基于MOOC的單片機(jī)課程教學(xué)模式研究

楊春蘭，薛大為

(蚌埠學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，安徽蚌埠233030)

MOOC(大規(guī)模在線開放課程，Massive Open Online Course)簡稱慕課，是面向社會大眾開放的在線教育課程，是以學(xué)習(xí)者自己觀看視頻學(xué)習(xí)為主，通過網(wǎng)絡(luò)與教師進(jìn)行課程教學(xué)互動、課程作業(yè)及測試，完成課程教學(xué)的全過程［1］。MOOC是一種新型的教育模式，通過網(wǎng)絡(luò)把許多有共同學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)者組織起來互動學(xué)習(xí)，網(wǎng)站提供課件、教案及習(xí)題集等課程資源，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)選擇內(nèi)容自主學(xué)習(xí)，不受學(xué)習(xí)時間及學(xué)習(xí)地點(diǎn)的限制，使得教育的觀念和教育的方式方法發(fā)生了很大的變化［2］。隨著電子及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電氣類相關(guān)專業(yè)人才的需求量越來越大，單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是電子電氣類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。但是，目前大多數(shù)的單片機(jī)課程教學(xué)仍然是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教學(xué)中仍然是以教師教為中心，沒有突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位。因此如何在教學(xué)過程中引入先進(jìn)的教學(xué)模式及教學(xué)方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率成為亟待解決的問題。

1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

大多數(shù)高校單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)采用的仍是傳統(tǒng)“理論+實(shí)踐”教學(xué)模式［3］，理論課程通過PPT課件及Proteus軟件仿真進(jìn)行硬件電路及軟件設(shè)計教學(xué)。教學(xué)以教師為主體，教師能夠按照教學(xué)計劃進(jìn)行系統(tǒng)的理論教學(xué)，教師根據(jù)學(xué)生課堂的表現(xiàn)能夠及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，很好的發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。但是單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，理論知識點(diǎn)比較多，除了要求扎實(shí)的理論基礎(chǔ)之外，還要求學(xué)生具有C51語言編程能力及實(shí)踐動手能力。單片機(jī)課程知識點(diǎn)比較抽象且環(huán)環(huán)相扣，一個或幾個知識點(diǎn)學(xué)生理解不清可能會造成后續(xù)章節(jié)的內(nèi)容無法理解，消弱了學(xué)生對單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，傳統(tǒng)的教學(xué)模式課堂上大量理論知識的灌輸，與教師缺少必要的互動，導(dǎo)致學(xué)生往往感覺枯燥，學(xué)習(xí)效果不是很好。實(shí)踐教學(xué)教師指導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)踐，教師通常演示一次，學(xué)生很難完全看明白老師的操作，課堂上答疑時間不夠，使得學(xué)生無法很好地完成實(shí)踐任務(wù)，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，最終使得部分同學(xué)失去了繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

2 基于MOOC的教學(xué)模式探索

MOOC是最近幾年興起的教學(xué)模式，是優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)資源，逐漸改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式［4］，教師如何將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與MOOC的優(yōu)質(zhì)資源結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高課程教學(xué)的質(zhì)量是本文研究的內(nèi)容。將MOOC引入單片機(jī)課程教學(xué)，克服了各自的不足而將兩者的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，是教師的引導(dǎo)作用與學(xué)生的主體學(xué)習(xí)的有機(jī)結(jié)合。對于學(xué)生來說，基礎(chǔ)弱的同學(xué)能夠通過MOOC資源網(wǎng)絡(luò)反復(fù)學(xué)習(xí)，學(xué)有余力的同學(xué)能夠?qū)W習(xí)到更多的知識，從而提升學(xué)習(xí)效果。對于教師來說，根據(jù)不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)靈活的選擇課程內(nèi)容，增加了課堂與學(xué)生的互動交流，保留了傳統(tǒng)教學(xué)模式的面對面交流，保證了教學(xué)的完整性，并減輕了教師的重復(fù)性勞動。針對單片機(jī)課程的特點(diǎn)，把課程教學(xué)過程分為課前學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)、課后總結(jié)三個環(huán)節(jié)，教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 課程教學(xué)設(shè)計

2.1 課前學(xué)習(xí)

上課前的教學(xué)準(zhǔn)備工作是單片機(jī)課程教改的關(guān)鍵所在，結(jié)合應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn)，教師根據(jù)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，在學(xué)習(xí)名校教師慕課教學(xué)設(shè)計及教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，選取授課內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。教師根據(jù)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的特點(diǎn)，將課程內(nèi)容劃分為許多小的知識點(diǎn)，根據(jù)知識點(diǎn)精心設(shè)計時間為5～20分鐘教學(xué)內(nèi)容，錄制視頻，并將課程PPT課件、教案及測試題等資料上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺。課程開始的前一周，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程的在線學(xué)習(xí)，教師根據(jù)實(shí)踐案例進(jìn)行思考題設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題進(jìn)行慕課視頻學(xué)習(xí)。班級學(xué)生建立班級微信群，分小組進(jìn)行慕課學(xué)習(xí)，遇到問題進(jìn)行小組討論，并能及時與教師進(jìn)行交流解決問題。以單片機(jī)課程的定時/計數(shù)器一章為例對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，定時/計數(shù)器的教學(xué)學(xué)時為3學(xué)時，把定時/計數(shù)器內(nèi)容分解成的許多小的知識點(diǎn)，根據(jù)知識點(diǎn)的特點(diǎn)及難易程度采用不同的教學(xué)方法。對于重要的知識點(diǎn)，課上采用傳統(tǒng)的面對面方式進(jìn)行進(jìn)一步講解，對于概念性的知識點(diǎn)采用課堂討論的方式，如表1所示。對于重要的核心知識點(diǎn)采用傳統(tǒng)面對面的教學(xué)方式進(jìn)行詳細(xì)講解，如定時/計數(shù)器的工作原理、計數(shù)初值的計算、工作方式0、定時/計數(shù)器初始化及簡易秒計數(shù)器的分析調(diào)試。而對于定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作方式寄存器、控制寄存器、工作方式1、工作方式2、工作方式3、定時/計數(shù)器的計數(shù)應(yīng)用及定時/計數(shù)器的定時應(yīng)用采用課前MOOC視頻播放及課堂討論的方式，并就相關(guān)知識點(diǎn)及學(xué)生遇到的問題進(jìn)行討論，最后總結(jié)本章的重要知識點(diǎn)。

表1 定時/計數(shù)器主要知識點(diǎn)設(shè)計

2.2 課堂教學(xué)

學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺通過課前的MOOC學(xué)習(xí)，對相關(guān)知識點(diǎn)已經(jīng)有大致的了解［5］，課堂上教師根據(jù)知識點(diǎn)的難易程度進(jìn)行針對性的講解，對于重要或難理解的知識點(diǎn)采用傳統(tǒng)的PPT+板書的面對面教學(xué)方式進(jìn)行詳細(xì)講解，對于容易理解的知識點(diǎn)采用課堂討論的方式對知識點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)化。課堂討論是教師與學(xué)生之間以及學(xué)生與學(xué)生之間互動的過程，學(xué)生間分小組討論問題，老師指導(dǎo)并解答小組反饋的問題，鼓勵知識點(diǎn)掌握較好的同學(xué)進(jìn)行課堂講解，可以活躍課堂氣氛，同時激發(fā)小組間的競爭意識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，討論結(jié)束后教師對討論過程中的問題進(jìn)行總結(jié)并布置下次課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。在教學(xué)過程中適時地引入啟發(fā)式教學(xué)法及案例式教學(xué)法等科學(xué)的教學(xué)方法，強(qiáng)化學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)。例如表1中的“定時/計數(shù)器的定時應(yīng)用”知識點(diǎn)，是比較適宜探討的主題，采用課前MOOC視頻播放及課堂討論的方式，學(xué)生可以根據(jù)課前的MOOC在線學(xué)習(xí)查找相關(guān)資料進(jìn)行小組間討論，選取定時/計數(shù)器的三個定時應(yīng)用實(shí)例:洗衣機(jī)洗滌過程中洗滌時間的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行時間控制，智能搶答器搶答時間設(shè)定，簡易信號發(fā)生器的脈沖信號控制。課前學(xué)生根據(jù)自己的興趣選取一個應(yīng)用實(shí)例并分小組進(jìn)行討論，小組成員間分工協(xié)作編程并調(diào)試完成應(yīng)用實(shí)例。課堂上讓每個小組同學(xué)進(jìn)行定時應(yīng)用實(shí)例的匯報，并讓其他同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評及補(bǔ)充，最后教師針對問題進(jìn)行總結(jié)并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行下一主題。在課堂討論過程中，學(xué)生成為主動參與者，分工協(xié)作完成相應(yīng)的課題任務(wù)，鍛煉了學(xué)生查閱相關(guān)資料、分析及解決單片機(jī)相關(guān)問題的能力，并增加了學(xué)生之間及學(xué)生與教師之間的互動，充分發(fā)揮了教師在課堂中的引導(dǎo)作用。

2.3 課后總結(jié)

教師在課后對課堂討論情況進(jìn)行總結(jié)，包含課堂內(nèi)容的重難點(diǎn)，學(xué)生小組的討論總結(jié)，教師的評價及學(xué)生的互評等情況，并及時把相關(guān)資料上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺。學(xué)生在課后通過網(wǎng)絡(luò)平臺教師上傳的課堂總結(jié)、PPT及MOOC視頻等資料對課上內(nèi)容進(jìn)行選擇性的復(fù)習(xí)并進(jìn)行下個階段內(nèi)容的預(yù)習(xí)，可以和教師在網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行在線交流和溝通，解答復(fù)習(xí)過程中遇到的問題，從而更好地鞏固課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果。教師再根據(jù)學(xué)生在線反饋的問題及課堂評價進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方式方法。教師可在網(wǎng)絡(luò)平臺對每章進(jìn)行階段性測試，根據(jù)學(xué)生測試的結(jié)果把成績計入平時成績，更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況從而有側(cè)重點(diǎn)的進(jìn)行課程教學(xué)調(diào)整。

在基于MOOC的教學(xué)模式設(shè)計中，課前教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)平臺的在線學(xué)習(xí)，學(xué)生在課前觀看視頻，分小組進(jìn)行討論，協(xié)作完成思考題。課堂上教師對于重難點(diǎn)知識點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，指導(dǎo)學(xué)生對部分視頻內(nèi)容及思考題進(jìn)行課堂討論，鼓勵知識點(diǎn)掌握較好的小組同學(xué)進(jìn)行課堂講解。課后教師對課堂的反饋內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，對教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。學(xué)生復(fù)習(xí)視頻內(nèi)容及課堂討論知識點(diǎn)，并完成在線作業(yè)及階段性測試。這種教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”學(xué)習(xí)方式，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，積極參與課堂討論，能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣及分析和解決單片機(jī)問題的能力。

3 教學(xué)效果分析

以單片機(jī)課程中“數(shù)碼管接口”為例，數(shù)碼管接口包含四個部分內(nèi)容:數(shù)碼管分類、數(shù)碼管顯示方式、數(shù)碼管驅(qū)動方式及數(shù)碼管應(yīng)用。四個部分內(nèi)容循序漸進(jìn)，我們把四個知識點(diǎn)視頻放到網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生自學(xué)。為了評價基于MOOC的單片機(jī)教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的差別，以2016級電子信息工程專業(yè)和電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生為例，把學(xué)生按學(xué)號隨機(jī)分為三組進(jìn)行測試，每小組人數(shù)大致相同。第一小組采用傳統(tǒng)面對面的授課方式，課堂上以教師的講解為主，課前無視頻自學(xué);第二小組采用課前看書預(yù)習(xí)，課堂重難點(diǎn)講解加小組討論，課前無視頻自學(xué);第三小組采用課前視頻自學(xué)加小組討論，課堂重難點(diǎn)講解加小組討論。課后把三組同學(xué)分別進(jìn)行作業(yè)測試，通過測試可得到不同的結(jié)果。第一小組學(xué)生課堂上跟隨著教師學(xué)習(xí)，學(xué)生表示內(nèi)容容易理解，但是在作業(yè)測試時多數(shù)同學(xué)感覺很難。說明學(xué)生課堂上聽懂但并沒有完全掌握課堂上教授的內(nèi)容，課后遇到問題無法及時溝通解決，影響了學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的積極性。第二小組學(xué)生課前看書預(yù)習(xí)，但是沒有視頻指導(dǎo)，學(xué)生感覺預(yù)習(xí)很吃力，對相關(guān)知識點(diǎn)并沒有完全理解，課堂上對于討論內(nèi)容不能很好的進(jìn)行，常常需要教師采用傳統(tǒng)課堂重新講解相關(guān)內(nèi)容，作業(yè)測試時多數(shù)學(xué)生感覺無從下手，測試結(jié)果不好。第三小組學(xué)生課前采用視頻預(yù)習(xí)，因為有教師的視頻指導(dǎo)，網(wǎng)絡(luò)平臺的小組討論及與教師的在線交流，學(xué)生很容易掌握相關(guān)的知識點(diǎn)，課堂上教師針對重難點(diǎn)知識點(diǎn)講解，使得學(xué)生更好的理解相關(guān)知識點(diǎn)，課堂上小組討論交流順暢，作業(yè)測試大多數(shù)同學(xué)能夠很好的完成。作業(yè)測試評定結(jié)果如表2所示。

表2 作業(yè)評定結(jié)果表

從表2可以看到，第二小組成績最低，學(xué)生課前采用非視頻預(yù)習(xí)效果不是很好，課堂上的重難點(diǎn)講解不能解決學(xué)生的所有問題，使得學(xué)生作業(yè)測試效果不佳。第一小組成績居中，教師采用傳統(tǒng)面對面教學(xué)方式，課堂上理論知識講解的比較透徹，學(xué)生理解起來容易，但是教師與學(xué)生之間的互動少，課堂教學(xué)比較枯燥，課后學(xué)生遇到問題不能及時與教師交流溝通，使得學(xué)生作業(yè)測試結(jié)果不是很好。第三小組基于MOOC的單片機(jī)課程教學(xué)模式的成績最好，說明相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式，課前的視頻預(yù)習(xí)及在線交流很好的解決了學(xué)生的疑問，課堂討論實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的知識內(nèi)化，課后教師通過網(wǎng)絡(luò)能較好的指引學(xué)生進(jìn)行知識的鞏固及下階段的學(xué)習(xí)，采用基于MOOC的單片機(jī)課程教學(xué)模式是切實(shí)可行的。

4 結(jié)論

“MOOC視頻+課堂教學(xué)”教學(xué)模式下的單片機(jī)原理教學(xué)是傳統(tǒng)面對面教學(xué)與MOOC視頻的有機(jī)結(jié)合，繼承了傳統(tǒng)面對面課堂教學(xué)的優(yōu)勢，又發(fā)揮了MOOC視頻模式下學(xué)生的主體作用，很好的實(shí)現(xiàn)了線上教師與學(xué)生的互動交流?；贛OOC的教學(xué)模式中教師起到了至關(guān)重要的引導(dǎo)作用，教學(xué)質(zhì)量的保障主要靠教師。這種教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)教學(xué)的單調(diào)性，能夠激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)有余力的同學(xué)能學(xué)習(xí)更多的知識，學(xué)習(xí)能力弱的同學(xué)能夠通過反復(fù)觀看視頻來掌握相應(yīng)的知識點(diǎn)?；贛OOC的教學(xué)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的熱情，提高了學(xué)生分析及解決單片機(jī)問題的能力，順應(yīng)了因材施教的教育方式，提高了單片機(jī)人才培養(yǎng)質(zhì)量。