基于线上线下的“微机原理与接口技术”混合式教学改革与实践

孟锦涛,汪 婵,刘晓伟,张 帝,周小杰

(安徽科技学院 电气与电子工程学院,安徽 蚌埠 233100)

0 引言

在“互联网+”没有出现之前,我国的传统教学方式基本上都是集中在固定的教室,通过教师黑板板书进行教学,学生坐在讲台下被动接受板书知识。 这种教学方法一直延续到近几年,虽然这种教学方式可以在相当程度上满足传播知识的需要,但是,也存在很大的弊端,即教师对知识传输是单向的,很大程度上容易忽视学生接受知识的动态感受,这样就造成教师“独舞”的现象[1],一段时间过去,学生可能会出现“知识断层”的问题。

在近3 年新冠疫情传播的背景下,网络教学伴随着网络技术的应用逐渐普及,其中智能5G 手机、平板电脑、智慧教室在教学课堂上逐渐铺开使用,教学行业与网络技术进行紧密融合衔接,进一步向着教学网络信息化的道路前进[2]。 由于刚开始新冠病毒的危害较为严重,高校作为广大学子的学习生活场所,为保证正常的教学,教育部要求根据实际情况进行线上授课,这个时间段出现越来越多的网络在线教育平台,在短短的半年时间内,教师通过使用腾讯会议、雨课堂、学习通等方式,摆脱了教学空间和时间上的限制,达到了教师和学生在不同地方就可以实现 “停课不停学”的目的[3]。 这种线上授课的方法打破了传统线下授课方法,在一定程度上突出了线上教学优势,但同时也暴露出由于线上环境的限制,网络课堂缺乏活力的问题,并且网络课堂也暴露了线上教学过度依赖学生自律性的缺点。

根据线上线下的优势和缺点,教师要发挥线上教学方式的优势,结合线下教学来实现线上线下混合式教学[4]。 文章通过“微机原理与接口技术”与线上线下教学结合进行应用实践,成功建立了由全体师生参与和共享的线上线下混合式智慧课堂。

1 课程概况

对于安徽科技学院这所应用型本科院校而言,“微机原理与接口技术”在电气与电子工程学院的各专业课程体系中极其重要。 它作为电气与电子信息类的专业选修课,与“计算机原理基础”“数字电子技术”“模拟电子技术”“单片机原理与应用”等课程有着千丝万缕的联系。 “微机原理与接口技术”课程涵盖的理论知识较多,实验课程的操作性较难,这就要求学生能够重点掌握微处理器的结构和工作方式、汇编语言程序设计、I/0 接口及外部接口芯片在编程中的灵活运用。 该课程整体知识框架如图1 所示。

图1 微机原理与接口技术整体知识框架

2 课程教学现状分析

“微机原理与接口技术”是学院面向电气类专业开设的专业课程,由于课程涵盖的知识点多且综合性较强,这就要求学生需要在课前课后投入大量的精力才能掌握和运用所学知识点[6]。 在2021 级教学大纲修订后,该门课程主要面临如下问题。

2.1 课时不匹配

“微机原理与接口技术”根据学院2018 级培养方案的课时是64 节,这其中理论课时是56 节,实验课时是8 节,满足了弱电和强电专业的教学任务需求。在2021 年修改了新的大纲之后,总学时又缩短为48小时,其中理论课为40 小时,实验时间为8 小时。

2.2 教师数量不足

学院“微机原理与接口技术”这门课程共有5 名专职教师。 每年度修该门课程的学生人数为500 人左右,由于教师数量短缺,因此每学年相近专业在上课的时候需要整合为一个大班进行集中教学,人数约为100 人。 这也就导致班级内的每个学员对于知识的接受效果不同,不能实现整体教学效果与教学计划实时调整。

2.3 实验形态僵化,“重软件、轻硬件”

目前院系针对“微机原理与接口技术”实验教学项目主要根据实验箱进行编程实验。 但实验箱内部硬件电路具有封闭性和固定性,实验中仅能够通过接口与内部电路进行通信完成电路功能,缺乏灵活性。 因而实验项目设置和实验教学工作中强调“软件”设计。 “微机原理与接口技术”实践课程现有弊端如图2 所示。

图2 “微机原理与接口技术”实践课程现有弊端

3 混合式教学实践

对于“微机原理与接口技术”课程的传统教学状况和目前教学过程中存在的弊端,在现有条件基础上通过互联网+教学,探索线上线下混合式教学方法,更好地实现应用型人才建设。 其中混合式教学主要进行如下改革实践。

3.1 课程建设道路思路

(1)实施因材施教的教学方式。 “微机原理与接口技术”课程的理论学习范围仍然以学校制定的最新教学大纲为标准,同时根据专业特点合理安排教学重点和学时,如建筑电气专业和电气工程及自动化专业的学生对微处理结构和工作方式章节要重点掌握,进一步发掘优秀的教学资源对于保证“微机原理与接口技术”课程建设有极大好处。

(2)不局限于某一种教学方法。 在“微机原理与接口技术”的课程建设中,需要灵活运用各种教学手段。 线下课堂不仅可以通过黑板板书、多媒体展示等方式进行传输“微机原理与接口技术”理论的知识点,师生之间互动更加深入。 此外,学生也可以通过线上 “学习通班级群”与教师进行互动答疑。

(3)课程思政元素融入教学。 在“微机原理与接口技术”课程中加入思想政治元素,一方面激发学生对该门课程的兴趣,提高学生学习积极性,另一方面会使得本门课程知识点更加多元化,为更好地培养应用型人才做准备。

3.2 混合式教学设计与实践

(1)基于“虚实结合”理念,优化实验课程形态。“虚实结合”是利用计算机技术将虚拟实验平台应用于实际教学。 基于“虚实结合”理念,优化课程形态如图3 所示,“微机原理与接口技术”实验课程中可将PROTUES 等仿真软件引入教学,通过电路仿真、程序下载和项目运行完成实验内容。 让学生将仿真与实体相结合,理解仿真与实物之间的联系。

图3 基于“虚实结合”理念,优化课程形态

(2)革新实验教学过程,提高学生实践能力。 在“微机原理与接口技术”实验课程中采用“翻转课堂”创新实验教学方法,“翻转课堂”实验教学过程如图4所示。 “翻转课堂”是通过变革教学过程实现对实验的提前化,实施中在课外发布实验任务,并提供实验资源,学生根据自身学习情况选择教学资源进行自主学习,提前理解实验内容,督促学生主动学习。

图4 “翻转课堂”实验教学过程

(3)构建课外资源模块,为进一步提高学生对“微机原理与接口技术”课程的兴趣,通过构建课外资源模块进行知识拓展学习,其中课外资源模块主要以学生的自主学习兴趣为主,该模块资源涵盖了与“微机原理与接口技术”课程相关的精品课程,其中也包括对某些重难点相关的精细讲解视频。 此外,学生可以参加一些竞赛类活动,比如大学生创业比赛、电子设计大赛、西门子比赛、机器人嵌入式比赛等,通过上述举措,进一步提高创新应用型人才队伍建设。

4 教学考核与效果评价

4.1 线上线下混合式教学考核方式改革与实践

线上线下混合式教学的改革与实践打破了传统的教学模式,其教学考核方式也发生了变化,根据线上教学平台对学生的平时学习过程数据进行统计。新旧课程考核方式对比如图5 所示。 这种传统的考核方式侧重于结果,通常会造成学生平时学习不积极,全部依赖考前一周突击复习来应付考试,考完试很快遗忘所学知识点。 线上线下混合式教学考核方式开启后,考核分值占比包括:期末考试(50%)、平时成绩(20%)、过程性考核(20%)、实验成绩(10%)。相比较传统的考核方式增加了“过程性考核(20%)”。

图5 新旧课程考核方式对比

过程性考核(20%)主要涵盖学生在学习通上提前预习问题、视频资源观看进度、问题讨论参与度及测验答题情况,可进一步提高学生对学习过程的关注。 平时成绩(20%)依据线上学习通平台学生平时作业提交情况、日常线上签到情况、日常线上讨论参与度以及线下课堂回答问题表现来评判。 实验成绩(10%)依据涵盖学生线下动手能力、仿真实验报告撰写能力、应用型实验答辩能力。 通过线上线下混合式教学考核方式改革与实践可以客观、准确地反映每个学生的真实水平。 每个学生的各项成绩数据会在学习通在线平台发布更新,每位同学可以看到每项数据和自己的不足。 这样在一定程度上会督促每位同学不断改进自己的不足,进而提高课堂效率。

4.2 线上线下混合式教学效果评价

2020 级电气工程与自动化专业参加“微机原理与接口技术”考试共108 人,最终考试卷面成绩在60 分以上者有94 人,卷面及格率为87%。 2018 级电气工程与自动化专业共102 人参加“微机原理与接口技术”考试,在以往传统教学模式下,卷面及格人数为67 人,及格率为65%。 通过考试的卷面及格率对比可知线上线下混合式教学模式下,学生在一定程度上可以更好地掌握“微机原理与接口技术”知识点。

此外,在2022 年第二学期末,通过向电气工程与自动化专业108 名同学发放调查问卷来统计学生对于参与线上线下混合式教学的评价。 问卷调查结果如表1 所示。 其中共有88%的学生表示对“微机原理与接口技术”线上线下混合式教学方式非常满意,他们相信新的教学模式可以很大程度上提高同学的学习积极性,同之前的教学模式相比较,新的教学手段更加灵活,师生互动更加灵活,不再局限于线下互动,也可以在线上与老师进行交流互动。 此外,该方法得到学院领导与教研室同事的很高评价,认为在万物互联的时代下,传统教学模式必须结合互联网进行革新,这种新的教学思路是未来教学方式转变的必经之路,学院逐步在其他专业核心课程开展线上线下混合式教学革新实践。

表1 问卷调查反馈

5 教学考核与效果评价

基于线上线下的“微机原理与接口技术”混合式教学方式圆满完成了教学目标。 在围绕建设创新应用型人才的工作上,利用线上教学平台和教学工具将线下课堂拓展到网络平台,规避了以往教学过程中存在的弊端,提高了学生对“微机原理与接口技术”课程理论与实践的灵活运用能力,完善了教学内容设计,拓展了教学深度,充分激发了学生线上线下的自主学习能力,优化了考核新模式,公正客观地对学生进行教学效果的评价。 新的教学模式实现了对传统教学的重新构建,更好地促进学生创新应用方面发展,为新工科建设创新应用型人才做出贡献。