混合式教學模式在單片機課程中的應用

三峽大學電氣與新能源學院 文 斌 黎 鵬 楊 超 盧 云 黎麗麗

近些年隨著互聯網、人工智能和大數據等新技術的推動，線上教學模式大熱，特別是慕課，中國大學MOOC收到了社會的廣泛歡迎。然而，MOOC平臺缺乏對學員學習過程的監督，不太適合直接用于高校教學。因此，針對相對少數在校注冊學生的課程教育，線上教學與線下面對面課堂教學深度融合的混合式教學模式開始被關注，比較適合高校教學。本文以本科大學生單片機類課程為例，探索混合式教學模式的實施過程。

1 混合式教學模式改革背景

單片微型計算機簡稱單片機，是微型計算機的一個重要分支。單片機作為嵌入式應用的主角，已在人們生活和生產的各個領域發揮著極為重要的作用。單片機課程是電氣信息類專業中應用性較強的課程，在新工科和工程教育認證背景下應用型人才培養中有著至關重要的地位。傳統的單片機理論課教學是灌輸式教育，以教師為主體，這種灌輸式的教學方式，很難調動學習的自主性，也沒能達到單片機實踐教學的任務要求。

2014年教育部提出部分普通本科高等院校轉型應用技術型大學，注重實踐能力的培養。2018年4月，在教育部要求加強本科教育人才培養的大背景下，課程組提出引入慕課（MOOC）在線資源，慕課是在互聯網、人工智能和大數據等新技術手段的推動下，實現的教學模式轉變，是“互聯網+”帶來的教育革新。MOOC(massive open online courses)，即大規模的、開放的、在線課程。MOOC課程打破了時間、空間以及人數上的限制，實現了學習的碎片化。但是MOOC平臺缺乏對學員學習過程的監督，不太適合直接用于高校教學。而基于MOOC平臺的SPOC(Small Private Online Course)，即小規模的、私人的、在線課程，適合以學生為中心的碎片化學習。推廣基于MOOC平臺的SPOC教學，能夠融合在線課堂與實體課堂，行成以學生為中心的高效混合型教育模式，如圖1所示。

圖1 以學生為中心的混合型教育模式

2 單片機理論課混合式教學過程設計

單片機理論課混合式教學過程總體思路遵循以學生為中心的混合型教育模式，學生課前利用SPOC平臺自主學習，課內面對面與老師同學討論，課后總結。下面針對單片機理論課教學詳細闡述混合式教學設計過程。

2.1 SPOC混合課堂課下教學

（1）教師準備或者自建線上教學資源。線上的教學資源有但不限于課件、短視頻、在線作業等，一般使用中國大學MOOC平臺，輔以雨課堂等工具向學生推送PPT、視頻鏈接等，圖2所示為課堂布置課下學習任務。

圖2 布置課下學習任務

（2）學生通過SPOC混合課堂線上教學資源隨時隨地學習新知識，并通過線上教學資源的討論區和作業區和同學老師互動。

2.2 SPOC混合課堂課內教學

（1）課堂探討。教師通過線上教學收集的學習數據和問題反饋，對典型問題進行討論，可以將問題設計成小項目，采用分組教學，探討解決方案，老師成為課堂教學的組織者和指導者。

（2）理論課引入EDA仿真技術，采用專題案例教學。借助學院建成的“智慧教室”，我們在理論課中引入了仿真技術，直觀地在教室的仿真環境下進行仿真演示，讓學生學習電路設計、程序編寫整個開發過程。采用專題案例教學，這些案列涵蓋了單片機應用需要的知識點，如：花樣流水燈項目，數碼管顯示秒表等。學生利用課下時間完成專題項目，課上進行項目驗收。

（3）學生以分組形式進行課堂翻轉和專題匯報，通過互評與教師評價等，對學生的各方面能力進行比較全面和客觀評價。

2.3 課后復習

學生經過課堂的學習，對于新知識已經基本掌握，但是容易遺忘，所以課后要及時對所學知識進行復習鞏固。老師在學習平臺上安排適當的作業題、討論題等，促進學生總結所學知識。圖3所示為線上討論區示意。

圖3 線上討論區

3 混合式教學模式下單片機實踐課程過程設計

在傳統理論課上，學生缺乏實踐能力的培養。傳統實驗課又以驗證理論為主要目的，造成學生創造力缺乏，實踐能力差的局面。

綜合作業是學院針對提升學生綜合能力所做的項目式管理設計類課程，如何利用綜合作業銜接和提升SPOC混合課堂理論課所學知識，是課程組研究的重點之一。前期SPOC混合課堂理論課學生已經掌握一些解決單片機工程問題的思路和工具，也解決了一些典型的單片機案列。但還需要通過綜合作業，全面經歷解決單片機工程問題的過程，提升實踐動手能力，解決復雜工程問題。

（1）綜合作業準備環節。綜合作業的課題，應考慮單片機功能的發展和特定專業科目的整合。例如，自動化專業的學生可以將“單片機溫度檢測與控制系統”、“單片機多功能時鐘系統”、“多功能點陣顯示系統”等課題作為綜合作業課題。單片機的綜合作業應與其他專業課程相結合。例如，在單片機綜合作業期間，課題項目中的電路圖設計，已通過其他課程學習。

（2）綜合作業實施環節。在綜合作業展開之前，布置好綜合作業題目以及需要查閱的參考資料，使學生清楚地了解他們在綜合作業中將學到什么。并且在綜合作業課程實施過程中展示往屆學生的優秀綜合作業作品及其原理，狠抓動手實踐，充分利用課程提供的電子元器件完成設計、組裝、調試、測試等一系列過程，實現目標性綜合作業設計和互動式的綜合作業教學。

從19年開始，我在單片機教學中采取了基于“雨課堂”和SPOC的混合式教學，依據課程教學目標，結合課程及授課對象的自身特點，將課程的課堂教學模式設計為課前、課中和課后三個階段的教學活動（也就是線上+線下，課內+課外的混合）。

雖然單片機混合式教學改革的時間不長，還沒有進行全面的客觀的數據對比。但是自從改革后，我親身感受是所帶班級的學習效果要好于以前的傳統課堂，特別是對于單片機這樣的實踐技術課，卷面考試不能作為對學生的唯一評價，當然新的教學手段和方式也對同學們提出了更高的要求。從后續課程單片機綜合作業的指導過程來看，新的教學方式在實踐能力方面取得了不錯的效果，學生從理論學習到工程實際的轉移比較順暢，基本做到了“學以致用”。