關(guān)鍵詞：微機原理與接口技術(shù)；ADDIE模型；微機應用系統(tǒng)的開發(fā)與設計能力；自主學習能力

0 引言

微機原理與接口技術(shù)課程是高等院校理工科各專業(yè)必修的一門公共基礎(chǔ)課程，受眾面廣，與其他學科知識點關(guān)聯(lián)緊密，具有理論性與綜合性強、技術(shù)應用并重的特點[1]。實踐教學是培養(yǎng)學生理論知識應用能力、提升崗位能力和未來戰(zhàn)爭核心能力素質(zhì)要求以及實現(xiàn)具備寬闊視野、創(chuàng)新能力和實踐能力的復合型人才培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的實踐教學課堂以教為中心，采用“理論知識講授結(jié)合動手實操驗證”的模式開展教學，學生習慣了被動接受知識，缺乏主動獲取知識和解決問題的能力，實踐操作能力也無法得到有效提升。針對此現(xiàn)狀，實踐將ADDIE模型應用于微機原理與接口技術(shù)課程實踐教學中，以學生為主體，以項目驅(qū)動式的形式開展綜合實踐教學設計，進而提升學生的自主學習能力和對微機應用系統(tǒng)的開發(fā)與設計能力。

1 ADDIE 模型概述

ADDIE模型是目前在國內(nèi)外教育界廣泛使用的一種經(jīng)典教學設計模型[2]。ADDIE是5個英文單詞首字母的縮寫，即分析（Analysis） 、設計（Design） 、開發(fā)（Development） 、實施（Implementation） 和評價（Evalua?tion） ，如圖1所示。這5個階段以分析和設計為前提，開發(fā)與實施為核心，評價為保障貫穿于模型各個環(huán)節(jié)。它們聯(lián)系緊密，密不可分，共同構(gòu)成了一個非線性、動態(tài)的、循環(huán)的過程，具有系統(tǒng)性、針對性和保證性的特點。該模型將抽象的教學設計理念可視化，既有利于教學設計的系統(tǒng)化構(gòu)建與優(yōu)化，又確保了學生獲得職業(yè)和崗位所需的知識和技能，從而保證了課程設計與實施的高效性。

2 融合ADDIE 模型的微機原理與接口技術(shù)課程實踐教學設計與實踐

ADDIE模式體現(xiàn)了教學設計理論模型的內(nèi)核和共同特點[3]，實踐以微機原理與接口技術(shù)課程為例，聚焦能力生成優(yōu)化課程教學內(nèi)容，將知識融于能力培養(yǎng)中，探索融合ADDIE模型的微機原理與接口技術(shù)綜合實踐教學設計與實踐，該教學設計具體構(gòu)建過程如下。

2.1 分析階段

分析環(huán)節(jié)是整個教學設計的基礎(chǔ)和依據(jù)[2]，是確定教學目標、設計教學計劃的前提，也是決定教學過程是否順利開展的關(guān)鍵因素，主要包含學情分析、課程分析和教學環(huán)境分析。

1） 學情分析。微機原理與接口技術(shù)課程一般在第5學期開設。在此之前，學生已學過“程序設計基礎(chǔ)”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等課程，有一定的學科基礎(chǔ)、具備一定的計算思維和利用硬件技術(shù)解決實際問題的能力。且在前期課程實踐教學中，學生已完成了7個基礎(chǔ)驗證性實驗，鍛煉了獨立思考能力和調(diào)試分析能力，但嵌入式系統(tǒng)設計和應用開發(fā)能力有待提高。

2） 課程分析。微機原理與接口技術(shù)課程既是對“大學計算機基礎(chǔ)”“程序設計基礎(chǔ)”“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等前序課程知識的綜合運用，也是學好如ARM、單片機、DSP等后續(xù)課程的先修課程[4-5]，起著承上啟下的作用[6]。這也決定了該課程實踐性強，注重學生綜合實踐能力的訓練。

3） 教學環(huán)境分析。線下教學在微機原理與接口實驗室展開。該實驗室也是多媒體教室，設施完備，完全滿足課程教學需要。實踐環(huán)節(jié)，每人一臺電腦一套便攜式實驗箱。課程組還精心選購了一批實驗設備與資源，用于開放式教學和學生自主學習需要。在課前和課后，學生可在“頭歌實踐教學平臺”上開展線上學習、測評、答疑、查閱資料、研究探討、作品展示交流等活動。

2.2 設計階段

根據(jù)分析階段的結(jié)果，在設計階段課程組結(jié)合學生的認知規(guī)律，采取“項目驅(qū)動式”教學模式，以翻轉(zhuǎn)課堂和小組學習為主，將教學活動分解為自主學習、理論講授、實驗實踐、專題研討、創(chuàng)新實踐等形式。課前，教師發(fā)布綜合實踐任務：3～4人為一組，確定一個主題，主題范圍不定，要求能夠設計出滿足特定需求的系統(tǒng)，并在設計過程中考慮專業(yè)、軍事、安全、新技術(shù)以及創(chuàng)新等因素，并明確分工情況。

學生收到任務后，自由組隊、確定主題和組長、明確小組組員分工情況，并通過實驗指導書、輔助教材、MOOC、微課、微視頻等各類線上線下資源自主學習，最終以問卷的形式提交對問題的思考。

課上，教師按照論點-論據(jù)-結(jié)論的模式針對專題問題與學生共同研討，進行有效的和包容性的溝通和交流，最終凝練共識，并根據(jù)研討情況適時組織開放性實踐活動，進一步強化學生綜合能力和創(chuàng)新能力。

2.3 開發(fā)階段

以某小組的綜合實踐項目“核反應堆艙安全環(huán)境監(jiān)測裝置”為例，該項目的背景是：核艦艇較傳統(tǒng)艦艇具有航速快、運行穩(wěn)定、隱蔽性好、續(xù)航力大等難以匹敵的優(yōu)勢，根本原因在于其裝備核反應堆及相應動力系統(tǒng)。然而，核能是一把雙刃劍，核反應既能產(chǎn)生用之不竭的清潔能源，也可能帶來難以承受的危險。為保證核反應堆安全正常運行，小組成員依據(jù)堆艙內(nèi)部的環(huán)境條件判斷核反應是否正常設計了基于microbit 實驗平臺的堆艙安全監(jiān)測實驗，用于監(jiān)測堆艙內(nèi)部環(huán)境。除此之外，為了使堆艙更趨于自動化和智能化，小組還設計了緊急處理堆艙時的特定功能，包括緊急停堆和人員檢修報時功能。

依托項目背景和實驗平臺的技術(shù)支持，利用功能強大的主控板及其配套的一系列傳感器模塊，完整的“核反應堆艙安全環(huán)境監(jiān)測裝置”流程圖如圖2所示。

該項目的方案設計如下：

① 通過溫濕度傳感器和光敏傳感器測量堆艙環(huán)境內(nèi)的溫度、濕度、輻射強度等，以判斷堆艙環(huán)境是否正常。若出現(xiàn)問題，則藍燈閃爍，蜂鳴器響，正常時則綠燈閃爍。

② 當出現(xiàn)緊急情況需要緊急停堆時，進行模擬重力停堆操作。當模擬控制棒自由下落停堆失敗時，啟動電機將控制棒強制拉下，從而停止反應堆工作。

③ 對操作人員檢修堆艙的緊急情況提供指導。當開關(guān)被觸發(fā)（門開）時，燈變綠色。同時開始計時，數(shù)分鐘后，蜂鳴器響，紅燈亮，提示操作人員滯留堆艙時間過長，應立即離開。

2.4 實施階段

1） 模擬場景搭建

根據(jù)所學習的核安全知識，結(jié)合小組成員的動手能力，首先進行模擬堆艙和反應堆的制作。制作要求如下：

①制作前進行設計，保證制作出的產(chǎn)品美觀耐用，便于重復試驗調(diào)試；

②制作時結(jié)合真實情況查找相關(guān)資料，務必貼近現(xiàn)實，以達到良好的模擬效果；

③在制作的過程中預留出存放硬件設備的位置。

2） 硬件連接

①依據(jù)圖2，選擇模塊：microbit主板、溫濕度傳感器、光敏傳感器、碰撞開關(guān)、三色LED燈、Grove擴展板、連接線、蜂鳴器、USB數(shù)據(jù)線、電機等；

②對選擇的模塊進行輸入、輸出及數(shù)字信號、模擬信號的分類；

③查閱擴展板管腳資料，對每個模塊分配匹配的管腳并進行連接。在項目實施過程中部分模塊的管腳分配如表1所示。

3） 代碼編寫

①計時模塊：實現(xiàn)人員檢修堆艙時的報警提醒功能，代碼如圖4所示。

②溫度模塊：實現(xiàn)通過檢測堆艙內(nèi)溫濕度來判斷堆艙是否正常，并進行報警的功能，代碼如圖5所示。

③光敏模塊：通過檢測堆艙內(nèi)光照強度來模擬實際情況下的核輻射強度來判斷堆艙是否正常，并進行報警。

④電機模塊：實現(xiàn)通過電機操縱控制棒下落進行事故應急處置的功能，部分代碼如圖6所示。

4） 代碼燒錄測試

在測試過程中，對各部分代碼先分別進行檢測，待各部分檢測無誤后再進行代碼整合，最后再在整體條件下進行功能測試。

5） 硬件應用

在功能檢測無誤后，將硬件安裝到之前制作好的堆艙模型中。安裝要求如下：

①做到隱藏式安裝，不影響堆艙自身的正常工作。

②硬件放置恰當，不對船體造成較大負擔。

③安裝時考慮實用性，便于官兵使用。

6） 實際場景模擬監(jiān)測

當以上各個步驟完成后，我們在模擬堆艙中開展各種試驗，來模擬海上可能遭遇的各種險情，并觀察安全監(jiān)測裝置是否滿足功能性驗證。

2.5 評價階段

評價階段是保障，也是持續(xù)優(yōu)化教學設計的關(guān)鍵。它由形成性評價（60%） 和終結(jié)性評價（40%） 兩部分組成。其中，形成性評價貫穿于ADDIE模型始終，而終結(jié)性評價是對各小組最終的實踐項目進行的總結(jié)性評估。

1） 形成性評價。形成性評價按照全程多元、量化客觀、反饋改進的原則開展。一是將課前自主學習、課中課堂表現(xiàn)、課后自主實踐等教學活動均納入考核評價范圍，從知識理解和評價能力素質(zhì)養(yǎng)成兩個維度實施全面評價。二是實施自學效果隨堂評、研討表現(xiàn)互評、實踐成果公開評。通過過程評價引導和點燃學生的學習熱情。三是全面客觀量化表征。除了隨堂測有考試、技術(shù)文檔有報告可直接反映學習態(tài)度和成績外，針對研討活動、項目答辯匯報等能力評價，實行“學生自評+學生互評+教師評價”的模式，并將主觀評價結(jié)果量化。

2） 終結(jié)性評價。終結(jié)性評價是對學生階段性學習的質(zhì)量做出結(jié)論性評價?？己藘?nèi)容包括軍事價值、創(chuàng)意價值、作品展示、技術(shù)文檔、作品代碼和團隊合作6個維度，如表2所示。

3 結(jié)論

微機原理與接口技術(shù)是一門應用性、綜合性、實踐性均很強的課程，應著重培養(yǎng)學生對微機應用系統(tǒng)的開發(fā)與設計能力。融合ADDIE模型的“微機原理與接口技術(shù)”課程實踐教學設計與實踐，突出了學生的主體地位、培養(yǎng)了學生的自主學習能力、有助于鍛煉學生的動手能力和實踐意識、強化了學生能力培養(yǎng)、增強了學生的創(chuàng)新意識、立起了向戰(zhàn)為戰(zhàn)的鮮明導向。實踐表明：在課程考核中，歷屆學生都取得了良好的成績，學生對課程教學的滿意度達到了95%以上。學生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新實踐能力和學科競賽水平等均得到顯著提升。