基于線上線下的“微機原理與接口技術”混合式教學改革與實踐

孟錦濤,汪 嬋,劉曉偉,張 帝,周小杰

(安徽科技學院 電氣與電子工程學院,安徽 蚌埠 233100)

0 引言

在“互聯網+”沒有出現之前,我國的傳統教學方式基本上都是集中在固定的教室,通過教師黑板板書進行教學,學生坐在講臺下被動接受板書知識。 這種教學方法一直延續到近幾年,雖然這種教學方式可以在相當程度上滿足傳播知識的需要,但是,也存在很大的弊端,即教師對知識傳輸是單向的,很大程度上容易忽視學生接受知識的動態感受,這樣就造成教師“獨舞”的現象[1],一段時間過去,學生可能會出現“知識斷層”的問題。

在近3 年新冠疫情傳播的背景下,網絡教學伴隨著網絡技術的應用逐漸普及,其中智能5G 手機、平板電腦、智慧教室在教學課堂上逐漸鋪開使用,教學行業與網絡技術進行緊密融合銜接,進一步向著教學網絡信息化的道路前進[2]。 由于剛開始新冠病毒的危害較為嚴重,高校作為廣大學子的學習生活場所,為保證正常的教學,教育部要求根據實際情況進行線上授課,這個時間段出現越來越多的網絡在線教育平臺,在短短的半年時間內,教師通過使用騰訊會議、雨課堂、學習通等方式,擺脫了教學空間和時間上的限制,達到了教師和學生在不同地方就可以實現 “停課不停學”的目的[3]。 這種線上授課的方法打破了傳統線下授課方法,在一定程度上突出了線上教學優勢,但同時也暴露出由于線上環境的限制,網絡課堂缺乏活力的問題,并且網絡課堂也暴露了線上教學過度依賴學生自律性的缺點。

根據線上線下的優勢和缺點,教師要發揮線上教學方式的優勢,結合線下教學來實現線上線下混合式教學[4]。 文章通過“微機原理與接口技術”與線上線下教學結合進行應用實踐,成功建立了由全體師生參與和共享的線上線下混合式智慧課堂。

1 課程概況

對于安徽科技學院這所應用型本科院校而言,“微機原理與接口技術”在電氣與電子工程學院的各專業課程體系中極其重要。 它作為電氣與電子信息類的專業選修課,與“計算機原理基礎”“數字電子技術”“模擬電子技術”“單片機原理與應用”等課程有著千絲萬縷的聯系。 “微機原理與接口技術”課程涵蓋的理論知識較多,實驗課程的操作性較難,這就要求學生能夠重點掌握微處理器的結構和工作方式、匯編語言程序設計、I/0 接口及外部接口芯片在編程中的靈活運用。 該課程整體知識框架如圖1 所示。

圖1 微機原理與接口技術整體知識框架

2 課程教學現狀分析

“微機原理與接口技術”是學院面向電氣類專業開設的專業課程,由于課程涵蓋的知識點多且綜合性較強,這就要求學生需要在課前課后投入大量的精力才能掌握和運用所學知識點[6]。 在2021 級教學大綱修訂后,該門課程主要面臨如下問題。

2.1 課時不匹配

“微機原理與接口技術”根據學院2018 級培養方案的課時是64 節,這其中理論課時是56 節,實驗課時是8 節,滿足了弱電和強電專業的教學任務需求。在2021 年修改了新的大綱之后,總學時又縮短為48小時,其中理論課為40 小時,實驗時間為8 小時。

2.2 教師數量不足

學院“微機原理與接口技術”這門課程共有5 名專職教師。 每年度修該門課程的學生人數為500 人左右,由于教師數量短缺,因此每學年相近專業在上課的時候需要整合為一個大班進行集中教學,人數約為100 人。 這也就導致班級內的每個學員對于知識的接受效果不同,不能實現整體教學效果與教學計劃實時調整。

2.3 實驗形態僵化,“重軟件、輕硬件”

目前院系針對“微機原理與接口技術”實驗教學項目主要根據實驗箱進行編程實驗。 但實驗箱內部硬件電路具有封閉性和固定性,實驗中僅能夠通過接口與內部電路進行通信完成電路功能,缺乏靈活性。 因而實驗項目設置和實驗教學工作中強調“軟件”設計。 “微機原理與接口技術”實踐課程現有弊端如圖2 所示。

圖2 “微機原理與接口技術”實踐課程現有弊端

3 混合式教學實踐

對于“微機原理與接口技術”課程的傳統教學狀況和目前教學過程中存在的弊端,在現有條件基礎上通過互聯網+教學,探索線上線下混合式教學方法,更好地實現應用型人才建設。 其中混合式教學主要進行如下改革實踐。

3.1 課程建設道路思路

(1)實施因材施教的教學方式。 “微機原理與接口技術”課程的理論學習范圍仍然以學校制定的最新教學大綱為標準,同時根據專業特點合理安排教學重點和學時,如建筑電氣專業和電氣工程及自動化專業的學生對微處理結構和工作方式章節要重點掌握,進一步發掘優秀的教學資源對于保證“微機原理與接口技術”課程建設有極大好處。

(2)不局限于某一種教學方法。 在“微機原理與接口技術”的課程建設中,需要靈活運用各種教學手段。 線下課堂不僅可以通過黑板板書、多媒體展示等方式進行傳輸“微機原理與接口技術”理論的知識點,師生之間互動更加深入。 此外,學生也可以通過線上 “學習通班級群”與教師進行互動答疑。

(3)課程思政元素融入教學。 在“微機原理與接口技術”課程中加入思想政治元素,一方面激發學生對該門課程的興趣,提高學生學習積極性,另一方面會使得本門課程知識點更加多元化,為更好地培養應用型人才做準備。

3.2 混合式教學設計與實踐

(1)基于“虛實結合”理念,優化實驗課程形態。“虛實結合”是利用計算機技術將虛擬實驗平臺應用于實際教學。 基于“虛實結合”理念,優化課程形態如圖3 所示,“微機原理與接口技術”實驗課程中可將PROTUES 等仿真軟件引入教學,通過電路仿真、程序下載和項目運行完成實驗內容。 讓學生將仿真與實體相結合,理解仿真與實物之間的聯系。

圖3 基于“虛實結合”理念,優化課程形態

(2)革新實驗教學過程,提高學生實踐能力。 在“微機原理與接口技術”實驗課程中采用“翻轉課堂”創新實驗教學方法,“翻轉課堂”實驗教學過程如圖4所示。 “翻轉課堂”是通過變革教學過程實現對實驗的提前化,實施中在課外發布實驗任務,并提供實驗資源,學生根據自身學習情況選擇教學資源進行自主學習,提前理解實驗內容,督促學生主動學習。

圖4 “翻轉課堂”實驗教學過程

(3)構建課外資源模塊,為進一步提高學生對“微機原理與接口技術”課程的興趣,通過構建課外資源模塊進行知識拓展學習,其中課外資源模塊主要以學生的自主學習興趣為主,該模塊資源涵蓋了與“微機原理與接口技術”課程相關的精品課程,其中也包括對某些重難點相關的精細講解視頻。 此外,學生可以參加一些競賽類活動,比如大學生創業比賽、電子設計大賽、西門子比賽、機器人嵌入式比賽等,通過上述舉措,進一步提高創新應用型人才隊伍建設。

4 教學考核與效果評價

4.1 線上線下混合式教學考核方式改革與實踐

線上線下混合式教學的改革與實踐打破了傳統的教學模式,其教學考核方式也發生了變化,根據線上教學平臺對學生的平時學習過程數據進行統計。新舊課程考核方式對比如圖5 所示。 這種傳統的考核方式側重于結果,通常會造成學生平時學習不積極,全部依賴考前一周突擊復習來應付考試,考完試很快遺忘所學知識點。 線上線下混合式教學考核方式開啟后,考核分值占比包括:期末考試(50%)、平時成績(20%)、過程性考核(20%)、實驗成績(10%)。相比較傳統的考核方式增加了“過程性考核(20%)”。

圖5 新舊課程考核方式對比

過程性考核(20%)主要涵蓋學生在學習通上提前預習問題、視頻資源觀看進度、問題討論參與度及測驗答題情況,可進一步提高學生對學習過程的關注。 平時成績(20%)依據線上學習通平臺學生平時作業提交情況、日常線上簽到情況、日常線上討論參與度以及線下課堂回答問題表現來評判。 實驗成績(10%)依據涵蓋學生線下動手能力、仿真實驗報告撰寫能力、應用型實驗答辯能力。 通過線上線下混合式教學考核方式改革與實踐可以客觀、準確地反映每個學生的真實水平。 每個學生的各項成績數據會在學習通在線平臺發布更新,每位同學可以看到每項數據和自己的不足。 這樣在一定程度上會督促每位同學不斷改進自己的不足,進而提高課堂效率。

4.2 線上線下混合式教學效果評價

2020 級電氣工程與自動化專業參加“微機原理與接口技術”考試共108 人,最終考試卷面成績在60 分以上者有94 人,卷面及格率為87%。 2018 級電氣工程與自動化專業共102 人參加“微機原理與接口技術”考試,在以往傳統教學模式下,卷面及格人數為67 人,及格率為65%。 通過考試的卷面及格率對比可知線上線下混合式教學模式下,學生在一定程度上可以更好地掌握“微機原理與接口技術”知識點。

此外,在2022 年第二學期末,通過向電氣工程與自動化專業108 名同學發放調查問卷來統計學生對于參與線上線下混合式教學的評價。 問卷調查結果如表1 所示。 其中共有88%的學生表示對“微機原理與接口技術”線上線下混合式教學方式非常滿意,他們相信新的教學模式可以很大程度上提高同學的學習積極性,同之前的教學模式相比較,新的教學手段更加靈活,師生互動更加靈活,不再局限于線下互動,也可以在線上與老師進行交流互動。 此外,該方法得到學院領導與教研室同事的很高評價,認為在萬物互聯的時代下,傳統教學模式必須結合互聯網進行革新,這種新的教學思路是未來教學方式轉變的必經之路,學院逐步在其他專業核心課程開展線上線下混合式教學革新實踐。

表1 問卷調查反饋

5 教學考核與效果評價

基于線上線下的“微機原理與接口技術”混合式教學方式圓滿完成了教學目標。 在圍繞建設創新應用型人才的工作上,利用線上教學平臺和教學工具將線下課堂拓展到網絡平臺,規避了以往教學過程中存在的弊端,提高了學生對“微機原理與接口技術”課程理論與實踐的靈活運用能力,完善了教學內容設計,拓展了教學深度,充分激發了學生線上線下的自主學習能力,優化了考核新模式,公正客觀地對學生進行教學效果的評價。 新的教學模式實現了對傳統教學的重新構建,更好地促進學生創新應用方面發展,為新工科建設創新應用型人才做出貢獻。