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高職院校在MOOC教學(xué)模式下的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的教改研究

2023-09-20 08:20:29黃瀚楊琴問思童
科技風(fēng) 2023年24期
關(guān)鍵詞:單片機(jī)原理及應(yīng)用課程評(píng)價(jià)實(shí)踐教學(xué)

黃瀚 楊琴 問思童

摘?要:MOOC因其知識(shí)化、富媒體化、學(xué)習(xí)流程控制等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域,將MOOC引入課程的教學(xué)中已經(jīng)成為當(dāng)前高職院校教學(xué)的流行趨勢(shì)。高職學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,而“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程理論知識(shí)雜、實(shí)踐要求高,傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。為此研究“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程在MOOC模式下的教學(xué)改革,提出了基于MOOC模式的三位一體教學(xué)體系、從“零”到“整”的實(shí)踐教學(xué)方法以及改良的課程考核辦法,改進(jìn)的教學(xué)模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的積極性,同時(shí)也加強(qiáng)了單片機(jī)相關(guān)實(shí)踐技能的提升。

關(guān)鍵詞:MOOC;單片機(jī);實(shí)踐教學(xué);課程評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào):G642

Abstract:MOOC?is?widely?used?in?the?field?of?education?and?teaching?because?of?its?characteristics?of?knowledge,rich?media,and?learning?process?control.The?introduction?of?MOOC?into?curriculum?teaching?has?become?a?popular?trend?in?higher?vocational?colleges.Higher?vocational?students?have?relatively?weak?mathematical?and?physical?foundations,while?the?course?"Principle?and?Application?of?Single?Chip?Microcomputer"?has?miscellaneous?theoretical?knowledge?and?high?practical?requirements,and?students'?learning?effect?is?not?ideal?under?the?traditional?teaching?mode.Therefore,the?teaching?reform?of?the?course?"Principle?and?Application?of?Single?Chip?Microcomputer"?under?MOOC?mode?is?studied,and?a?trinity?teaching?system?based?on?MOOC?mode,a?practical?teaching?method?from?"zero"?to?"whole"?and?an?improved?course?assessment?method?are?proposed.The?improved?teaching?mode?not?only?improves?the?enthusiasm?of?students?to?learn?theoretical?knowledge,but?also?strengthens?the?promotion?of?relevant?practical?skills?of?SCM.

Keywords:MOOC;Single?chip?microcomputer?principle;Process?evaluation;Summative?evaluation

1?概述

2022年,教育部高等教育司《關(guān)于實(shí)施新時(shí)代高等教育育人質(zhì)量工程的意見》中提出貫穿“十四五”高質(zhì)量高等教育體系建設(shè)全過程,切實(shí)發(fā)揮“質(zhì)量工程”基礎(chǔ)性、綜合性、引領(lǐng)性、全局性作用,建設(shè)高質(zhì)量人才培養(yǎng)體系,提高人才供給自主可控能力。高職院校紛紛響應(yīng)并加強(qiáng)實(shí)施“中國金課行動(dòng)”,建設(shè)“一流課程網(wǎng)”[1]。MOOC(massive?open?online?courses)教學(xué)模式近年來在高等教育教學(xué)中有著顯著而廣泛的應(yīng)用[2]。采用MOOC教學(xué)模式為打造金課、建設(shè)一流線上線下混合課程提供了一條切實(shí)可行的改革之路。結(jié)合線上課程學(xué)習(xí)和教師線下教學(xué)的混合教學(xué)模式相比傳統(tǒng)教學(xué)模式,學(xué)生接受程度高,教師課堂教學(xué)便捷和靈活。

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”作為高職院校電子信息類、通信類、自動(dòng)化類專業(yè)的專業(yè)核心課程,其應(yīng)用的領(lǐng)域有工業(yè)控制、智慧小區(qū)、航空航天、智能家居等,涵蓋了社會(huì)生活方方面面。內(nèi)容既包含了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等復(fù)雜的原理性知識(shí),又包含了單片機(jī)的指令系統(tǒng)、接口技術(shù)、編程技術(shù)等實(shí)際應(yīng)用技術(shù),這使得“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程具有理論深、應(yīng)用技術(shù)多的特點(diǎn)[3]。如何在有限的授課學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生能夠?qū)纹瑱C(jī)技術(shù)學(xué)以致用是擺在當(dāng)前的首要問題。所以,為了適應(yīng)新形勢(shì)下高等教育育人工程和進(jìn)一步增加職業(yè)教育服務(wù)能力,單片機(jī)課程的教學(xué)改革已勢(shì)在必行。

2?傳統(tǒng)教學(xué)模式的思考

目前大多數(shù)高校開設(shè)的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程標(biāo)準(zhǔn)包括理論課程36學(xué)時(shí)、實(shí)踐課程12學(xué)時(shí),總學(xué)分3分。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程的主要任務(wù)是圍繞51單片機(jī),介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、軟硬件的設(shè)計(jì)方法及接口技術(shù)應(yīng)用。采用“以教師為中心”的教學(xué)方式,圍繞教師課堂講授的知識(shí)要點(diǎn)、目標(biāo),布置課堂作業(yè)和實(shí)踐任務(wù),以課程內(nèi)容各環(huán)節(jié)設(shè)置課程子任務(wù)。該教學(xué)模式存在學(xué)生入門困難、實(shí)踐效率低、課堂缺乏互動(dòng)、教學(xué)資源少等缺點(diǎn),學(xué)生普遍反映理論聽不懂、學(xué)完就忘、實(shí)踐感興趣卻無從入手、一看就會(huì)一做就錯(cuò)等問題,這是因?yàn)楫?dāng)前單片機(jī)課程教學(xué)主流還是采取“以教師為中心”的傳統(tǒng)模式,多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)完本課程之后,仍然處于入門的階段,真實(shí)開發(fā)應(yīng)用環(huán)節(jié)把握不準(zhǔn),解決實(shí)際問題的能力較弱,實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力存在不足[4]??偨Y(jié)來看,傳統(tǒng)教學(xué)模式存在以下四點(diǎn)不足:

一是教學(xué)設(shè)備資源不足,難以滿足師生的需求。部分高職院校存在單片機(jī)開發(fā)板落后、測(cè)試儀器、基礎(chǔ)設(shè)施老舊的問題,導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果差、覆蓋小等問題。除此以外,教學(xué)設(shè)備維護(hù)不及時(shí)也是教學(xué)設(shè)備資源不足的一個(gè)重要因素。學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中只能分小組進(jìn)行,技能訓(xùn)練難以覆蓋每一位學(xué)生。

二是實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)不合理,多數(shù)實(shí)驗(yàn)僅是驗(yàn)證書本上的理論知識(shí),難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。因?yàn)閷?shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)單一,實(shí)踐學(xué)時(shí)緊張,無法提升學(xué)生對(duì)單片機(jī)外接電路及系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的認(rèn)知。

三是教學(xué)評(píng)價(jià)體系不完善,不能全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。僅依靠教師的主觀考評(píng)和學(xué)習(xí)測(cè)驗(yàn),既不能全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,又激發(fā)不了學(xué)習(xí)積極性。

四是專業(yè)教師隊(duì)伍的教學(xué)水平參差不齊。部分教師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),仍然圍繞理論知識(shí)進(jìn)行“填鴨式”的教學(xué)。此外,部分教師未能意識(shí)到實(shí)踐教學(xué)的重要性,實(shí)踐中以自身演示為主,學(xué)生參照動(dòng)手,這種方式極大地限制了學(xué)生的自主思考和動(dòng)手能力。

3?MOOC模式下的教學(xué)改革

MOOC系統(tǒng)從2007年8月萌芽至今,因其開放性、學(xué)習(xí)自由性、教學(xué)資源混編便捷等特點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于線上課程、課程思政、線上線下混合課程。圖1MOOC課程統(tǒng)計(jì)圖充分展示了MOOC系統(tǒng)的特點(diǎn)?!皢纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用”課程既包含了大量理論知識(shí),又有多種應(yīng)用技術(shù),為了在有限的課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)和培養(yǎng)目標(biāo),可以采用MOOC線上線下混合教學(xué)的方式提高學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的困難,本文提出以學(xué)生、MOOC線上教學(xué)、教師線下教學(xué)三方面構(gòu)成三位一體的教學(xué)體系,把傳統(tǒng)的“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)模式改革,重點(diǎn)突出學(xué)生實(shí)踐技能的鍛煉,優(yōu)化學(xué)生課堂作業(yè)和課內(nèi)實(shí)踐[5]。

單片機(jī)課程的目標(biāo)是使學(xué)生掌握單片機(jī)技術(shù)的基本知識(shí)、基礎(chǔ)理論、基本技能,具備較強(qiáng)的運(yùn)用單片機(jī)基本知識(shí)和基本理論解決實(shí)際問題的能力,并且為進(jìn)一步學(xué)習(xí)“嵌入式技術(shù)”等后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。采用工作過程導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式,融“知識(shí)、技能、素質(zhì)”培養(yǎng)為一體[6]。學(xué)生預(yù)先在MOOC系統(tǒng)中學(xué)習(xí)理論知識(shí),具體的應(yīng)用技術(shù)等知識(shí)技能則可以放到課堂上結(jié)合相關(guān)實(shí)踐設(shè)備講授。如單片機(jī)的概述、51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、C51語言編程基礎(chǔ)等相關(guān)理論知識(shí),整理成視頻放到MOOC環(huán)節(jié)中完成。對(duì)于這部分MOOC環(huán)節(jié)完成的學(xué)習(xí),教師在授課時(shí)可以利用較少的課時(shí)量將其總結(jié)講解或者采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式讓學(xué)生參與其中,采用MOOC方式完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。課程中的并行端口編程、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、外部存儲(chǔ)擴(kuò)展、輸入輸出接口等內(nèi)容在MOOC環(huán)節(jié)中完成理論學(xué)習(xí),在課堂環(huán)節(jié),教師利用現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)資源,結(jié)合伺服電機(jī)速度控制、數(shù)字電子鐘、DS18B20溫度采集系統(tǒng)等應(yīng)用實(shí)例講授相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的知識(shí)。

在單片機(jī)課程中的實(shí)踐環(huán)節(jié),拋棄傳統(tǒng)的利用現(xiàn)有單片機(jī)開發(fā)板完成諸如流水燈、獨(dú)立鍵盤、數(shù)碼管顯示、LCD1602顯示、矩陣鍵盤、中斷、串口等實(shí)踐項(xiàng)目的方式,采用從“零”到“整”的方式完成實(shí)踐部分。所謂“零”是指不使用現(xiàn)成的開發(fā)板,而是從硬件電路設(shè)計(jì)開始單片機(jī)的最小系統(tǒng),并單獨(dú)設(shè)計(jì)流水燈電路、數(shù)碼管電路等外圍電路并完成PCB制版和硬件調(diào)試。所謂“整”是指將單片機(jī)最小系統(tǒng)和各外圍電路整合,以具體的單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例為依托,編寫程序完成相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目。在這樣的實(shí)踐設(shè)計(jì)下,學(xué)生能夠熟練掌握單片機(jī)電路的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試,接口連接及程序設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)。如表1給出了改進(jìn)后的課程內(nèi)容設(shè)計(jì),在實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中將伺服電機(jī)速度控制、數(shù)字電子鐘、DS18B20溫度溫控制三個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)拆解組合作為實(shí)踐技能訓(xùn)練項(xiàng)目。例如,在單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、C51語言編程基礎(chǔ)、片內(nèi)并口原理等章節(jié)所對(duì)應(yīng)的實(shí)踐項(xiàng)目均是伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié),將完整的電機(jī)速度控制系統(tǒng)拆解為不同部分訓(xùn)練且最終融合為一體。從改進(jìn)后的教學(xué)內(nèi)容來看,將MOOC引入單片機(jī)課程教學(xué)能夠極大地縮減課堂的理論教學(xué)學(xué)時(shí),而將更多的學(xué)時(shí)放在實(shí)踐環(huán)節(jié)中。改進(jìn)后的教學(xué)實(shí)施情況來看,學(xué)生接受度較高,MOOC在線課程平臺(tái)互動(dòng)效果較好??偠灾?,在實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中同時(shí)穿插一定的理論知識(shí),讓學(xué)生將學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識(shí)轉(zhuǎn)化為對(duì)于單片機(jī)的直觀理解。整體教學(xué)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)法進(jìn)行教學(xué),學(xué)生在獲取真知的過程中,必然會(huì)提升學(xué)生的思維和行為方法、動(dòng)手能力和技能、習(xí)慣和行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及直覺經(jīng)歷、需求調(diào)節(jié)、團(tuán)隊(duì)合作等方面的綜合素質(zhì)。

4?課程考核辦法改革

課程考核辦法作為課程質(zhì)量管理閉環(huán)中重要的一環(huán),能在一定程度上反映課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果,合理的考核辦法對(duì)于課程診斷和改進(jìn)可以起到積極正面的作用[7]。本課程摒棄傳統(tǒng)的成績(jī)考核辦法,依據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)法的“質(zhì)量控制”要求,采用過程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式,全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。把總結(jié)性評(píng)價(jià)與過程性評(píng)價(jià)結(jié)合起來,全面提高本課程的教學(xué)效果。通過課程考核方式的改革激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣,改善學(xué)生的學(xué)習(xí)辦法。

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”以定量方式呈現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)果,總體評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在引入MOOC環(huán)節(jié)后,MOOC系統(tǒng)可以設(shè)置出勤率、階段性考查、教師評(píng)價(jià)和學(xué)生互評(píng),所以在傳統(tǒng)的考核基礎(chǔ)上增加MOOC成績(jī)這一過程性評(píng)價(jià)。過程性評(píng)價(jià)由三個(gè)模塊構(gòu)成,每個(gè)模塊占比20%,每個(gè)模塊由教師評(píng)價(jià)和學(xué)生互評(píng)構(gòu)成,其中教師評(píng)價(jià)占比15%,學(xué)生互評(píng)占比5%,過程性評(píng)價(jià)表如表2所示。再輔以知識(shí)考核和綜合考核作為總結(jié)性評(píng)價(jià),知識(shí)考核占比16%,綜合考試占比24%。

5?改革成效

本校對(duì)智能控制技術(shù)專業(yè)20級(jí)教學(xué)班(85人)實(shí)施基于MOOC的教學(xué)模式,發(fā)現(xiàn)學(xué)生MOOC線上理論內(nèi)容完成度在95%以上,討論、作業(yè)、考試完成度在80%以上,學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性提升較大。通過線上完成大部分理論教學(xué)內(nèi)容,擠壓出大量學(xué)時(shí)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué),實(shí)踐教學(xué)效果得到了明顯的改善。學(xué)生單片機(jī)課程平均分為87.14分,綜合成績(jī)分布如圖2所示。學(xué)生在單片機(jī)系統(tǒng)方面的實(shí)踐能力得到了極大的鍛煉,學(xué)生積極參與嵌入式相關(guān)的“全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽”“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”等競(jìng)賽。

圖2?2020級(jí)智能控制技術(shù)專業(yè)單片機(jī)綜合成績(jī)分布圖

結(jié)語

本文對(duì)“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程提出了基于MOOC教學(xué)的新模式,解決了單片機(jī)課程理論枯燥、實(shí)踐復(fù)雜等缺陷,并給出了MOOC模式下的一些教學(xué)改革方法。MOOC模式能夠?qū)纹瑱C(jī)的理論知識(shí)和技能知識(shí)在線公開學(xué)習(xí),節(jié)約學(xué)生課堂上學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí),給任課教師更多的教學(xué)空間,教學(xué)變得靈活,學(xué)生學(xué)習(xí)效果也更好。在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)用MOOC的手段,對(duì)于“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)探索提供一條新的方向和思路[8]。

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作者簡(jiǎn)介:黃瀚(1990—?),男,漢族,江西吉安人,碩士,講師,研究方向:控制理論與控制工程;楊琴(1988—?),女,漢族,四川蒼溪人,碩士,講師,研究方向:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法應(yīng)用;問思童(1988—?),男,漢族,山西呂梁人,碩士,助教,研究方向:民法學(xué)。

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