聚焦應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)課程改革研究

郭敏杰 宋俊慷

摘?要：為解決傳統(tǒng)授課模式下學(xué)生在課堂上對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握不足的問(wèn)題，本文提出了一種基于BOPPPS教學(xué)模型的新型混合式教學(xué)模式。通過(guò)在傳統(tǒng)講授法的基礎(chǔ)上融入現(xiàn)代虛擬仿真教學(xué)方法，在每一個(gè)案例教學(xué)基礎(chǔ)上及時(shí)融入仿真練習(xí)，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效能感，促進(jìn)學(xué)生在課堂上最大限度地掌握知識(shí)。經(jīng)由以廣西民族師范學(xué)院通信工程專業(yè)單片機(jī)原理課程為試點(diǎn)進(jìn)行為期半年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該教學(xué)模式進(jìn)行了充分論證，所得研究成果可為工學(xué)類專業(yè)課程改革提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型；單片機(jī)；課程改革；混合式教學(xué)模式

一、背景介紹

近年來(lái)，我國(guó)高等教育逐漸走上普及化發(fā)展道路，高等教育結(jié)構(gòu)和類型發(fā)生了巨大變化。不論是以雙一流院校為代表的學(xué)術(shù)性本科院校，或是當(dāng)今快速發(fā)展的地方本科院校，招生數(shù)量及教學(xué)規(guī)模都在逐年擴(kuò)大。伴隨教學(xué)規(guī)模的快速發(fā)展，各類高校在培養(yǎng)本科應(yīng)用型專門人才、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面的不足逐漸顯露出來(lái)。為解決該問(wèn)題，推動(dòng)地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，黨中央、國(guó)務(wù)院出臺(tái)了一系列政策，如《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃綱要》《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》等，來(lái)支持具備條件的普通本科高校將產(chǎn)教融合項(xiàng)目建設(shè)和學(xué)校轉(zhuǎn)型深化改革相結(jié)合，逐步把辦學(xué)轉(zhuǎn)到服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展上來(lái)，轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才、技術(shù)技能型人才上來(lái)［1］。從歷史上來(lái)看，應(yīng)用型高校理念的提出是我國(guó)在當(dāng)前歷史階段為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展而對(duì)高等教育發(fā)展提出的新要求，其充分考慮了地方本科院校的存在邏輯和辦學(xué)組織機(jī)制的特殊性，集中表現(xiàn)為：辦學(xué)目的的實(shí)用性、辦學(xué)面向的實(shí)際性和辦學(xué)過(guò)程的實(shí)踐性。基于以上理念，在地方本科院校中開展“應(yīng)用型”教育改革和創(chuàng)新，進(jìn)行高校課程改革對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有重要意義，滿足高校社會(huì)服務(wù)職能的發(fā)展要求。

社會(huì)發(fā)展層面隨著我國(guó)的信息化建設(shè)水平快速提高，企業(yè)建設(shè)和生活實(shí)際對(duì)智能化設(shè)備研發(fā)提出了更高要求。作為當(dāng)前大多數(shù)儀器儀表的控制核心——單片機(jī)，無(wú)論是經(jīng)典的51系列單片機(jī)，還是如今常用的STM32系列，在各類高校教學(xué)過(guò)程中都普遍存在理論課程與實(shí)踐課程分離的情形，在校學(xué)生大多需要首先完成理論學(xué)習(xí)，后續(xù)再另設(shè)時(shí)間開設(shè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程才能完成對(duì)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)［2］。在這個(gè)過(guò)程中，理論和實(shí)踐課程之間不可避免地會(huì)存在一定的時(shí)間差，這便容易導(dǎo)致學(xué)生在艾賓浩斯遺忘曲線的作用范圍內(nèi)對(duì)理論課所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生遺忘行為，致使很多學(xué)生難以正確完成相關(guān)實(shí)踐操作，最終導(dǎo)致畢業(yè)學(xué)生在實(shí)操項(xiàng)目進(jìn)行中容易因?yàn)橹R(shí)遺忘進(jìn)而出現(xiàn)操作失誤，給企業(yè)和自身造成一定損失，故而高校對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行改革，在理論教育過(guò)程中進(jìn)一步融入實(shí)踐操作的培養(yǎng)，提高學(xué)生的應(yīng)用操作能力勢(shì)在必行［34］。

二、改革思路

為改變現(xiàn)階段地方本科院校在工科課程教學(xué)方面實(shí)驗(yàn)和理論過(guò)度分開的現(xiàn)象，以所在單位通信工程專業(yè)為試點(diǎn)專業(yè)，進(jìn)行課程改革實(shí)踐。其中主要實(shí)施的教學(xué)模式以BOPPPS教學(xué)模型為基礎(chǔ)，在充分尊重學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位的條件下開展參與式、混合式教學(xué)，以最大限度促使學(xué)生在課堂上掌握知識(shí)，提高知識(shí)的應(yīng)用能力［5］。

本次課程改革所依據(jù)的BOPPPS教學(xué)模型的理論依據(jù)是認(rèn)知理論和建構(gòu)主義，如何使學(xué)生在課堂上最大限度地掌握知識(shí)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的重點(diǎn)，教學(xué)互動(dòng)和反饋在整個(gè)課程改革過(guò)程中具有重要地位。BOPPPS教學(xué)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，理論上，BOPPPS教學(xué)模型分為六部分：引入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課前摸底、參與式學(xué)習(xí)、課后測(cè)驗(yàn)和總結(jié)。其中，在引入環(huán)節(jié)需要將本節(jié)課授課內(nèi)容與學(xué)生的生活實(shí)際或未來(lái)工作內(nèi)容相連接，誘導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)習(xí)目標(biāo)環(huán)節(jié)需要向?qū)W生明確表達(dá)教師期望以及本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，以便于學(xué)生知曉學(xué)習(xí)重點(diǎn)進(jìn)而合理分配學(xué)習(xí)精力。但該部分中學(xué)習(xí)目標(biāo)通常必須具有可操作性，在知識(shí)要點(diǎn)、知識(shí)的掌握程度以及學(xué)生的自我評(píng)估方面必須具有明確的要求。課前摸底環(huán)節(jié)主要是為了掌握學(xué)生的受訓(xùn)能力，知曉學(xué)生之間在知識(shí)背景和學(xué)習(xí)能力上的差異，以便后續(xù)進(jìn)行因材施教，避免因?yàn)閷W(xué)習(xí)內(nèi)容超綱導(dǎo)致的低學(xué)習(xí)成就感以及學(xué)習(xí)內(nèi)容過(guò)于淺顯導(dǎo)致的低學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)作為BOPPPS教學(xué)模型的核心，是該模式下培養(yǎng)學(xué)生的核心手段。該環(huán)節(jié)充分尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，通過(guò)組織討論法、案例教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)法與問(wèn)題教學(xué)法等方法，使學(xué)生充分參與課堂環(huán)節(jié)，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力。課后測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為判斷學(xué)生是否達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，BOPPPS模型更加注重檢測(cè)的及時(shí)性，以便學(xué)生及時(shí)了解自己對(duì)知識(shí)的掌握程度，也便于教師及時(shí)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)調(diào)整?？偨Y(jié)環(huán)節(jié)相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，BOPPPS教學(xué)模型更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的總結(jié)，而非教師的直接講授，這有助于增強(qiáng)學(xué)生的自我思考于自我評(píng)估的能力。

由以上論述可知，BOPPPS教學(xué)模型在教學(xué)理念上更加關(guān)注學(xué)生“學(xué)到了什么”；在教學(xué)目標(biāo)上，更需要教師按照學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)立清晰、具有可檢性的目標(biāo)；在教學(xué)方法上，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)，更加注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和獨(dú)立思考能力，滿足我國(guó)現(xiàn)階段培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求，且具有良好的適用性。故以此教學(xué)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合所在單位的教學(xué)資源和學(xué)生實(shí)際進(jìn)行改革。改革過(guò)程中，為適應(yīng)學(xué)校實(shí)際，部分步驟進(jìn)行了適應(yīng)性處理。

三、改革舉措

為了將BOPPPS教學(xué)模式更好地融入所提出的講授法融合現(xiàn)代虛擬仿真教學(xué)方法中，對(duì)BOPPPS教學(xué)模式的各個(gè)階段分別進(jìn)行了調(diào)整，具體的調(diào)整和實(shí)施步驟如下。

（一）在進(jìn)行實(shí)際授課之前，針對(duì)所采用具體教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)際調(diào)查

多年來(lái)，我國(guó)在大學(xué)教育中多采用講授法進(jìn)行授課。該教學(xué)方式雖然能夠?qū)⒅R(shí)以較高的效率傳授給學(xué)生，但對(duì)于一些操作性較強(qiáng)的課程來(lái)說(shuō)，比如單片機(jī)課程等，這種方法對(duì)學(xué)生的就業(yè)并非最優(yōu)。為了解決這樣的問(wèn)題，提出講授法（以案例教學(xué)法為主）結(jié)合現(xiàn)代虛擬仿真的混合式教學(xué)方法。在進(jìn)行實(shí)際改革之前，在所在單位抽取了100位學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，所收集到的調(diào)查結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示，參與調(diào)查的大部分學(xué)生支持所提出的新型教學(xué)模式，部分學(xué)生認(rèn)為該教學(xué)模式在實(shí)際進(jìn)行過(guò)程中容易發(fā)生問(wèn)題，且問(wèn)題主要集中在教學(xué)組織方面，故在實(shí)施該教學(xué)方法的過(guò)程中需要教師明確教學(xué)活動(dòng)的組織流程，協(xié)調(diào)好師生之間的互動(dòng)關(guān)系。除以上所示的有關(guān)調(diào)查結(jié)果以外，課改正式實(shí)施之前，還針對(duì)新教學(xué)模式中現(xiàn)代虛擬仿真教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程的沖突問(wèn)題在學(xué)生之間開展了調(diào)查，結(jié)果顯示支持實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合上課的學(xué)生和反對(duì)的學(xué)生各占被調(diào)查人數(shù)的50%左右?；谡{(diào)查結(jié)果，課程改革將以圖2所示結(jié)果為開設(shè)前提，并逐步進(jìn)行實(shí)施。

（二）課程引入和課程目標(biāo)設(shè)置的應(yīng)用化變革

為了推動(dòng)試點(diǎn)課程的應(yīng)用化改革，本次課改在進(jìn)行過(guò)程中，對(duì)BOPPPS教學(xué)模型的前兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了適應(yīng)性處理。首先，在課程引入方面，不再以過(guò)去所掌握的某部分知識(shí)作為課程引入，轉(zhuǎn)而由在企業(yè)工作多年轉(zhuǎn)入本單位的專任教師進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目式的課程引入，在開課之前，便將所學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)際工程應(yīng)用告知學(xué)生，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，在課程目標(biāo)設(shè)置方面，亦不再以傳統(tǒng)的掌握某部分知識(shí)以應(yīng)對(duì)考試為目標(biāo)，轉(zhuǎn)之以利用某部分知識(shí)能夠進(jìn)行特定操作為課程目標(biāo)?；谶@兩點(diǎn)變革，本次課改將以培養(yǎng)知識(shí)應(yīng)用為切入點(diǎn)，進(jìn)行后續(xù)操作。

此外，由于目前我國(guó)本科院校學(xué)生在學(xué)期間大多缺乏相關(guān)企業(yè)的實(shí)習(xí)經(jīng)歷，且在知識(shí)背景和學(xué)習(xí)能力上，普通本科學(xué)生及專升本學(xué)生也存在較大差異，故針對(duì)BOPPPS教學(xué)模型的第三個(gè)環(huán)節(jié)——課前摸底做了普適性處理，即默認(rèn)所有參訓(xùn)學(xué)生同時(shí)處于零基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行后續(xù)改革。

（三）以案例教學(xué)法為核心的混合式教學(xué)模式

案例教學(xué)法作為自1918年哈佛大學(xué)首創(chuàng)并被廣泛應(yīng)用的參與式教學(xué)方法，主要包括選編案例、組織討論、方案評(píng)價(jià)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在本次課程改革中，為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，全部案例選擇以典型工程應(yīng)用為背景，在此基礎(chǔ)上將案例按照教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解，以供學(xué)生針對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行練習(xí)。由于所選案例皆來(lái)自于工程實(shí)際，符合真實(shí)性、典型性和具有分析價(jià)值的要求，故對(duì)于提升學(xué)生的應(yīng)用能力具有良好的推動(dòng)作用。在組織討論環(huán)節(jié)，由于在教學(xué)模式上采用了講授法和現(xiàn)代虛擬仿真教學(xué)方法相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，學(xué)生在完成案例知識(shí)學(xué)習(xí)后，首先需要借助虛擬仿真軟件對(duì)案例內(nèi)容進(jìn)行硬件和程序仿真測(cè)試，由于對(duì)實(shí)際案例的運(yùn)行結(jié)果已有正確認(rèn)識(shí)，故本環(huán)節(jié)主要針對(duì)問(wèn)題的多樣性解法和操作過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行討論。在方案評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，依托BOPPPS教學(xué)模型，主要以學(xué)生自評(píng)的方式進(jìn)行，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以案例實(shí)現(xiàn)流程規(guī)范與否、預(yù)期結(jié)果是否達(dá)到、解決方案的多樣性為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，為了避免案例教學(xué)法所授內(nèi)容與后續(xù)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容發(fā)生沖突，在案例教學(xué)過(guò)程中，所選案例相對(duì)于實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容在難易程度上較低，以作為后續(xù)實(shí)踐課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，盡可能擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。

（四）以學(xué)生為主體的課程總結(jié)環(huán)節(jié)

現(xiàn)代教育要求學(xué)校和教師在教育過(guò)程中更加尊重學(xué)生的教育主體地位。在本次課程改革中，在課程結(jié)束時(shí)，不再采用傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師總結(jié)歸納的方式，轉(zhuǎn)之采用學(xué)生自我總結(jié)歸納的方式進(jìn)行該環(huán)節(jié)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我總結(jié)歸納，有助于學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的宏觀掌握和微觀利用，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（五）多樣化的課程考核模式

在本次課程改革中，課程考核主要聚焦于過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)兩方面。其中，過(guò)程性評(píng)價(jià)主要以授課過(guò)程中虛擬仿真軟件的操作能力、解決問(wèn)題的實(shí)際能力為評(píng)價(jià)內(nèi)容，在綜合考量實(shí)操結(jié)果和學(xué)生在方案評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)給出的自我評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上由教師給出過(guò)程評(píng)價(jià)，其對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)教學(xué)模式下的平時(shí)成績(jī)。在終結(jié)性評(píng)價(jià)方面，為了更加全面地了解一個(gè)學(xué)期結(jié)束后學(xué)生對(duì)于所學(xué)內(nèi)容的掌握程度，在傳統(tǒng)試卷考試的基礎(chǔ)上增加了上機(jī)考試環(huán)節(jié)，學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的實(shí)際操作問(wèn)題，包括硬件設(shè)計(jì)和程序編寫。其中上機(jī)考核環(huán)節(jié)占總結(jié)性評(píng)價(jià)過(guò)程的50%，和傳統(tǒng)卷面基礎(chǔ)理論評(píng)價(jià)共同構(gòu)成了學(xué)生的最終成績(jī)。所使用的考核方式符合現(xiàn)代教育全面看待學(xué)生發(fā)展的理念，有利于教師看到學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)，有助于之后其他課程改革的開展實(shí)施。

結(jié)語(yǔ)

以BOPPPS教學(xué)模型為基礎(chǔ)，本文進(jìn)行了單片機(jī)原理課程應(yīng)用化改革。通過(guò)將傳統(tǒng)講授法與現(xiàn)代虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合進(jìn)行混合式教學(xué)，將應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念融入教學(xué)實(shí)際當(dāng)中，有助于優(yōu)化單片機(jī)原理課程體系。同時(shí)，由于在理論教學(xué)過(guò)程中融入了實(shí)踐操作，能夠在很大程度上提高學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣和掌握程度，有助于提高學(xué)生的應(yīng)用能力。本次課程改革在一定程度上增加了教師的工作量，且復(fù)雜化了教學(xué)過(guò)程，這需要在后續(xù)課程改革過(guò)程中繼續(xù)優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：郭敏杰（1995—?），男，山西晉城人，碩士，專任教師，主要從事民用天線設(shè)計(jì)及超材料應(yīng)用方面研究；宋俊慷（1989—?），男，陜西漢中人，碩士，講師，工程師，主要從事高職電子信息類專業(yè)課程教學(xué)改革研究。