基于新工科的混合模式下單片機(jī)課程教學(xué)改革探索

曹璐瑩 郭金磊 李雨 朱煜爾 趙奕芳

摘?要：為提高單片機(jī)的教學(xué)效果和學(xué)生應(yīng)用開發(fā)單片機(jī)的實(shí)踐能力，本文結(jié)合“新工科”大背景，對單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技術(shù)、教學(xué)手段和方法以及考核評(píng)價(jià)的改革進(jìn)行探索，組織和開展線上學(xué)習(xí)+線下仿真、虛實(shí)結(jié)合，項(xiàng)目設(shè)計(jì)、課賽結(jié)合的混合式教學(xué)，將互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源引入教學(xué)中，并結(jié)合Keil?μVision開發(fā)平臺(tái)和Protues虛擬仿真平臺(tái)輔助教學(xué)，采用興趣與項(xiàng)目相結(jié)合完成教學(xué)內(nèi)容，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力進(jìn)而得到提高，同時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也增加了，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，同步提升學(xué)生對單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：新工科;混合式教學(xué);單片機(jī)課程;教學(xué)改革

在國家戰(zhàn)略發(fā)展新環(huán)境下，2017年，教育部高教司提出了為應(yīng)對新一輪科技、產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的“新工科”建設(shè)，形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”。新工科是全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的將新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式與新質(zhì)量、新體系共同開展的中國工科人才培教育模式，推動(dòng)學(xué)科跨界融合，適應(yīng)新時(shí)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。單片機(jī)課程是新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的其中一門主要專業(yè)課程，學(xué)生能通過這門課程的學(xué)習(xí)達(dá)到掌握單片機(jī)的基本流程及使用開發(fā)方法的程度，具備單片機(jī)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力。

1?課程現(xiàn)狀及問題

單片機(jī)課程的教學(xué)存在一些問題，授課過程中面臨著諸多困境，效果不盡如人意。

（1）該課程理論知識(shí)枯燥，實(shí)踐性、專業(yè)性較強(qiáng)，學(xué)生難于接受理解，傳統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)是以教師課堂講授為主與學(xué)生課下練習(xí)為輔的模式，滿足不了學(xué)生的個(gè)性化需求。

（2）學(xué)習(xí)過程受時(shí)間和空間限制，單片機(jī)技術(shù)實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)，需要大量實(shí)踐訓(xùn)練獲得經(jīng)驗(yàn)及技能，從而具備實(shí)踐創(chuàng)新能力，僅靠課堂上有限時(shí)間學(xué)習(xí)，教學(xué)效果難以保證。

（3）首先，理論知識(shí)與實(shí)踐技能難于融合，課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作相互脫離。其次，實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)手冊和老師指導(dǎo)步驟進(jìn)行就可以完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，沒有思考開發(fā)單片機(jī)的應(yīng)用，做不到真正的學(xué)以致用。

（4）教學(xué)深度不足，學(xué)完單片機(jī)后，大部分學(xué)生只了解基本的單片機(jī)基礎(chǔ)，對單片機(jī)有個(gè)簡單的認(rèn)識(shí)，并沒有真正懂得掌握單片機(jī)使用及設(shè)計(jì)開發(fā)的方法。由于課堂學(xué)時(shí)受限的問題，很難有充足時(shí)間來引導(dǎo)訓(xùn)練學(xué)生學(xué)會(huì)對較復(fù)雜項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)。整體的單片機(jī)課程主要存在以下問題：教學(xué)模式單一，教學(xué)過程枯燥，教學(xué)效果不佳，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容匱乏，崗位能力培養(yǎng)不足，課程評(píng)價(jià)不能全面評(píng)價(jià)。

2?混合式教學(xué)模式

混合式教學(xué)（Blending?Learning），將傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)相結(jié)合，形成“線上”+“線下”的教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)模式包含：傳統(tǒng)教室課堂學(xué)習(xí)與網(wǎng)上線上學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)形式，傳統(tǒng)的教學(xué)形式與多媒體技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)手段，教師引導(dǎo)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)過程，形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)等多種方式相結(jié)合的教學(xué)評(píng)價(jià)?；旌鲜浇虒W(xué)為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的通道和信息傳遞的方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極欲望被激發(fā)出來，教學(xué)效率也被提高，適應(yīng)“新工科”建設(shè)需求。

混合式教學(xué)是以“學(xué)生為中心”，更注重學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)與感受，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)習(xí)效果。混合式教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生的知識(shí)遷移能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作、共同協(xié)作能力，表達(dá)溝通能力。

3?混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程利用現(xiàn)在先進(jìn)技術(shù)融合的混合式教學(xué)改革模式，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技術(shù)和形式，設(shè)計(jì)不同的教學(xué)模式，即線上線下相結(jié)合、教師講學(xué)生練相結(jié)合、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合、學(xué)生興趣項(xiàng)目老師分配任務(wù)相結(jié)合的多種混合式教學(xué)改革模式。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)活動(dòng)特點(diǎn)是以教師的“教”為主，教師可以根據(jù)學(xué)情分析情況、授課目標(biāo)、授課重難點(diǎn)內(nèi)容選擇混合教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計(jì)，線下線上結(jié)合方式。教師引導(dǎo)學(xué)生課下積極完成自主學(xué)習(xí)和分組討論學(xué)習(xí)，然后教師再針對學(xué)生課下學(xué)習(xí)時(shí)難以理解和掌握的知識(shí)點(diǎn)，在課堂上面對面地進(jìn)行講解，這樣既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和熱情，提高了學(xué)習(xí)能力，又提高了教學(xué)效率，從而取得良好的教學(xué)效果[3]。線上教學(xué)是以學(xué)生為主，教師為輔的形式，學(xué)生課下通過網(wǎng)絡(luò)視頻自主學(xué)習(xí)，教師線上輔導(dǎo)，同時(shí)還可以與其他同學(xué)借助多種平臺(tái)（如在線論壇、貼吧、QQ、微信、雨課堂）進(jìn)行交流、討論、分享等自由互動(dòng)的學(xué)習(xí)，及時(shí)解決一些難以理解的知識(shí)、問題[3]?；旌系慕虒W(xué)改革模式，可以滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)，采用多元化教學(xué)方法，自由分組建立學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行興趣任務(wù)與項(xiàng)目相結(jié)合教學(xué)方法，在興趣驅(qū)動(dòng)下，自由建立小組，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)分析項(xiàng)目。通過展示實(shí)際案例，激發(fā)學(xué)生對單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，在正式授課之前，學(xué)生根據(jù)提前發(fā)布的教學(xué)任務(wù)，自由成立興趣學(xué)習(xí)小組，分析設(shè)計(jì)項(xiàng)目，進(jìn)行PPT匯報(bào)比賽。此外，還鼓勵(lì)并要求學(xué)生積極參加電子單片機(jī)類的項(xiàng)目競賽，這樣既激勵(lì)學(xué)生將課堂所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐項(xiàng)目中，又可以迅速提升學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性、創(chuàng)造性，同時(shí)，學(xué)生在做項(xiàng)目任務(wù)的判斷、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、解決等過程中也培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作及實(shí)際的實(shí)踐操作動(dòng)手能力，從而獲得學(xué)習(xí)的成就感。

4?混合式教學(xué)實(shí)施

單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容既有硬件電路又有軟件編程，教材上知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容零散，理論性強(qiáng)。單片機(jī)課程教學(xué)改革是，以學(xué)生為主，整個(gè)單片機(jī)課程教學(xué)設(shè)計(jì)是以學(xué)生為主進(jìn)行的混合式教學(xué)模式改革，混合式教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)激情，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，師生、生生間可以隨時(shí)進(jìn)行交流探討學(xué)習(xí)。

4.1?線上下相結(jié)合

單片機(jī)課程中首先了熟悉掌握基礎(chǔ)知識(shí)，名詞、基本概念和原理理論等部分，例如：AT89C51單片機(jī)的引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、特殊功能寄存器的基本功能，最小系統(tǒng)等，這些知識(shí)比較陌生且抽象，上課時(shí)直接講解學(xué)生不容易理解，所以這部分用線上線下的教學(xué)設(shè)計(jì)方式，先對學(xué)生下達(dá)預(yù)習(xí)任務(wù)并布置問題作業(yè)，學(xué)生帶著問題作業(yè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，教師通過“發(fā)布測試”對學(xué)生的線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和課前預(yù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行測試，以了解預(yù)習(xí)效果。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)視頻的學(xué)習(xí)，對單片機(jī)有了基本概念，總體認(rèn)識(shí)，然后再進(jìn)入課堂，在教室課堂上，教師針對預(yù)習(xí)效果有針對性地深度講解分析相關(guān)內(nèi)容的重難點(diǎn)，然后與學(xué)生進(jìn)行討論探討，化解學(xué)生疑難問題，重點(diǎn)知識(shí)的快速理解掌握，引導(dǎo)學(xué)生探索課程更深層次知識(shí)內(nèi)涵，為后續(xù)單片機(jī)各部分功能的學(xué)習(xí)打下了良好基礎(chǔ)，引起了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣和熱情。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和教室學(xué)習(xí)相結(jié)合方式，自主學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)優(yōu)點(diǎn)被有效發(fā)揮，學(xué)生不僅掌握了單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)也有學(xué)習(xí)的熱情。