5G应用背景下中职物联网单片机教学问题分析与研究

李绮桥，黄浩民，聂 琼，陈荣军，郭久楠，何 力

（1.广东技术师范大学，广东 广州 510665；2.广州市番禺区职业技术学校，广东 广州 511483；3.广州市黄埔职业技术学校，广东 广州 510730）

0 引 言

5G通信技术的逐步普及与应用，推动着智慧教育的发展，并与教学模式或教学过程有效结合，是促进教与学的方式变革的基石[1]。物联网，即万物相连的互联网[2]。在物联网三层架构中，感知层作为物联网的底层，通过单片机控制各种传感器采集数据后经网络层传输至应用层，因此，单片机技术是物联网底层的核心技术之一[3]。物联网相关的专业课程，如《传感网应用开发》《RFID技术与应用》《自动识别技术》和《无线传感技术》以及相关专业实训、技能竞赛都离不开单片机知识的支持，进一步说明了单片机课程对物联网专业的重要性[4]。

在我国的“十四五”规划中，物联网作为重点发展产业，是国家战略新兴产业之一。该技术应用于连接物体并且提供相关服务的全球信息基础设施，这需要大量的人力资源进行建设、管理和维护[5]。目前，物联网概念下的企业数量众多，社会对物联网人才的需求量很大，但人才供给不能满足需求，供需矛盾巨大，人才形势十分严峻。而中职院校作为培养技能型人才的主力军，肩负着为社会和企业培养物联网技术型人才的重任[6]。可以说，单片机课程的教学效果是否良好，是关乎中职院校能否为不断增长的物联网产业培养充足的一线操作人员的关键。

1 中职物联网专业单片机课程定位分析

通过爬虫软件爬取面向中职层次的物联网岗位的数据，分析单片机技术在该岗位能力需求中的重要性，并进一步分析本课程的培养目标，明确学生应习得的知识和技能，为本文开展后续的研究提供合理的参考依据。

1.1 岗位需求分析

通过八爪鱼爬虫软件（V8.2.2）爬取某知名招聘网站中面向全国中专学历物联网专业的相关招聘信息数据并进行整理分析。2021年3月18日共爬取有效招聘信息379条，涉及的主要岗位类型有技术类、销售类和客服类等，各岗位类型占比如图1所示。其中，技术类岗位（主要包括物联网设备装配、运维、技术支持等方面的工作）占49.34%，接近全部岗位数的一半。在其招聘要求描述中，大多需要应聘者有单片机知识基础，熟悉基本电子元器件，熟悉物联网相关设备的装配、运维等方面知识，能够排除各种软硬件故障并进行调试运行等。可见，中职物联网专业的学生毕业后面向的工作岗位绝大部分都与物联网技术相关，学生只有在专业学习中打下扎实的基础，才能更好地从事相关工作。

图1 中职物联网岗位类型占比

1.2 课程培养目标分析

单片机课程是物联网专业的一门核心基础课程，在物联网专业整个课程体系中处于承上启下的核心地位[7]。学习单片机并掌握其应用是物联网专业的学生必备的技能。物联网的相关专业课程和技能竞赛都离不开单片机技术的支持。本课程旨在提升学生整体素质和培养关键职业技能。在教学过程中，教师需要不断激发和强化学生学习单片机的兴趣，引导学生将兴趣转化为稳定的学习动机，以帮助学生树立良好的自信心，锻炼学生克服困难的意志和培养严谨细致的工作作风。

通过本课程的学习，学生能以单片机为控制系统核心扩展一些外围设备，实践硬件电路设计、软件代码编程和系统调试等环节，进而提高学生的单片机硬件设计、软件编程、调试和运行维护等职业技能以及一定的分析、解决问题和动手实践的能力，为将来从事物联网相关领域的工作奠定坚实的基础。

2 中职物联网专业单片机课程教学现状分析

通过检索、查阅大量与中职物联网单片机课程教学相关的期刊、报纸、博硕士论文和著作等，对其进行整理、分析和归纳，并实地走访开设物联网专业且设置单片机课程的中职学校，与相关授课教师和专业带头人进行访谈，了解目前在单片机课程教学中主要采用的教学方法、教学效果、学生学习和课程反馈等情况，总结出下列问题并做相关分析。

2.1 教学方法问题

2.1.1 教学模式单一

目前，中职物联网单片机课程的教学主要采用“教师讲、学生听”的教学方法。这种“灌输式”教学方式不利于培养学生的学习能力，尤其在偏向实践型的单片机课程中更不适用。教学过程中教师容易忽略学生自主建构意义的过程，不能充分关注到学生对知识点是否真正理解。这种情况下，尽管学生机械地记住了知识点，也难以有效地应用到实践操作中。

2.1.2 理论与实践相脱离

单片机课程中涵盖了许多硬件电路与软件编程的抽象知识，需要学生在实验课的动手操作中将其内化，形成操作技能。但目前课堂上学生能够进行自主实验操作的时间相对较少，甚至存在因为课时限制而跳过实验操作的情况，学生仅靠观看教师课堂演示来完成对实验的学习。学生脱离了实践，不利于学生理解、应用知识，不利于培养学生的实践操作能力。

2.1.3 课堂总结不完善

课堂总结在整个教学过程中起着重要的作用，由教师利用课堂剩余的几分钟时间进行该课教学内容回顾，是课程内容的升华。但教师往往因教学时间不足等原因对课堂总结进行简化甚至省略。另一方面，由于临近下课时间，学生容易分神，难以发挥课堂总结的梳理重难点、巩固知识等功能。

2.2 教学资源问题

2.2.1 课程资源开发意识欠缺和能力不足

从访谈调查情况来看，在单片机课程教学上，大多数教师主要依靠课本和PPT课件来完成教学任务，甚至有些教师把课本当作唯一的课程资源，缺乏对课程资源进行开发的意识，造成大量有价值的课程资源被埋没、被闲置。尽管有些教师意识到需要开发课程资源以提高教学质量的问题，但由于教师在之前的从业生涯中没有形成一个整体的课程资源知识体系，导致教师对课程资源开发和利用的能力有所欠缺[8]。

2.2.2 课程教学资源形式单一

由于单片机课程内容较为抽象，从静态的字面上难以理解，需要结合生动形象的且与日常生活相接近的素材、课程资源进行教学，才能便于学生理解；而在当前教学资源上大部分教师仅依靠课本和PPT课件，课程教学资源形式相对单一，难以进一步提升教学效果。

2.3 问题总结与分析

目前，单片机课程教学主要存在教学方法和教学资源的问题，导致学生学习兴趣低、实践环节欠缺、理论与实践内容相脱离和教学效果不理想等结果[9-10]。为此，众多学者提出各种解决方案以提高单片机课程教学质量。有些学者为解决教学模式单一等问题，采用了各种教学方法，如行为导向、项目教学[11]和以赛促学等，但文献中仅对实施方法进行了浅谈，并未对具体的课程教学实施过程和实施效果进行阐述，难以供其他学者参考借鉴。有些学者为解决实践欠缺、理论与实践脱离等问题，在实验过程中采用虚拟仿真技术[12-13]替代原有的硬件设备，虽然在一定程度上可以降低教学成本、提高实验安全指数，但仿真实验更多的是验证性实验，学生无法真实体验在实际电路中的操作感受，不利于对硬件操作能力的培养。还有些学者将信息化手段应用于单片机课程教学中[14]，一定程度上可以对课程的教学质量和教学资源有所提高。但从学习过程来看，教师并未能全面有效地查看学生各环节的学习情况，甚至有些是为了信息化而信息化，缺乏问题的针对性。因此，在单片机课程中寻求有效的教学模式以培养学生的知识和技能，成为当前教师们迫切需要解决的问题。

3 解决方案

针对上述问题，本文提出基于BOPPPS的中职物联网单片机课程教学设计方案，不仅能够解决传统教学模式不能满足单片机课程教与学的需求问题，还有助于优化、丰富教学资源形式。BOPPPS模式以建构主义和交际法为理论依据，将课堂教学过程分为六个环节：导入（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、 后 测（Post-assessment）、 总 结（Summary）[15]。它的典型特点是教学互动和反馈，强调以学生为中心，注重教学过程中学生全方位参与学习互动和获得及时反馈，使学生能够在课堂上最大限度地掌握知识[16-17]。

BOPPPS模式的六个教学环节均以学生为中心展开，并且每个教学环节中教师和学生都有各自的工作任务、学习任务，见表1所列，以此保证在该教学模式下学生能够全方位参与课堂学习。

表1 BOPPPS模式的每个环节中教师和学生的任务

本文提出的基于BOPPPS模式的中职物联网单片机课程教学设计并非以“叠加方式”或“加法思维”把BOPPPS模式与单片机课程简单糅合，而是更深入细致的“融通思维”。在BOPPPS模式原有的教学模型上，结合中职物联网单片机课程特点，细化各实施环节，并加入六个方面的标准化，即“六化”要求。在传统机房教室中，存在着网络终端无法有效管控、学生的使用风险大以及学习行为集中导致的网络并发访问高、网络访问质量控制服务以及边缘服务和缓冲服务不理想等问题[18]。而利用5G网络超低延迟和更大带宽的技术优势，可以为“六化”的实现搭建强有力的网络环境支撑，为智慧教育提供实时、可靠、智能和泛在的端到端服务[19]，带给教师和学生更沉浸和稳定的智慧教学体验。

“六化”即教学模式平台化、教学过程信息化、课堂教学高效化、教学平台标准化、教学反馈精准化和教学资源多样化。其中，在教学模式平台化方面，本文根据BOPPPS教学模式来设计课堂教学平台，借助信息技术手段将BOPPPS教学模式通过平台形式重现于课堂教学过程中；在教学过程信息化方面，每个教学环节都可以在教学平台上独立完成，利用各种信息技术和资源支持教师的“教”和学生的“学”；在课堂教学高效化方面，基于教学平台解决了过去学习中由于课程资料发放、回收等环节浪费课堂时间的问题，学生可在教学平台上自主完成前测、后测、沟通交流、课堂作业和归纳总结等多个教学环节；在教学平台标准化方面，本平台是基于BOPPPS教学模式设计的，整个学习过程严格遵循BOPPPS的教学环节，这也是本平台与现有教学平台的区别所在；在教学反馈精准化方面，教师利用教学平台不仅能够实时查看学生在前测、后测、课堂作业和总结归纳等环节的情况，还可以查看学生在每个学习环节所花费的时间，解决以往教学模式存在的片面性和低效性，提高教学反馈的全面性、及时性和精准性；在课程资源多样化方面，在平台上再次以项目为单元呈现形式多样的课程资源，如网络视频、自制微课视频、PPT课件、图片和文档等，便于学生后期进行巩固学习和复习回顾。根据以上特征，构建基于BOPPPS模式的中职物联网单片机课程教学设计框架，如图2所示。

图2 基于BOPPPS的中职物联网单片机课程教学设计框架图

4 结 语

《教育信息化2.0行动计划》《中国教育现代化2035》等文件相继出台，教育信息化在推动教育现代化过程中的地位和作用日益凸显。在5G技术和物联网技术高速发展的背景下，对中职物联网专业的单片机课程教学必须做出相应的改革和创新，将信息技术手段与新型教学模式融通共生，打破单一传统教学模式的桎梏，拓展完善教学设计方案，提高教学效果，以培养适应社会和企业需求的复合型技术技能人才。