混合式教學在《單片機原理及應用》的實踐與探索

惲志東 劉華東 郭福力

0 混合式教學的內涵

混合式教學是將在線教學與傳統教學兩種教學組織形式有機融合，通過“線上”+“線下”的途徑開展教學。其中線上教學作為教學的必備活動，線下教學則是基于“線上”的前期學習成果開展的由淺入深地引向深度學習的教學活動?；旌鲜浇虒W通過運用信息技術，以建構主義學習理論為基礎，強調以學生的學習為中心，知識與能力的習得通過學生在主動建構的過程中完成。為此，混合式教學被稱為是“教學模式的根本變革與再設計”，并提出了混合式教學的三個特征：由教師為中心轉向以學生為中心；增強學生與學生、學生與教師、學生與內部、學生與外部資源之間的交互；采用形成性評價與總結性評價相結合的評價機制[1-3]。

1 課程現狀及存在的問題

《單片機原理及應用》課程作為機械設計制造及其自動化專業的核心必修課程，要求學生具備較強的理論基礎同時強調技能實踐的操作，課程教學班級人數在250 人以上。學生在學習過程中普遍反映課程內容抽象、邏輯性差、知識點分散、難以抓住重點。課程的改革一直在延續，從參加工程教育認證前先理論后實踐的傳統教學，暴露出理論與實踐的脫節的問題，表現在實踐中所需的理論知識，在先期的學習中并沒有真正掌握；再到工程教育認證采用項目化教學改革，將理論知識融入具體課程項目中，力求做到理實一體化，但教師對于課前與課后的學習無法實施管理和有效的引導，對學生的差異化需求難以兼顧，表現在有限的課堂教學中，難以完成一個完整的項目任務，學習效率低下。課程的教學活動主要存在以下問題：教學方式單一，教學效果欠佳；教學過程缺少互動環節，能力培養失位；課程評價權重失衡，有效指標缺失。

2 混合式教學模式的實踐

以工程教育認證的“以學生為中心”“產出導向”“持續改進”為核心理念，針對課程教學中所存在的問題，重構教師的教學觀和學生的學習觀。教學不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉換；學習是學習者根據自己的經驗背景，對外部信息進行主動地選擇、加工和處理[4]。將混合式教學模式引入課程教學，借助網絡教學平臺工具，圍繞課前、課中和課后三個學習階段，將教師的教學活動和學生的學習活動以互動合作的方式，完成對所學知識的意義建構過程，共同達成教學目標。

2.1 課程教學資源的設計與開發

課程教學資源是開展混合式教學的基礎，單片機課程的教學資源主要包括各類教學視頻、開發軟件（Proteus 仿真軟件、Keil C 編譯軟件）、程序庫、習題庫及教學PPT 等。除了引入網絡上優質的網絡課程資源（例如中國大學MOOC 和愛課堂平臺上的國家精品課程資源），還結合本專業學生的特點和知識結構自建了混合式教學模式的新資源。單片機課程主要內容包括單片機結構及原理、匯編指令系統及程序設計、接口技術及應用系統設計三大部分。各部分內容具有較強的關聯性，同時各相關章節都有獨立的基礎知識，要求學生面對繁多的知識內容具備系統性、層次化的思維能力。針對學生學習過程中難于把握的特點，設計了每章節的課前導讀部分，借助思維導圖將章節主要知識點及各知識點之間的相互聯系、擴展應用更加直觀的層次化表述出來。學生在大致了解了章節的知識框架和重點之后，再觀看課前預習視頻，進行課前內容的測試，完成課前自學的全過程。在涉及有實驗環節的知識章節單元里，通過錄制對應的實驗微視頻，將軟硬技能融入課堂教學，便于學生知識向能力的轉化。

2.2 教學過程中的多元互動環節

傳統教學過程中教師以知識傳授為主，學生被動式學習。教師只能關注課堂階段的學生表現，即使設計有互動環節也因為學生個體化的需求，無法提供差異化的教學服務。同時對學生的課前預習與課后練習環節，缺乏有效的監督管理，教學效果難以保障?；旌鲜浇虒W借助教學平臺在課前、課中、課后三個階段進行多元的互動教學活動，實現了課堂教學的有效延伸和互補，促進知識的內化。

課前學生通過學習終端自主學習教師推送的教學資源，完成學前任務，將自主學習過程中遇到的問題和疑難點通過網絡在線平臺與同學展開在線討論，教師同時進行在線答疑，指導學生完成對學習內容的先行探索。為檢驗學生自主學習效果，可以通過在線檢測試題，即時反饋正誤，起到診斷與激勵的作用。在此階段，教師的主要任務是輔助學生，通過查閱學習信息調控學習進程。

教師依據課前的反饋信息，及時調整教學設計方案。在課堂教學中精講前期存在的問題，學生對自學階段理解不透徹的知識重點學習。教師發布隨堂探究任務推送至學生終端，學生以小組形式開展協作探究學習，進行生生互動討論，發表見解并提交成果。教師通過追問、補問等方式引導學生進行深度思維，并通過生生互評、教師點評等環節進行及時指導與糾正。

課后鞏固訓練是教學過程不可或缺的環節，是克服遺忘的有效手段。網絡平臺的學習資源可供學生無限次重復使用，幫助學生強化認知。教師通過教學平臺發布拓展性探究任務及分層次的課后練習，推送拓展學習資源，組織學生學習討論，學生在平臺討論區發表和交換各自觀點和思路，教師則可以采用啟發與點撥的方法，引導學生主動思考與探究，調控討論方向與進程，最終由學生自己得出結論，形成對知識多樣化的建構。教師完成課后練習主觀題目的批改，通過錄制習題微課上傳平臺，學生進行糾錯總結，調整自己的學習計劃。最后師生共同進行教學反思，由教師對學生的學習效果進行形成性測評。

2.3 項目式實踐教學環節

實踐教學環節是單片機課程的重要組成部分，著重對學生技能目標的培養與訓練。技能目標注重軟硬技能的融合，要求學生能熟練進行硬件電路設計和單片機程序設計，并掌握單片機程序和系統電路的調試；培養學生信息處理、解決問題、團隊合作和溝通能力以及創新意識。

依據教學內容和順序設置了流水燈、交通信號控制、數碼管與矩陣鍵盤、定時器與數碼顯示、報警產生器、紅外步進電機控制等6 個實驗項目。工具軟件Proteus 和KeilC 的使用方法和技巧由學生通過教師錄制的微視頻和上傳的軟件使用手冊先期學習完成。項目實施前，由教師在平臺上發布項目內容及要求，學生自行完成項目的系統方案設計和控制算法設計，由教師在線進行診斷。項目實施階段，學生用Proteus 軟件繪制系統電路原理圖，并按項目要求編譯調試程序，在Proteus 軟件中進行仿真；教師組織講解系統硬件和軟件設計中存在的問題，通過互動討論由學生完成系統軟硬件的糾錯與調整，再到實驗開發箱完成系統功能的驗證。實驗項目完成后，由學生完成實驗報告的撰寫，對實驗項目的軟硬件設計和調試進行總結。項目后期階段，學生在課外以小組形式完成實物制作，提交成果后，以小組互評和教師點評相結合的方式對項目質量進行綜合評價。通過開展以學生為主體。教師為主導的基于軟硬件技能融合的項目式教學實踐活動，促進了理論知識向實踐能力的轉化，學生在消化和獲取專業知識的同時，也有效地提升了自身的專業技能和職業能力。

2.4 課程評價方式

傳統教學模式中，教師是評價學生學習成績的主體，期末考核成績在學習成績判定中的占比過大，評價主體的一元化和評價方式的單一化不能真實反映學生的全面發展。而學習成果導向下的教學評價不再局限于學生所獲得知識的考察，同時強調學生良好的團隊合作精神和組織協調能力、解決實際問題的能力、創新能力和創新思維能力的評價[5]。因此混合式教學模式下評價指標體系不僅要關注學生所學知識的過程性評價和終結性評價，還應充分關注學習成果的評價。結合混合式教學活動各環節的多元化交互設計，借助教學平臺提供的全周期教學數據分析，將學習過程性評價與學生自評、同伴互評和教師評價相結合的多元化評價納入課程評價體系，從多個方面、多個視角對學生的發展進行更加全面、科學、客觀的評價。

對課程原有考核內容及評價方式進行修訂，形成了理論考核與實踐考核、過程考核與結果考核、線上考核與線下考核相結合的綜合考核方式。考核成績由平時過程考核成績、實踐考核成績和期末考核成績三部分構成，其中平時過程考核成績包括考勤、作業、測驗、課堂討論（自我評價、小組評價、班級評價、教師點評）及期中考試等部分，占綜合成績比例30%；實踐考核成績包括實驗報告、設計報告（自我評價、小組評價、教師點評）、各實驗項目操作水平及工作成果等，占綜合成績比例30%；期末考核采用閉卷考試形式，占綜合成績比例40%。

3 結論

混合式教學不只是線上與線下學習場域方面的融合，將多元化的互動環節有效融入線上自主探究、線下協作研討、線上拓展鞏固三個學習階段，采用過程性評價與終結性評價相結合的綜合評價機制，是混合式教學實施過程的關鍵。多元化互動使得教師教學活動與學生學習活動有效融合，不僅有效提升課程的教學效果，還使學生建構知識能力與自主解決問題的能力得到增強，有利于學會學習、實踐創新兩大核心素養的養成。