基于OBE教育理念的单片机原理与实践课程混合式教学.pdf

第 10 期2023 年 10 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G642192基于 OBE 教育理念的单片机原理与实践课程混合式教学屈召贵，赵金库（四川旅游学院 信息与工程学院，四川 成都 610100）摘 要：针对单片机原理与实践授课过程中存在的一系列问题，提出基于 OBE 理念的线上线下混合式教学方法，在明确课程目标的前提下，从教学组织、教学内容、教学活动和教学评价方面阐述混合式教学设计和课程资源建设，从课前、课中、课后 3 方面介绍混合式教学实践过程，总结教学创新点，说明教学效果。关键词：混合式教学；单片机；OBE 教育理念；教学质量；电气信息文章编号：1672-5913(2023)10-0192-040引 言课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，落实新时代全国高等学校本科教育工作会议要求，必须深化教育教学改革，把教学改革成果落实到课程建设上。树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系。构建以课程建设为抓手，落实立德树人根本任务，培养符合时代要求的高素质应用型人才1-3。单片微型计算机作为现代电子技术物质载体，广泛应用于测量与控制系统，是人工智能、物联网工程、边缘计算的核心技术。单片机原理与实践课程是高校电气信息类、计算机类、自动化类等工科专业的专业必修课，是集多门技术于一体的综合性实践课程，是培养学生实践动手能力、创新思维能力和计算机思维的重要课程。传统教学模式中，存在学生不主动、不积极；课外缺乏增强性训练，无法形成能力；成绩评价单一，缺乏过程性考核；学生学情难以掌控，学生遇到问题难以及时解答等问题。因此，需要依托线上线下混合式一流课程建设、课程思政示范课程建设项目要求4-8，构建课程目标、教学设计、教学方法和组织实施，搭建实验教学和虚拟仿真支撑平台，完善线上线下教学资源建设，保障实践能力培养的长效机制，提高应用型人才培养的质量。1课程目标设计课程从知识水平层面，具有计算机中数制与编码、组成和工作过程的基本知识；具有微型计算机内部组成结构体系的知识；具有汇编指令、汇编语言程序设计和 C 语言程序设计知识；具有I/O接口、中断系统、定时计数器、串行通信、A/D 转换以及接口芯片等微型计算机外设接口的知识。能力水平层面，具有使命担当，自觉立德成人、立志成才，树立正确的“三观”；具备应用Keil、Proteus、AltiumDesigner 等微型计算机开发工具的能力；具有熟练应用示波器、万用表、信号发生器、电源等仪器仪表的能力；具有应用微型计算机解决传感器数据采集、电气控制、设备智能化、物联网等复杂工程问题的能力，能针对基金项目：四川省教育厅科研项目（CC20Z27）；四川旅游学院高等教育人才培养质量和教学改革项目（JG2019009）。第一作者简介：屈召贵，男，副教授，研究方向为智能计算与信息处理、新能源管理，。教育与教学研究第 10 期193问题提出设计流程、技术方案和设计开发的能力。2混合式教学设计线上线下混合式教学是将线上网络平台和线下课堂两种不同的教学方式有效结合，发挥教师的引导和主控作用，调动学生积极性和提高效率。单片机原理与实践课程教学设计包括教学组织、教学内容、教学活动和教学评价方面设计，其整体设计如图 1 所示。2.1教学组织设计教学组织设计按照 OBE 理念，以学生为主体，教师为主导。有序组织课前任务引导，课中突破重难点，课后巩固提高。针对计算机体系结构、编程语言、开发环境搭建等知识以线上自学为主，线下答疑为辅；外设接口结构与应用以线上学原理，线下讲授重难点、仿真和实验。形成教师问题引导基础，讲解示范原理、结构和寄存器配置，案例分析软硬件设计应用。学生合作探究理解知识，虚实操作形成能力。2.2教学内容设计教学内容设计遵循“四个结合”即与课程思政相结合、与产业应用相结合、与虚实仿真相结合、与竞赛创新相结合。课程以立德树人为根本任务，挖与知识点相对应的思政内容。融入“红色四川”、5G 通信、北斗导航、原子钟、法拉第电磁感应等课程故事、课程哲理分析，开展课程思政，激发学生家国情怀与责任担当意识。设计了课程思政讨论和作业题，对学生进行了社会主义核心价值观教育、工匠精神和科学素养培养9-12。课程教学大纲、实验案例、授课教师等与企业深度融合，协同育人。共同制定教学内容、教学方法、实践教学平台、考核方式等问题；先后引入数字电压表、电机驱动、景区电子围栏等多个企业真实案例开展实验教学。LED 旋转字幕综合设计，聘请企业导师指导，从项目需求分析、方案设计、详细设计、测试调校等环节，让学生掌握电子产品开发的全过程。教学活动中引入 Proteus 仿真软件开展虚拟仿真教学，以图形化的方式，展示计算机内部运行过程，让学生易于理解知识。教学过程中采用理实一体化教学，讲完理论，随即开展虚拟仿真和实验，让学生在做中学、在学中创新，形成实践动手能力。课程教学与电子设计大赛、“蓝桥杯”全国软件和信息技术大赛单片机赛项、四川省大学生智慧文旅大赛紧密结合。将大赛项目融入教学，要求学生积极参与，激发学生兴趣和热情，激发学生的创新创业能力培养。2.3教学活动设计教学活动按照线上“看、论与测验”，线下“讲、练与实现”的方式设计。线上教学活动要求学生按任务要求看视频，论实现的方案，测验章节试题。教师通过网络平台实时跟踪学生预习情况，并及时督促进度落后的学生。线下的课堂活动，讲重难点知识点，主题讨论、辅导答疑、随堂练习，虚拟仿真和真实实验等。巩固学生的基础知识、突破重难点和熟练运用。2.4教学评价设计教学评价是教学的重要环节，课程采用“N+1”多元评价机制，其中“N”代表平时成绩，由线上学习、线上测验、线上作业、实验、课程互动图 1 混合式教学设计教学做练教学组织设计内容设计活动设计评价设计教师主导学生主体问题引导基础讲解示范原理.结构.配置案例分析软硬件设计应用合作探究理解知识虚实操作形成能力与课程思政相结合与虚拟仿真相结合与产业应用相结合与竞赛创新相结合线上“看、论、测验”线下“讲、练与实践”N+1一体化教学目标2023194计 算 机 教 育Computer Education构成，作业（30%）+课程音视频（5%）+平时互动（20%）+综合设计（5%）+实验（40%）。“1”代表期末测验，由基础理论和实践应用构成，选择题 10%+填空题 10%+判断题 10%+简答题20%+分析题 20%+综合设计题 30%。综合成绩由平时成绩 60%和期末测验成绩 40%构成。突出过程性评价，在线记录学生成绩能反映教学过程中存在的问题，为优化教学提供重要线索。3课程资源建设3.1教学内容建设课程教学内容分成 4 部分：8051 单片机机体系结构、编程语言、外设接口应用和综合设计，知识体系如图 2 所示，从概念、结构、原理到应用，循序渐进，形成一个整体知识链路。OBE 理念深入浅出地讲述 STC8 系列单片机的内核结构、编程语言、片上外设模块应用，在内容上力求精简，快速上手。全书共分 14 章，其中第 1 章讲述单片机的基础知识，第 2 章讲述STC8G 单片机的内核结构，第 3 章讲述单片机应用开发工具，第 4 章讲述汇编及程序设计，第 5章讲述 C51 语言及程序设计，第 6 章至第 13 章分别讲述 STC8G 单片机的外设 I/O 接口、中断、定时计数器、串口、A/D 转换、PCA 模块、SPI总线、PWM 模块的工作原理、结构及应用开发，第 14 章讲述直流电机驱动系统开发设计。每个章节从教学目标、教学内容、小结、习题编排。3.4实验资源建设设计单片微型机“口袋”实验板，可以完成实验项目 12 个，学生可在上面完成课前预习和课后作业；设计 LED 旋转字幕实验开发装置，可实现数据采集、PID 调节等综合设计。4混合式教学组织与实施教学实施按照课前、课中、课后的方式有序组织线上、线下教学，过程如图 3 所示。5混合式教学创新5.1重塑课程知识体系，培养应用型人才以应用型人才培养为核心，以能力培养为目标，重塑单片机微型计算机原理及应用知识体系。重在实践，强调实用，提升自主学习能力和创新能力，解决复杂工程问题。5.2改革教学组织形式，优化评价机制采用线上线下结合式教学组织形式，延展了教学组织的时空域。引入产教融合，共建师资，共建教学案例，提升了教学实用性。基于数据统计分析的精准教学设计，多元化全过程的考核评价机制，解决了传统课堂教学的不足，提升了教学效果。5.3构建 OBE 教育理念，加强能力培养按照 OBE 理念，以学生为中心，以能力为目标“学做”一体教学模式。按照任务驱动和翻转课堂的教学方法，将虚拟仿真和“口袋”实验室引用入教学。引导学生从项目分析、设计、制图 2 知识体系结构图微机基础编程语言外设接口综合应用数制、编码、运算8051 体系结构汇编指令与程序设计C51语言与程序设计输入/输出接口中断与外部中断应用定时计数器与应用串行通信接口与应用捕获脉宽调制与应用模数转换接口与应用旋转字模综合设计智能小车综合设计接口功能接口原理接口结构接口应用需求分析方案设计软硬设计仿真测试3.2线上教学资源建设课程线上资源建设已完成 11 个章节 53 个知识点的建设工作，包括音视频 42 个（时长 10 小时 58 分）、课件 53 个、实验项目 36 个、Proteus虚拟仿真实验项目32个、章节测试题共计37套、单元测试题 300 余道。线上资源全方位覆盖单片机的知识，每个知识点均按照微课视频、测验、虚拟实验（keil 程序和 Proteus 工程）的方式编排。课程在校内 SPOC 形式开展了 6 期，在超星学银在线平台开展了 4 期。3.3教材建设开展配套的教材建设，教材按照工程教育教育与教学研究第 10 期195作和调试环节，掌握产品开发的全过程。以培养学生对单片微型计算机的应用开发能力。5.4融入课程思政，落实立德树人教学过程中注重融入课程思政，鼓励学生透过具体知识和内容，挖掘蕴含在知识背后的思维方式、价值观、人生观和责任担当。培养遵纪守法、爱国、敬业、诚信、友善的应用型人才。6混合式教学成效6.1教学评价好课程近 3 年学生评教均在 98 分及以上，学校评价均在 95 分以上，线上线下结合较好，课堂活跃，学生的理论和实践能力有显著提高。6.2人才培养质量明显提高学生近 3 年参加学科竞赛获国家二等 3 项；省一等 8 项，二等 12 项，三等 20 项；“互联网+”创新创业大赛中获得银奖 2 项，铜奖 2 项；学生创新创业训练计划项目立项国家级项目 4 项，省级 11 项。一位学生依托课程项目创新获得四川省最美女大学生。学生参与设计的中央空调智能化改造应用于智慧城市建设，参与设计的电子围栏应用黄龙风景区。另外，累计有 10 余所高校的学生使用了建设的在线课程资源，均得到了好评。7结 语线上、线下混合式教学模式以学生能力产出为导向，重塑课程的知识体系，改革教学组织形式，优化课程评价机制。经实践验证，混合式教学提高了学生的参与度，拓展了课堂的时间和空间，课程教学逐渐向好，人才质量显著提高。图 3 教学实施过程教师主导学生主体任务布置后台督促任务：慕课资源自学2030分钟任务一：习题抽测1015分钟任务二：案例讨论设计515分钟任务三：实践仿真实验2030分钟总结5分钟作业拓展任务线上微课平台线上微课平台线上微课自主学习自主测量任务引入巩固重难形成能力实践提高分析学情思考做题案例分析讲解重难点方法引导针对指导针对指导针对指导认真听讲体会理解个人分析小组讨论软硬件设计测试验证软硬件设计测试验证线下课堂线下讨论线上分享线下实验线下实验针对指导在线辅导作业拓展任务提出案例讲解重难点1525分钟课前课中课后强调重难参考文献:1 教育部.教育部关于一流本科课程建设的实施意见(教高20198号)J.中华人民共和国国务院公报,2020(5):57-62.2 张兰红,吴冬春,陆广平,等.单片机原理与接口技术混合式一流课程建设研究与实践J.高教学刊,2022,8(15):48-52.3 屈召贵,周永强.应用型本科电子信息工程专业实践教学体系探索J.实验室研究与探索,2018,37(12):240-244.4 张婷婷.混合式授课模式的利用与价值:评混合式教学:技术工具辅助教学实操手册J.当代教育科学,2022(8):25-27.5 孙渝莉,刘瑞.国内高校混合式教学研究综述J.重庆交通大学学报(社会科学版),2022,22(4):96-103.6 周光霞.基于OBE教育理念的混合式教学设计与实践:以微观经济学课程为例J.大学教育,2022(4):79-82.7 吴淑梅,张瑜.混合式教学视角下培育学生自主学习能力的有效路径J.河北工程大学学报(社会科学版),2022,39(1):120-124.8 陈婧.论基于混合式教学的高校创新人才培养模式J.中国人民大学教育学刊,2022(1):87-98.9 高敏娟.线上线下混合式大学英语“金课”教学模式分析:评当代高校英语教学与混合式学习模式探究J.热带作物学报,2021,42(9):2750.10 冯晓英,郭婉瑢,宋佳欣.教师混合式教学能力发展模型：原则、准备与策略J.开放教育研究,2021,27(5):53-62.11 肖尧,李婷婷,刘子源等.基于“雨课堂”的层级管理模式在混合式教学中的应用J.计算机教育,2021(8):147-151.12 冯晓英,吴怡君,曹洁婷,等.“互联网+”时代混合式学习活动设计的策略J.中国远程教育,2021(6):60-67,77.（实习编辑：欧 阳）