基于雨课堂的电子系统总线技术教学模式

【摘 要】作为电子科学与技术专业研究生的专业课程，电子系统总线技术存在知识点多、实操困难等问题，理论知识难以结合实践。本文设计了电子系统总线技术的全新课程体系，在普通授课环节的基础上加入了理论环节和实践环节，并且利用雨课堂手段提升课堂交互效果，取得了较好的教学质量和教学效果。

【关键词】电子系统总线技术 雨课堂 教学模式改革

【基金项目】杭州电子科技大学研究生核心课程建设项目（HXKC2017005），杭州电子科技大学新生研讨课程项目《网络的奥秘》。

【中图分类号】TP336；G434 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）36-0044-02

引言

随着通信技术、微机电技术与计算机网络技术的迅速发展，电子系统总线技术得到了快速发展和广泛应用，已经成为推动现代制造业发展的重要技术之一。2015年国务院发布的《中国制造2025》纲领文件以促进制造业创新发展为主题，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级[1]。《电子系统总线技术》课程包括分布式数据采集、现场总线控制网络、工业4.0智能制造、智能信号处理方法等内容，要求学生从理论上掌握现场总线控制网络的通信基础和实施方案、各种分布式数据采集与现场总线系统的技术特点、现场总线控制网络的核心技术、网络通信协议和控制网络架构、电子系统集成思想与实施方案等。通过课程学习，学生可以了解目前国内外热点技术，掌握现场总线这种可构成全分布式测控系统的核心技术，培养总线架构电子系统综合设计能力。因此，根据目前我国现代工业与制造業智能化与网络化的发展需求，掌握电子系统总线技术对电子技术相关专业研究生是十分重要与必要的[2]。

开设《电子系统总线技术》课程目的是通过系统的理论学习与相关实践，掌握现代总线通信技术与电子系统设计的基础知识、基本概念、分析方法和典型应用，了解国内外电子系统总线技术的最新技术与发展趋势，培养总线系统设计的能力，为深入学习专业知识和从事科研实践活动打下坚实的基础。在电子科学与技术学科开设《电子系统总线技术》课程，符合学科信息化与工业化发展的客观需求，也是践行国家工业4.0发展规划的重要技术储备，因此是目前我校电路与系统专业研究生的必修课。但由于本课程自身特点、教学培养方式、学生知识体系等原因，目前的教学工作面临诸多问题：

（1）课程内容知识点涉及面广、应用特性明显。本课程要求学生要掌握单片机原理、模拟电路线路、数字电子线路、通信原理、信号与系统等多门基础知识，与本科阶段课程不一样，除了理论基础知识以外，还需要紧密联系工程实践，从工业实践中来，又要应用于工程实践。（2）学生基础差异化较严重。我校电子科学与技术学科每年招收的绝大多数硕士研究生来自其他学校和相关院系，他们的知识背景、知识结构、理论基础、理解能力、实践能力等差别很大，部分学生缺乏相关知识背景。（3）课程内容体系不统一。目前国内较少高效开设了这门课程，而且已开设课程高校的内容设置差别较大，如何针对我校电子科学与技术学科的发展特色与实际需求，在不违背教学大纲前提下，合理选择课堂教学和实践内容，直接关系到教学内容的科学性、完整性和系统性。（4）学生就业目的性突出。目前研究生较为以工作为导向进行课程的选择，一般不倾向于工业环境的就业选择。而本课程立足于工业现场环境，是智能制造和工业4.0技术的重要知识基础，理论与实际联系较为紧密，因此必须培养学生对本课程的兴趣。

本文将雨课堂技术引入到《电子系统总线技术》课程，设计了授课环节、理论环节和实践环节，并且利用雨课堂手段提升课堂交互效果，取得了较好的教学质量和教学效果。

一、教学模式改革

（一）全新课程体系设计

根据教学大纲和技术发展，对电子系统总线技术课程的内容体系进行了精心设计，具体课程体系如图1所示，内容包括针对智能制造、工业4.0和物联网技术的电子系统和总线技术，课时安排由授课环节（8课次）、理论环节（2课次）与实践环节（6课次）三部分内容组成。

（1）8课次授课环节主要从课程的知识体系出发，让学生全面了解电子系统总线技术的技术涵盖，内容包括：电子系统总线技术导论、电子系统设计提高篇、智能分布式测控系统、 现场总线通信理论、常用串行总线技术应用、无线传感网与物联网、嵌入式系统编程开发、图像视频智能分析技术。

（2）2课次理论环节主要从研究生的理论研究能力与手段着眼，锻炼文献查阅能力与科研文字撰写能力，包括文献阅读、文献报告、论文撰写。

（3）6课次实践环节主要从电子科学与技术学科学生的实践动手能力和新设计工具方法的角度出发，内容包括：电路设计与仿真、网络设计与模拟、Simulink、Labview编程、总线分析软硬件、Raspberry Pi 等[4]。

（二）全新课堂教学方式

雨课堂[3]是清华大学在线教育办公室和学堂在线共同推出的新型智慧教学工具，可将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。使用雨课堂，教师可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，师生沟通及时反馈；课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案。雨课堂科学地覆盖了课前——课上——课后的每一个教学环节，为师生提供完整立体的数据支持，个性化报表、自动任务提醒，让教与学更明了。

通过雨课堂技术手段，可以实现随堂习题、课堂小测、不懂反馈、弹幕、投稿、随机点名等交互式操作。在授课环节，本课程主要利用了雨课堂的如下功能：

（1）课前预习：通过提前在雨课堂发布预习内容，督促学生进行课前预习；（2）课堂签到：每次课上通过课堂签到功能，追踪统计迟到、旷课等同学；（3）课堂交互：通过开启学生弹幕功能实现问题反馈，实现师生双向交互；（4）在线测验：定时开设在线小测验，实时统计学生对知识点的掌握程度；（5）课后复习：课后学生可以通过课件翻阅和打印，对课堂内容进行复习；（6）期末考试：利用雨课堂试题发布功能进行手机端考试、批改与统计。

理论环节采用了学生课堂报告的形式，将课堂报告发至雨课堂讨论区，让学生课内课外都可以自由地表达和质疑。实践环节通过课后分小组进行设计实验，并将实现结果进行发布，通过问题交流，促使学生深入地去掌握软件工具和新型设计方法。

因此，通过雨课堂这一新兴的教学方法和技术手段，结合电子系统总线技术的课程改革，达到了外在教学方法与内在知识体系的完美结合，两者相辅相成，互相作用。

二、教学效果

电子系统总线技术课程的教学模式改革在2017年-2018年第一学期88位选课的研究生同学班级上进行初步试验。雨课堂微信端课程操作界面、雨课堂电脑端新建试卷等操作界面如图2和图3所示，学生课堂报告如图5所示。课堂上将88名同学分为了20个小组，平均每组4名同学，除了授课环节以外，理论环节和实践环节的设计与实验以小组为单位进行。具体的实施方式包括课堂报告、课堂辩论、课外讨论、效果演示、成果展示等环节。课程之后，2017-2018年第二学期还继续追踪选课研究生参与科研项目的情况，本课程内容在实际科研中的效果调查，以及选课研究生的发表科研论文（特别是英文论文）的情况，验证本课程教学模式改革的长期效果。2018年-2019年第一学期将对教学模式改革进行进一步完善。

三、结语

雨课堂将课前——课上——课后的每一个环节都赋予全新的体验，快捷免费地实现大数据时代的智慧教学。本文在全新设计电子系统总线技术课程体系的基础上，利用雨课堂软件这一新型的技术手段实现研究生课程的类翻转课堂模式，提供教学数据全周期采集、量化学习情况，帮助教师精准教学。通过本学期的实践教学，发现全班88名学生的学习热情较高，课外投入的時间较长，10余名学生发表了英文科研论文，近一半学生参与了科研项目，因此取得了较好的教学效果与教学质量。

参考文献：

[1]中国制造2025. http：//www.gov.cn/zhuanti/2016/MadeinChina2025-plan/index.htm [BL/OL]， 中国国务院， 2015.

[2] 李宏毅， 廉根宽. 体验式教法在“现场总线技术”课程教学中的应用， 现代职业教育 ， 2018.1： 121.

[3] 雨课堂. http：//ykt.io [BL/OL]， 清华大学&学堂在线， 2018.

[4]树莓派. https：//www.raspberrypi.org [BL/OL]， The Raspberry Pi Foundation， 2018.

作者简介：

蔡文郁（1979-），男，杭州电子科技大学，博士，副教授，主要从事物联网、无线传感网及嵌入式技术研究。