基于OBE理念的單片機原理及接口技術(shù)線上線下混合式教學(xué)模式實踐

摘要：以滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對單片機原理及接口技術(shù)課程的需求為出發(fā)點，分析傳統(tǒng)單片機教學(xué)模式中存在的問題?；贠BE理念對傳統(tǒng)教學(xué)模式進行重構(gòu)，通過引入項目案例、SPOC資源、口袋實驗室等來構(gòu)建基于OBE理念的單片機原理及接口技術(shù)線上線下混合式教學(xué)模式，以此來提升學(xué)生的主體地位、加強學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)、探索更加適合農(nóng)業(yè)院校電子信息類專業(yè)學(xué)生特點的教學(xué)方法、提升學(xué)生解決工程實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：OBE；線上線下混合式教學(xué)；單片機；課程改革

中圖分類號：S663.9；F326" " 文獻標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1674-1161（2024）02-0134-04

近年來，探究式學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合等以學(xué)生為中心的教育新理念的不斷提出，為高校課程教學(xué)改革提供了新的方法和思路。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往以教師為中心，側(cè)重于知識的傳授，而忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位和個性化的學(xué)習(xí)需求。研究以O(shè)BE理念為理論支撐，通過線上線下混合的教學(xué)模式對電子信息工程專業(yè)的必修課單片機原理及接口技術(shù)進行教學(xué)改革。

1 單片機原理及接口技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

該課程的特點是理論與實踐并重，知識更新快，同時該課程涉及計算機科學(xué)、電子工程、通信工程等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識[1]，需要學(xué)生具備一定的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科能力，是一門理論與實踐相結(jié)合、綜合性強、強調(diào)動手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的課程。單片機原理及接口技術(shù)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式注重理論基礎(chǔ)的傳授，能夠確保學(xué)生掌握單片機的基本原理、硬件結(jié)構(gòu)、編程語言等關(guān)鍵知識，可為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以循序漸進的方式展開，系統(tǒng)性強，有利于幫助學(xué)生逐步建立起有關(guān)單片機的知識體系，使學(xué)生更好地理解和掌握單片機技術(shù)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式側(cè)重于理論傳授，以教師講授為主，學(xué)生往往處于被動接受的狀態(tài)，這可能會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高、參與度低[2]。考核方式以筆試的單一形式為主，只能反映學(xué)生對考試的應(yīng)試能力，無法對學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)進行合理評價。上述種種弊端造成了學(xué)生實踐操作部分相對薄弱，缺乏利用單片機技術(shù)解決實際工程問題的能力[3]。

2 基于OBE理念的單片機原理及接口技術(shù)教學(xué)模式重構(gòu)

為了更好地培養(yǎng)具備實踐能力和創(chuàng)新思維的工程技術(shù)人才，課程組基于OBE理念，對單片機原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)模式進行了重構(gòu)，旨在提高課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。OBE（Outcome-Based Education）理念是一種以成果為導(dǎo)向的教育理念，強調(diào)以學(xué)生為中心，圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)成果來組織教學(xué)[4-5]。在OBE理念下，學(xué)生需要明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并積極參與學(xué)習(xí)過程，以此來實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的最大化。

單片機原理及接口技術(shù)課程不僅需要學(xué)生掌握單片機的基本原理和結(jié)構(gòu)，還需要學(xué)生進行實際的硬件搭建和軟件編程，因此具有很強的實踐性和應(yīng)用性。單片機技術(shù)和相關(guān)的編程語言也在不斷更新，因此需要學(xué)生具備一定的自主學(xué)習(xí)能力和持續(xù)學(xué)習(xí)的意愿。該課程涉及計算機科學(xué)、電子工程、通信工程等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識，需要學(xué)生具備一定的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科能力。課程注重學(xué)生的動手實踐能力，需要學(xué)生通過實驗、課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)來掌握單片機技術(shù)的實際應(yīng)用和調(diào)試技巧，并且通過學(xué)習(xí)和實踐，學(xué)生可以逐步培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維和實踐能力，發(fā)揮主觀能動性，解決實際問題。

針對上述問題，基于OBE理念來明確教學(xué)目標(biāo)，同時緊緊圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)來改革教學(xué)內(nèi)容。在課程開始時，首先明確課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)等，讓學(xué)生了解自己需要達到的學(xué)習(xí)成果。在教學(xué)過程中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，發(fā)揮學(xué)生的主體作用[6]。根據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定了單片機知識點分解教學(xué)內(nèi)容和“理論+實踐”的教學(xué)方法，以此來實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的最大化。根據(jù)學(xué)生對單片機理論知識的掌握情況，適時增加實踐環(huán)節(jié)，包括微實驗、應(yīng)用案例設(shè)計等，讓學(xué)生更好地掌握單片機技術(shù)的實際應(yīng)用和調(diào)試技巧。引導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生通過查閱資料、小組討論等方式，自主解決單片機開發(fā)過程中的實際問題[7]，提高學(xué)生的單片機開發(fā)能力和持續(xù)學(xué)習(xí)的意愿。在學(xué)期期間，進行階段性評估，以及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保學(xué)生能夠達到單片機課程預(yù)期的學(xué)習(xí)效果?；贠BE理念的單片機原理及接口技術(shù)教學(xué)模式流程圖如圖1所示。

3 單片機原理及接口技術(shù)線上線下混合式教學(xué)設(shè)計

“單片機原理與接口技術(shù)”的電子課程中，采用國內(nèi)STC公司研發(fā)的STC8系列芯片為主講芯片，課程核心內(nèi)容包括單片機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、匯編語言指令及編程、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行通信、顯示器和鍵盤、可編程并行接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計等教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)單片機的課程內(nèi)容，將授課知識點分成理論內(nèi)容和實踐內(nèi)容兩部分，其中理論內(nèi)容教學(xué)采用線上方式進行，線上課程建設(shè)主要包括理論知識點視頻、教學(xué)文檔、芯片技術(shù)手冊、實驗案例、程序視頻等。同時為了提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在理論教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上補充了包括微視頻、芯片動畫、單片機項目分析等拓展資源包。線上資源每一學(xué)期均會圍繞課程目標(biāo)和考核標(biāo)準(zhǔn)進行修訂和調(diào)整。

單片機是對學(xué)生實踐能力要求很高的課程，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)多以理論為主[10]，因此本課程線下教學(xué)部分以項目式教學(xué)、實踐開發(fā)教學(xué)為主，主要包括開發(fā)環(huán)境調(diào)試、PCB制板、實驗例程開發(fā)等有關(guān)單片機技術(shù)開發(fā)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。為了拓展學(xué)生的實踐能力，課程同步設(shè)計了“口袋實驗室”，以課程組自己研發(fā)的STC8單片機綜合開發(fā)板為硬件，再配合課程組自制的程序、案例資源，使學(xué)生在沒有考核壓力的前提下，鍛煉自主學(xué)習(xí)能力。實踐表明，學(xué)生單片機實踐開發(fā)參與度大于95%，學(xué)生對單片機課程學(xué)習(xí)的成就感大大提升，學(xué)習(xí)熱情也被大大激發(fā)[11]。

4 教學(xué)效果

課程組采用問卷調(diào)查的方式對沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院2020級電子信息工程專業(yè)共43名學(xué)生進行調(diào)研，共回收有效問卷43份，問卷主要調(diào)研了學(xué)生對線上線下混合式教學(xué)方式的評價，如圖2所示。

由圖2可知，學(xué)生對線上線下混合式教學(xué)的認(rèn)可程度超過93%（4分與5分的總和）。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，采用混合式的教學(xué)方式后，76%的同學(xué)認(rèn)為個人的硬件開發(fā)能力有了提升，這表明線上線下混合式教學(xué)模式對大多數(shù)學(xué)生是有幫助的。

學(xué)生實踐開發(fā)能力的提升情況如圖3所示。

由圖3可以看出，7%的學(xué)生認(rèn)為線上線下混合式教學(xué)導(dǎo)致自己的開發(fā)能力略有下降，對此未來仍需針對不同學(xué)生的情況來設(shè)計更有針對性的線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容。

5 結(jié)語

按照工程教育中的OBE 理念，結(jié)合單片機原理及接口技術(shù)課程在電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的支撐度，轉(zhuǎn)換為以學(xué)生為中心的線上線下混合式新型教學(xué)模式[12-13]，并對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進行了改革[14]?；谥袊髮W(xué)慕課SPOC線上資源，再結(jié)合案例式、項目式線下實踐教學(xué)以實現(xiàn)多維混合的教學(xué)模式，這一模式不僅提高了硬件開發(fā)類課程過程考核的重要性[15]、豐富過程考核的內(nèi)容，還提高了學(xué)生實踐開發(fā)學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。面向工程教育認(rèn)證，建立起以往教育中缺乏的工程價值觀，這有助于提高學(xué)生運用單片機解決實際工程問題的應(yīng)用能力。

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Practice of Online and Offline Mixed Teaching Mode of \"Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer\" Based on OBE Concept

YU Fenghua，LI Zhengming，YAO Ping，LIU Tan，XU Tongyu*

（College of Information and Electrical Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to meet the requirements of the microcontroller principle and interface technology course in the engineering education certification standard， this paper analyzes the problems existing in the traditional microcontroller teaching mode. Based on the concept of OBE， the traditional teaching mode is reconstructed. By introducing project cases， SPOC resources， pocket LABS， etc.， the online and offline mixed teaching mode of SCM Principle and Interface Technology based on the concept of OBE is constructed. In this way， we can enhance the main body status of students， strengthen the cultivation of students’ self-study ability， explore the teaching methods more suitable for the characteristics of students majoring in electronic information in agricultural colleges and universities， and improve the students' ability to solve practical engineering problems.

Key words： OBE; online and offline mixed teaching; single-chip computer; curriculum reform