混合式教学模式在单片机课程中的应用

三峡大学电气与新能源学院 文 斌 黎 鹏 杨 超 卢 云 黎丽丽

近些年随着互联网、人工智能和大数据等新技术的推动，线上教学模式大热，特别是慕课，中国大学MOOC收到了社会的广泛欢迎。然而，MOOC平台缺乏对学员学习过程的监督，不太适合直接用于高校教学。因此，针对相对少数在校注册学生的课程教育，线上教学与线下面对面课堂教学深度融合的混合式教学模式开始被关注，比较适合高校教学。本文以本科大学生单片机类课程为例，探索混合式教学模式的实施过程。

1 混合式教学模式改革背景

单片微型计算机简称单片机，是微型计算机的一个重要分支。单片机作为嵌入式应用的主角，已在人们生活和生产的各个领域发挥着极为重要的作用。单片机课程是电气信息类专业中应用性较强的课程，在新工科和工程教育认证背景下应用型人才培养中有着至关重要的地位。传统的单片机理论课教学是灌输式教育，以教师为主体，这种灌输式的教学方式，很难调动学习的自主性，也没能达到单片机实践教学的任务要求。

2014年教育部提出部分普通本科高等院校转型应用技术型大学，注重实践能力的培养。2018年4月，在教育部要求加强本科教育人才培养的大背景下，课程组提出引入慕课（MOOC）在线资源，慕课是在互联网、人工智能和大数据等新技术手段的推动下，实现的教学模式转变，是“互联网+”带来的教育革新。MOOC(massive open online courses)，即大规模的、开放的、在线课程。MOOC课程打破了时间、空间以及人数上的限制，实现了学习的碎片化。但是MOOC平台缺乏对学员学习过程的监督，不太适合直接用于高校教学。而基于MOOC平台的SPOC(Small Private Online Course)，即小规模的、私人的、在线课程，适合以学生为中心的碎片化学习。推广基于MOOC平台的SPOC教学，能够融合在线课堂与实体课堂，行成以学生为中心的高效混合型教育模式，如图1所示。

图1 以学生为中心的混合型教育模式

2 单片机理论课混合式教学过程设计

单片机理论课混合式教学过程总体思路遵循以学生为中心的混合型教育模式，学生课前利用SPOC平台自主学习，课内面对面与老师同学讨论，课后总结。下面针对单片机理论课教学详细阐述混合式教学设计过程。

2.1 SPOC混合课堂课下教学

（1）教师准备或者自建线上教学资源。线上的教学资源有但不限于课件、短视频、在线作业等，一般使用中国大学MOOC平台，辅以雨课堂等工具向学生推送PPT、视频链接等，图2所示为课堂布置课下学习任务。

图2 布置课下学习任务

（2）学生通过SPOC混合课堂线上教学资源随时随地学习新知识，并通过线上教学资源的讨论区和作业区和同学老师互动。

2.2 SPOC混合课堂课内教学

（1）课堂探讨。教师通过线上教学收集的学习数据和问题反馈，对典型问题进行讨论，可以将问题设计成小项目，采用分组教学，探讨解决方案，老师成为课堂教学的组织者和指导者。

（2）理论课引入EDA仿真技术，采用专题案例教学。借助学院建成的“智慧教室”，我们在理论课中引入了仿真技术，直观地在教室的仿真环境下进行仿真演示，让学生学习电路设计、程序编写整个开发过程。采用专题案例教学，这些案列涵盖了单片机应用需要的知识点，如：花样流水灯项目，数码管显示秒表等。学生利用课下时间完成专题项目，课上进行项目验收。

（3）学生以分组形式进行课堂翻转和专题汇报，通过互评与教师评价等，对学生的各方面能力进行比较全面和客观评价。

2.3 课后复习

学生经过课堂的学习，对于新知识已经基本掌握，但是容易遗忘，所以课后要及时对所学知识进行复习巩固。老师在学习平台上安排适当的作业题、讨论题等，促进学生总结所学知识。图3所示为线上讨论区示意。

图3 线上讨论区

3 混合式教学模式下单片机实践课程过程设计

在传统理论课上，学生缺乏实践能力的培养。传统实验课又以验证理论为主要目的，造成学生创造力缺乏，实践能力差的局面。

综合作业是学院针对提升学生综合能力所做的项目式管理设计类课程，如何利用综合作业衔接和提升SPOC混合课堂理论课所学知识，是课程组研究的重点之一。前期SPOC混合课堂理论课学生已经掌握一些解决单片机工程问题的思路和工具，也解决了一些典型的单片机案列。但还需要通过综合作业，全面经历解决单片机工程问题的过程，提升实践动手能力，解决复杂工程问题。

（1）综合作业准备环节。综合作业的课题，应考虑单片机功能的发展和特定专业科目的整合。例如，自动化专业的学生可以将“单片机温度检测与控制系统”、“单片机多功能时钟系统”、“多功能点阵显示系统”等课题作为综合作业课题。单片机的综合作业应与其他专业课程相结合。例如，在单片机综合作业期间，课题项目中的电路图设计，已通过其他课程学习。

（2）综合作业实施环节。在综合作业展开之前，布置好综合作业题目以及需要查阅的参考资料，使学生清楚地了解他们在综合作业中将学到什么。并且在综合作业课程实施过程中展示往届学生的优秀综合作业作品及其原理，狠抓动手实践，充分利用课程提供的电子元器件完成设计、组装、调试、测试等一系列过程，实现目标性综合作业设计和互动式的综合作业教学。

从19年开始，我在单片机教学中采取了基于“雨课堂”和SPOC的混合式教学，依据课程教学目标，结合课程及授课对象的自身特点，将课程的课堂教学模式设计为课前、课中和课后三个阶段的教学活动（也就是线上+线下，课内+课外的混合）。

虽然单片机混合式教学改革的时间不长，还没有进行全面的客观的数据对比。但是自从改革后，我亲身感受是所带班级的学习效果要好于以前的传统课堂，特别是对于单片机这样的实践技术课，卷面考试不能作为对学生的唯一评价，当然新的教学手段和方式也对同学们提出了更高的要求。从后续课程单片机综合作业的指导过程来看，新的教学方式在实践能力方面取得了不错的效果，学生从理论学习到工程实际的转移比较顺畅，基本做到了“学以致用”。