)研究3 個(gè)環(huán)節(jié)生成與完善項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案；之后在原型制作與測(cè)試迭代環(huán)節(jié)，完成產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)原型的制作與測(cè)試；最后組織心得交流，并進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。

3.2 融合DoPBL 模式的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式與內(nèi)容

依照我校設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，融合DoPBL教學(xué)模式對(duì)開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了編排與整合。課程作為專業(yè)選修課于本科一年級(jí)第2學(xué)期開設(shè)，總學(xué)時(shí)為48 學(xué)時(shí)，分為講授課程16 學(xué)時(shí)及實(shí)驗(yàn)課程32 學(xué)時(shí)，為期6 周，每周2 次，每次4 課時(shí)。具體教學(xué)計(jì)劃與課時(shí)安排見表2。基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)開源硬件與編程理論知識(shí)進(jìn)行講授，并配合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目實(shí)踐模塊則為學(xué)生創(chuàng)意項(xiàng)目設(shè)計(jì)，最終成果將以期末成績計(jì)入總分。下面通過建立的融合DoPBL線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的8 大環(huán)節(jié)對(duì)教學(xué)方式與內(nèi)容進(jìn)一步介紹。

表2 教學(xué)計(jì)劃與課時(shí)安排

3.2.1 理論MOOC

理論MOOC 利用線上平臺(tái)進(jìn)行，教師制作并上傳課件，供學(xué)生在線上學(xué)習(xí)。課件是教學(xué)開展的根本。開源硬件與編程課程的課件包含基礎(chǔ)理論講解，實(shí)驗(yàn)方法講解、優(yōu)秀案例分享3 部分。①基礎(chǔ)理論部分以PPT和錄音方式制作，需要對(duì)元器件的基本種類、工作原理、電路原理和運(yùn)用領(lǐng)域等進(jìn)行科普性介紹，應(yīng)當(dāng)涉及電子、機(jī)械等專業(yè)的基本專業(yè)知識(shí)，目的是讓學(xué)生在面對(duì)智能產(chǎn)品不同功能需求時(shí)能夠合理選擇相應(yīng)的電子元件模塊。②實(shí)驗(yàn)方法講解部分通過圖示與視頻演示相結(jié)合的方式講解智能硬件模塊的安裝方法、使用方法、編程方法及可能包含的關(guān)鍵代碼語句，圖示、視頻應(yīng)當(dāng)清晰、精煉，方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行回放。③優(yōu)秀案例分享部分以視頻形式呈現(xiàn)，直觀地讓學(xué)生了解智能硬件模塊的使用場景，同時(shí)開拓學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，引發(fā)學(xué)生對(duì)生活中問題的思考。學(xué)生在該階段中通過視頻掌握理論知識(shí)，對(duì)相關(guān)操作技能進(jìn)行初步的熟悉與了解。

在課程第1、3、5、7 節(jié)課安排線上理論MOOC，要求學(xué)生按課程計(jì)劃完成課程理論部分的學(xué)習(xí)，如：第1節(jié)課完成開源硬件與編程概論、開發(fā)環(huán)境與軟件安裝、基本電路知識(shí)與實(shí)踐、Arduino 與LED 燈、開關(guān)（數(shù)字信號(hào)）4 小節(jié)的學(xué)習(xí)。教師在課程第2、4、6、8 節(jié)課前通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)系統(tǒng)檢查學(xué)生學(xué)習(xí)完成度情況并進(jìn)行考核打分。

3.2.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程不再安排理論講授，給予學(xué)生足夠的時(shí)間對(duì)理論MOOC 中所學(xué)習(xí)的教學(xué)案例進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主分配時(shí)間來鞏固各智能硬件的使用方法。教師在線下課程中僅對(duì)每個(gè)小組進(jìn)行針對(duì)性答疑、輔導(dǎo)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)掌握的內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，通過簡單的自主設(shè)計(jì)、安裝、實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)各智能硬件功能及作用的認(rèn)識(shí)。

3.2.3 項(xiàng)目選定

該環(huán)節(jié)在第5 節(jié)課中線上舉行項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)議，學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)分組并開始創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段。教師提前準(zhǔn)備多個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方向供學(xué)生選擇，限定大致情境范圍，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)每個(gè)項(xiàng)目展開簡單的共情分析，要求學(xué)生將自己代入情境中，發(fā)現(xiàn)情境中的實(shí)際的問題和需求，結(jié)合學(xué)習(xí)掌握情況和參考案例，最終確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)方向與目標(biāo)。

3.2.4 方案制定

該環(huán)節(jié)安排在第6、7 次課中進(jìn)行，分為方案研討和調(diào)研匯報(bào)兩部分。在方案研討環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂中進(jìn)行頭腦風(fēng)暴、研究會(huì)議等，教師對(duì)學(xué)生方案內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)，對(duì)開源硬件的技術(shù)可行性給出評(píng)估與建議。在調(diào)研匯報(bào)環(huán)節(jié)，每組學(xué)生通過視頻會(huì)議形式線上匯報(bào)創(chuàng)新項(xiàng)目方案背景、擬解決的問題、實(shí)施技術(shù)方案、工作進(jìn)度安排等，教師根據(jù)匯報(bào)內(nèi)容從創(chuàng)新性、可行性等角度進(jìn)行意見與建議。

3.2.5 設(shè) 計(jì)

EDIPT設(shè)計(jì)思維除了定義了設(shè)計(jì)思維的5 個(gè)步驟外，還強(qiáng)調(diào)通過步驟間的重復(fù)、循環(huán)，達(dá)到優(yōu)化迭代設(shè)計(jì)的目的。該環(huán)節(jié)包括研究會(huì)議、中期匯報(bào)兩部分，分別在第8、9 次課中以線下學(xué)習(xí)形式進(jìn)行。學(xué)生對(duì)確定的創(chuàng)新項(xiàng)目基本方案展開包含用戶需求、競品分析、市場環(huán)境等研究，通過線下研究會(huì)議形式對(duì)涉及相關(guān)開源硬件技術(shù)與編程語言進(jìn)行討論與分析，在經(jīng)過多次迭代優(yōu)化后形成最終的解決方案，包括創(chuàng)意項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖、電路圖、編程邏輯等，并在中期匯報(bào)環(huán)節(jié)進(jìn)行匯報(bào)與交流，教師根據(jù)每組方案實(shí)施內(nèi)容給出合理性建議。

3.2.6 原型制作

該環(huán)節(jié)安排在第10 次課以線下實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行，通過學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，分別對(duì)既定的創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行配件設(shè)計(jì)、裝配制作、電路連接、程序編寫等，通過相關(guān)開源硬件的應(yīng)用完成最終設(shè)計(jì)方案原型制作。在這過程中，教師在課程中進(jìn)行多輪小組巡查，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，開展圍繞開源硬件安裝與編程的答疑輔導(dǎo)與思維啟發(fā)，提倡學(xué)生在實(shí)現(xiàn)期望礎(chǔ)上優(yōu)化原型的造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2.7 測(cè)試迭代

在原型制作完成后，學(xué)生在課內(nèi)外對(duì)創(chuàng)意項(xiàng)目原型進(jìn)行多輪測(cè)試與迭代，教師在線下課程中針對(duì)學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目碰到的程序無法運(yùn)行、運(yùn)行效果與預(yù)期不符等情況給出意見和建議，鼓勵(lì)學(xué)生自主檢查、思考與討論。各組通過不斷更新與改進(jìn)程序邏輯優(yōu)化原型設(shè)計(jì)方案，最終完成創(chuàng)意項(xiàng)目原型制作并完成相應(yīng)的匯報(bào)PPT。

3.2.8 交流評(píng)價(jià)

課程最后通過交流評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)完成期末考核，在實(shí)驗(yàn)室中排列展示各組創(chuàng)意項(xiàng)目作品。每組學(xué)生逐一對(duì)項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)研究、方案概念發(fā)散、硬件方案運(yùn)用、程序邏輯制定等內(nèi)容進(jìn)行講解，并演示設(shè)計(jì)原型，其余團(tuán)隊(duì)對(duì)展示作品進(jìn)行交流與點(diǎn)評(píng)，共享設(shè)計(jì)制作過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。教師對(duì)小組的課堂表現(xiàn)和作品效果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并對(duì)創(chuàng)意作品進(jìn)行打分。

3.3 課程考核方式

課程考核將采取學(xué)生在線上、線下綜合學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)定，期末總成績包括主要包括平時(shí)成績（30%）＋期末成績（70%）。平時(shí)成績包括出勤率（10%）＋在線課程學(xué)習(xí)情況（30%）＋基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)完成情況（40%）＋課程互動(dòng)表現(xiàn)（20%）。期末成績?cè)u(píng)定包括創(chuàng)意項(xiàng)目匯報(bào)情況（10%）＋開源相關(guān)硬件模塊使用與編程情況（50%）＋項(xiàng)目作品創(chuàng)新性與設(shè)計(jì)感（30%）＋團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況（10%）。

4 教學(xué)實(shí)踐與評(píng)價(jià)

4.1 教學(xué)實(shí)踐

目前采用融合DoPBL 模式的開源硬件與編程線上線下混合式實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)已經(jīng)在藝術(shù)設(shè)計(jì)與傳媒學(xué)院開展2 年，學(xué)生通過學(xué)校在線學(xué)習(xí)平臺(tái)觀看教師事先錄制的教學(xué)視頻，對(duì)各元件進(jìn)行學(xué)習(xí)，并在線下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行集中實(shí)驗(yàn)，學(xué)生均在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成線上MOOC的觀看，并有多次重復(fù)觀看的記錄。在項(xiàng)目實(shí)踐模塊，學(xué)生充分發(fā)揮思考，選定項(xiàng)目，制定方案，使用觀察法、體驗(yàn)法、問卷調(diào)研、競品分析等方法進(jìn)行深入的設(shè)計(jì)研究，經(jīng)過原型制作測(cè)試和多次優(yōu)化，最終誕生了較多優(yōu)秀大作業(yè)，如以舵機(jī)為核心的超聲波感應(yīng)翻書工具等（見圖2）。最終，學(xué)生均獲得了不錯(cuò)的成績。另外，教師與學(xué)生之間在課程之余通過學(xué)習(xí)平臺(tái)、微信、釘釘?shù)韧緩浇⒙?lián)系，學(xué)生的困惑都得到了及時(shí)解決。

圖2 學(xué)生作品-超聲波感應(yīng)翻書工具

4.2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

課程采用線上線下結(jié)合的授課方式，引入圖形化編程方法對(duì)傳統(tǒng)代碼編程方法進(jìn)行補(bǔ)充，融合DoPBL教學(xué)模式，以基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)?zāi)K、項(xiàng)目實(shí)踐模塊同步交錯(cuò)推進(jìn)，誕生了一系列優(yōu)秀作品，收獲了學(xué)生和聽課專家的好評(píng)，近2 年課程評(píng)教得分均高于95 分。以下總結(jié)學(xué)生和聽課專家評(píng)教情況：

學(xué)生評(píng)價(jià)：①設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)增加。在項(xiàng)目中多次經(jīng)歷設(shè)計(jì)研究階段，學(xué)生已經(jīng)逐步形成了設(shè)計(jì)研究的習(xí)慣，對(duì)各種不同的設(shè)計(jì)研究方法也都有親身的體驗(yàn)，將更有助于其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)與推進(jìn)。②設(shè)計(jì)成果儲(chǔ)備。每次項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)選題的過程都為學(xué)生積累了豐富的靈感和方案，其中一部分方案原型已經(jīng)落地，具備轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品的潛力，部分設(shè)計(jì)成果在后續(xù)的設(shè)計(jì)比賽、專利申請(qǐng)中得到了再次利用。③課程難度降低。圖形化編程降低了編程的學(xué)習(xí)難度，消除了學(xué)生對(duì)編程的恐懼感，學(xué)習(xí)熱情和效率提升。④學(xué)習(xí)時(shí)間靈活。理論部分采用線上MOOC教學(xué)，給學(xué)習(xí)時(shí)間分配提供了更多的可能，也方便反復(fù)學(xué)習(xí)。

聽課專家評(píng)價(jià)：①教學(xué)深度增加。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，融合DoPLB的混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式豐富了教學(xué)內(nèi)容，除了基本課程內(nèi)容外新增了具體項(xiàng)目實(shí)踐，增加了課程教學(xué)的深度。②課程內(nèi)容豐富。新模式課程內(nèi)容明顯增加，課程更加飽滿。

5 結(jié) 語

針對(duì)現(xiàn)有開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程中存在的問題進(jìn)行了改革與探索，融合DoPBL教學(xué)模式與線上線下混合式教學(xué)模式，構(gòu)建了一套面向設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的開源硬件與編程實(shí)驗(yàn)課程的新教學(xué)模式。通過實(shí)踐表明，新模式有效地提高了設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)學(xué)生開源硬件與編程的學(xué)習(xí)效率與熱情，降低了學(xué)習(xí)難度，在完成開源硬件基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí)，全方位培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，幫助學(xué)生積累了設(shè)計(jì)方案與經(jīng)驗(yàn)，較好地達(dá)到了課程培養(yǎng)目標(biāo)，具有較好的實(shí)踐應(yīng)用與推廣價(jià)值。同時(shí)，在所構(gòu)建的框架模型的基礎(chǔ)上，可將研究進(jìn)一步橫向拓展，研究該模式在設(shè)計(jì)專業(yè)其他課程、或其他專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用的可能性，并提出具體的實(shí)施方法。