基于OBE理念的微機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計

曹大偉 于鑫 曹林林

摘要：為克服傳統(tǒng)微機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)活動存在以教師為主、知識陳舊、互動性不強等問題，對教學(xué)各環(huán)節(jié)進行有針對性的創(chuàng)新設(shè)計。通過重塑教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段，設(shè)計線上+線下混合式教學(xué)模式，同時，建設(shè)了適用于課程的智慧型教學(xué)環(huán)境，提出了更加合理的教學(xué)評價體系。該教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計已連續(xù)多年在電氣工程及其自動化專業(yè)進行實踐，充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：微機原理與接口技術(shù)；OBE理念；教學(xué)創(chuàng)新；混合式教學(xué)

中圖分類號：G424? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）35-0145-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

0 引言

微機原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動化專業(yè)必修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生微機原理與接口的基礎(chǔ)知識和電氣設(shè)備控制與應(yīng)用能力。同時，該課程與相關(guān)的單片機課程設(shè)計課程等實踐環(huán)節(jié)結(jié)合，以提升學(xué)生對于微機原理與接口技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。主要內(nèi)容包括講解51單片機的體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計方法，并設(shè)定具體教學(xué)目標：1） 學(xué)生需熟練掌握51單片機內(nèi)存分配、IO接口和指令系統(tǒng)等核心知識，并具備初級編程能力；2） 理解定時、中斷和串行通信等關(guān)鍵概念，掌握相應(yīng)程序設(shè)計方法；3） 具備利用51單片機實現(xiàn)對電氣設(shè)備等進行精確控制的能力。該課程內(nèi)容繁復(fù)乏味，知識體系僵化，教學(xué)形式單一，實踐課時有限，導(dǎo)致教學(xué)效果不盡如人意。因此，在當前的教學(xué)實踐中，怎樣讓學(xué)生對晦澀難懂的知識產(chǎn)生興趣、提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動性以及改善學(xué)習(xí)效果成為亟待解決的問題?；诙嗄甑慕虒W(xué)經(jīng)驗，在信息化工具的有效利用下，本文通過對傳統(tǒng)教育活動進行創(chuàng)新設(shè)計，在教材內(nèi)容、授課方式、教學(xué)模式、環(huán)境及評估方面展開了改革措施提出了相關(guān)建議。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

該課程體系結(jié)構(gòu)過于死板，涵蓋的知識點較多且過于抽象，內(nèi)容單調(diào)乏味學(xué)習(xí)難度較高，缺少具有前沿性的知識。教材更新速度較慢，在單片機實驗設(shè)計中與實際工程應(yīng)用之間存在差距，致使學(xué)生理論知識與實際應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)不夠有效，學(xué)生對此缺乏興趣。

1.2 教學(xué)手段單一

面對信息技術(shù)的進步，多樣化和先進性的教學(xué)方式需求日益增長，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已顯得陳舊、缺乏創(chuàng)新。如今，在傳統(tǒng)課堂中口述和展示PPT仍是常見做法。然而，由于課程概念繁雜、指令復(fù)雜度高、操作煩瑣且內(nèi)容晦澀難懂等原因，這種單一、枯燥并且過時的教學(xué)模式無法吸引學(xué)生的注意力，持續(xù)效果有限。

1.3 教學(xué)模式固化

教學(xué)過程仍然沿用教師為中心進行課堂講授，學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，未能體現(xiàn)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的教學(xué)理念[1]。此外，課堂教學(xué)中理論與實踐的結(jié)合程度不高，導(dǎo)致學(xué)生在掌握了抽象知識后難以將其轉(zhuǎn)化到具體實際中進行應(yīng)用。

1.4 教學(xué)環(huán)境單一

在傳統(tǒng)的教室教學(xué)中，教師一直扮演著主導(dǎo)角色。教學(xué)活動在指定的多媒體教室和固定的時間進行。然而，在網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)時代，學(xué)生不再局限于僅有課堂作為他們唯一的學(xué)習(xí)場所?，F(xiàn)今各種多樣化的學(xué)習(xí)平臺為學(xué)生提供了更加靈活和個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。豐富廣泛的學(xué)習(xí)資源使學(xué)生能更好地調(diào)整自己的時間、選擇適合自己方式完成任務(wù)或工作。因此，借助多樣化、靈活性強、智能化的在線學(xué)習(xí)平臺和可移動學(xué)習(xí)工具，可以大幅提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1.5 教學(xué)評價單一

課程考核方式與評價標準過于獨立和單一化。傳統(tǒng)的考核方式更加偏向衡量學(xué)習(xí)的最終結(jié)果，忽視了對學(xué)習(xí)過程的關(guān)注。同時，過程性學(xué)習(xí)考核方法相對僵化，通常僅限于計算出勤率、進行測驗和完成作業(yè)等方面的評估，在合理認定競賽、科研、實踐等開放性內(nèi)容方面尚缺乏適當途徑。課程學(xué)習(xí)評價標準的單一性突顯了教師評價主導(dǎo)的特點，此外未涵蓋學(xué)生自我評價、同伴互評和企業(yè)評價，仍然體現(xiàn)了“教師為主”的教學(xué)體系。

2 教學(xué)創(chuàng)新改革措施

本課程定位于“應(yīng)用型、創(chuàng)新型”的電氣工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，根據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律并結(jié)合該課程的特點，對教學(xué)內(nèi)容、活動、評價、方法等教學(xué)要素方面進行分析和創(chuàng)新建設(shè)，提出以學(xué)生為中心的教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計思路（圖1） 。本教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計遵循OBE（Outcomes-based Education）理念[2]、“學(xué)以致用”校訓(xùn)，設(shè)計并開展課堂教學(xué)，全程關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實際感受。教學(xué)理念符合學(xué)科專業(yè)與課程要求，體現(xiàn)學(xué)以致用思想和“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的教育教學(xué)理念[3]，將思政建設(shè)[4]貫穿育人全過程。

2.1 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

融合經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識與實際案例、前沿研究成果，并鼓勵創(chuàng)新思維和實踐應(yīng)用。將電氣領(lǐng)域最新的科研成果納入課程教學(xué)內(nèi)容，有機地整合電氣工程及自動化專業(yè)課程和實踐環(huán)節(jié)，使其與學(xué)生特點和社會需求相契合。通過注重培養(yǎng)學(xué)生能力和關(guān)注社會發(fā)展需求，在構(gòu)建課程內(nèi)容時注重必備的基礎(chǔ)核心知識，并積極吸收整合國內(nèi)外領(lǐng)先的研究成果，從而體現(xiàn)該學(xué)科領(lǐng)域的前沿性。本課程旨在以我國重要研究領(lǐng)域為背景，將課程所學(xué)專業(yè)知識轉(zhuǎn)化成電氣系統(tǒng)自動化與智能化的科技成果。為了讓學(xué)生更好地掌握理論知識，在選擇研討題目時筆者采取以日常實際應(yīng)用為主線，促使其加強實踐應(yīng)用、發(fā)揮所長并致力于深入研究相關(guān)領(lǐng)域。

在將電氣領(lǐng)域作為研究背景下，基于實際案例的任務(wù)推動，旨在對課程整體知識架構(gòu)進行系統(tǒng)化的計劃和統(tǒng)籌。通過綜合考慮電氣技術(shù)的知識體系和技術(shù)要素，尋找具體且有實際應(yīng)用的系統(tǒng)，并協(xié)助學(xué)生建立完善的該門課程規(guī)劃。針對知識要素及其之間的關(guān)聯(lián)特征，采用模塊化分解與組合的方法來整理總體知識結(jié)構(gòu)，并以逐個突破方式進行教學(xué)，以處理每個知識模塊所具有的特點。經(jīng)過模塊化學(xué)習(xí)后，學(xué)生需要在指導(dǎo)教師的幫助下，建立各個知識模塊之間相互聯(lián)系的橋梁，從而形成一個完整無縫的系統(tǒng)。在這個過程中，學(xué)生可以進行系統(tǒng)功能重構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)最終的學(xué)習(xí)目標。通過這種方式深入內(nèi)化所掌握的知識，并將其應(yīng)用于實際工程解決方案中，在不斷挑戰(zhàn)和嘗試中提高自身綜合素質(zhì)、掌握新技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和理論知識靈活運用能力。

為了增加教學(xué)內(nèi)容的前沿性和新穎性，筆者邀請了在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)擁有卓越成就的科學(xué)家和工程師來到課堂。他們將最新的研究成果和工程應(yīng)用融入課堂教學(xué)中，以展示微機原理理論與應(yīng)用方面的最新進展。通過這種方式，能夠建立一個具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的知識體系，并向?qū)W生展示微機原理在實際應(yīng)用中取得的最新成果。

2.2 教學(xué)手段創(chuàng)新

在傳統(tǒng)教學(xué)手段中，PPT課件和多媒體播放是主要方式。然而對于微機原理這種實踐性很強的課程，這種教學(xué)方式有其局限性。為了更好地設(shè)計教學(xué)方案，需要有機融合多種教具，如圖片、動畫、視頻以及實物等多種媒體素材，通過創(chuàng)新性采用這些素材進行授課，在視覺效果上達到更佳的沖擊效果。該方法可以將抽象概念變得生動形象并增加趣味性，同時可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，外部中斷的掌握是教學(xué)中的難點和重點。除了理解原理外，還需要熟練掌握外部中斷程序設(shè)計。因此，在教學(xué)過程中，可以采用“PPT講解+實物展示（按鍵中斷）+視頻講解（雨課堂）+上機實訓(xùn)”等多種方式深入詳細地介紹這一內(nèi)容。這種滲透式、立體化的教學(xué)方法能夠有效攻克外部中斷的難點和重點。

隨著教育信息技術(shù)的逐漸壯大，線上學(xué)習(xí)方式日益多樣化。在微機原理與接口技術(shù)課程創(chuàng)新設(shè)計中，利用現(xiàn)代信息科技手段，進一步提升對于知識的認知和學(xué)習(xí)效果。通過藍墨云班課、雨課堂以及騰訊會議等在線學(xué)習(xí)平臺發(fā)布教材和相關(guān)資源，并且建立交流渠道，實現(xiàn)線上線下相互協(xié)作與資源共享。采用信息化手段，可實現(xiàn)對課程全過程進行精細化管理。建立覆蓋課前、課中、課后學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的無縫銜接及監(jiān)測系統(tǒng)，以便隨時了解學(xué)生在各個階段的學(xué)習(xí)效果。這種教學(xué)閉環(huán)質(zhì)量管理系統(tǒng)有助于提升教育教學(xué)質(zhì)量。

2.3 教學(xué)模式創(chuàng)新

以信息技術(shù)為支撐，展開混合式教學(xué)金課建設(shè)[5]。課程設(shè)計采用“線上/線下同行+翻轉(zhuǎn)課堂+競賽/合作”的混合教學(xué)模式，將在線教學(xué)引進傳統(tǒng)課堂。課前，通過“雨課堂”平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料，提出討論主題，指出學(xué)習(xí)任務(wù)，以學(xué)習(xí)任務(wù)為驅(qū)動指導(dǎo)學(xué)生進行預(yù)習(xí)。課中，以課前布置的任務(wù)為驅(qū)動[6]，以學(xué)生的疑問為出發(fā)點展開教學(xué)，使知識內(nèi)化，同時可采取局部翻轉(zhuǎn)課堂[7]的方式，選擇學(xué)生作為某一知識點的講解人，引導(dǎo)學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。教師通過內(nèi)容精講、問題討論、小組式學(xué)習(xí)等線下方式進行教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的互動思維，通過面對面的探究和研討培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，解決重難點。運用雨課堂進行課堂測試，通過內(nèi)容精講、問題討論、小組式學(xué)習(xí)等線下方式進行教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的互動積極性。課后，學(xué)生通過線上作業(yè)和測試、線上討論、線下練習(xí)等形式鞏固知識。通過教學(xué)效果觀察，混合式教學(xué)方式更能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)習(xí)效果。

根據(jù)新工科建設(shè)需求，探索微機原理第二課堂新思路。該課程是一門實踐性很強的課程，因此僅僅依靠有限的課內(nèi)上機學(xué)時是遠遠不夠的。通過帶領(lǐng)學(xué)生走入一線微機企業(yè)，近距離接觸無人駕駛、機器人等前沿領(lǐng)域，使學(xué)生了解微機技術(shù)真實應(yīng)用和崗位需求，引導(dǎo)學(xué)生思考：書本上的理論知識是如何應(yīng)用實現(xiàn)的？鼓勵學(xué)生參與老師科研項目，促進學(xué)生科技創(chuàng)新立項，通過科技競賽將理論知識運用到實踐中，培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用與研究創(chuàng)新能力。

2.4 教學(xué)環(huán)境創(chuàng)新

隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境已不能滿足互聯(lián)網(wǎng)時代的大學(xué)生對知識獲取的需求?；诰W(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)教學(xué)背景，利用線上線下先進教學(xué)資源，構(gòu)建了“資源-平臺-實踐”三位一體的新型智慧型教學(xué)支撐環(huán)境。通過篩選中國大學(xué)慕課、愛課程、學(xué)院路共同體等學(xué)習(xí)體系和資源，為學(xué)生提供優(yōu)秀線上學(xué)習(xí)環(huán)境；充分利用智慧教室的現(xiàn)代教學(xué)工具[8]，組織學(xué)生進行討論式課堂，交互式教學(xué)，創(chuàng)造自由式學(xué)習(xí)氛圍；實驗環(huán)境不再拘泥于傳統(tǒng)的實驗教室，通過構(gòu)建移動式創(chuàng)新實驗室，讓學(xué)生真正參與創(chuàng)新、創(chuàng)造；與企業(yè)共同構(gòu)建STC高性能單片機技術(shù)訓(xùn)練中心，將實踐與實際工程應(yīng)用緊密結(jié)合，將課堂開設(shè)到合作企業(yè)。

2.5 教學(xué)評價創(chuàng)新

以檢測課程學(xué)習(xí)目標的達成度為導(dǎo)向，科學(xué)設(shè)計課程考核方式與評價標準。圍繞課程教學(xué)目標，對學(xué)生課內(nèi)課外、線上線下的學(xué)習(xí)進行綜合測評，且給予及時反饋[9]。課程的總體評價包括自主學(xué)習(xí)、課堂表現(xiàn)和期末考試三部分。將過程性考核作為最終考評的重要因素，將在線學(xué)習(xí)、課后作業(yè)、課堂積極性、平時測驗、第二課堂成績等均納入評價模式，并明確計分方法與評分細則。利用信息技術(shù)手段對學(xué)生的日常學(xué)習(xí)生活進行詳細的記錄，激勵學(xué)生注重平時成績的積累。平時自主學(xué)習(xí)情況可以由網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂學(xué)習(xí)后臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行監(jiān)督和反饋，是有效監(jiān)督自主學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要保障。教學(xué)評價創(chuàng)新中，更加注重考查學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和技能分析、解決實際問題的能力。通過考核評價的內(nèi)容和方式創(chuàng)新，促進學(xué)生學(xué)習(xí)過程。

3 結(jié)束語

通過進行創(chuàng)新設(shè)計和實踐，解決了傳統(tǒng)微機教學(xué)活動中存在的知識體系僵硬、教師為中心、學(xué)生應(yīng)用能力不足以及評價方式不合理等問題。該研究在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)評價等方面進行了全面的創(chuàng)新。接下來，將進一步利用信息技術(shù)手段，構(gòu)建更加智能化的微機原理與接口技術(shù)新課堂。

參考文獻：

[1] 龔琴.“新工科” 背景下《微機原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)改革研究[J].新型工業(yè)化，2021，11（12）：23-24，27.

[2] 胡福志，國海，權(quán)悅，等.OBE理念下微機原理與接口技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐[J].造紙裝備及材料，2022，51（6）：214-216.

[3] 劉艷，秦鑫，張文超.新工科背景下微機原理課程教學(xué)模式探討[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（5）：160-161.

[4] 王飛，曹開田，江敏.《微機原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計與思政探究[J].中國電力教育，2021（7）：50-51.

[5] 張潔.基于MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂的“微機原理與接口技術(shù)” 混合教學(xué)模式研究[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（11）：167-168，180.

[6] 徐嘉莉，周曉清，朱曉玲.基于項目驅(qū)動的模塊化教學(xué)在微機原理與接口技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2023，19（13）：152-154.

[7] 蔣一.基于翻轉(zhuǎn)課堂的“微機原理與接口技術(shù)” 課程教學(xué)改革研究[J].江蘇科技信息，2021，38（15）：54-56.

[8] 吳銀鋒，馮仁劍，于寧，等.“微機原理與接口技術(shù)” 智慧課堂教學(xué)改革探索[J].科教文匯（上旬刊），2021（34）：94-96.

[9] 廖文江，于麗杰，方建軍.“微機原理與接口技術(shù)” 教學(xué)改革探索[J].電腦知識與技術(shù)，2023，19（3）：131-133.

【通聯(lián)編輯：唐一東】