融合ADDIE模型的微機原理與接口技術課程實踐教學設計與實踐

關鍵詞：微機原理與接口技術；ADDIE模型；微機應用系統的開發與設計能力；自主學習能力

0 引言

微機原理與接口技術課程是高等院校理工科各專業必修的一門公共基礎課程，受眾面廣，與其他學科知識點關聯緊密，具有理論性與綜合性強、技術應用并重的特點[1]。實踐教學是培養學生理論知識應用能力、提升崗位能力和未來戰爭核心能力素質要求以及實現具備寬闊視野、創新能力和實踐能力的復合型人才培養目標的重要環節。傳統的實踐教學課堂以教為中心，采用“理論知識講授結合動手實操驗證”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。針對此現狀，實踐將ADDIE模型應用于微機原理與接口技術課程實踐教學中，以學生為主體，以項目驅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的開發與設計能力。

1 ADDIE 模型概述

ADDIE模型是目前在國內外教育界廣泛使用的一種經典教學設計模型[2]。ADDIE是5個英文單詞首字母的縮寫，即分析（Analysis） 、設計（Design） 、開發（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，開發與實施為核心，評價為保障貫穿于模型各個環節。它們聯系緊密，密不可分，共同構成了一個非線性、動態的、循環的過程，具有系統性、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化構建與優化，又確保了學生獲得職業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課程實踐教學設計與實踐

ADDIE模式體現了教學設計理論模型的內核和共同特點[3]，實踐以微機原理與接口技術課程為例，聚焦能力生成優化課程教學內容，將知識融于能力培養中，探索融合ADDIE模型的微機原理與接口技術綜合實踐教學設計與實踐，該教學設計具體構建過程如下。

2.1 分析階段

分析環節是整個教學設計的基礎和依據[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鍵因素，主要包含學情分析、課程分析和教學環境分析。

1） 學情分析。微機原理與接口技術課程一般在第5學期開設。在此之前，學生已學過“程序設計基礎”和“電子技術基礎”等課程，有一定的學科基礎、具備一定的計算思維和利用硬件技術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個基礎驗證性實驗，鍛煉了獨立思考能力和調試分析能力，但嵌入式系統設計和應用開發能力有待提高。

2） 課程分析。微機原理與接口技術課程既是對“大學計算機基礎”“程序設計基礎”“電子技術基礎”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。實踐環節，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

根據分析階段的結果，在設計階段課程組結合學生的認知規律，采取“項目驅動式”教學模式，以翻轉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、創新實踐等形式。課前，教師發布綜合實踐任務：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，并在設計過程中考慮專業、軍事、安全、新技術以及創新等因素，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-結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新能力。

2.3 開發階段

以某小組的綜合實踐項目“核反應堆艙安全環境監測裝置”為例，該項目的背景是：核艦艇較傳統艦艇具有航速快、運行穩定、隱蔽性好、續航力大等難以匹敵的優勢，根本原因在于其裝備核反應堆及相應動力系統。然而，核能是一把雙刃劍，核反應既能產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，小組成員依據堆艙內部的環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測實驗，用于監測堆艙內部環境。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“核反應堆艙安全環境監測裝置”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境內的溫度、濕度、輻射強度等，以判斷堆艙環境是否正常。若出現問題，則藍燈閃爍，蜂鳴器響，正常時則綠燈閃爍。

② 當出現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。當開關被觸發（門開）時，燈變綠色。同時開始計時，數分鐘后，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

根據所學習的核安全知識，結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，保證制作出的產品美觀耐用，便于重復試驗調試；

②制作時結合真實情況查找相關資料，務必貼近現實，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依據圖2，選擇模塊：microbit主板、溫濕度傳感器、光敏傳感器、碰撞開關、三色LED燈、Grove擴展板、連接線、蜂鳴器、USB數據線、電機等；

②對選擇的模塊進行輸入、輸出及數字信號、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：實現通過檢測堆艙內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，也是持續優化教學設計的關鍵。它由形成性評價（60%） 和終結性評價（40%） 兩部分組成。其中，形成性評價貫穿于ADDIE模型始終，而終結性評價是對各小組最終的實踐項目進行的總結性評估。

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、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養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、技術文檔有報告可直接反映學習態度和成績外，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，并將主觀評價結果量化。

2） 終結性評價。終結性評價是對學生階段性學習的質量做出結論性評價。考核內容包括軍事價值、創意價值、作品展示、技術文檔、作品代碼和團隊合作6個維度，如表2所示。

3 結論

微機原理與接口技術是一門應用性、綜合性、實踐性均很強的課程，應著重培養學生對微機應用系統的開發與設計能力。融合ADDIE模型的“微機原理與接口技術”課程實踐教學設計與實踐，突出了學生的主體地位、培養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、增強了學生的創新意識、立起了向戰為戰的鮮明導向。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、創新實踐能力和學科競賽水平等均得到顯著提升。