基于OBE理念的單片機原理及接口技術線上線下混合式教學模式實踐

摘要：以滿足工程教育認證標準中對單片機原理及接口技術課程的需求為出發(fā)點，分析傳統(tǒng)單片機教學模式中存在的問題?；贠BE理念對傳統(tǒng)教學模式進行重構，通過引入項目案例、SPOC資源、口袋實驗室等來構建基于OBE理念的單片機原理及接口技術線上線下混合式教學模式，以此來提升學生的主體地位、加強學生自學能力的培養(yǎng)、探索更加適合農業(yè)院校電子信息類專業(yè)學生特點的教學方法、提升學生解決工程實際問題的能力。

關鍵詞：OBE；線上線下混合式教學；單片機；課程改革

中圖分類號：S663.9；F326" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1674-1161（2024）02-0134-04

近年來，探究式學習、混合式學習、合作學習、翻轉課堂、線上線下混合等以學生為中心的教育新理念的不斷提出，為高校課程教學改革提供了新的方法和思路。傳統(tǒng)的教學模式往往以教師為中心，側重于知識的傳授，而忽視了學生在學習過程中的主體地位和個性化的學習需求。研究以OBE理念為理論支撐，通過線上線下混合的教學模式對電子信息工程專業(yè)的必修課單片機原理及接口技術進行教學改革。

1 單片機原理及接口技術傳統(tǒng)教學模式分析

該課程的特點是理論與實踐并重，知識更新快，同時該課程涉及計算機科學、電子工程、通信工程等多個學科領域的知識[1]，需要學生具備一定的綜合素質和跨學科能力，是一門理論與實踐相結合、綜合性強、強調動手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的課程。單片機原理及接口技術的傳統(tǒng)課堂教學模式注重理論基礎的傳授，能夠確保學生掌握單片機的基本原理、硬件結構、編程語言等關鍵知識，可為后續(xù)學習打下堅實的基礎。傳統(tǒng)的課堂教學以循序漸進的方式展開，系統(tǒng)性強，有利于幫助學生逐步建立起有關單片機的知識體系，使學生更好地理解和掌握單片機技術。傳統(tǒng)的教學模式側重于理論傳授，以教師講授為主，學生往往處于被動接受的狀態(tài)，這可能會導致學生的學習積極性不高、參與度低[2]?？己朔绞揭怨P試的單一形式為主，只能反映學生對考試的應試能力，無法對學生的學習目標進行合理評價。上述種種弊端造成了學生實踐操作部分相對薄弱，缺乏利用單片機技術解決實際工程問題的能力[3]。

2 基于OBE理念的單片機原理及接口技術教學模式重構

為了更好地培養(yǎng)具備實踐能力和創(chuàng)新思維的工程技術人才，課程組基于OBE理念，對單片機原理及接口技術課程的教學模式進行了重構，旨在提高課程的教學質量和學生的學習效果。OBE（Outcome-Based Education）理念是一種以成果為導向的教育理念，強調以學生為中心，圍繞學生的學習成果來組織教學[4-5]。在OBE理念下，學生需要明確自己的學習目標，并積極參與學習過程，以此來實現(xiàn)學習成果的最大化。

單片機原理及接口技術課程不僅需要學生掌握單片機的基本原理和結構，還需要學生進行實際的硬件搭建和軟件編程，因此具有很強的實踐性和應用性。單片機技術和相關的編程語言也在不斷更新，因此需要學生具備一定的自主學習能力和持續(xù)學習的意愿。該課程涉及計算機科學、電子工程、通信工程等多個學科領域的知識，需要學生具備一定的綜合素質和跨學科能力。課程注重學生的動手實踐能力，需要學生通過實驗、課程設計等實踐環(huán)節(jié)來掌握單片機技術的實際應用和調試技巧，并且通過學習和實踐，學生可以逐步培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維和實踐能力，發(fā)揮主觀能動性，解決實際問題。

針對上述問題，基于OBE理念來明確教學目標，同時緊緊圍繞工程教育專業(yè)認證的標準來改革教學內容。在課程開始時，首先明確課程的學習目標，包括知識目標、能力目標和素質目標等，讓學生了解自己需要達到的學習成果。在教學過程中，轉變傳統(tǒng)的教學觀念，以學生為中心，引導學生主動參與學習過程，發(fā)揮學生的主體作用[6]。根據(jù)課程學習目標，制定了單片機知識點分解教學內容和“理論+實踐”的教學方法，以此來實現(xiàn)學生學習成果的最大化。根據(jù)學生對單片機理論知識的掌握情況，適時增加實踐環(huán)節(jié)，包括微實驗、應用案例設計等，讓學生更好地掌握單片機技術的實際應用和調試技巧。引導學生進行自主學習，鼓勵學生通過查閱資料、小組討論等方式，自主解決單片機開發(fā)過程中的實際問題[7]，提高學生的單片機開發(fā)能力和持續(xù)學習的意愿。在學期期間，進行階段性評估，以及時了解學生的學習情況，發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保學生能夠達到單片機課程預期的學習效果?；贠BE理念的單片機原理及接口技術教學模式流程圖如圖1所示。

3 單片機原理及接口技術線上線下混合式教學設計

“單片機原理與接口技術”的電子課程中，采用國內STC公司研發(fā)的STC8系列芯片為主講芯片，課程核心內容包括單片機的基本結構及工作原理、匯編語言指令及編程、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行通信、顯示器和鍵盤、可編程并行接口、A/D和D/A轉換器接口設計等教學內容。根據(jù)單片機的課程內容，將授課知識點分成理論內容和實踐內容兩部分，其中理論內容教學采用線上方式進行，線上課程建設主要包括理論知識點視頻、教學文檔、芯片技術手冊、實驗案例、程序視頻等。同時為了提升學生的自主學習能力，在理論教學內容的基礎上補充了包括微視頻、芯片動畫、單片機項目分析等拓展資源包。線上資源每一學期均會圍繞課程目標和考核標準進行修訂和調整。

單片機是對學生實踐能力要求很高的課程，傳統(tǒng)的課堂教學多以理論為主[10]，因此本課程線下教學部分以項目式教學、實踐開發(fā)教學為主，主要包括開發(fā)環(huán)境調試、PCB制板、實驗例程開發(fā)等有關單片機技術開發(fā)的重要技術環(huán)節(jié)。為了拓展學生的實踐能力，課程同步設計了“口袋實驗室”，以課程組自己研發(fā)的STC8單片機綜合開發(fā)板為硬件，再配合課程組自制的程序、案例資源，使學生在沒有考核壓力的前提下，鍛煉自主學習能力。實踐表明，學生單片機實踐開發(fā)參與度大于95%，學生對單片機課程學習的成就感大大提升，學習熱情也被大大激發(fā)[11]。

4 教學效果

課程組采用問卷調查的方式對沈陽農業(yè)大學信息與電氣工程學院2020級電子信息工程專業(yè)共43名學生進行調研，共回收有效問卷43份，問卷主要調研了學生對線上線下混合式教學方式的評價，如圖2所示。

由圖2可知，學生對線上線下混合式教學的認可程度超過93%（4分與5分的總和）。相比于傳統(tǒng)的教學方式，采用混合式的教學方式后，76%的同學認為個人的硬件開發(fā)能力有了提升，這表明線上線下混合式教學模式對大多數(shù)學生是有幫助的。

學生實踐開發(fā)能力的提升情況如圖3所示。

由圖3可以看出，7%的學生認為線上線下混合式教學導致自己的開發(fā)能力略有下降，對此未來仍需針對不同學生的情況來設計更有針對性的線上線下混合式教學內容。

5 結語

按照工程教育中的OBE 理念，結合單片機原理及接口技術課程在電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的支撐度，轉換為以學生為中心的線上線下混合式新型教學模式[12-13]，并對教學目標、教學內容、教學方法和考核方式進行了改革[14]?；谥袊髮W慕課SPOC線上資源，再結合案例式、項目式線下實踐教學以實現(xiàn)多維混合的教學模式，這一模式不僅提高了硬件開發(fā)類課程過程考核的重要性[15]、豐富過程考核的內容，還提高了學生實踐開發(fā)學習的主動性，激發(fā)了學生的學習熱情。面向工程教育認證，建立起以往教育中缺乏的工程價值觀，這有助于提高學生運用單片機解決實際工程問題的應用能力。

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Practice of Online and Offline Mixed Teaching Mode of \"Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer\" Based on OBE Concept

YU Fenghua，LI Zhengming，YAO Ping，LIU Tan，XU Tongyu*

（College of Information and Electrical Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to meet the requirements of the microcontroller principle and interface technology course in the engineering education certification standard， this paper analyzes the problems existing in the traditional microcontroller teaching mode. Based on the concept of OBE， the traditional teaching mode is reconstructed. By introducing project cases， SPOC resources， pocket LABS， etc.， the online and offline mixed teaching mode of SCM Principle and Interface Technology based on the concept of OBE is constructed. In this way， we can enhance the main body status of students， strengthen the cultivation of students’ self-study ability， explore the teaching methods more suitable for the characteristics of students majoring in electronic information in agricultural colleges and universities， and improve the students' ability to solve practical engineering problems.

Key words： OBE; online and offline mixed teaching; single-chip computer; curriculum reform