《C51单片机编程与仿真项目课程》线上教学改革与实践

2020-03-21夏晓玲

鄂州大学学报 2020年3期

夏晓玲

（鄂州职业大学电子电气工程学院，湖北鄂州436099）

疫情期间为阻止病毒蔓延，大部分行业处于停摆状态。教育却以其行业的特殊性继续前行，在教育部的“停课不停学，停课不停教”文件精神的指导下，全国开启了“云端教育”模式。

周期性的教学诊断工作要求专业课程教学诊断从混合式教学、课堂活力、创意创新意识、课程思政渗透、劳动意识、课程成绩、学生与教师距离，学生技能比赛成绩等方面进行分析和总结。特殊时期的纯线上课程教学从教学内容、教学设计、教学模式、教学评价、资源建设、教学方式、教学手段、教学组织等方面存在的问题给课程诊断与改进提供了新的诊改要点。“C51单片机编程与仿真项目课程”是应用电子技术专业核心课程，集硬件和软件设计仿真于一体，是一门典型的理论和实践相结合的课程，本课程线上教学的改革与实践研究对应用电子技术专业课程诊断与改进有着重要的意义。

一、线上教学存在的弊端

（一）师生不能真实面对面

英国心理学家菲德瑞克·巴特莱认为学习是一种建构活动。[1]线上教学和线下教学是两种不完全相同的建构活动，区别在于“教”和“学”两端之间的传输途径和传输距离不同，线上教学不如线下教学交流方式多、沟通效率高、教学情境真实。线上教学给教师驾驭课堂增加了困难，教师在组织教学时不能及时全面地了解到每一名学生的听课和训练情况，不利于及时做出相应教学策略的修正，学生在学习中存在的疑问得到教师解答和回复的周期加长，教学效果受到影响。“C51单片机编程与仿真项目课程”进行到第二周后的问卷调查和教学平台反馈的数据分析结果表明师生线上教学需要多渠道短周期的沟通和交流。

（二）学生不能全面动手实践

课程教学目标是否实现是评价一门课程教学质量的唯一标准。[2]“C51单片机编程与仿真项目课程”教学目标包括知识目标、能力目标和素质目标，其中能力目标是学生通过本课程的学习能够搭建单片机小型系统，能够运用C51语言编写单片机小型系统控制程序，能使用电路软件设计并绘制出产品及系统的原理图，能够完成简单的单片机控制产品的软硬件设计、开发及调试。这些能力目标的实现必须通过训练完成。本课程本应采用线上线下混合教学模式完成课程教学目标，纯线上教学不利于学生技能的训练，部分学生由于没有电脑不能动手实践。

（三）网络教学资源与课程贴合不够

对于高职课程教学来说，所有公共的网络教学资源只能起到辅助教学的作用。中国慕课、职教云和我要自学网等课程平台上单片机课程教学资源（课件、视频、音频和图片）很多，但这些教学资源中部分不适合高职学生的学习，部分高职教学资源也与我校应用电子技术专业的“C51单片机编程与仿真项目课程”融合度不够高，现有的网络教学资源不能满足本课程的教学需要。

（四）网络平台拥堵

线上教学依赖于网络平台。“疫情”期网络平台用户激增，造成网络信道极其拥堵，使得超星学习通平台、职教云平台和腾讯平台等多种教学平台直播卡顿，教学资源上传速度慢，短时间内给教师组织和实施教学带来了困扰。

二、课程改革方法

（一）创新建构教学活动

瑞士心理学家皮亚杰提出了认知是一个外界信息与个体已有图式同化和适应的过程。在此基础上，美国认知心理学家雅娜·温斯坦和梅根·史密斯指出，教学意味着教师不仅需要将知识教给学习者，同时还需要教授其学习策略。[1]目前，基于教育行政部门的强力推进，高职院校普遍重视“三教”改革，即教师、教材、教法，更重要的是要站在学生的角度去重视“三学”改革，即学生、学法和学材。本课程针对线上教学存在的问题，兼顾学生“疫情”期间的心理因素，在专业标准和课程标准的指导下修正教学策略，重新选择教学项目并细化教学任务，修订教学实施计划，改革教学设计、教学组织、教学实施和教学评价等一系列教学活动，以“三学”为出发点，引导学生掌握线上学习策略，从而打造线上高效课堂。

1.重构教学项目，细分教学任务

将本课程原有的线上线下混合教学项目修改为适合线上教学的项目，为了提高学生的硬件电路设计能力和编程能力，增多了适合Proteus软件仿真的各种霓虹灯效果的项目任务，利用“开关控制交通灯”、“广告灯”和“生日音乐彩灯盒”等任务承载C语言编程和单片机I/O口应用的教学内容，利用“数字钟”、“数字万用表”和“双机通信”等任务的硬软件设计和仿真让学生学会单片机应用系统中显示、中断、定时计数以及串行通信等模块电路设计和软件编程。

教育心理学研究的学生对知识的接受能力与学习知识所用的连续时间之间的函数关系表明学生的注意力持续集中时间不能太长。据此科学地将教学任务细分成微任务以便适应线上教学，比如，将“数字钟的设计与实现”这个教学任务拆分成“简易电子秒表的设计与实现”、“带按键的电子秒表的设计与实现”和“全功能数字钟的设计与实现”等任务，又将“简易电子秒表的设计与实现”任务进一步细分成“一位计数器的设计与实现”、“多位计数器的设计与实现”和“一位电子秒表的设计与实现”等递进式小任务。让学生在小步学习中获得成就感，从而提高学生学习兴趣，吸引学生注意力，缓解“疫情”带来的压力。

2.创新教学设计，把握教学环节

提前了解“疫情”期学生的心理，站在他们的角度，根据他们的要求，精心设计好教学过程中课前、课中、课后三个环节。

课前在网络平台上发布下次课的教学资源、教学任务和教学重难点，利用小游戏式的测试帮助学生了解重点知识，在后台查询观看进度，教师提前了解学生课前预习情况并适当引导。课中将发布的教学任务细分成微任务，利用点对点、小视频、小讨论、小测试、小评价等，一段一段向前推。同时，在课程中巧妙对学生进行防疫心理疏导，进行正确引导和正能量教育。课后布置拓展学习任务，在教学平台上实时交流和答疑。每上完一次课让学生在网课平台上反馈学习情况并给出课程评价，及时获取学生的满意程度和要求，结合教学目标，修订下一次课的教学实施方案。通过螺旋式上升的方法，不断完善和改进教学实施方案，把握课堂中各个教学环节从而完成课程的教学目标，将网络课堂打造成高效课堂。

3.实施线上教学，驾驭网络课堂

网络教学中做不到与每名学生面对面，但可以利用直播平台做到点对点教学。第一个点对点是用小任务承载知识点和技能点，利用示范法、讲解法和问题导向等教学方法，完成一个个小知识点和技能点的教学，从而有效驾驭课堂。比如，教师利用QQ屏幕分享示范“控制汽车转向灯”任务时，利用Proteus和Keil软件，边画电路边讲解电路设计要点，整个过程中夹着提问和讨论，从开关控制电路的硬件设计和编程到汽车转向灯的硬件构成和软件设计，一点点地向前推进，利用小步快进法让学生学会如何进行硬件和软件设计的同时掌握了为什么要这么设计和调试，完成教学的知识、能力和素质教学目标。另一个点对点是学生在拓展训练任务时，利用点对点教学，教师对学生进行单独指导和答疑，通过QQ远程控制进入学生电脑单独指导他们完成拓展训练任务。

4.形成性考核和终结性考核相结合

课前布置学生观看视频和课件，老师后台查询进度，将每次进度纳入考核中。课中每学完一个小知识点和技能点后，设置一个小讨论和一个小测试，根据学生参与和回答问题的积极度以及在课堂中体现的个人素质进行考核评价。课后根据学生完成拓展任务的程度进行考核。形成性考核成绩和终结性考核成绩构成学生本门课程的最后成绩。[3]

（二）创设虚拟实践环境

本课程是一门理实一体化课程，实践教学在本门课程中占有40%的比重。要通过线上教学完成实践教学环节就要利用虚拟仿真，“C51单片机编程与仿真项目课程”用Proteus和Keil两个软件创设了仿真环境，利用硬软件联合仿真和调试完成实践教学任务。

将学生分成有电脑组和无电脑组进行分层教学，在学练任务和拓展任务的训练中要求有电脑组的同学在Proteus和Keil两个软件中完成硬件和软件设计并能进行在线联合调试，如有疑问立即在课程学习QQ群提出，老师实时给出回复和指导。无电脑组的同学用笔纸画出电路图和编写程序并拍照发到QQ群，点对点安排成绩好且有电脑的同学将他们的设计用软件实现，并在QQ群里展示每一步调试过程，在老师的监控下他们经过反复调试完成教学任务，同时安排有电脑组和无电脑组的同学课后搭对学习，相互帮助和讨论，最终学生们都掌握了对应的知识点，学会了对应的技能点。

（三）重组和建设教学资源

1．重组教学资源

筛选优秀的网络教学资源，根据本课程的教学设计在优秀的PPT资源基础上重新制作便于本课程实施的PPT，利用喀秋莎软件（Camtasia Studio）对优秀的网络课程视频进行录屏并剪辑，重组生成满足本课程教学设计的教学视频，提高了网络平台教学资源与本课程的融合度。

2．建设教学资源库

利用正在建设应用电子技术专业教学资源库的机会，将本课程每一个任务分成整体设计、硬件设计与仿真、软件设计与调试、总结和拓展四部分，每部分录制一个微课视频并制作PPT，将难点内容制作成动画视频，以课程目录为脉络将这些视频、动画和PPT等教学资源上传到学习通平台形成贴合本课程的教学资源库。

（四）尝试和筛选教学平台

线上教学要提前尝试和筛选学习平台。开课初期对多个教学平台进行尝试和比较，最终选择了“学习通”平台承载教学资源和开展教学活动，利用晚上信道不拥堵时上传课程教学资源材料供学生课前自主学习和课后复习，选择QQ作为直播教学工具，以便直播讲解、答疑或操作演示等，选择中国慕课（MOOC）、职教云和我要自学网等平台作为学生拓展学习资源平台。