混合式教学在《单片机原理及应用》的实践与探索

恽志东 刘华东 郭福力

0 混合式教学的内涵

混合式教学是将在线教学与传统教学两种教学组织形式有机融合，通过“线上”+“线下”的途径开展教学。其中线上教学作为教学的必备活动，线下教学则是基于“线上”的前期学习成果开展的由浅入深地引向深度学习的教学活动。混合式教学通过运用信息技术，以建构主义学习理论为基础，强调以学生的学习为中心，知识与能力的习得通过学生在主动建构的过程中完成。为此，混合式教学被称为是“教学模式的根本变革与再设计”，并提出了混合式教学的三个特征：由教师为中心转向以学生为中心；增强学生与学生、学生与教师、学生与内部、学生与外部资源之间的交互；采用形成性评价与总结性评价相结合的评价机制[1-3]。

1 课程现状及存在的问题

《单片机原理及应用》课程作为机械设计制造及其自动化专业的核心必修课程，要求学生具备较强的理论基础同时强调技能实践的操作，课程教学班级人数在250 人以上。学生在学习过程中普遍反映课程内容抽象、逻辑性差、知识点分散、难以抓住重点。课程的改革一直在延续，从参加工程教育认证前先理论后实践的传统教学，暴露出理论与实践的脱节的问题，表现在实践中所需的理论知识，在先期的学习中并没有真正掌握；再到工程教育认证采用项目化教学改革，将理论知识融入具体课程项目中，力求做到理实一体化，但教师对于课前与课后的学习无法实施管理和有效的引导，对学生的差异化需求难以兼顾，表现在有限的课堂教学中，难以完成一个完整的项目任务，学习效率低下。课程的教学活动主要存在以下问题：教学方式单一，教学效果欠佳；教学过程缺少互动环节，能力培养失位；课程评价权重失衡，有效指标缺失。

2 混合式教学模式的实践

以工程教育认证的“以学生为中心”“产出导向”“持续改进”为核心理念，针对课程教学中所存在的问题，重构教师的教学观和学生的学习观。教学不是知识的传递，而是知识的处理和转换；学习是学习者根据自己的经验背景，对外部信息进行主动地选择、加工和处理[4]。将混合式教学模式引入课程教学，借助网络教学平台工具，围绕课前、课中和课后三个学习阶段，将教师的教学活动和学生的学习活动以互动合作的方式，完成对所学知识的意义建构过程，共同达成教学目标。

2.1 课程教学资源的设计与开发

课程教学资源是开展混合式教学的基础，单片机课程的教学资源主要包括各类教学视频、开发软件（Proteus 仿真软件、Keil C 编译软件）、程序库、习题库及教学PPT 等。除了引入网络上优质的网络课程资源（例如中国大学MOOC 和爱课堂平台上的国家精品课程资源），还结合本专业学生的特点和知识结构自建了混合式教学模式的新资源。单片机课程主要内容包括单片机结构及原理、汇编指令系统及程序设计、接口技术及应用系统设计三大部分。各部分内容具有较强的关联性，同时各相关章节都有独立的基础知识，要求学生面对繁多的知识内容具备系统性、层次化的思维能力。针对学生学习过程中难于把握的特点，设计了每章节的课前导读部分，借助思维导图将章节主要知识点及各知识点之间的相互联系、扩展应用更加直观的层次化表述出来。学生在大致了解了章节的知识框架和重点之后，再观看课前预习视频，进行课前内容的测试，完成课前自学的全过程。在涉及有实验环节的知识章节单元里，通过录制对应的实验微视频，将软硬技能融入课堂教学，便于学生知识向能力的转化。

2.2 教学过程中的多元互动环节

传统教学过程中教师以知识传授为主，学生被动式学习。教师只能关注课堂阶段的学生表现，即使设计有互动环节也因为学生个体化的需求，无法提供差异化的教学服务。同时对学生的课前预习与课后练习环节，缺乏有效的监督管理，教学效果难以保障。混合式教学借助教学平台在课前、课中、课后三个阶段进行多元的互动教学活动，实现了课堂教学的有效延伸和互补，促进知识的内化。

课前学生通过学习终端自主学习教师推送的教学资源，完成学前任务，将自主学习过程中遇到的问题和疑难点通过网络在线平台与同学展开在线讨论，教师同时进行在线答疑，指导学生完成对学习内容的先行探索。为检验学生自主学习效果，可以通过在线检测试题，即时反馈正误，起到诊断与激励的作用。在此阶段，教师的主要任务是辅助学生，通过查阅学习信息调控学习进程。

教师依据课前的反馈信息，及时调整教学设计方案。在课堂教学中精讲前期存在的问题，学生对自学阶段理解不透彻的知识重点学习。教师发布随堂探究任务推送至学生终端，学生以小组形式开展协作探究学习，进行生生互动讨论，发表见解并提交成果。教师通过追问、补问等方式引导学生进行深度思维，并通过生生互评、教师点评等环节进行及时指导与纠正。

课后巩固训练是教学过程不可或缺的环节，是克服遗忘的有效手段。网络平台的学习资源可供学生无限次重复使用，帮助学生强化认知。教师通过教学平台发布拓展性探究任务及分层次的课后练习，推送拓展学习资源，组织学生学习讨论，学生在平台讨论区发表和交换各自观点和思路，教师则可以采用启发与点拨的方法，引导学生主动思考与探究，调控讨论方向与进程，最终由学生自己得出结论，形成对知识多样化的建构。教师完成课后练习主观题目的批改，通过录制习题微课上传平台，学生进行纠错总结，调整自己的学习计划。最后师生共同进行教学反思，由教师对学生的学习效果进行形成性测评。

2.3 项目式实践教学环节

实践教学环节是单片机课程的重要组成部分，着重对学生技能目标的培养与训练。技能目标注重软硬技能的融合，要求学生能熟练进行硬件电路设计和单片机程序设计，并掌握单片机程序和系统电路的调试；培养学生信息处理、解决问题、团队合作和沟通能力以及创新意识。

依据教学内容和顺序设置了流水灯、交通信号控制、数码管与矩阵键盘、定时器与数码显示、报警产生器、红外步进电机控制等6 个实验项目。工具软件Proteus 和KeilC 的使用方法和技巧由学生通过教师录制的微视频和上传的软件使用手册先期学习完成。项目实施前，由教师在平台上发布项目内容及要求，学生自行完成项目的系统方案设计和控制算法设计，由教师在线进行诊断。项目实施阶段，学生用Proteus 软件绘制系统电路原理图，并按项目要求编译调试程序，在Proteus 软件中进行仿真；教师组织讲解系统硬件和软件设计中存在的问题，通过互动讨论由学生完成系统软硬件的纠错与调整，再到实验开发箱完成系统功能的验证。实验项目完成后，由学生完成实验报告的撰写，对实验项目的软硬件设计和调试进行总结。项目后期阶段，学生在课外以小组形式完成实物制作，提交成果后，以小组互评和教师点评相结合的方式对项目质量进行综合评价。通过开展以学生为主体。教师为主导的基于软硬件技能融合的项目式教学实践活动，促进了理论知识向实践能力的转化，学生在消化和获取专业知识的同时，也有效地提升了自身的专业技能和职业能力。

2.4 课程评价方式

传统教学模式中，教师是评价学生学习成绩的主体，期末考核成绩在学习成绩判定中的占比过大，评价主体的一元化和评价方式的单一化不能真实反映学生的全面发展。而学习成果导向下的教学评价不再局限于学生所获得知识的考察，同时强调学生良好的团队合作精神和组织协调能力、解决实际问题的能力、创新能力和创新思维能力的评价[5]。因此混合式教学模式下评价指标体系不仅要关注学生所学知识的过程性评价和终结性评价，还应充分关注学习成果的评价。结合混合式教学活动各环节的多元化交互设计，借助教学平台提供的全周期教学数据分析，将学习过程性评价与学生自评、同伴互评和教师评价相结合的多元化评价纳入课程评价体系，从多个方面、多个视角对学生的发展进行更加全面、科学、客观的评价。

对课程原有考核内容及评价方式进行修订，形成了理论考核与实践考核、过程考核与结果考核、线上考核与线下考核相结合的综合考核方式。考核成绩由平时过程考核成绩、实践考核成绩和期末考核成绩三部分构成，其中平时过程考核成绩包括考勤、作业、测验、课堂讨论（自我评价、小组评价、班级评价、教师点评）及期中考试等部分，占综合成绩比例30%；实践考核成绩包括实验报告、设计报告（自我评价、小组评价、教师点评）、各实验项目操作水平及工作成果等，占综合成绩比例30%；期末考核采用闭卷考试形式，占综合成绩比例40%。

3 结论

混合式教学不只是线上与线下学习场域方面的融合，将多元化的互动环节有效融入线上自主探究、线下协作研讨、线上拓展巩固三个学习阶段，采用过程性评价与终结性评价相结合的综合评价机制，是混合式教学实施过程的关键。多元化互动使得教师教学活动与学生学习活动有效融合，不仅有效提升课程的教学效果，还使学生建构知识能力与自主解决问题的能力得到增强，有利于学会学习、实践创新两大核心素养的养成。