5G應用背景下中職物聯網單片機教學問題分析與研究

李綺橋，黃浩民，聶 瓊，陳榮軍，郭久楠，何 力

（1.廣東技術師范大學，廣東 廣州 510665；2.廣州市番禺區職業技術學校，廣東 廣州 511483；3.廣州市黃埔職業技術學校，廣東 廣州 510730）

0 引 言

5G通信技術的逐步普及與應用，推動著智慧教育的發展，并與教學模式或教學過程有效結合，是促進教與學的方式變革的基石[1]。物聯網，即萬物相連的互聯網[2]。在物聯網三層架構中，感知層作為物聯網的底層，通過單片機控制各種傳感器采集數據后經網絡層傳輸至應用層，因此，單片機技術是物聯網底層的核心技術之一[3]。物聯網相關的專業課程，如《傳感網應用開發》《RFID技術與應用》《自動識別技術》和《無線傳感技術》以及相關專業實訓、技能競賽都離不開單片機知識的支持，進一步說明了單片機課程對物聯網專業的重要性[4]。

在我國的“十四五”規劃中，物聯網作為重點發展產業，是國家戰略新興產業之一。該技術應用于連接物體并且提供相關服務的全球信息基礎設施，這需要大量的人力資源進行建設、管理和維護[5]。目前，物聯網概念下的企業數量眾多，社會對物聯網人才的需求量很大，但人才供給不能滿足需求，供需矛盾巨大，人才形勢十分嚴峻。而中職院校作為培養技能型人才的主力軍，肩負著為社會和企業培養物聯網技術型人才的重任[6]。可以說，單片機課程的教學效果是否良好，是關乎中職院校能否為不斷增長的物聯網產業培養充足的一線操作人員的關鍵。

1 中職物聯網專業單片機課程定位分析

通過爬蟲軟件爬取面向中職層次的物聯網崗位的數據，分析單片機技術在該崗位能力需求中的重要性，并進一步分析本課程的培養目標，明確學生應習得的知識和技能，為本文開展后續的研究提供合理的參考依據。

1.1 崗位需求分析

通過八爪魚爬蟲軟件（V8.2.2）爬取某知名招聘網站中面向全國中專學歷物聯網專業的相關招聘信息數據并進行整理分析。2021年3月18日共爬取有效招聘信息379條，涉及的主要崗位類型有技術類、銷售類和客服類等，各崗位類型占比如圖1所示。其中，技術類崗位（主要包括物聯網設備裝配、運維、技術支持等方面的工作）占49.34%，接近全部崗位數的一半。在其招聘要求描述中，大多需要應聘者有單片機知識基礎，熟悉基本電子元器件，熟悉物聯網相關設備的裝配、運維等方面知識，能夠排除各種軟硬件故障并進行調試運行等。可見，中職物聯網專業的學生畢業后面向的工作崗位絕大部分都與物聯網技術相關，學生只有在專業學習中打下扎實的基礎，才能更好地從事相關工作。

圖1 中職物聯網崗位類型占比

1.2 課程培養目標分析

單片機課程是物聯網專業的一門核心基礎課程，在物聯網專業整個課程體系中處于承上啟下的核心地位[7]。學習單片機并掌握其應用是物聯網專業的學生必備的技能。物聯網的相關專業課程和技能競賽都離不開單片機技術的支持。本課程旨在提升學生整體素質和培養關鍵職業技能。在教學過程中，教師需要不斷激發和強化學生學習單片機的興趣，引導學生將興趣轉化為穩定的學習動機，以幫助學生樹立良好的自信心，鍛煉學生克服困難的意志和培養嚴謹細致的工作作風。

通過本課程的學習，學生能以單片機為控制系統核心擴展一些外圍設備，實踐硬件電路設計、軟件代碼編程和系統調試等環節，進而提高學生的單片機硬件設計、軟件編程、調試和運行維護等職業技能以及一定的分析、解決問題和動手實踐的能力，為將來從事物聯網相關領域的工作奠定堅實的基礎。

2 中職物聯網專業單片機課程教學現狀分析

通過檢索、查閱大量與中職物聯網單片機課程教學相關的期刊、報紙、博碩士論文和著作等，對其進行整理、分析和歸納，并實地走訪開設物聯網專業且設置單片機課程的中職學校，與相關授課教師和專業帶頭人進行訪談，了解目前在單片機課程教學中主要采用的教學方法、教學效果、學生學習和課程反饋等情況，總結出下列問題并做相關分析。

2.1 教學方法問題

2.1.1 教學模式單一

目前，中職物聯網單片機課程的教學主要采用“教師講、學生聽”的教學方法。這種“灌輸式”教學方式不利于培養學生的學習能力，尤其在偏向實踐型的單片機課程中更不適用。教學過程中教師容易忽略學生自主建構意義的過程，不能充分關注到學生對知識點是否真正理解。這種情況下，盡管學生機械地記住了知識點，也難以有效地應用到實踐操作中。

2.1.2 理論與實踐相脫離

單片機課程中涵蓋了許多硬件電路與軟件編程的抽象知識，需要學生在實驗課的動手操作中將其內化，形成操作技能。但目前課堂上學生能夠進行自主實驗操作的時間相對較少，甚至存在因為課時限制而跳過實驗操作的情況，學生僅靠觀看教師課堂演示來完成對實驗的學習。學生脫離了實踐，不利于學生理解、應用知識，不利于培養學生的實踐操作能力。

2.1.3 課堂總結不完善

課堂總結在整個教學過程中起著重要的作用，由教師利用課堂剩余的幾分鐘時間進行該課教學內容回顧，是課程內容的升華。但教師往往因教學時間不足等原因對課堂總結進行簡化甚至省略。另一方面，由于臨近下課時間，學生容易分神，難以發揮課堂總結的梳理重難點、鞏固知識等功能。

2.2 教學資源問題

2.2.1 課程資源開發意識欠缺和能力不足

從訪談調查情況來看，在單片機課程教學上，大多數教師主要依靠課本和PPT課件來完成教學任務，甚至有些教師把課本當作唯一的課程資源，缺乏對課程資源進行開發的意識，造成大量有價值的課程資源被埋沒、被閑置。盡管有些教師意識到需要開發課程資源以提高教學質量的問題，但由于教師在之前的從業生涯中沒有形成一個整體的課程資源知識體系，導致教師對課程資源開發和利用的能力有所欠缺[8]。

2.2.2 課程教學資源形式單一

由于單片機課程內容較為抽象，從靜態的字面上難以理解，需要結合生動形象的且與日常生活相接近的素材、課程資源進行教學，才能便于學生理解；而在當前教學資源上大部分教師僅依靠課本和PPT課件，課程教學資源形式相對單一，難以進一步提升教學效果。

2.3 問題總結與分析

目前，單片機課程教學主要存在教學方法和教學資源的問題，導致學生學習興趣低、實踐環節欠缺、理論與實踐內容相脫離和教學效果不理想等結果[9-10]。為此，眾多學者提出各種解決方案以提高單片機課程教學質量。有些學者為解決教學模式單一等問題，采用了各種教學方法，如行為導向、項目教學[11]和以賽促學等，但文獻中僅對實施方法進行了淺談，并未對具體的課程教學實施過程和實施效果進行闡述，難以供其他學者參考借鑒。有些學者為解決實踐欠缺、理論與實踐脫離等問題，在實驗過程中采用虛擬仿真技術[12-13]替代原有的硬件設備，雖然在一定程度上可以降低教學成本、提高實驗安全指數，但仿真實驗更多的是驗證性實驗，學生無法真實體驗在實際電路中的操作感受，不利于對硬件操作能力的培養。還有些學者將信息化手段應用于單片機課程教學中[14]，一定程度上可以對課程的教學質量和教學資源有所提高。但從學習過程來看，教師并未能全面有效地查看學生各環節的學習情況，甚至有些是為了信息化而信息化，缺乏問題的針對性。因此，在單片機課程中尋求有效的教學模式以培養學生的知識和技能，成為當前教師們迫切需要解決的問題。

3 解決方案

針對上述問題，本文提出基于BOPPPS的中職物聯網單片機課程教學設計方案，不僅能夠解決傳統教學模式不能滿足單片機課程教與學的需求問題，還有助于優化、豐富教學資源形式。BOPPPS模式以建構主義和交際法為理論依據，將課堂教學過程分為六個環節：導入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、 后 測（Post-assessment）、 總 結（Summary）[15]。它的典型特點是教學互動和反饋，強調以學生為中心，注重教學過程中學生全方位參與學習互動和獲得及時反饋，使學生能夠在課堂上最大限度地掌握知識[16-17]。

BOPPPS模式的六個教學環節均以學生為中心展開，并且每個教學環節中教師和學生都有各自的工作任務、學習任務，見表1所列，以此保證在該教學模式下學生能夠全方位參與課堂學習。

表1 BOPPPS模式的每個環節中教師和學生的任務

本文提出的基于BOPPPS模式的中職物聯網單片機課程教學設計并非以“疊加方式”或“加法思維”把BOPPPS模式與單片機課程簡單糅合，而是更深入細致的“融通思維”。在BOPPPS模式原有的教學模型上，結合中職物聯網單片機課程特點，細化各實施環節，并加入六個方面的標準化，即“六化”要求。在傳統機房教室中，存在著網絡終端無法有效管控、學生的使用風險大以及學習行為集中導致的網絡并發訪問高、網絡訪問質量控制服務以及邊緣服務和緩沖服務不理想等問題[18]。而利用5G網絡超低延遲和更大帶寬的技術優勢，可以為“六化”的實現搭建強有力的網絡環境支撐，為智慧教育提供實時、可靠、智能和泛在的端到端服務[19]，帶給教師和學生更沉浸和穩定的智慧教學體驗。

“六化”即教學模式平臺化、教學過程信息化、課堂教學高效化、教學平臺標準化、教學反饋精準化和教學資源多樣化。其中，在教學模式平臺化方面，本文根據BOPPPS教學模式來設計課堂教學平臺，借助信息技術手段將BOPPPS教學模式通過平臺形式重現于課堂教學過程中；在教學過程信息化方面，每個教學環節都可以在教學平臺上獨立完成，利用各種信息技術和資源支持教師的“教”和學生的“學”；在課堂教學高效化方面，基于教學平臺解決了過去學習中由于課程資料發放、回收等環節浪費課堂時間的問題，學生可在教學平臺上自主完成前測、后測、溝通交流、課堂作業和歸納總結等多個教學環節；在教學平臺標準化方面，本平臺是基于BOPPPS教學模式設計的，整個學習過程嚴格遵循BOPPPS的教學環節，這也是本平臺與現有教學平臺的區別所在；在教學反饋精準化方面，教師利用教學平臺不僅能夠實時查看學生在前測、后測、課堂作業和總結歸納等環節的情況，還可以查看學生在每個學習環節所花費的時間，解決以往教學模式存在的片面性和低效性，提高教學反饋的全面性、及時性和精準性；在課程資源多樣化方面，在平臺上再次以項目為單元呈現形式多樣的課程資源，如網絡視頻、自制微課視頻、PPT課件、圖片和文檔等，便于學生后期進行鞏固學習和復習回顧。根據以上特征，構建基于BOPPPS模式的中職物聯網單片機課程教學設計框架，如圖2所示。

圖2 基于BOPPPS的中職物聯網單片機課程教學設計框架圖

4 結 語

《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現代化2035》等文件相繼出臺，教育信息化在推動教育現代化過程中的地位和作用日益凸顯。在5G技術和物聯網技術高速發展的背景下，對中職物聯網專業的單片機課程教學必須做出相應的改革和創新，將信息技術手段與新型教學模式融通共生，打破單一傳統教學模式的桎梏，拓展完善教學設計方案，提高教學效果，以培養適應社會和企業需求的復合型技術技能人才。