“雨课堂”在新工科背景下教学改革中的应用——以“单片机原理与应用”课程为例

吴光文， 朱兆优， 马善农

(东华理工大学，江西 南昌 330013)

优秀的工程教育是国家竞争力的重要保证，为了使我国高等工程教育能适应和引领新经济的发展需求。2017年2月18日，30所高校在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，为当下“新工科”的建设和发展指明了方向，提供了有益的思路。当下移动互联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、物联网、智能制造、网络安全、电子商务、移动医疗等新技术不断涌现，社会治理、组织模式、产业与商业体系框架不断变革。大部分新技术的核心都围绕着微处理器设计工艺和应用技术的创新。具有实用价值的单片机系统规模庞大，如何让学生在有限的时间内学会设计一定规模系统，是高校人才培养的一个关键问题[1]。“单片机原理与应用”课程包含微处理器的硬件系统工作原理和程序设计技术，是电子信息工程专业学生必备的专业技能。学习单片机能为新工科背景下的后续专业课程学习奠定重要的基础，利于学生进一步成长为电子信息领域从事研究、设计、制造、管理的高素质、高能力的创新型人才。

随着MOOC(Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程)和混合式教学在单片机教学领域的应用，大量的学习型开发版(含教程、例程)的涌现，使单片机学习更加便捷、高效。但是MOOC存在着“教学管理困难，评价机制单一，师生互动缺乏，课程通过率低”的问题[2]。学生在学习的过程中，只需要将几个简单的例程读懂，并进行简单的拼凑，实现功能，就认为学到了单片机系统设计的真谛，而沾沾自喜。将单片机底层的基本原理、通信接口协议，汇编程序的设计等重要内容一概弃如敝屣。笔者在本科生答辩过程中曾经碰到，学生演示自己作品时，不知道自己用的是什么协议的串口。这类基础不牢的学习方法，会较大地影响后续的学习和工作。“单片机原理与应用”是难度较高的专业综合课程，需要学习者有较好的硬件基础和软件设计能力，对实践能力要求较高。在教学过程中，适当的增加教师和学生的互动，教师充分把握学生的学习情况进行适当的教学调整是非常必要的。增加学生学习过程中的参与度，充分调动其积极性，使其在不自觉的过程中，脱离浮躁心态，脚踏实地学习，传统的教学手段难以做到。随着网络的快速发展，使得教师的说教和学生手机游戏、视频难以匹敌，无手机课堂虽然是一种釜底抽薪办法，但对学生上课思想意识开小差就无能为力了。

在“雨课堂”教学实践中，教师可以和学生充分交流，尤其是课堂教学管理这方面，能把学生带入课堂，对学生课堂的参与度和积极性有较大的提高。笔者通过“单片机原理与应用”的“雨课堂”教学实践表明，学生的到课率达到100%，课堂回答问题的参与度达到100%。督导组听课专家反映，全班学生聚精会神听课，没有发现有开小差的同学。对雨课堂提供的教学数据分析，可以较好地掌握学生对知识的理解和掌握情况，对不懂的内容进行进一步的讲解。教学过程中学生反映良好，期末考核的平均成绩比传统教学方法有8～10分的提升。

1 雨课堂的功能

“雨课堂”是由学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的基于移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[3]。“雨课堂”具有课前预习、课堂教学、课后作业、答疑和测试等功能。教师仅需安装“雨课堂”电脑平台的软件，将制作好的PPT进行简单修改即可，然后登录微信即可使用。对于学生来说，只需要登录微信进入课堂就可以，不需要安装任何软件。“雨课堂”使用需要的学习时间非常短，而且不需要额外的经费投入。在教学过程中，“雨课堂”具备以下特色功能。

1.1 课前手机课件推送功能

“雨课堂”允许教师课前将教学课件推送到学生微信中，内容可以是PPT、小视频、思考题或教师的语音信息。学生在课前预习教师提出的思考题，有针对性地查看课件、预习教材或者查阅相关文献。预习后，可以通过“雨课堂”自带的“报告老师”功能反馈学习过程中碰到的问题，在教师的建议下进行高效的课前学习。

1.2 课堂互动功能

笔者在教学实践中，发现“雨课堂”的课堂功能非常有用，通过课上幻灯片的反馈、习题的在线应答和“弹幕”课堂讨论可以激励学生参与课堂教学，激发学习兴趣，而且是全体学生参与。传统的课堂提问没法实现，尤其是大班教学的情况下，对于管理课堂效率非常高。教师不再需要通过观察学生的面部表情了解教学效果，学生的听课和理解情况可以通过“雨课堂”的数据“实时”“客观”的传送到教师的终端上。通过数据分析教学的方法，相对于平常的课堂管理更加科学、有效。

1.2.1 授课时的“不懂”反馈功能

在传统课堂教学中，老师的讲解速度往往大于学生做笔记的速度[4]。在使用“雨课堂”授课时，讲授的PPT实时的传送到学生的手机上，学生可以根据自己的实际情况翻阅PPT，避免了在使用PPT教学时跟不上教学节奏的问题，方便学生做笔记。如果不理解，学生可以通过发送“不懂”的“匿名”消息到教师终端，教师可以看到每页PPT不懂的学生总数[5]。教师可以根据这些数据调整教学的节奏，对于重点的难懂问题着重讲述，提高教学的效率。在教学过程中，笔者发现使用“雨课堂”的方法，学生提出不懂的情况时有发生，而在传统教学中，通过口头提问“懂了没有”得到的应答往往是寥寥无几。“不懂”数据能够客观的反映课堂中学生的知识掌握情况。

1.2.2 习题应答功能

“雨课堂”的习题应答功能非常强大、好用，有客观题和主观题两种。为了刺激听课的对象集中注意力，在教学的过程中，笔者每12-15分钟安排一个客观题让学生限定时间回答。每个问题都有分数，计入平时分。在教学过程中，不认真听课的学生没法正确回答问题。在答题结束后“雨课堂”统计学生的答题情况，教师可以掌握每位学生的答题情况和总体的正确率。教学过程中，几乎是全体学生参与答题，教师还可以根据学生的表现情况，发个小额的红包奖励一下回答正确的学生。相比于传统教学方法中，教师提出问题，大家回答，或者点名回答的方式，“雨课堂”能够较大地提高学生课堂教学的参与度，尤其在大班教学中，效果更为明显。教师可以通过“雨课堂”在教学过程中安排主观题，让学生做。例如抽出10分钟左右时间，让学生书面回答问题，然后拍照上传，教师课后批改、写评语打分。这种方法可以避免课后作业中学生抄袭，真实地反映课堂教学的效果。

1.2.3 课堂讨论“弹幕”

传统教学方法中，讨论时间一般比较沉默，好的答案、创意往往很难提出，需要教师反复地鼓励才能说出来。在大家同时回答的时候，难免声音大的盖过声音小的。教师没法捕捉到大部分学生的想法。“雨课堂”将课堂讨论改为“弹幕”，学生通过弹幕的形式，将自己的想法并“匿名”出现在屏幕上(后台实名)，实现了全体学生的“并行讨论”，教师能够更加全面、客观地了解学生的答案。

1.3 课后的数据分析

在课堂教学中，“雨课堂”实时的采集学生的各种表现，签到、答题得分情况，并给出统计结果。教师课后分析这些数据，进一步了解课堂中学生的知识掌握情况，评估自己的教学表现，调整教学策略。相对于传统教学方法，“雨课堂”提供的数据精细反映学生的学习情况。另外，教学过程中平时成绩的打分，使用“雨课堂”采集的数据，显得更加公平、公正、高效，从而使得教学的平时成绩考核由主观性时代进入了客观性的“数据时代”。

2 “单片机原理与应用”的“雨课堂”教学模式

考虑到电子信息工程专业大二下学期，学生对手机APP非常熟悉，学生对“雨课堂”的使用没有问题，通过调查发现学生对这种教学模式积极性比较高，而且充满期待。“单片机原理与应用”是电子信息工程专业学生的学位课，是学习嵌入式计算机工作原理和底层程序设计的基础课程，有较大的难度。传统的教学方式下，鉴于学时有限的原因，教师想实时了解课堂上学生对知识的掌握情况非常困难，课下的互动机会比较有限，听讲是学生学习的主要途径，学习的效果不够理想。处于大二下学期的学生应该具有了一定的自主学习能力，但是自制力往往不够，需要教师在课上和课下督促。通过对学生情况分析和对“雨课堂”的了解，笔者设计并实施了“单片机原理与应用”“雨课堂”教学模式的改革，整个过程分为课前、课堂和课后三个环节。

2.1 课前阶段

提前根据知识点制作好PPT，在PPT中插入课堂习题，图片文字等内容，以备上课使用。然后将相关知识点以问题的形式做成PPT，发给学生课前预习，学生提前看书或者查阅相关资料。PPT比较简洁，学生花10分钟左右就可以预习完，然后根据自己的情况，查找问题的答案。教师可以通过“雨课堂”实时的了解学生预习情况，在课堂教学阶段教师要注意考核学生的预习效果，弥补这个不足。

2.2 课堂教学阶段

在上课时，首先利用签到功能，学生通过扫码、对暗号等方式进入课堂，教师手上的终端可以掌握学生的签到时间和方式。实践发现，使用“雨课堂”后，签到变的省时、高效，如果能够结合讲课中途的答题，则迟到、旷课情况几乎消失殆尽。在进行讲解时，根据课前学生的预习反馈，对重点和难懂知识进行讲解。充分利用“雨课堂”的课上互动功能，及时掌握教学过程中学生对知识的掌握情况，针对性教学。

2.2.1 利用学生针对PPT提出的“不懂”和“弹幕”功能

在讲课过程中，学生可以按下“不懂”按钮，雨课堂的教师终端会统计不懂的人数，针对不懂的问题重点讲解，可以实现全体学生和教师的互动，不会打断教师讲课的进程，其他听课者也不会受到影响。在传统教学方法中，对于不懂的问题，学生通过举手提问的方式，师生互动量有限，难以顾及到所有学生的情况，部分学生因为胆小，可能即使没有听懂也不会提问。在教学过程中，使用“雨课堂”可以开启“弹幕”式，使全班学生并行发言，各个学生的想法和创意“匿名”出现在屏幕上，提高讨论的效率，不存在学生不敢发表自己意见的情况。根据笔者经验，弹幕要在限定的讨论时间开放，以免好奇心重的学生随意发弹幕，影响教学的秩序。

2.2.2 课堂答题测试

教师在PPT中预习设计好题目，让学生回答。笔者在“单片机原理与应用”教学中，每15-20分钟教学后安排1-2个和课堂内容有关的选择题或者判断题，限定时间让同学回答。随时掌握学生对知识的掌握情况，激发同学的听课兴趣，防止其走神。让每个学生带着问题去听讲，没有认真听课就不会回答问题，有目的性的学习。实践证明，这种方法效率高，还可以防止学生在签到后逃课的情况。

在课程结束时，安排一个主观题，让同学在5-10分钟内作答，拍照上传，作为临时测验，是一种较好的互动方法，杜绝了课后学生作业抄袭的情况。题目和课堂内容高度相关，听课者利用现学的知识解答问题，将知识的掌握主要放在课堂之上，是教学中比较有效的方法，也是雨课堂设计者的宗旨之一。

2.2.3 课后数据分析

“雨课堂”提供每次课的数据分析，通过对每次课的分析，教师可掌握学生的学习情况，调整教学。通过阶段性的数据分析，教师可调整阶段性教学目标。

阶段性的数据分析，包括期中、期末分析，可用导出本课程数据的方式，得到完整的excel表格，详细记录学生的签到，答题得分，具体到每次课的表现情况。对于教师教学经验的总结，平时成绩的评定都有重要的参考价值，彻底改变了传统的“经验教学”模式，步入“数字驱动教学”模式。

3 结语

随着基于“雨课堂”的“单片机原理与应用”教学改革试验逐步开展，教学团队与时俱进、积极主动地展开理论教学和实践教学改革探讨。结合教学实践中的实际情况，提出符合新工科背景下人才培养的方案，并积极地付诸实践。实践证明，基于“雨课堂”的“单片机原理与应用”教学改革能够较大地提高学生学习积极性、主动性，很好的提高学生的学习成绩。