基于雨課堂的電子系統總線技術教學模式

【摘 要】作為電子科學與技術專業研究生的專業課程，電子系統總線技術存在知識點多、實操困難等問題，理論知識難以結合實踐。本文設計了電子系統總線技術的全新課程體系，在普通授課環節的基礎上加入了理論環節和實踐環節，并且利用雨課堂手段提升課堂交互效果，取得了較好的教學質量和教學效果。

【關鍵詞】電子系統總線技術 雨課堂 教學模式改革

【基金項目】杭州電子科技大學研究生核心課程建設項目（HXKC2017005），杭州電子科技大學新生研討課程項目《網絡的奧秘》。

【中圖分類號】TP336；G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）36-0044-02

引言

隨著通信技術、微機電技術與計算機網絡技術的迅速發展，電子系統總線技術得到了快速發展和廣泛應用，已經成為推動現代制造業發展的重要技術之一。2015年國務院發布的《中國制造2025》綱領文件以促進制造業創新發展為主題，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，以滿足經濟社會發展和國防建設對重大技術裝備的需求為目標，強化工業基礎能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養體系，促進產業轉型升級[1]。《電子系統總線技術》課程包括分布式數據采集、現場總線控制網絡、工業4.0智能制造、智能信號處理方法等內容，要求學生從理論上掌握現場總線控制網絡的通信基礎和實施方案、各種分布式數據采集與現場總線系統的技術特點、現場總線控制網絡的核心技術、網絡通信協議和控制網絡架構、電子系統集成思想與實施方案等。通過課程學習，學生可以了解目前國內外熱點技術，掌握現場總線這種可構成全分布式測控系統的核心技術，培養總線架構電子系統綜合設計能力。因此，根據目前我國現代工業與制造業智能化與網絡化的發展需求，掌握電子系統總線技術對電子技術相關專業研究生是十分重要與必要的[2]。

開設《電子系統總線技術》課程目的是通過系統的理論學習與相關實踐，掌握現代總線通信技術與電子系統設計的基礎知識、基本概念、分析方法和典型應用，了解國內外電子系統總線技術的最新技術與發展趨勢，培養總線系統設計的能力，為深入學習專業知識和從事科研實踐活動打下堅實的基礎。在電子科學與技術學科開設《電子系統總線技術》課程，符合學科信息化與工業化發展的客觀需求，也是踐行國家工業4.0發展規劃的重要技術儲備，因此是目前我校電路與系統專業研究生的必修課。但由于本課程自身特點、教學培養方式、學生知識體系等原因，目前的教學工作面臨諸多問題：

（1）課程內容知識點涉及面廣、應用特性明顯。本課程要求學生要掌握單片機原理、模擬電路線路、數字電子線路、通信原理、信號與系統等多門基礎知識，與本科階段課程不一樣，除了理論基礎知識以外，還需要緊密聯系工程實踐，從工業實踐中來，又要應用于工程實踐。（2）學生基礎差異化較嚴重。我校電子科學與技術學科每年招收的絕大多數碩士研究生來自其他學校和相關院系，他們的知識背景、知識結構、理論基礎、理解能力、實踐能力等差別很大，部分學生缺乏相關知識背景。（3）課程內容體系不統一。目前國內較少高效開設了這門課程，而且已開設課程高校的內容設置差別較大，如何針對我校電子科學與技術學科的發展特色與實際需求，在不違背教學大綱前提下，合理選擇課堂教學和實踐內容，直接關系到教學內容的科學性、完整性和系統性。（4）學生就業目的性突出。目前研究生較為以工作為導向進行課程的選擇，一般不傾向于工業環境的就業選擇。而本課程立足于工業現場環境，是智能制造和工業4.0技術的重要知識基礎，理論與實際聯系較為緊密，因此必須培養學生對本課程的興趣。

本文將雨課堂技術引入到《電子系統總線技術》課程，設計了授課環節、理論環節和實踐環節，并且利用雨課堂手段提升課堂交互效果，取得了較好的教學質量和教學效果。

一、教學模式改革

（一）全新課程體系設計

根據教學大綱和技術發展，對電子系統總線技術課程的內容體系進行了精心設計，具體課程體系如圖1所示，內容包括針對智能制造、工業4.0和物聯網技術的電子系統和總線技術，課時安排由授課環節（8課次）、理論環節（2課次）與實踐環節（6課次）三部分內容組成。

（1）8課次授課環節主要從課程的知識體系出發，讓學生全面了解電子系統總線技術的技術涵蓋，內容包括：電子系統總線技術導論、電子系統設計提高篇、智能分布式測控系統、 現場總線通信理論、常用串行總線技術應用、無線傳感網與物聯網、嵌入式系統編程開發、圖像視頻智能分析技術。

（2）2課次理論環節主要從研究生的理論研究能力與手段著眼，鍛煉文獻查閱能力與科研文字撰寫能力，包括文獻閱讀、文獻報告、論文撰寫。

（3）6課次實踐環節主要從電子科學與技術學科學生的實踐動手能力和新設計工具方法的角度出發，內容包括：電路設計與仿真、網絡設計與模擬、Simulink、Labview編程、總線分析軟硬件、Raspberry Pi 等[4]。

（二）全新課堂教學方式

雨課堂[3]是清華大學在線教育辦公室和學堂在線共同推出的新型智慧教學工具，可將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint和微信，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。使用雨課堂，教師可以將帶有MOOC視頻、習題、語音的課前預習課件推送到學生手機，師生溝通及時反饋；課堂上實時答題、彈幕互動，為傳統課堂教學師生互動提供了完美解決方案。雨課堂科學地覆蓋了課前——課上——課后的每一個教學環節，為師生提供完整立體的數據支持，個性化報表、自動任務提醒，讓教與學更明了。

通過雨課堂技術手段，可以實現隨堂習題、課堂小測、不懂反饋、彈幕、投稿、隨機點名等交互式操作。在授課環節，本課程主要利用了雨課堂的如下功能：

（1）課前預習：通過提前在雨課堂發布預習內容，督促學生進行課前預習；（2）課堂簽到：每次課上通過課堂簽到功能，追蹤統計遲到、曠課等同學；（3）課堂交互：通過開啟學生彈幕功能實現問題反饋，實現師生雙向交互；（4）在線測驗：定時開設在線小測驗，實時統計學生對知識點的掌握程度；（5）課后復習：課后學生可以通過課件翻閱和打印，對課堂內容進行復習；（6）期末考試：利用雨課堂試題發布功能進行手機端考試、批改與統計。

理論環節采用了學生課堂報告的形式，將課堂報告發至雨課堂討論區，讓學生課內課外都可以自由地表達和質疑。實踐環節通過課后分小組進行設計實驗，并將實現結果進行發布，通過問題交流，促使學生深入地去掌握軟件工具和新型設計方法。

因此，通過雨課堂這一新興的教學方法和技術手段，結合電子系統總線技術的課程改革，達到了外在教學方法與內在知識體系的完美結合，兩者相輔相成，互相作用。

二、教學效果

電子系統總線技術課程的教學模式改革在2017年-2018年第一學期88位選課的研究生同學班級上進行初步試驗。雨課堂微信端課程操作界面、雨課堂電腦端新建試卷等操作界面如圖2和圖3所示，學生課堂報告如圖5所示。課堂上將88名同學分為了20個小組，平均每組4名同學，除了授課環節以外，理論環節和實踐環節的設計與實驗以小組為單位進行。具體的實施方式包括課堂報告、課堂辯論、課外討論、效果演示、成果展示等環節。課程之后，2017-2018年第二學期還繼續追蹤選課研究生參與科研項目的情況，本課程內容在實際科研中的效果調查，以及選課研究生的發表科研論文（特別是英文論文）的情況，驗證本課程教學模式改革的長期效果。2018年-2019年第一學期將對教學模式改革進行進一步完善。

三、結語

雨課堂將課前——課上——課后的每一個環節都賦予全新的體驗，快捷免費地實現大數據時代的智慧教學。本文在全新設計電子系統總線技術課程體系的基礎上，利用雨課堂軟件這一新型的技術手段實現研究生課程的類翻轉課堂模式，提供教學數據全周期采集、量化學習情況，幫助教師精準教學。通過本學期的實踐教學，發現全班88名學生的學習熱情較高，課外投入的時間較長，10余名學生發表了英文科研論文，近一半學生參與了科研項目，因此取得了較好的教學效果與教學質量。

參考文獻：

[1]中國制造2025. http：//www.gov.cn/zhuanti/2016/MadeinChina2025-plan/index.htm [BL/OL]， 中國國務院， 2015.

[2] 李宏毅， 廉根寬. 體驗式教法在“現場總線技術”課程教學中的應用， 現代職業教育 ， 2018.1： 121.

[3] 雨課堂. http：//ykt.io [BL/OL]， 清華大學&學堂在線， 2018.

[4]樹莓派. https：//www.raspberrypi.org [BL/OL]， The Raspberry Pi Foundation， 2018.

作者簡介：

蔡文郁（1979-），男，杭州電子科技大學，博士，副教授，主要從事物聯網、無線傳感網及嵌入式技術研究。