OBE理念下智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)案例設(shè)計(jì)

王玉香 章曉忠

摘??要：將基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcome?Based?Education，OBE）引入單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)之中，設(shè)計(jì)了智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)的教學(xué)案例。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控?zé)艉妥詣?dòng)控?zé)?、時(shí)鐘顯示、語音播報(bào)等功能。在實(shí)踐中，以目標(biāo)成果為導(dǎo)向，分功能模塊，設(shè)計(jì)不同難度的學(xué)習(xí)目標(biāo)，將虛擬仿真和實(shí)物搭建相結(jié)合，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)模塊知識(shí)、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)能力、專業(yè)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)，循序漸進(jìn)，并將融入思政元素和培養(yǎng)能力貫穿案例教學(xué)全過程，為其他專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：教育模式?智慧教室?單片機(jī)?教學(xué)案例

中圖分類號(hào)：TU855；TP368.1；TP273

Case?Design?of?the?Intelligent?Classroom?Monitoring?System?Based?on?the?OBE?Concept

WANG?Yuxiang??ZHANG?Xiaozhong

（Bozhou?Vocational?and?Technical?College，?Bozhou，Anhui?Province，?236800?China）

Abstract：This?paper?introduces?the?educational?model?based?on?outcome-based?education?（OBE）?into?the?practice?teaching?of?the?single-chip?microcomputer?course，?and?designs?the?teaching?case?of?the?intelligent?classroom?monitoring?system?which?can?realize?functions?such?as?the?manual?control?and?automatic?control?of?lights，?clock?display?and?voice?broadcast.?In?practice，?guided?by?the?target?outcome，?it?designs?learning?goals?with?different?difficulties?based?on?different?functional?modules?and?combines?virtual?simulation?and?physical?construction?to?train?and?cultivate?the?basic?module?knowledge，?system?analysis?and?design?ability，?professional?literacy?and?humanistic?literacy?of?students?gradually，?and?it?runs?the?integration?of?ideological?and?political?elements?and?ability?training?through?the?whole?process?of?case?teaching，?so?as?to?provide?reference?for?the?practical?teaching?of?other?professional?courses.

Key?Words：Educational?pattern;?Smart?classroom;?Single-chip?microcomputer；Teaching?case

黨的二十大報(bào)告提出：“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐?！毙鹿た票尘跋?，高職院校如何肩負(fù)好人才培養(yǎng)的重任，如何培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣、思維活躍、善于創(chuàng)新，能利用交叉融合學(xué)科解決實(shí)際問題，可以直接對(duì)接行業(yè)需求的綜合素質(zhì)和人文素養(yǎng)俱佳的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，一直是各高校研究的熱點(diǎn)【1】。

OBE理念強(qiáng)調(diào)以最終教育成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，利用逆向思維，解決學(xué)生“學(xué)什么”“為什么學(xué)”“怎么學(xué)”“如何判斷學(xué)習(xí)效果”4個(gè)問題，并在問題解決過程中不斷改進(jìn)和完善，進(jìn)而達(dá)成教育目標(biāo)。OBE是工程教育認(rèn)證中最普遍、最核心的教育理念【2-4】。基于此，將OBE理念引入《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程實(shí)踐教學(xué)之中，以智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)綜合案例設(shè)計(jì)為例，開展實(shí)踐教學(xué)、課程思政教學(xué)探究，將知識(shí)、能力、素養(yǎng)（思政效果）作為教學(xué)目標(biāo)，并融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)學(xué)生心行合一，培養(yǎng)學(xué)生靈活獲取知識(shí)的能力、解決實(shí)際問題的能力、職業(yè)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的全面發(fā)展【5-6】。

1??OBE理念下系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定

以“智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)”為設(shè)計(jì)目標(biāo)，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在前期基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和基礎(chǔ)模塊應(yīng)用練習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合資料查閱，完成系統(tǒng)方案的論證、元件模塊選型、系統(tǒng)仿真、硬件搭建、系統(tǒng)調(diào)試、報(bào)告撰寫和考核匯報(bào)【7-8】。在各環(huán)節(jié)開展過程中，教師結(jié)合過程化考核情況，調(diào)整教學(xué)。同時(shí)，在此過程中，教師將學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作、節(jié)能環(huán)保等素養(yǎng)和理念，創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題能力，單片機(jī)知識(shí)掌握和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力作為案例實(shí)施的目標(biāo)成果。

為便于學(xué)生主動(dòng)參與，本案例項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景選取學(xué)校教室這個(gè)學(xué)生熟悉的場(chǎng)合。目前的普通教室是通過開關(guān)手工控?zé)舻?，?jīng)常出現(xiàn)教室無人，燈還亮著的情況。設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生基于“節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、科技服務(wù)于生活”的理念，針對(duì)教室這一場(chǎng)所，提出智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。這個(gè)設(shè)計(jì)的基本要求是具備自動(dòng)/手動(dòng)控?zé)?、?dāng)前教室人數(shù)檢測(cè)、時(shí)鐘顯示、語音播報(bào)等功能，學(xué)生也可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展。

結(jié)合目標(biāo)成果，按照設(shè)計(jì)目標(biāo)，分功能模塊將學(xué)習(xí)目標(biāo)劃分成不同等級(jí)，并據(jù)此評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，監(jiān)控最終成果的達(dá)成情況。

2??OBE理念下系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，功能模塊包括手動(dòng)控?zé)舻哪K、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控?zé)舻哪K、時(shí)鐘顯示模塊、語音播報(bào)模塊以及擴(kuò)展功能模塊等。

根據(jù)系統(tǒng)基本要求，引導(dǎo)學(xué)生在前期知識(shí)學(xué)習(xí)和練習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合資料查閱，通過討論，確定可行方案，并依據(jù)可行方案，完成模塊選型、程序編寫、仿真調(diào)試、硬件搭建和軟硬聯(lián)調(diào)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式和效果不同，將學(xué)習(xí)目標(biāo)劃分為3個(gè)等級(jí)，并據(jù)此評(píng)價(jià)學(xué)生。

等級(jí)1。采用內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管時(shí)鐘顯示，且時(shí)間可調(diào)，在人數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)按人數(shù)按區(qū)自動(dòng)控?zé)簟⑹謩?dòng)控?zé)?、語音播報(bào)。本部分訓(xùn)練與考核學(xué)生基礎(chǔ)的輸入和輸出設(shè)備的能力，即獨(dú)立按鍵和對(duì)數(shù)碼管的靈活使用；以及語音模塊、檢測(cè)模塊的簡(jiǎn)單應(yīng)用和系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力。

等級(jí)2。采用內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)1602液晶或者12864液晶時(shí)鐘顯示，且時(shí)間可調(diào)，在人數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)按人數(shù)按區(qū)自動(dòng)控?zé)簟⑹謩?dòng)控?zé)?、語音播報(bào)。本部分訓(xùn)練和考核學(xué)生獨(dú)立按鍵和對(duì)液晶顯示模塊的靈活使用，以及復(fù)雜系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力。

等級(jí)3。實(shí)現(xiàn)液晶時(shí)鐘顯示，且時(shí)間可調(diào)，在人數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)按人數(shù)按區(qū)自動(dòng)控?zé)簟⒁罁?jù)時(shí)間自動(dòng)控?zé)簦议_燈時(shí)區(qū)可調(diào)、依據(jù)光照度控?zé)簟⑹謩?dòng)按區(qū)控?zé)簟⒄Z音播報(bào)以及其他擴(kuò)展功能。本部分訓(xùn)練和考核學(xué)生復(fù)雜的系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立思考解決問題的能力。

根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和現(xiàn)有條件，選擇STC12C5A60S2單片機(jī)。人數(shù)檢測(cè)采用兩個(gè)漫反射光電開關(guān)E18-D80NK，有人通過時(shí)輸出低電平，也就是邏輯為“0”，沒人通過時(shí)輸出高電平，即邏輯為“1”，感應(yīng)距離為3～80?cm，通過尾部旋鈕可調(diào)節(jié)。為了統(tǒng)計(jì)當(dāng)前教室人數(shù)，這里采用2個(gè)光電開關(guān)，并排安裝在門框墻的內(nèi)外側(cè)，選取距離地面1.4?m的位置，調(diào)節(jié)感應(yīng)距離和安裝間距，使對(duì)面墻壁等障礙物不影響人數(shù)檢測(cè)，兩個(gè)光電開關(guān)之間也互不影響。兩個(gè)光電開關(guān)設(shè)為門外為A、門內(nèi)為B，則A輸出先由“1”變“0”，接著B輸出由“1”變“0”，則教室人數(shù)加1；若先B由“1”變“0”，再A由“1”變“0”，則教室人數(shù)減1，其他情況忽略不計(jì)。單片機(jī)根據(jù)以上信號(hào)變換情況，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前教室人數(shù)。選擇SYN6288語音合成模塊，采用串行工作方式??？?zé)舴绞竭x擇可通過按鍵實(shí)現(xiàn)，也可通過液晶屏實(shí)現(xiàn)按鍵切屏和模式選擇，其中，通過獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)控制是基本功能要求，而通過液晶屏實(shí)現(xiàn)的按鍵切屏和模式選擇作為擴(kuò)展功能。

3??OBE理念下系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)目標(biāo)的等級(jí)1和等級(jí)2中，開機(jī)后，顯示模塊顯示小時(shí)、分鐘、秒，通過設(shè)置鍵可以將時(shí)間設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間；開機(jī)時(shí)播報(bào)開機(jī)提示語，例如：“節(jié)能環(huán)保、人人有責(zé)”等宣傳語或者人文關(guān)懷語。默認(rèn)為自動(dòng)控?zé)裟Ｊ?，控制依?jù)是教室人數(shù)。通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控?zé)裟Ｊ降那袚Q，在手動(dòng)控?zé)裟Ｊ较拢挚啬Ｊ街甘緹舯稽c(diǎn)亮。學(xué)習(xí)目標(biāo)的等級(jí)3中，增加按時(shí)間和按光照度自動(dòng)控?zé)簦议_燈時(shí)區(qū)可調(diào)功能。

其中，K1是時(shí)間設(shè)置按鍵，第一次按下時(shí)，進(jìn)入時(shí)間設(shè)置模式，而第二次按下時(shí)，退出時(shí)間設(shè)置模式；K2為調(diào)節(jié)小時(shí)的按鍵，每按一次，小時(shí)數(shù)加1；K3為調(diào)節(jié)分鐘的按鍵，每按一次，分鐘數(shù)加1；K4為手動(dòng)控?zé)裟Ｊ角袚Q按鍵，第一次按下，則進(jìn)入手動(dòng)控?zé)裟Ｊ剑沂挚啬Ｊ街甘緹袅?，而第二次按下，則退出手動(dòng)控?zé)裟Ｊ?，且模式指示燈滅；K5為手動(dòng)控?zé)翩I，默認(rèn)初始狀態(tài)室內(nèi)燈全關(guān)閉，設(shè)教室可容納60人，劃分為4個(gè)區(qū)域，第一次按下，1區(qū)燈亮，第二次按下，1～2區(qū)燈亮，第三次按下，1～3區(qū)燈亮，第四次按下，1～4區(qū)燈亮。在自動(dòng)模式下，教室當(dāng)前人數(shù)M小于或者等于10個(gè)時(shí)，1區(qū)燈亮；人數(shù)在10～20（含20）個(gè)時(shí)，1～2區(qū)燈亮；人數(shù)在20～30（含30）個(gè)時(shí)，1～3區(qū)燈亮；人數(shù)大于30個(gè)時(shí)，燈全亮。

學(xué)習(xí)目標(biāo)的等級(jí)3中的自動(dòng)控?zé)裟Ｊ?，除滿足相應(yīng)人數(shù)，還需結(jié)合是否在開燈時(shí)間內(nèi)和光照度是否充足這2個(gè)條件作為亮燈或者滅燈的依據(jù)。

編寫好的程序通過Proteus進(jìn)行仿真調(diào)試，完成后，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)開發(fā)板或者自己搭建的硬件平臺(tái)，完成實(shí)物的搭建和綜合調(diào)試。其中，學(xué)習(xí)目標(biāo)的等級(jí)1的仿真效果圖如圖3所示，焊接的實(shí)物圖如圖4所示。

4?學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合不同學(xué)習(xí)目標(biāo)等級(jí)，分功能模塊，按照完成情況對(duì)學(xué)生的系統(tǒng)學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式完成，并各自匯報(bào)在系統(tǒng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中具體負(fù)責(zé)的任務(wù)。最終成績(jī)包括設(shè)計(jì)過程中團(tuán)隊(duì)合作情況和學(xué)生體現(xiàn)的職業(yè)素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、最終作品完成效果、匯報(bào)情況和報(bào)告撰寫情況等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，教師會(huì)隨堂觀察指導(dǎo)和解答，并根據(jù)學(xué)生的完成情況，動(dòng)態(tài)地調(diào)整教學(xué)的內(nèi)容和進(jìn)度。學(xué)習(xí)目標(biāo)各階段關(guān)鍵考察點(diǎn)及效果評(píng)價(jià)如表1所示。

5?結(jié)語

基于OBE理念，以智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，開展教學(xué)案例設(shè)計(jì)，采用虛擬仿真和實(shí)物平臺(tái)相結(jié)合的訓(xùn)練方式。通過確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建、元件和模塊選型、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)實(shí)物搭建和調(diào)試、報(bào)告撰寫和匯報(bào)、效果評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)和步驟，通過設(shè)計(jì)的3個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)等級(jí)，循序漸進(jìn)從基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用訓(xùn)練考察到系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練考察，再到復(fù)雜系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練考察和創(chuàng)新能力、解決實(shí)際問題能力的訓(xùn)練考察，學(xué)生最終完成此項(xiàng)目后，將獲得預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

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