融合ADDIE模型的微机原理与接口技术课程实践教学设计与实践

关键词：微机原理与接口技术；ADDIE模型；微机应用系统的开发与设计能力；自主学习能力

0 引言

微机原理与接口技术课程是高等院校理工科各专业必修的一门公共基础课程，受众面广，与其他学科知识点关联紧密，具有理论性与综合性强、技术应用并重的特点[1]。实践教学是培养学生理论知识应用能力、提升岗位能力和未来战争核心能力素质要求以及实现具备宽阔视野、创新能力和实践能力的复合型人才培养目标的重要环节。传统的实践教学课堂以教为中心，采用“理论知识讲授结合动手实操验证”的模式开展教学，学生习惯了被动接受知识，缺乏主动获取知识和解决问题的能力，实践操作能力也无法得到有效提升。针对此现状，实践将ADDIE模型应用于微机原理与接口技术课程实践教学中，以学生为主体，以项目驱动式的形式开展综合实践教学设计，进而提升学生的自主学习能力和对微机应用系统的开发与设计能力。

1 ADDIE 模型概述

ADDIE模型是目前在国内外教育界广泛使用的一种经典教学设计模型[2]。ADDIE是5个英文单词首字母的缩写，即分析（Analysis） 、设计（Design） 、开发（Development） 、实施（Implementation） 和评价（Evalua⁃tion） ，如图1所示。这5个阶段以分析和设计为前提，开发与实施为核心，评价为保障贯穿于模型各个环节。它们联系紧密，密不可分，共同构成了一个非线性、动态的、循环的过程，具有系统性、针对性和保证性的特点。该模型将抽象的教学设计理念可视化，既有利于教学设计的系统化构建与优化，又确保了学生获得职业和岗位所需的知识和技能，从而保证了课程设计与实施的高效性。

2 融合ADDIE 模型的微机原理与接口技术课程实践教学设计与实践

ADDIE模式体现了教学设计理论模型的内核和共同特点[3]，实践以微机原理与接口技术课程为例，聚焦能力生成优化课程教学内容，将知识融于能力培养中，探索融合ADDIE模型的微机原理与接口技术综合实践教学设计与实践，该教学设计具体构建过程如下。

2.1 分析阶段

分析环节是整个教学设计的基础和依据[2]，是确定教学目标、设计教学计划的前提，也是决定教学过程是否顺利开展的关键因素，主要包含学情分析、课程分析和教学环境分析。

1） 学情分析。微机原理与接口技术课程一般在第5学期开设。在此之前，学生已学过“程序设计基础”和“电子技术基础”等课程，有一定的学科基础、具备一定的计算思维和利用硬件技术解决实际问题的能力。且在前期课程实践教学中，学生已完成了7个基础验证性实验，锻炼了独立思考能力和调试分析能力，但嵌入式系统设计和应用开发能力有待提高。

2） 课程分析。微机原理与接口技术课程既是对“大学计算机基础”“程序设计基础”“电子技术基础”等前序课程知识的综合运用，也是学好如ARM、单片机、DSP等后续课程的先修课程[4-5]，起着承上启下的作用[6]。这也决定了该课程实践性强，注重学生综合实践能力的训练。

3） 教学环境分析。线下教学在微机原理与接口实验室展开。该实验室也是多媒体教室，设施完备，完全满足课程教学需要。实践环节，每人一台电脑一套便携式实验箱。课程组还精心选购了一批实验设备与资源，用于开放式教学和学生自主学习需要。在课前和课后，学生可在“头歌实践教学平台”上开展线上学习、测评、答疑、查阅资料、研究探讨、作品展示交流等活动。

2.2 设计阶段

根据分析阶段的结果，在设计阶段课程组结合学生的认知规律，采取“项目驱动式”教学模式，以翻转课堂和小组学习为主，将教学活动分解为自主学习、理论讲授、实验实践、专题研讨、创新实践等形式。课前，教师发布综合实践任务：3～4人为一组，确定一个主题，主题范围不定，要求能够设计出满足特定需求的系统，并在设计过程中考虑专业、军事、安全、新技术以及创新等因素，并明确分工情况。

学生收到任务后，自由组队、确定主题和组长、明确小组组员分工情况，并通过实验指导书、辅助教材、MOOC、微课、微视频等各类线上线下资源自主学习，最终以问卷的形式提交对问题的思考。

课上，教师按照论点-论据-结论的模式针对专题问题与学生共同研讨，进行有效的和包容性的沟通和交流，最终凝练共识，并根据研讨情况适时组织开放性实践活动，进一步强化学生综合能力和创新能力。

2.3 开发阶段

以某小组的综合实践项目“核反应堆舱安全环境监测装置”为例，该项目的背景是：核舰艇较传统舰艇具有航速快、运行稳定、隐蔽性好、续航力大等难以匹敌的优势，根本原因在于其装备核反应堆及相应动力系统。然而，核能是一把双刃剑，核反应既能产生用之不竭的清洁能源，也可能带来难以承受的危险。为保证核反应堆安全正常运行，小组成员依据堆舱内部的环境条件判断核反应是否正常设计了基于microbit 实验平台的堆舱安全监测实验，用于监测堆舱内部环境。除此之外，为了使堆舱更趋于自动化和智能化，小组还设计了紧急处理堆舱时的特定功能，包括紧急停堆和人员检修报时功能。

依托项目背景和实验平台的技术支持，利用功能强大的主控板及其配套的一系列传感器模块，完整的“核反应堆舱安全环境监测装置”流程图如图2所示。

该项目的方案设计如下：

① 通过温湿度传感器和光敏传感器测量堆舱环境内的温度、湿度、辐射强度等，以判断堆舱环境是否正常。若出现问题，则蓝灯闪烁，蜂鸣器响，正常时则绿灯闪烁。

② 当出现紧急情况需要紧急停堆时，进行模拟重力停堆操作。当模拟控制棒自由下落停堆失败时，启动电机将控制棒强制拉下，从而停止反应堆工作。

③ 对操作人员检修堆舱的紧急情况提供指导。当开关被触发（门开）时，灯变绿色。同时开始计时，数分钟后，蜂鸣器响，红灯亮，提示操作人员滞留堆舱时间过长，应立即离开。

2.4 实施阶段

1） 模拟场景搭建

根据所学习的核安全知识，结合小组成员的动手能力，首先进行模拟堆舱和反应堆的制作。制作要求如下：

①制作前进行设计，保证制作出的产品美观耐用，便于重复试验调试；

②制作时结合真实情况查找相关资料，务必贴近现实，以达到良好的模拟效果；

③在制作的过程中预留出存放硬件设备的位置。

2） 硬件连接

①依据图2，选择模块：microbit主板、温湿度传感器、光敏传感器、碰撞开关、三色LED灯、Grove扩展板、连接线、蜂鸣器、USB数据线、电机等；

②对选择的模块进行输入、输出及数字信号、模拟信号的分类；

③查阅扩展板管脚资料，对每个模块分配匹配的管脚并进行连接。在项目实施过程中部分模块的管脚分配如表1所示。

3） 代码编写

①计时模块：实现人员检修堆舱时的报警提醒功能，代码如图4所示。

②温度模块：实现通过检测堆舱内温湿度来判断堆舱是否正常，并进行报警的功能，代码如图5所示。

③光敏模块：通过检测堆舱内光照强度来模拟实际情况下的核辐射强度来判断堆舱是否正常，并进行报警。

④电机模块：实现通过电机操纵控制棒下落进行事故应急处置的功能，部分代码如图6所示。

4） 代码烧录测试

在测试过程中，对各部分代码先分别进行检测，待各部分检测无误后再进行代码整合，最后再在整体条件下进行功能测试。

5） 硬件应用

在功能检测无误后，将硬件安装到之前制作好的堆舱模型中。安装要求如下：

①做到隐藏式安装，不影响堆舱自身的正常工作。

②硬件放置恰当，不对船体造成较大负担。

③安装时考虑实用性，便于官兵使用。

6） 实际场景模拟监测

当以上各个步骤完成后，我们在模拟堆舱中开展各种试验，来模拟海上可能遭遇的各种险情，并观察安全监测装置是否满足功能性验证。

2.5 评价阶段

评价阶段是保障，也是持续优化教学设计的关键。它由形成性评价（60%） 和终结性评价（40%） 两部分组成。其中，形成性评价贯穿于ADDIE模型始终，而终结性评价是对各小组最终的实践项目进行的总结性评估。

1） 形成性评价。形成性评价按照全程多元、量化客观、反馈改进的原则开展。一是将课前自主学习、课中课堂表现、课后自主实践等教学活动均纳入考核评价范围，从知识理解和评价能力素质养成两个维度实施全面评价。二是实施自学效果随堂评、研讨表现互评、实践成果公开评。通过过程评价引导和点燃学生的学习热情。三是全面客观量化表征。除了随堂测有考试、技术文档有报告可直接反映学习态度和成绩外，针对研讨活动、项目答辩汇报等能力评价，实行“学生自评+学生互评+教师评价”的模式，并将主观评价结果量化。

2） 终结性评价。终结性评价是对学生阶段性学习的质量做出结论性评价。考核内容包括军事价值、创意价值、作品展示、技术文档、作品代码和团队合作6个维度，如表2所示。

3 结论

微机原理与接口技术是一门应用性、综合性、实践性均很强的课程，应着重培养学生对微机应用系统的开发与设计能力。融合ADDIE模型的“微机原理与接口技术”课程实践教学设计与实践，突出了学生的主体地位、培养了学生的自主学习能力、有助于锻炼学生的动手能力和实践意识、强化了学生能力培养、增强了学生的创新意识、立起了向战为战的鲜明导向。实践表明：在课程考核中，历届学生都取得了良好的成绩，学生对课程教学的满意度达到了95%以上。学生综合素质、创新实践能力和学科竞赛水平等均得到显著提升。