O-AMAS有效教學(xué)模式在“自動識別技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用

李曉武　李潤鑫　齊敏

摘要： “自動識別技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。針對傳統(tǒng)教學(xué)的不足，本論文將國內(nèi)研發(fā)的“O—AMAS”有效教學(xué)模型應(yīng)用于“自動識別技術(shù)”課程教學(xué)中，論文以若干章節(jié)教學(xué)內(nèi)容為例介紹其教學(xué)實(shí)施過程，以達(dá)到提高自動識別技術(shù)的教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：O-AMAS有效教學(xué)模式;自動識別技術(shù);教學(xué)設(shè)計

“O-AMAS”是南開大學(xué)有效教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2017年提出的一種多元、有效的教改模式，即以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，以師生互動教學(xué)學(xué)習(xí)活動為驅(qū)動力，通過快速激活、多元學(xué)習(xí)、有效測評和簡要總結(jié)四個教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生積極學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)忙起來，教學(xué)活動活起來，過程管理嚴(yán)起來的有效教學(xué)模型[1- 2]。自2017年以來，O-AMAS有效教學(xué)模型已逐步推廣到全國各高校各專業(yè)各類型課堂中使用[2-4]。

自動識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程以學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)主流技術(shù)RFID、條碼、二維碼等技術(shù)為主要目標(biāo)，其中，RFID技術(shù)所占比重較大，包括了無源RFID標(biāo)簽?zāi)芰揩@得原理、RFID技術(shù)的編碼特點(diǎn)，碰撞檢測，RFID標(biāo)簽防碰撞算法原理，物聯(lián)網(wǎng)安全認(rèn)證技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)尋址，射頻卡的安全原理和訪問控制原理等，這些技術(shù)點(diǎn)的掌握可以使學(xué)生能較好地適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的開發(fā)工作或科研工作。本文以自動識別技術(shù)為例，探討如何將O-AMAS教學(xué)模型引入課堂教學(xué)中有效支撐工程教育認(rèn)證申報，提高學(xué)生的畢業(yè)要求達(dá)成度。希望對物聯(lián)網(wǎng)類同行的教學(xué)工作起到一定的啟發(fā)和幫助作用。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題

自動識別技術(shù)先導(dǎo)課程較多，如電子技術(shù)，高頻電路，通信原理，信息安全，internet協(xié)議等課程，這給自動識別課程的學(xué)習(xí)帶來很多困難，需要老師用簡潔明了的教學(xué)方式為先導(dǎo)知識進(jìn)行講解和進(jìn)一步的應(yīng)用。傳統(tǒng)自動識別技術(shù)教學(xué)模式通常是以教師理論講解為主，這導(dǎo)致學(xué)生理解方面的困難，并且缺乏有效的學(xué)習(xí)監(jiān)督措施、學(xué)習(xí)效果評價方法以及過程實(shí)施手段，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)樂趣，作業(yè)完成質(zhì)量差，教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求達(dá)成度難以順利實(shí)現(xiàn)。

二、基于O-AMAS的教學(xué)模式的自動識別技術(shù)課程教學(xué)改革

為了適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)改革和創(chuàng)新，筆者結(jié)合多年高校自動識別技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以工程教育認(rèn)證為背景，將O-AMAS的教學(xué)模式引入自動識別技術(shù)的課程教學(xué)中，就整個自動識別技術(shù)的教學(xué)設(shè)計做詳細(xì)闡述。

（一） 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

在O-AMAS的教學(xué)模式中，強(qiáng)調(diào)以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，把教學(xué)目標(biāo)當(dāng)作課堂教學(xué)的起點(diǎn)[3]，決定著教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)評價的選擇和實(shí)施，決定著課堂教學(xué)效果的好壞，教學(xué)目標(biāo)是具體的、可測量的、可達(dá)到的、現(xiàn)實(shí)的和有時間限制的[4]。結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求，自動識別技術(shù)需要完成三個教學(xué)目標(biāo)，并對應(yīng)工程教育認(rèn)證中的畢業(yè)要求2（問題分析）、畢業(yè)要求3（設(shè)計/開發(fā)解決方案）和畢業(yè)要求4（研究）三個指標(biāo)點(diǎn)，總結(jié)于表1中。

（二） 教學(xué)模式改革

基于“AMAS”四個教學(xué)環(huán)節(jié)，我們在自動識別技術(shù)課程的課堂教學(xué)中加入了嚴(yán)格的過程管理措施，下面我們詳細(xì)闡述教學(xué)設(shè)計過程如下。

1.增加實(shí)驗(yàn)和作業(yè)結(jié)果檢查

在自動識別技術(shù)這門課中，很多作業(yè)是以上機(jī)實(shí)驗(yàn)方式布置，為了督促和監(jiān)督學(xué)生有效的學(xué)習(xí)，必須增加有實(shí)驗(yàn)和作業(yè)的檢查環(huán)節(jié)。具體地講，每次課程中留出時間，讓學(xué)生帶著自己的電腦把實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果展示出來，并且需要闡述代碼或電路圖設(shè)計的作用和原理。自動識別設(shè)置了8個左右的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，這些實(shí)驗(yàn)覆蓋了大部分所講知識點(diǎn)，通過結(jié)果檢查能夠有效地提高學(xué)生對知識點(diǎn)地把我。并且，在平時成績中設(shè)置課堂作業(yè)考查及預(yù)習(xí)考查分?jǐn)?shù)（比如20分），對考查未達(dá)到要求的學(xué)生，給予相應(yīng)部分的扣分，直到扣完為止。該環(huán)節(jié)教師可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度選擇性開展。

2.課堂激活

課堂激活可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)事半功倍。在本教學(xué)模式中，通過真實(shí)嵌入式項(xiàng)目開發(fā)各個環(huán)節(jié)的演示，有力的調(diào)動學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。以“RFID標(biāo)簽識別”章節(jié)為例，結(jié)合課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，通過真實(shí)嵌入式項(xiàng)目開發(fā)各個環(huán)節(jié)的演示、講解和學(xué)生上講臺實(shí)際操等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生把項(xiàng)目結(jié)果調(diào)試出來，從而大大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，具體如下：

（1）展示RFID標(biāo)簽識別項(xiàng)目使用器件。講解Arduino單片機(jī)和射頻模塊RC522的功能和特點(diǎn)，此外還講解項(xiàng)目選材的原因和選材的網(wǎng)址，使得學(xué)生在以后工作學(xué)習(xí)中可以在網(wǎng)上找到自己需要的電子器件;

（2）展示Arduino單片機(jī)和射頻模塊RC522的電路連接圖，并且通過面包板和條線，實(shí)現(xiàn)兩個功能器件的鏈接，讓學(xué)生模擬自己制作電路板的樂趣;

（3）講解軟件源代碼，提問學(xué)生核心代碼的功能，讓學(xué)生理解RFID標(biāo)簽識別核心代碼編程原理;

（4）軟件測試，把編寫好的軟件燒寫到arduino單片機(jī)中，把RFID卡片放到RC522模塊上，系統(tǒng)就能讀到RFID卡號，當(dāng)RFID卡號被讀出的時候，學(xué)生的求知欲和興趣點(diǎn)會進(jìn)一步提升;

（5）隨機(jī)讓學(xué)生上臺體驗(yàn)整個讀RFID標(biāo)簽的過程，讓學(xué)生自己完全實(shí)現(xiàn)整個項(xiàng)目的過程，讓學(xué)生對知識點(diǎn)更好的感受和掌握，轉(zhuǎn)化成自己的能力。這一套過程下來，能很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.多元化學(xué)習(xí)模式

多元化教學(xué)法是指課堂上綜合采用多個因素參與下的教學(xué)方法，在本課程中，我們采用教師理論講解、教師實(shí)驗(yàn)演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程操作、學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程解釋、學(xué)生實(shí)驗(yàn)總結(jié)的方式、具體實(shí)施方法如下。

首先，教師講授RFID標(biāo)簽識別的開發(fā)環(huán)境，arduino芯片和射頻模塊RC522、項(xiàng)目硬件產(chǎn)的電路圖、開發(fā)IDE的介紹、軟件源代碼、軟件燒寫的過程，教師講授的方式有利于學(xué)生迅速了解RFID標(biāo)簽讀寫軟硬件的關(guān)鍵知識點(diǎn)，進(jìn)入知識的快速積累狀態(tài)。然后，采用了個體學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。將學(xué)生分組，并采用基于問題的個體學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，把項(xiàng)目分解為5個環(huán)節(jié)（或成為問題），要求小組共同完成RFID標(biāo)簽識別的各個環(huán)節(jié)。每名組員負(fù)責(zé)一個環(huán)節(jié)的講解，組員1負(fù)責(zé)arduino芯片和射頻模塊RC522的功能介紹;組員2負(fù)責(zé)項(xiàng)目硬件產(chǎn)的電路圖;組員3負(fù)責(zé)開發(fā)IDE的介紹、軟件源代碼;組員4負(fù)責(zé)軟件燒寫和測試。小組成員進(jìn)行個體學(xué)習(xí)后，依次在組內(nèi)講解自己所學(xué)的知識項(xiàng)目，組內(nèi)成員對這4個環(huán)節(jié)的知識點(diǎn)進(jìn)行討論分析，并在班內(nèi)匯報全班進(jìn)行討論，討論完后各個組把項(xiàng)目完成過程中的難點(diǎn)列舉出來，全班同學(xué)共同解決，最后由教師進(jìn)行補(bǔ)充總結(jié)。通過這種多元教學(xué)模式的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生對一些重要知識點(diǎn)的理解會更為深入，且更能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動積極性。

4.增加彈性化的過程考核方式

在平時成績中增加彈性考核部分，教師挑選一些稍微復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)庫或作業(yè)庫，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)功能完成情況，給學(xué)生相應(yīng)的平時成績，額外的平時成績有助于提高學(xué)生平時成績，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如對于“RFID標(biāo)簽ID號讀取實(shí)驗(yàn)”中，如果學(xué)生能夠把標(biāo)簽ID號讀出，則獲得該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)分100分，如果能以圖形界面的方式展示出來，那么，這個學(xué)生的平時成績將增加5分，此外該實(shí)驗(yàn)如果能封裝成一個軟件，則平時成績再增加5分，直到平時成績?yōu)闈M分為止。這些復(fù)雜實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在原有知識上有所提高，而且激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的積極性;對于“防碰撞算法仿真實(shí)驗(yàn)”中，如果實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒ν瓿啥鄠€標(biāo)簽的讀取則獲得實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)分100分，如果防碰撞算法的效率提高到0.4（每10個時隙識別4個標(biāo)簽），則平時成績增加5分，如果效率提高到0.6（每10個時隙識別6個標(biāo)簽），則平時成績再增加5分，以此類推。

（三）學(xué)習(xí)的有效評價

1.教學(xué)評價的改革

基于OBE理念（基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教育模式）[5]，學(xué)習(xí)結(jié)果是教學(xué)評價的重要考核因素，在本論文的教學(xué)模型中，我們把教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度看作一種有效的教學(xué)評價，通過目標(biāo)達(dá)成度可以觀察每個教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。例如，對于課程目標(biāo)2來說，它的達(dá)成情況度體現(xiàn)在平時表現(xiàn)和期末成績兩部分，平時表現(xiàn)體現(xiàn)在作業(yè)1、2，實(shí)驗(yàn)1、2及考勤，而期末考則體現(xiàn)在試卷二的1（10分）、2（10分）、3（10分）這些題目的得分;對于課程目標(biāo)3來說，它的達(dá)成情況度體現(xiàn)在平時表現(xiàn)和期末成績兩部分，平時表現(xiàn)體現(xiàn)在作業(yè)3、4，實(shí)驗(yàn)3、4及考勤，而期末考則體現(xiàn)在試卷的三（10分）、四（15分）、五（20分）這些題目的得分;對于課程目標(biāo)4來說，它的達(dá)成情況度只體現(xiàn)在平時表現(xiàn)，平時表現(xiàn)考察作業(yè)3、4，實(shí)驗(yàn)3、4及考勤。這樣我們可以從作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末試卷、考勤四個維度對自動識別技術(shù)這門課程進(jìn)行量化的教學(xué)評價。此外，還可以采用學(xué)生對自動識別技術(shù)重點(diǎn)知識點(diǎn)的掌握情況做教學(xué)評價，這可以采用文件調(diào)查方式進(jìn)行。依據(jù)評價結(jié)果做課程目標(biāo)達(dá)成度分析，對教學(xué)方式和方法做持續(xù)改進(jìn)。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)評價的改革

引導(dǎo)學(xué)生在每章節(jié)內(nèi)容結(jié)束后，做自我學(xué)習(xí)評價。結(jié)合自動識別課程的特點(diǎn)，評價知識掌握程度主要以實(shí)驗(yàn)掌握情況來判斷，評價主體可以以小組或個的方式展開，如果小組或個人對實(shí)驗(yàn)的過程，原理描述清晰，則表明學(xué)生學(xué)習(xí)情況良好。

（四） 知識內(nèi)容的簡要總結(jié)

總結(jié)的作用在于回顧課堂的重點(diǎn)知識，使遺忘速度放緩，強(qiáng)化所學(xué)知識。傳統(tǒng)課堂設(shè)計，總結(jié)的方式過于單一化，通常采用課堂提問方式進(jìn)行總結(jié)，這樣的總結(jié)方式收效不明顯。O-AMAS模型認(rèn)為有效總結(jié)應(yīng)該是學(xué)生主動的、參與的、協(xié)作的和反思的，具有要點(diǎn)回顧和反思深化的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和回憶。在我們的教學(xué)方案中，以程序代碼或?qū)嶒?yàn)硬件的真實(shí)電路圖作為依托，讓學(xué)生通過直觀的方式對知識進(jìn)行總結(jié)。

例如，在二維碼識別的知識講解中，我們給出二維碼識別的python代碼，讓學(xué)生上講臺講述這些代碼的功能和執(zhí)行結(jié)果，這樣讓學(xué)生有強(qiáng)烈的參與感，能有效增強(qiáng)認(rèn)知。

三、結(jié)束語

綜上所述，本文在工程教育背景下，基于O-AMAS教育模式探索和介紹了一套完整的自動識別技術(shù)課程的教學(xué)設(shè)計方案，該方案采用多元化過程考核、多目標(biāo)的教學(xué)和評價機(jī)制，全面提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

作者單位：李曉武? ? 李潤鑫? ? 昆明理工大學(xué)信息工程與自動化學(xué)院

齊敏? ? 昆明理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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