融入課程思政的《單片機原理與應(yīng)用》BOPPPS混合式教學(xué)實踐

陶吉利，孫林軍，裘君，李林功

（浙大寧波理工學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 寧波）

2018年6月，新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上提出了“金課”概念[1]。2020年6月，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，要求全面推進高校課程思政建設(shè)，課程思政已然成為新時代高校課程建設(shè)的新布局、新思路和新理念[2]。如何打造具有高階性、創(chuàng)新性以及有溫度的《單片機原理與應(yīng)用》“金課”十分具有挑戰(zhàn)性。

線上線下混合式課程凸顯了信息時代教育教學(xué)的新特點，基于線上課程的混合式教學(xué)高質(zhì)量課程，將成為未來高等教育的發(fā)展趨勢[3]。BOPPPS教學(xué)模型堅持把學(xué)生作為中心，強調(diào)教學(xué)過程中學(xué)生的課堂參與度；同時追求“可獲得即時反饋”的教學(xué)效果，強調(diào)教學(xué)效果的及時性反饋[4]。將該教學(xué)模型引入課堂中所需要關(guān)注的重點是使學(xué)生在課堂上對所學(xué)內(nèi)容有更為深刻的理解，最大的特點是教學(xué)過程中的互動以及反饋。目前，在基于BOPPPS模型的傳統(tǒng)課堂改革過程中仍存在一些待解決的現(xiàn)象。例如個別學(xué)生未完成課前預(yù)習(xí)，難以對課堂上所要完成的學(xué)習(xí)目標(biāo)有著明確的認(rèn)識，使得后續(xù)相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)難以取得預(yù)想中的效果。大班教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的參與深度和廣度受限，學(xué)習(xí)效果不理想。測試環(huán)節(jié)反饋滯后，教師難以及時對學(xué)生的整體狀態(tài)有著全面掌握等[5-6]。而思政內(nèi)容如何融入專業(yè)課程更是目前的難點和熱點問題[7]。文[8]在“自動控制原理”課程中推行基于MOOC的混合式教學(xué)模式，結(jié)果表明該模式有助于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進行深入理解，對所學(xué)知識進行靈活應(yīng)用，在遇見一個新問題時可以擁有分析問題解決問題的能力。文[9]引入BOPPPS模型，在教學(xué)過程中，課堂實踐與網(wǎng)絡(luò)授課的結(jié)合有效地解決了傳統(tǒng)課程教學(xué)中研討時間少、反饋相對滯后、理論與實踐脫節(jié)等問題。文[10]采用線上線下相結(jié)合的模式，并加強實踐改革評價方式，提高電類基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果。文[11]通過深入挖掘嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的思政資源，做到了專業(yè)知識教育與思想政治教育的同向同行。文[12]探索了“單片機原理及應(yīng)用”課程思政建設(shè)方面的實踐。

單片機原理與應(yīng)用課程實踐性強、創(chuàng)新要求高，可以提高電子信息工程專業(yè)學(xué)生的動手實踐能力和解決實際工程問題能力。在MOOC線上資源的基礎(chǔ)上，如何有效地從線下課頻率、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式三個維度對線下課程進行設(shè)計和實踐仍有待深入探究。我校的單片機原理與應(yīng)用學(xué)時安排為2.0-1.0，理論教學(xué)學(xué)時和實驗教學(xué)學(xué)時均較少，沿用傳統(tǒng)的“理論為先，實踐在后”的教學(xué)模式不利于學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。SPOC即“小規(guī)模限制性在線課程”可以將傳統(tǒng)單片機教學(xué)與MOOC進行有機結(jié)合。本教學(xué)團隊將SPOC、口袋實驗室、Proteus仿真和雨課堂等引入到基于BOPPPS模型的教學(xué)過程中，充分利用信息化手段，實現(xiàn)BOPPPS每一環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)課堂和課堂實踐的充分融合，并將工匠精神、辯證思維、愛國情懷等思政內(nèi)容融入教學(xué)過程，從而使單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)在這種先進的教學(xué)方法加持下發(fā)揮出更好的效果。

一 混合式教學(xué)組織和實施

BOPPPS教學(xué)就是按照課堂導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課前測試、參與式學(xué)習(xí)、課后檢測和總結(jié)這6個步驟組織一套課程的教學(xué)方法。課程團隊將線上線下混合教學(xué)過程劃分為如圖1所示的6個過程。

圖1 基于BOPPPS教學(xué)模型的線上線下混合教學(xué)

教師根據(jù)每周的學(xué)習(xí)目標(biāo)對教學(xué)內(nèi)容進行深入分析和合理劃分，選擇國家精品課程中相對基礎(chǔ)且容易理解的知識講解視頻到學(xué)校SPOC課程中，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)并參與測試。根據(jù)測試結(jié)果分析，在課堂上對知識進行復(fù)習(xí)，并針對重點內(nèi)容進行講解。同時，對SPOC未涉及的難點知識進行重點講解。在課堂上運用超星平臺對所學(xué)知識進行隨堂測試，并組織學(xué)生講解和討論。在實驗教學(xué)上，結(jié)合理論課堂的Proteus仿真演示，讓學(xué)生在課后完成SPOC作業(yè)以及仿真實驗，并在實驗課堂上重點解決課下仿真和單片機實驗?zāi)K在學(xué)生課后實踐過程中存在的實踐問題。

（一） 線上線下結(jié)合，重塑課程知識體系

為符合新的組織體系要求，課程團隊按照建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理念，使得教學(xué)不僅是知識的灌輸，而更強調(diào)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動學(xué)習(xí)新知識。SPOC線上資源，如視頻、PPT等實際上把教學(xué)知識離散化了，團隊教師通過線下課堂的組織，將知識體系重新系統(tǒng)化，并把學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)作為講解的重點。同時采用項目驅(qū)動方法，將每個單片機資源和知識點，設(shè)計成一個案例，通過案例引導(dǎo)，展開知識點講解。以單片機定時采樣系統(tǒng)為例，線上線下課程體系如表1所示。

表1 單片機定時器體系結(jié)構(gòu)

（二） 改革教學(xué)組織形式，創(chuàng)新教學(xué)方法和手段

借助SPOC信息化教學(xué)平臺和超星平臺，用全新的“教室-互聯(lián)網(wǎng)-移動終端-寢室混合”模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“教室-寢室”線下模式，進而使得“線下固定時間-線上自由時間”的混合式模式代替原有的定點定時模式。在教學(xué)組織實施時，基于SPOC實現(xiàn)課程前測，根據(jù)測試結(jié)果對學(xué)生線上學(xué)習(xí)進行歸納總結(jié)，并提煉出學(xué)生的學(xué)習(xí)的過程中存在的共性問題，最后有針對性地進行知識復(fù)習(xí)和講解。以定時器為例，從圖2測試結(jié)果可知，學(xué)生通過SPOC視頻學(xué)習(xí)，能夠較好掌握定時器基本概念，但對寄存器設(shè)置及計算存在困難，需對此進行重點講解和練習(xí)。基于此項環(huán)節(jié)，使老師講解和學(xué)生學(xué)習(xí)都有了側(cè)重點，能夠有效提高課堂效率。

圖2 定時器課前學(xué)習(xí)知識隨堂測試統(tǒng)計結(jié)果

BOPPPS教學(xué)模型的核心是參與式教學(xué)，教師一方面可邀請同學(xué)對所學(xué)相關(guān)知識點進行歸納總結(jié)，提高學(xué)生的課堂參與度；另一方面，可便捷地利用雨課堂，開展實時問答和互動，并利用超星平臺進行課程資源管理和課后作業(yè)上傳批改，以解決洗衣機工程項目為驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生展開研討、發(fā)散思維。首先，引導(dǎo)學(xué)生提出方案、畫電路、寫程序設(shè)計流程圖，如圖3所示，進行項目需求分析，并提高其分析和解決實際工程問題的能力。進而結(jié)合Proteus實驗演示，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。在原理分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從成本、環(huán)境等角度，討論項目功能分解、參數(shù)計算、程序設(shè)計與調(diào)試等工程問題，實現(xiàn)學(xué)以致用。

圖3 單片機定時中斷硬件及程序流程圖

（三） 潤物無聲，融入思政元素

從國內(nèi)外單片機芯片發(fā)展形勢、龍芯發(fā)明者人物故事、軟件發(fā)展人物故事、創(chuàng)新實踐等多個維度提煉思想政治教育內(nèi)容，將思政教育元素自然地融入課程教學(xué)內(nèi)容。通過課堂講授、科學(xué)短視頻觀摩、課堂提問互動、布置課后作業(yè)等教學(xué)環(huán)節(jié)，既要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、精益求精的工匠精神以及團隊協(xié)作精神，又要激發(fā)學(xué)生責(zé)任意識和科技報國的家國情懷，部分課程章節(jié)與其對應(yīng)的思政內(nèi)容如表2所示。

表2 單片機原理與應(yīng)用思政融入案例

（四） 深化課程內(nèi)容，自制項目化實踐模塊開放實踐場地

課程團隊出版的教材《單片機原理與應(yīng)用-基于實例驅(qū)動和Proteus仿真》已更新到第3版，并在仿真基礎(chǔ)上自制了單片機最小系統(tǒng)及其對應(yīng)各章節(jié)的項目化硬件模塊，各模塊內(nèi)容設(shè)為基礎(chǔ)和擴展兩部分，例如單片機IO口的LED燈基礎(chǔ)和擴展實驗如圖4所示。基礎(chǔ)部分要求所有學(xué)生必須完成，擴展實踐則留給學(xué)有余力的學(xué)生自主選擇。以實現(xiàn)讓具有不同基礎(chǔ)的學(xué)生都能各盡其能，各取所需。同時，將模塊資料和單元實踐模塊發(fā)給學(xué)生，并開放實踐教學(xué)場地。學(xué)生除了在實驗室進行基礎(chǔ)實踐，課后仍可以在寢室、教室或者開放的實驗室做未完成的實踐內(nèi)容或擴展自己感興趣的實踐內(nèi)容。這一改進不但提高了學(xué)生的動手實踐能力，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生始終有前進的方向。并且所有實驗報告都上傳到超星平臺，實現(xiàn)數(shù)字化教學(xué)過程管理。

圖4 單片機LED燈基礎(chǔ)實驗和擴展實驗

（五） 重視過程評價，優(yōu)化考核評價機制

SPOC和超星平臺的優(yōu)勢在于學(xué)生可以自發(fā)地完成作業(yè)、測試并得到實時考評成績。過程考評可有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并形成正反饋，從而促進知識的理解和吸收。

用“全過程綜合性評價”考核代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一卷定勝負(fù)的終結(jié)性考核方式，在期末考試的基礎(chǔ)上，引入在線測評、課堂研討、實驗報告等形式，形成全過程、多元化的考核評價機制。與此同時，習(xí)題的難度應(yīng)循序漸進，不同的作業(yè)應(yīng)于不同階段布置。如模仿即可完成的簡單題型應(yīng)該作為課前針對自學(xué)內(nèi)容的作業(yè)，同時題量也不應(yīng)過多；需要思考完成的填空式作業(yè)應(yīng)該作為課堂練習(xí)及測試且題目范圍應(yīng)針對課堂的講解內(nèi)容；綜合實踐應(yīng)用的作業(yè)應(yīng)于課后布置，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識。學(xué)習(xí)過程的合理考評方式對教學(xué)效果影響巨大，同時，按章節(jié)測試有利于督促學(xué)生掌握學(xué)習(xí)進度，鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

只有充分調(diào)動學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的積極性，才能發(fā)揮混合教學(xué)的優(yōu)勢。由此，單片機原理與應(yīng)用課程過程考核分為3個部分。平時作業(yè)、測試占比30%，考慮到本課程以實踐性和設(shè)計性為特點，課程設(shè)計和實驗報告占比30%，期末閉卷考試占比40%。

二 教學(xué)實踐結(jié)果分析

本課程針對浙大寧波理工學(xué)院18級電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的學(xué)生進行了成績分析，通信工程采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，而電子信息工程專業(yè)采用基于BOPPPS的線上線下混合教學(xué)模式。成績分布如圖5所示，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。從圖5考試成績分布來看，電子信息工程專業(yè)的分?jǐn)?shù)明顯高于通信工程，效果還是比較明顯的。表3的統(tǒng)計結(jié)果也符合圖5的成績分布結(jié)果。

圖5 學(xué)生成績分布比較圖

表3 學(xué)生期末成績對比

本課程需要支撐工程教育專業(yè)認(rèn)證的指標(biāo)點2.3，3.1，4.2和5.2，即能夠運用所教學(xué)的基本原理對電子信息領(lǐng)域工程問題的影響要素、核心環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)分析、仿真、調(diào)試、設(shè)計方法，通過調(diào)研進行需求分析，解決復(fù)雜工程問題。課程支撐目標(biāo)達成度分析結(jié)果如表4所示，雖然課程能夠較好地支撐觀測指標(biāo)3.1和5.1，但教學(xué)目標(biāo)1和教學(xué)目標(biāo)3仍有待提高。主要原因在于平時作業(yè)為開卷練習(xí)，考試為閉卷形式。考試內(nèi)容主要為基于基礎(chǔ)知識點的計算和應(yīng)用，不少學(xué)生基礎(chǔ)知識點記憶不夠牢固，仍需通過知識點的應(yīng)用和練習(xí)來提高相應(yīng)指標(biāo)點的達成度。

表4 課程支撐觀測指標(biāo)、教學(xué)目標(biāo)、支撐權(quán)重及達成情況

由此可見，本文的教學(xué)模式融合了在線教學(xué)與面授教學(xué)的優(yōu)勢，融入了課程思政，深化了教學(xué)內(nèi)容，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和家國情懷，產(chǎn)生1+1>2的教學(xué)效果，有助于使學(xué)生成為課堂的主動學(xué)習(xí)者。這種新的探索模式將學(xué)習(xí)目標(biāo)由原先單純的學(xué)習(xí)知識轉(zhuǎn)變?yōu)槔盟鶎W(xué)理論解決實際問題，這種學(xué)習(xí)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變有利于學(xué)生在新時代背景下既擁有創(chuàng)新能力，又具有高尚品質(zhì)。

三 結(jié)語

教學(xué)團隊依托國家精品課程SPOC平臺、超星平臺、口袋實驗室等資源，在BOPPPS模型的每個教學(xué)環(huán)節(jié)都引入了線上線下混合教學(xué)理念，并總結(jié)出一套系統(tǒng)的教學(xué)流程。基于BOPPPS模型的線上線下混合教學(xué)模式，將線下課堂實踐與線上資源的自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，并融入課程思政內(nèi)容，可以達到減少線下教學(xué)時間、拓展教學(xué)深度和廣度的目標(biāo)；項目化教學(xué)法將學(xué)生對問題的自主學(xué)習(xí)與教師在課上的點評和講解相結(jié)合，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了工匠精神，激發(fā)愛國熱情。切實深化了學(xué)生對知識的理解及應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。