線上線下案例式教學在本科生創新能力培養中的應用實踐
——以“單片機原理及應用”課程為例

江娟娟 諸志龍 婁 柯 陸華才 黃宜慶

（安徽工程大學電氣工程學院，安徽 蕪湖241000）

0 引言

《單片機原理及應用》課程作為我院自動化、電子、通信等專業必修的且非常重要的一門專業課，自動化專業又作為一個直接面對工程應用的專業，所以教育部工程認證過程中對于該專業畢業目標的要求更加強調對學生應用創新能力的培養與評價體系。而學生對《單片機原理及應用》課程學習效果的好壞，直接影響到其在工程實踐中應用所學知識的能力，因此《單片機原理及應用》課程的教學在自動化專業學生能力培養中具有非常重要的意義。

隨著學校辦學規模和層次的提高，為了適應教學的發展，如學科評估、專業認證的需求，安徽工程大學電氣工程學院需要對《單片機原理及應用》課程不斷建設和完善，因此單一的教學方式已經越來越無法滿足教學中的需要，而依托平臺的線上線下案例式教學方式，可以把線下班級授課制群體學習優勢和網絡學習個性化融為一體，是信息技術與教育教學深度結合的有效實踐方式，本文所完成的教學研究項目即是以大學生創新項目作為學習載體、以學習通作為線上操作平臺，通過線上發布便于學生準備和查閱資料的指導性教學資源，線下通過對相關案例的小組討論、你講我聽、代表發言、教師總結性解析等方式，最后通過科學合理的學習成績評定機制，針對《單片機原理及應用》課程中使用案例式教學在自動化專業本科生創新能力培養中的作用做了積極的探索，最初基于以下幾點思考：（1）隨著互聯網、信息技術、人工智能快速的發展，線上線下相結合的混合教學已成為教學研究和實踐的重要方式，這種教學模式需要綜合運用不同的學習理論、技術手段和方式，對教師的教學資源建設、教學設計和教學管理提出了更高的要求。（2）現在的大學生都擁有自己的手機、電腦或平板，隨著5G時代的進一步來臨，在互聯網環境中長大的新生代們，更需要更容易接受多樣化、便利式的學習方式和平臺，因此，線上線下的混合教學方式更加適合他們的需求，對學生積極的學習和間接增加學生學習時間具有十分重要的意義。（3）對于絕對注重工程實踐能力的自動化專業的本科學生來說，案例式準備親自實踐的討論式學習方式，更加能夠調動學生的學習積極性。（4）科學合理的成績評定機制，更能夠成就學生的獲得感，也能促使學生建立自己的學習目標。

1 學習模式的構建

針對現代大學生的特征進行詳細分析，在電視、電腦、手機和5G的這樣一個精彩的網絡化時代，在互聯網環境中長大的網生代是敢于自我和表達個性的一代，他們不滿足于線下被動傳授的學習方式的情況下，通過科學合理地構建符合他們需求的學習新模式、新方法和新途徑，可以建立更多的新資源。本文以學習通為平臺構建的線上線下相結合的案例式教學模型如圖1所示。

圖1 平臺支持下的線上線下案例教學模式結構圖

1.1 線上資料推送

首先推送的是教師主導的指導性資源，教師課前提出學習任務和問題，為線上學習指明主要方向，要充分考慮涉及的任務的難度，還要考慮到學生對問題能達到的認知度，以激發學生的探索欲望為原則，線上課程資源的設計和利用將是決定課程教學效果好壞的關鍵性因素，也影響著學生學習的動力和興趣。

1.2 學生自主學習

學生自主學習過程中，首先要完成教師推送的概念預習，對案例進行深入思考，并準備好闡述自己的理解和看法，為線下課堂做好充分的準備。

1.3 線下課堂

線下教學的重點應該是引導學生掌握新信息的方法、途徑和手段，快速掌握不斷更新和變化的新資源的能力和技巧。把教材內容分成若干個專題模塊和線上數字化資源一起整合，讓學生隨時隨地碎片化學習。

1.4 教學評價

注重過程評價和結果評價相結合，課前以概念思考、選擇題的方式作為課前引領的自主學習能力評價；小組討論中的你問我答方式，反映學生學習參與度，以及小組代表發言作為課中學習效果評價；課后學生作業完成態度評價。

2 教學實施路徑

為了驗證本文所提線上線下相結合的案例式教學在本科教學創新能力培養中的實際效果，筆者將該方法應用在《單片機原理及應用》課程教學中，實施過程中利用了學習通作為線上平臺，具體實施路徑和關鍵技術與傳統的單一線下課程比較如圖2所示。

2.1 基于平臺的指導性資源設置

筆者對學習通平臺的功能與使用進行了詳細的學習與功能分析，平臺中不僅有資料的上傳，而且還有學習討論和數據統計的功能。首先，將案例分析在資料中上傳，在討論去設置引導性問題，讓同學們根據主題所思所想進行積極討論。例如，在講到計數器/定時器的方式以及控制寄存器這個部分的時候，可以“基于單片機控制能實現彩燈依次循環點亮”這個應用作為教學案例上傳到線上平臺，并提出功能要求和配上簡單的電路圖。同時在討論區發布如下學生可以查閱問題：單片機中有哪些特殊功能寄存器與定時器/計數器有關系？你能舉出身邊的幾個單片機應用實例嗎？定時器/計數器兩個功能能否同時使用？如何指定其功能？在應用定時器時，通過誰來告訴單片機？如何告訴？如何調整定時時間？定時器/計數器溢出時該如何處理？這些問題在教師提供的教學資料中都能找到答案，而這些問題的提出則激起了學生探索欲望。平臺指導性資源設置如圖3所示。

圖2 實施路徑和關鍵技術

圖3 指導性資源設置

管理和學情統計如圖4所示。

圖4 學生管理和學情統計

2.2 教學的準備與執行

課堂教學的準備主體包括學生和老師，當教師發布指導性資源以后，為了讓學生積極主動地參與到準備過程中來，要做到真正幫助學生在有限的時間內獲取更多的相關知識，教師必須為學生提供一個暢通的溝通和交流渠道，教師可以與學生約定每天一個固定的大約半小時的時間，圍繞資源中提供的某個具體問題，教師與學生之間，學生與學生之間展開具體的討論，這樣可以反饋認識，指導更深入的準備工作，也可以幫助學生更順利地做好課前準備工作。

有了前期的主體準備工作后，課堂執行階段將會變得更加輕松有趣，教師可以先花少量的時間講解必要的知識點，主要把時間安排在針對案例進行小組討論，暢所欲言，小組討論過程可以采取代表發言、你說我聽的形式，因為對于這節課的內容，大家都是有備而來，所以課堂定會更加活躍。課堂最后，老師進行歸納總結，并適當串聯起知識點之間的聯系，這樣便能夠高質量地完成本次課程的教學目標。

2.3 教學評價機制

合理的學習評價機制是調動學生學習積極性的重要保證，本次項目中的教學評價分為教師對學生的學習表現的評價和學生對教師的教學滿意度評價兩個方面。

學生對教師的教學效果評價采取問卷式調查的形式開展，筆者對同一位教師所授課程《單片機原理及應用》原有培養模式下的自動化專業82名學生和本項目實踐下的自動化專業83名學生進行了問卷式調查，本次調查包括以下幾個方面：學習效果評價、參與師生交流度、學習內容的飽和度、學習方式的方便度、評價方式的合理性。可選擇內容均包括非常滿意、滿意、一般、不滿意。發出問卷全部收回統計，并對兩次問卷情況進行了比較，結果如圖5所示。

表1 學生課中表現平時成績評價表

圖5 兩種培養模式問卷調查結果比較

從兩種培養模式問卷調查的比較結果可以看出，兩種模式下都沒有收到不滿意的問卷，本項目實踐下的培養模式調查結果的非常滿意率明顯高于傳統模式，但在學習方式的方便度上非常滿意率低于傳統培養模式，可能的原因是學生認為基于案例的學習模式，需要花去更多的課前準備時間，但學生對這種教學方式總體上是認可的。

3 教學總結與教學反思

本文所實踐的線上線下教學模式，由于學生課前能夠接觸到大量的指導性資源，在上課之前就能熟悉即將學習的課堂內容，并且已經有了在指導性資源的指導下嘗試自行解決課程問題的機會，這樣使得教師在教學過程中能夠更加順利地開展工作，一方面可以提高學生學習的目標性和積極性，另一方面教師能夠更好地掌握學生的困惑所在，學生對于有備而來的課堂過程必然也能使師生關系更加和諧。

隨著網絡化社會的不斷進步，以及學科交叉和學科應用領域的不斷拓展，傳統的教學模式已經不能完全適應當代大學生的學習習慣和需求，更新更有效的教學方式必然在教學中發揮著巨大的潛在優勢，所以，不斷嘗試行之有效的綜合教學模式也是高校踐行“三全育人”模式的有效探索。

在本次教學研究項目實踐中，筆者深刻地體會到，嘗試一種新的教學模式在新的課程教學中的應用時，教師需要完成大量的積累和準備工作，而且教師前期準備工作完成的質量極大地關聯著新教學模式的實施效果。一方面，學生線上準備的效率直接取決于教師提供的指導性資源內容的啟發性；另一方面，指導性資源與學生所學專業領域的應用程度，也將影響著學生學習的積極性，只有讓學生真正意識到將要學習的內容是學有所用的，才能激發學生的學習內驅力，這樣也才能更好地契合高校對于課程思政的核心要求。