融入课程思政的《单片机原理与应用》BOPPPS混合式教学实践

陶吉利，孙林军，裘君，李林功

（浙大宁波理工学院 信息科学与工程学院，浙江 宁波）

2018年6月，新时代全国高等学校本科教育工作会议上提出了“金课”概念[1]。2020年6月，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求全面推进高校课程思政建设，课程思政已然成为新时代高校课程建设的新布局、新思路和新理念[2]。如何打造具有高阶性、创新性以及有温度的《单片机原理与应用》“金课”十分具有挑战性。

线上线下混合式课程凸显了信息时代教育教学的新特点，基于线上课程的混合式教学高质量课程，将成为未来高等教育的发展趋势[3]。BOPPPS教学模型坚持把学生作为中心，强调教学过程中学生的课堂参与度；同时追求“可获得即时反馈”的教学效果，强调教学效果的及时性反馈[4]。将该教学模型引入课堂中所需要关注的重点是使学生在课堂上对所学内容有更为深刻的理解，最大的特点是教学过程中的互动以及反馈。目前，在基于BOPPPS模型的传统课堂改革过程中仍存在一些待解决的现象。例如个别学生未完成课前预习，难以对课堂上所要完成的学习目标有着明确的认识，使得后续相关教学环节难以取得预想中的效果。大班教学中，学生学习过程中的参与深度和广度受限，学习效果不理想。测试环节反馈滞后，教师难以及时对学生的整体状态有着全面掌握等[5-6]。而思政内容如何融入专业课程更是目前的难点和热点问题[7]。文[8]在“自动控制原理”课程中推行基于MOOC的混合式教学模式，结果表明该模式有助于学生对所学内容进行深入理解，对所学知识进行灵活应用，在遇见一个新问题时可以拥有分析问题解决问题的能力。文[9]引入BOPPPS模型，在教学过程中，课堂实践与网络授课的结合有效地解决了传统课程教学中研讨时间少、反馈相对滞后、理论与实践脱节等问题。文[10]采用线上线下相结合的模式，并加强实践改革评价方式，提高电类基础课程的教学效果。文[11]通过深入挖掘嵌入式系统及应用课程的思政资源，做到了专业知识教育与思想政治教育的同向同行。文[12]探索了“单片机原理及应用”课程思政建设方面的实践。

单片机原理与应用课程实践性强、创新要求高，可以提高电子信息工程专业学生的动手实践能力和解决实际工程问题能力。在MOOC线上资源的基础上，如何有效地从线下课频率、教学内容和教学形式三个维度对线下课程进行设计和实践仍有待深入探究。我校的单片机原理与应用学时安排为2.0-1.0，理论教学学时和实验教学学时均较少，沿用传统的“理论为先，实践在后”的教学模式不利于学生的主动学习。SPOC即“小规模限制性在线课程”可以将传统单片机教学与MOOC进行有机结合。本教学团队将SPOC、口袋实验室、Proteus仿真和雨课堂等引入到基于BOPPPS模型的教学过程中，充分利用信息化手段，实现BOPPPS每一环节网络课堂和课堂实践的充分融合，并将工匠精神、辩证思维、爱国情怀等思政内容融入教学过程，从而使单片机原理与应用课程教学在这种先进的教学方法加持下发挥出更好的效果。

一 混合式教学组织和实施

BOPPPS教学就是按照课堂导入、学习目标、课前测试、参与式学习、课后检测和总结这6个步骤组织一套课程的教学方法。课程团队将线上线下混合教学过程划分为如图1所示的6个过程。

图1 基于BOPPPS教学模型的线上线下混合教学

教师根据每周的学习目标对教学内容进行深入分析和合理划分，选择国家精品课程中相对基础且容易理解的知识讲解视频到学校SPOC课程中，由学生自主学习并参与测试。根据测试结果分析，在课堂上对知识进行复习，并针对重点内容进行讲解。同时，对SPOC未涉及的难点知识进行重点讲解。在课堂上运用超星平台对所学知识进行随堂测试，并组织学生讲解和讨论。在实验教学上，结合理论课堂的Proteus仿真演示，让学生在课后完成SPOC作业以及仿真实验，并在实验课堂上重点解决课下仿真和单片机实验模块在学生课后实践过程中存在的实践问题。

（一） 线上线下结合，重塑课程知识体系

为符合新的组织体系要求，课程团队按照建构主义的学习理念，使得教学不仅是知识的灌输，而更强调引导学习者主动学习新知识。SPOC线上资源，如视频、PPT等实际上把教学知识离散化了，团队教师通过线下课堂的组织，将知识体系重新系统化，并把学生学习的薄弱环节作为讲解的重点。同时采用项目驱动方法，将每个单片机资源和知识点，设计成一个案例，通过案例引导，展开知识点讲解。以单片机定时采样系统为例，线上线下课程体系如表1所示。

表1 单片机定时器体系结构

（二） 改革教学组织形式，创新教学方法和手段

借助SPOC信息化教学平台和超星平台，用全新的“教室-互联网-移动终端-寝室混合”模式代替传统的“教室-寝室”线下模式，进而使得“线下固定时间-线上自由时间”的混合式模式代替原有的定点定时模式。在教学组织实施时，基于SPOC实现课程前测，根据测试结果对学生线上学习进行归纳总结，并提炼出学生的学习的过程中存在的共性问题，最后有针对性地进行知识复习和讲解。以定时器为例，从图2测试结果可知，学生通过SPOC视频学习，能够较好掌握定时器基本概念，但对寄存器设置及计算存在困难，需对此进行重点讲解和练习。基于此项环节，使老师讲解和学生学习都有了侧重点，能够有效提高课堂效率。

图2 定时器课前学习知识随堂测试统计结果

BOPPPS教学模型的核心是参与式教学，教师一方面可邀请同学对所学相关知识点进行归纳总结，提高学生的课堂参与度；另一方面，可便捷地利用雨课堂，开展实时问答和互动，并利用超星平台进行课程资源管理和课后作业上传批改，以解决洗衣机工程项目为驱动，引导学生展开研讨、发散思维。首先，引导学生提出方案、画电路、写程序设计流程图，如图3所示，进行项目需求分析，并提高其分析和解决实际工程问题的能力。进而结合Proteus实验演示，加深学生对所学知识的理解。在原理分析的基础上，引导学生从成本、环境等角度，讨论项目功能分解、参数计算、程序设计与调试等工程问题，实现学以致用。

图3 单片机定时中断硬件及程序流程图

（三） 润物无声，融入思政元素

从国内外单片机芯片发展形势、龙芯发明者人物故事、软件发展人物故事、创新实践等多个维度提炼思想政治教育内容，将思政教育元素自然地融入课程教学内容。通过课堂讲授、科学短视频观摩、课堂提问互动、布置课后作业等教学环节，既要培养学生的创新意识、精益求精的工匠精神以及团队协作精神，又要激发学生责任意识和科技报国的家国情怀，部分课程章节与其对应的思政内容如表2所示。

表2 单片机原理与应用思政融入案例

（四） 深化课程内容，自制项目化实践模块开放实践场地

课程团队出版的教材《单片机原理与应用-基于实例驱动和Proteus仿真》已更新到第3版，并在仿真基础上自制了单片机最小系统及其对应各章节的项目化硬件模块，各模块内容设为基础和扩展两部分，例如单片机IO口的LED灯基础和扩展实验如图4所示。基础部分要求所有学生必须完成，扩展实践则留给学有余力的学生自主选择。以实现让具有不同基础的学生都能各尽其能，各取所需。同时，将模块资料和单元实践模块发给学生，并开放实践教学场地。学生除了在实验室进行基础实践，课后仍可以在寝室、教室或者开放的实验室做未完成的实践内容或扩展自己感兴趣的实践内容。这一改进不但提高了学生的动手实践能力，还激发了学生的学习兴趣，让学生始终有前进的方向。并且所有实验报告都上传到超星平台，实现数字化教学过程管理。

图4 单片机LED灯基础实验和扩展实验

（五） 重视过程评价，优化考核评价机制

SPOC和超星平台的优势在于学生可以自发地完成作业、测试并得到实时考评成绩。过程考评可有效调动学生的学习积极性并形成正反馈，从而促进知识的理解和吸收。

用“全过程综合性评价”考核代替传统的一卷定胜负的终结性考核方式，在期末考试的基础上，引入在线测评、课堂研讨、实验报告等形式，形成全过程、多元化的考核评价机制。与此同时，习题的难度应循序渐进，不同的作业应于不同阶段布置。如模仿即可完成的简单题型应该作为课前针对自学内容的作业，同时题量也不应过多；需要思考完成的填空式作业应该作为课堂练习及测试且题目范围应针对课堂的讲解内容；综合实践应用的作业应于课后布置，帮助学生复习巩固所学知识。学习过程的合理考评方式对教学效果影响巨大，同时，按章节测试有利于督促学生掌握学习进度，巩固学习内容。

只有充分调动学生在课程学习过程中的积极性，才能发挥混合教学的优势。由此，单片机原理与应用课程过程考核分为3个部分。平时作业、测试占比30%，考虑到本课程以实践性和设计性为特点，课程设计和实验报告占比30%，期末闭卷考试占比40%。

二 教学实践结果分析

本课程针对浙大宁波理工学院18级电子信息工程专业和通信工程专业的学生进行了成绩分析，通信工程采用传统教学模式，而电子信息工程专业采用基于BOPPPS的线上线下混合教学模式。成绩分布如图5所示，统计结果如表3所示。从图5考试成绩分布来看，电子信息工程专业的分数明显高于通信工程，效果还是比较明显的。表3的统计结果也符合图5的成绩分布结果。

图5 学生成绩分布比较图

表3 学生期末成绩对比

本课程需要支撑工程教育专业认证的指标点2.3，3.1，4.2和5.2，即能够运用所教学的基本原理对电子信息领域工程问题的影响要素、核心环节进行系统分析、仿真、调试、设计方法，通过调研进行需求分析，解决复杂工程问题。课程支撑目标达成度分析结果如表4所示，虽然课程能够较好地支撑观测指标3.1和5.1，但教学目标1和教学目标3仍有待提高。主要原因在于平时作业为开卷练习，考试为闭卷形式。考试内容主要为基于基础知识点的计算和应用，不少学生基础知识点记忆不够牢固，仍需通过知识点的应用和练习来提高相应指标点的达成度。

表4 课程支撑观测指标、教学目标、支撑权重及达成情况

由此可见，本文的教学模式融合了在线教学与面授教学的优势，融入了课程思政，深化了教学内容，能够激发学生的学习兴趣和家国情怀，产生1+1>2的教学效果，有助于使学生成为课堂的主动学习者。这种新的探索模式将学习目标由原先单纯的学习知识转变为利用所学理论解决实际问题，这种学习目标的转变有利于学生在新时代背景下既拥有创新能力，又具有高尚品质。

三 结语

教学团队依托国家精品课程SPOC平台、超星平台、口袋实验室等资源，在BOPPPS模型的每个教学环节都引入了线上线下混合教学理念，并总结出一套系统的教学流程。基于BOPPPS模型的线上线下混合教学模式，将线下课堂实践与线上资源的自主学习相结合，并融入课程思政内容，可以达到减少线下教学时间、拓展教学深度和广度的目标；项目化教学法将学生对问题的自主学习与教师在课上的点评和讲解相结合，提高了学生的自主学习能力，培养了工匠精神，激发爱国热情。切实深化了学生对知识的理解及应用，培养了学生解决复杂工程问题的能力。