混合式教學在《單片機原理及應用》的實踐與探索

惲志東 劉華東 郭福力

0 混合式教學的內(nèi)涵

混合式教學是將在線教學與傳統(tǒng)教學兩種教學組織形式有機融合，通過“線上”+“線下”的途徑開展教學。其中線上教學作為教學的必備活動，線下教學則是基于“線上”的前期學習成果開展的由淺入深地引向深度學習的教學活動。混合式教學通過運用信息技術(shù)，以建構(gòu)主義學習理論為基礎(chǔ)，強調(diào)以學生的學習為中心，知識與能力的習得通過學生在主動建構(gòu)的過程中完成。為此，混合式教學被稱為是“教學模式的根本變革與再設(shè)計”，并提出了混合式教學的三個特征：由教師為中心轉(zhuǎn)向以學生為中心；增強學生與學生、學生與教師、學生與內(nèi)部、學生與外部資源之間的交互；采用形成性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合的評價機制[1-3]。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題

《單片機原理及應用》課程作為機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的核心必修課程，要求學生具備較強的理論基礎(chǔ)同時強調(diào)技能實踐的操作，課程教學班級人數(shù)在250 人以上。學生在學習過程中普遍反映課程內(nèi)容抽象、邏輯性差、知識點分散、難以抓住重點。課程的改革一直在延續(xù)，從參加工程教育認證前先理論后實踐的傳統(tǒng)教學，暴露出理論與實踐的脫節(jié)的問題，表現(xiàn)在實踐中所需的理論知識，在先期的學習中并沒有真正掌握；再到工程教育認證采用項目化教學改革，將理論知識融入具體課程項目中，力求做到理實一體化，但教師對于課前與課后的學習無法實施管理和有效的引導，對學生的差異化需求難以兼顧，表現(xiàn)在有限的課堂教學中，難以完成一個完整的項目任務，學習效率低下。課程的教學活動主要存在以下問題：教學方式單一，教學效果欠佳；教學過程缺少互動環(huán)節(jié)，能力培養(yǎng)失位；課程評價權(quán)重失衡，有效指標缺失。

2 混合式教學模式的實踐

以工程教育認證的“以學生為中心”“產(chǎn)出導向”“持續(xù)改進”為核心理念，針對課程教學中所存在的問題，重構(gòu)教師的教學觀和學生的學習觀。教學不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉(zhuǎn)換；學習是學習者根據(jù)自己的經(jīng)驗背景，對外部信息進行主動地選擇、加工和處理[4]。將混合式教學模式引入課程教學，借助網(wǎng)絡(luò)教學平臺工具，圍繞課前、課中和課后三個學習階段，將教師的教學活動和學生的學習活動以互動合作的方式，完成對所學知識的意義建構(gòu)過程，共同達成教學目標。

2.1 課程教學資源的設(shè)計與開發(fā)

課程教學資源是開展混合式教學的基礎(chǔ)，單片機課程的教學資源主要包括各類教學視頻、開發(fā)軟件（Proteus 仿真軟件、Keil C 編譯軟件）、程序庫、習題庫及教學PPT 等。除了引入網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)課程資源（例如中國大學MOOC 和愛課堂平臺上的國家精品課程資源），還結(jié)合本專業(yè)學生的特點和知識結(jié)構(gòu)自建了混合式教學模式的新資源。單片機課程主要內(nèi)容包括單片機結(jié)構(gòu)及原理、匯編指令系統(tǒng)及程序設(shè)計、接口技術(shù)及應用系統(tǒng)設(shè)計三大部分。各部分內(nèi)容具有較強的關(guān)聯(lián)性，同時各相關(guān)章節(jié)都有獨立的基礎(chǔ)知識，要求學生面對繁多的知識內(nèi)容具備系統(tǒng)性、層次化的思維能力。針對學生學習過程中難于把握的特點，設(shè)計了每章節(jié)的課前導讀部分，借助思維導圖將章節(jié)主要知識點及各知識點之間的相互聯(lián)系、擴展應用更加直觀的層次化表述出來。學生在大致了解了章節(jié)的知識框架和重點之后，再觀看課前預習視頻，進行課前內(nèi)容的測試，完成課前自學的全過程。在涉及有實驗環(huán)節(jié)的知識章節(jié)單元里，通過錄制對應的實驗微視頻，將軟硬技能融入課堂教學，便于學生知識向能力的轉(zhuǎn)化。

2.2 教學過程中的多元互動環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)教學過程中教師以知識傳授為主，學生被動式學習。教師只能關(guān)注課堂階段的學生表現(xiàn)，即使設(shè)計有互動環(huán)節(jié)也因為學生個體化的需求，無法提供差異化的教學服務。同時對學生的課前預習與課后練習環(huán)節(jié)，缺乏有效的監(jiān)督管理，教學效果難以保障。混合式教學借助教學平臺在課前、課中、課后三個階段進行多元的互動教學活動，實現(xiàn)了課堂教學的有效延伸和互補，促進知識的內(nèi)化。

課前學生通過學習終端自主學習教師推送的教學資源，完成學前任務，將自主學習過程中遇到的問題和疑難點通過網(wǎng)絡(luò)在線平臺與同學展開在線討論，教師同時進行在線答疑，指導學生完成對學習內(nèi)容的先行探索。為檢驗學生自主學習效果，可以通過在線檢測試題，即時反饋正誤，起到診斷與激勵的作用。在此階段，教師的主要任務是輔助學生，通過查閱學習信息調(diào)控學習進程。

教師依據(jù)課前的反饋信息，及時調(diào)整教學設(shè)計方案。在課堂教學中精講前期存在的問題，學生對自學階段理解不透徹的知識重點學習。教師發(fā)布隨堂探究任務推送至學生終端，學生以小組形式開展協(xié)作探究學習，進行生生互動討論，發(fā)表見解并提交成果。教師通過追問、補問等方式引導學生進行深度思維，并通過生生互評、教師點評等環(huán)節(jié)進行及時指導與糾正。

課后鞏固訓練是教學過程不可或缺的環(huán)節(jié)，是克服遺忘的有效手段。網(wǎng)絡(luò)平臺的學習資源可供學生無限次重復使用，幫助學生強化認知。教師通過教學平臺發(fā)布拓展性探究任務及分層次的課后練習，推送拓展學習資源，組織學生學習討論，學生在平臺討論區(qū)發(fā)表和交換各自觀點和思路，教師則可以采用啟發(fā)與點撥的方法，引導學生主動思考與探究，調(diào)控討論方向與進程，最終由學生自己得出結(jié)論，形成對知識多樣化的建構(gòu)。教師完成課后練習主觀題目的批改，通過錄制習題微課上傳平臺，學生進行糾錯總結(jié)，調(diào)整自己的學習計劃。最后師生共同進行教學反思，由教師對學生的學習效果進行形成性測評。

2.3 項目式實踐教學環(huán)節(jié)

實踐教學環(huán)節(jié)是單片機課程的重要組成部分，著重對學生技能目標的培養(yǎng)與訓練。技能目標注重軟硬技能的融合，要求學生能熟練進行硬件電路設(shè)計和單片機程序設(shè)計，并掌握單片機程序和系統(tǒng)電路的調(diào)試；培養(yǎng)學生信息處理、解決問題、團隊合作和溝通能力以及創(chuàng)新意識。

依據(jù)教學內(nèi)容和順序設(shè)置了流水燈、交通信號控制、數(shù)碼管與矩陣鍵盤、定時器與數(shù)碼顯示、報警產(chǎn)生器、紅外步進電機控制等6 個實驗項目。工具軟件Proteus 和KeilC 的使用方法和技巧由學生通過教師錄制的微視頻和上傳的軟件使用手冊先期學習完成。項目實施前，由教師在平臺上發(fā)布項目內(nèi)容及要求，學生自行完成項目的系統(tǒng)方案設(shè)計和控制算法設(shè)計，由教師在線進行診斷。項目實施階段，學生用Proteus 軟件繪制系統(tǒng)電路原理圖，并按項目要求編譯調(diào)試程序，在Proteus 軟件中進行仿真；教師組織講解系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計中存在的問題，通過互動討論由學生完成系統(tǒng)軟硬件的糾錯與調(diào)整，再到實驗開發(fā)箱完成系統(tǒng)功能的驗證。實驗項目完成后，由學生完成實驗報告的撰寫，對實驗項目的軟硬件設(shè)計和調(diào)試進行總結(jié)。項目后期階段，學生在課外以小組形式完成實物制作，提交成果后，以小組互評和教師點評相結(jié)合的方式對項目質(zhì)量進行綜合評價。通過開展以學生為主體。教師為主導的基于軟硬件技能融合的項目式教學實踐活動，促進了理論知識向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，學生在消化和獲取專業(yè)知識的同時，也有效地提升了自身的專業(yè)技能和職業(yè)能力。

2.4 課程評價方式

傳統(tǒng)教學模式中，教師是評價學生學習成績的主體，期末考核成績在學習成績判定中的占比過大，評價主體的一元化和評價方式的單一化不能真實反映學生的全面發(fā)展。而學習成果導向下的教學評價不再局限于學生所獲得知識的考察，同時強調(diào)學生良好的團隊合作精神和組織協(xié)調(diào)能力、解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維能力的評價[5]。因此混合式教學模式下評價指標體系不僅要關(guān)注學生所學知識的過程性評價和終結(jié)性評價，還應充分關(guān)注學習成果的評價。結(jié)合混合式教學活動各環(huán)節(jié)的多元化交互設(shè)計，借助教學平臺提供的全周期教學數(shù)據(jù)分析，將學習過程性評價與學生自評、同伴互評和教師評價相結(jié)合的多元化評價納入課程評價體系，從多個方面、多個視角對學生的發(fā)展進行更加全面、科學、客觀的評價。

對課程原有考核內(nèi)容及評價方式進行修訂，形成了理論考核與實踐考核、過程考核與結(jié)果考核、線上考核與線下考核相結(jié)合的綜合考核方式。考核成績由平時過程考核成績、實踐考核成績和期末考核成績?nèi)糠謽?gòu)成，其中平時過程考核成績包括考勤、作業(yè)、測驗、課堂討論（自我評價、小組評價、班級評價、教師點評）及期中考試等部分，占綜合成績比例30%；實踐考核成績包括實驗報告、設(shè)計報告（自我評價、小組評價、教師點評）、各實驗項目操作水平及工作成果等，占綜合成績比例30%；期末考核采用閉卷考試形式，占綜合成績比例40%。

3 結(jié)論

混合式教學不只是線上與線下學習場域方面的融合，將多元化的互動環(huán)節(jié)有效融入線上自主探究、線下協(xié)作研討、線上拓展鞏固三個學習階段，采用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的綜合評價機制，是混合式教學實施過程的關(guān)鍵。多元化互動使得教師教學活動與學生學習活動有效融合，不僅有效提升課程的教學效果，還使學生建構(gòu)知識能力與自主解決問題的能力得到增強，有利于學會學習、實踐創(chuàng)新兩大核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。