线上线下案例式教学在本科生创新能力培养中的应用实践——以“单片机原理及应用”课程为例

江娟娟 诸志龙 娄 柯 陆华才 黄宜庆

（安徽工程大学电气工程学院，安徽 芜湖241000）

0 引言

《单片机原理及应用》课程作为我院自动化、电子、通信等专业必修的且非常重要的一门专业课，自动化专业又作为一个直接面对工程应用的专业，所以教育部工程认证过程中对于该专业毕业目标的要求更加强调对学生应用创新能力的培养与评价体系。而学生对《单片机原理及应用》课程学习效果的好坏，直接影响到其在工程实践中应用所学知识的能力，因此《单片机原理及应用》课程的教学在自动化专业学生能力培养中具有非常重要的意义。

随着学校办学规模和层次的提高，为了适应教学的发展，如学科评估、专业认证的需求，安徽工程大学电气工程学院需要对《单片机原理及应用》课程不断建设和完善，因此单一的教学方式已经越来越无法满足教学中的需要，而依托平台的线上线下案例式教学方式，可以把线下班级授课制群体学习优势和网络学习个性化融为一体，是信息技术与教育教学深度结合的有效实践方式，本文所完成的教学研究项目即是以大学生创新项目作为学习载体、以学习通作为线上操作平台，通过线上发布便于学生准备和查阅资料的指导性教学资源，线下通过对相关案例的小组讨论、你讲我听、代表发言、教师总结性解析等方式，最后通过科学合理的学习成绩评定机制，针对《单片机原理及应用》课程中使用案例式教学在自动化专业本科生创新能力培养中的作用做了积极的探索，最初基于以下几点思考：（1）随着互联网、信息技术、人工智能快速的发展，线上线下相结合的混合教学已成为教学研究和实践的重要方式，这种教学模式需要综合运用不同的学习理论、技术手段和方式，对教师的教学资源建设、教学设计和教学管理提出了更高的要求。（2）现在的大学生都拥有自己的手机、电脑或平板，随着5G时代的进一步来临，在互联网环境中长大的新生代们，更需要更容易接受多样化、便利式的学习方式和平台，因此，线上线下的混合教学方式更加适合他们的需求，对学生积极的学习和间接增加学生学习时间具有十分重要的意义。（3）对于绝对注重工程实践能力的自动化专业的本科学生来说，案例式准备亲自实践的讨论式学习方式，更加能够调动学生的学习积极性。（4）科学合理的成绩评定机制，更能够成就学生的获得感，也能促使学生建立自己的学习目标。

1 学习模式的构建

针对现代大学生的特征进行详细分析，在电视、电脑、手机和5G的这样一个精彩的网络化时代，在互联网环境中长大的网生代是敢于自我和表达个性的一代，他们不满足于线下被动传授的学习方式的情况下，通过科学合理地构建符合他们需求的学习新模式、新方法和新途径，可以建立更多的新资源。本文以学习通为平台构建的线上线下相结合的案例式教学模型如图1所示。

图1 平台支持下的线上线下案例教学模式结构图

1.1 线上资料推送

首先推送的是教师主导的指导性资源，教师课前提出学习任务和问题，为线上学习指明主要方向，要充分考虑涉及的任务的难度，还要考虑到学生对问题能达到的认知度，以激发学生的探索欲望为原则，线上课程资源的设计和利用将是决定课程教学效果好坏的关键性因素，也影响着学生学习的动力和兴趣。

1.2 学生自主学习

学生自主学习过程中，首先要完成教师推送的概念预习，对案例进行深入思考，并准备好阐述自己的理解和看法，为线下课堂做好充分的准备。

1.3 线下课堂

线下教学的重点应该是引导学生掌握新信息的方法、途径和手段，快速掌握不断更新和变化的新资源的能力和技巧。把教材内容分成若干个专题模块和线上数字化资源一起整合，让学生随时随地碎片化学习。

1.4 教学评价

注重过程评价和结果评价相结合，课前以概念思考、选择题的方式作为课前引领的自主学习能力评价；小组讨论中的你问我答方式，反映学生学习参与度，以及小组代表发言作为课中学习效果评价；课后学生作业完成态度评价。

2 教学实施路径

为了验证本文所提线上线下相结合的案例式教学在本科教学创新能力培养中的实际效果，笔者将该方法应用在《单片机原理及应用》课程教学中，实施过程中利用了学习通作为线上平台，具体实施路径和关键技术与传统的单一线下课程比较如图2所示。

2.1 基于平台的指导性资源设置

笔者对学习通平台的功能与使用进行了详细的学习与功能分析，平台中不仅有资料的上传，而且还有学习讨论和数据统计的功能。首先，将案例分析在资料中上传，在讨论去设置引导性问题，让同学们根据主题所思所想进行积极讨论。例如，在讲到计数器/定时器的方式以及控制寄存器这个部分的时候，可以“基于单片机控制能实现彩灯依次循环点亮”这个应用作为教学案例上传到线上平台，并提出功能要求和配上简单的电路图。同时在讨论区发布如下学生可以查阅问题：单片机中有哪些特殊功能寄存器与定时器/计数器有关系？你能举出身边的几个单片机应用实例吗？定时器/计数器两个功能能否同时使用？如何指定其功能？在应用定时器时，通过谁来告诉单片机？如何告诉？如何调整定时时间？定时器/计数器溢出时该如何处理？这些问题在教师提供的教学资料中都能找到答案，而这些问题的提出则激起了学生探索欲望。平台指导性资源设置如图3所示。

图2 实施路径和关键技术

图3 指导性资源设置

管理和学情统计如图4所示。

图4 学生管理和学情统计

2.2 教学的准备与执行

课堂教学的准备主体包括学生和老师，当教师发布指导性资源以后，为了让学生积极主动地参与到准备过程中来，要做到真正帮助学生在有限的时间内获取更多的相关知识，教师必须为学生提供一个畅通的沟通和交流渠道，教师可以与学生约定每天一个固定的大约半小时的时间，围绕资源中提供的某个具体问题，教师与学生之间，学生与学生之间展开具体的讨论，这样可以反馈认识，指导更深入的准备工作，也可以帮助学生更顺利地做好课前准备工作。

有了前期的主体准备工作后，课堂执行阶段将会变得更加轻松有趣，教师可以先花少量的时间讲解必要的知识点，主要把时间安排在针对案例进行小组讨论，畅所欲言，小组讨论过程可以采取代表发言、你说我听的形式，因为对于这节课的内容，大家都是有备而来，所以课堂定会更加活跃。课堂最后，老师进行归纳总结，并适当串联起知识点之间的联系，这样便能够高质量地完成本次课程的教学目标。

2.3 教学评价机制

合理的学习评价机制是调动学生学习积极性的重要保证，本次项目中的教学评价分为教师对学生的学习表现的评价和学生对教师的教学满意度评价两个方面。

学生对教师的教学效果评价采取问卷式调查的形式开展，笔者对同一位教师所授课程《单片机原理及应用》原有培养模式下的自动化专业82名学生和本项目实践下的自动化专业83名学生进行了问卷式调查，本次调查包括以下几个方面：学习效果评价、参与师生交流度、学习内容的饱和度、学习方式的方便度、评价方式的合理性。可选择内容均包括非常满意、满意、一般、不满意。发出问卷全部收回统计，并对两次问卷情况进行了比较，结果如图5所示。

表1 学生课中表现平时成绩评价表

图5 两种培养模式问卷调查结果比较

从两种培养模式问卷调查的比较结果可以看出，两种模式下都没有收到不满意的问卷，本项目实践下的培养模式调查结果的非常满意率明显高于传统模式，但在学习方式的方便度上非常满意率低于传统培养模式，可能的原因是学生认为基于案例的学习模式，需要花去更多的课前准备时间，但学生对这种教学方式总体上是认可的。

3 教学总结与教学反思

本文所实践的线上线下教学模式，由于学生课前能够接触到大量的指导性资源，在上课之前就能熟悉即将学习的课堂内容，并且已经有了在指导性资源的指导下尝试自行解决课程问题的机会，这样使得教师在教学过程中能够更加顺利地开展工作，一方面可以提高学生学习的目标性和积极性，另一方面教师能够更好地掌握学生的困惑所在，学生对于有备而来的课堂过程必然也能使师生关系更加和谐。

随着网络化社会的不断进步，以及学科交叉和学科应用领域的不断拓展，传统的教学模式已经不能完全适应当代大学生的学习习惯和需求，更新更有效的教学方式必然在教学中发挥着巨大的潜在优势，所以，不断尝试行之有效的综合教学模式也是高校践行“三全育人”模式的有效探索。

在本次教学研究项目实践中，笔者深刻地体会到，尝试一种新的教学模式在新的课程教学中的应用时，教师需要完成大量的积累和准备工作，而且教师前期准备工作完成的质量极大地关联着新教学模式的实施效果。一方面，学生线上准备的效率直接取决于教师提供的指导性资源内容的启发性；另一方面，指导性资源与学生所学专业领域的应用程度，也将影响着学生学习的积极性，只有让学生真正意识到将要学习的内容是学有所用的，才能激发学生的学习内驱力，这样也才能更好地契合高校对于课程思政的核心要求。