基于BOPPPS 教学模式的单片机原理及应用教学改革探究

王怀平，邓文娟，马善农，吴光文，肖友鹏

（东华理工大学 机械与电子工程学院，江西南昌 330013）

随着“互联网+”教育的发展与普及，新的教学模式（如慕课、翻转课堂等）纷纷出现，促进了高校课堂教学模式的变革[1]。课程是学校实施专业人才培养的重要载体，课堂教学是落实教学目标的主要途径。传统课堂教学强调以教师为中心、以教材为内容、以知识传授为目标，呈现出以“群体—接受”为主要特征的灌输课堂，使教学过程成为“复制”知识的过程[2]。在教学时重知轻行和重学轻思，教学反馈滞后，缺乏有效教学互动，因学生学习驱动不足导致教学产出较低。2018 年以来，教育部明确指出：建设教育强国，要聚焦教育工作的“两个根本”，全面落实“四个回归”，以本为本，深化本科教育教学改革，全面提高人才培养质量[3-4]。淘汰“水课”，打造“金课”，“因课制宜”选择合适的教学方法提高课程教学质量已成为目前高校开展课程建设与教学改革的重要着力点[5-7]。

单片机原理及应用是面向电子信息类工科学生开设的专业技术课程，具有很强的综合性和实践性，因参加学科竞赛需要以及社会对嵌入式应用型人才的迫切需求，一直以来该课程都倍受学生青睐。然而，多年来该课程采用传统模式教学，课堂授课缺乏深层有效互动，教学产出较低。学生是课程学习的主体，知识获取及学科体系构建理应由学生自主参与，并在教师主导下建构形成。因此，本文着眼于当前工程教育专业认证背景，引入BOPPPS 教学模式，利用智慧校园“学习通”网络教学平台共建共享教学资源，探索单片机原理及应用课程课堂教学的改革途径。

1 “互联网+”教育时代本科教育课堂教学改革动因

在创新2.0 的驱动下，传统行业利用信息和互联网平台实现信息化、工业化的全面融合，催生经济社会发展新形态[8]。互联网技术与教育行业的深度融合促进了现代教育技术的创新发展，实现优质教学资源的共享，催生在线教育、智慧课堂等新的教学模式，也促进了本科教育课堂教学方式和方法的变革。长期以来，一些高校存在“重科研、轻教学”现象，教师将主要精力用于科研和发表论文上，导致对教学重视不够，在备课、讲授时专注于“教”的传授过程，缺少对“学”的认知研究，忽视了对学生自主学习和探究式学习能力的培养[9]。

新时代社会发展要求深化本科教育教学变革，全面提高人才培养质量，积极打造具有“高阶性、创新性和挑战度”特点的“金课”，因此，要求教师更多地关注现代教育技术新形态，在教学时合理选择教学模式，有效提高教学质量。

2 BOPPPS 教学模式及其内涵

BOPPPS 教学模式创建于20 世纪70 年代，最初主要用于加拿大教师技能培训工作坊（Instructional Skills Workshop）对教师教学技能的培训[10]。该教学模式以建构主义和交际法为理论依据，以有效教学设计著称，强调教学过程中学生的积极参与和及时的学情反馈[11]。它通过合理分解教学过程，帮助教师获得即时教学反馈，提高学习者的参与度，改善并提升课堂教学效果。BOPPPS 教学模式将课堂教学过程依次划分为6 个阶段[12]：

（1）导言（Bridge-in）：通过创设情境（例如讲故事、案例分析等）引入教学内容，架设学生已有基础和将要学习内容的桥梁。其目的是吸引学生注意力，激发学生好奇心，引发学生积极思考，帮助学生专注于理解即将学习的内容。

（2）学习目标或结果（Objective/Outcome）：是一堂课要达到的标准。其设定应当遵循布鲁姆教育目标分类理论，划分为认知、情感和动作技能3 个领域，用来判断学生对知识点的精通程度。

（3）前测（Pre-assessment）：是对学生的兴趣和能力（即先备知识）进行摸底，帮助教师及时调整教学内容的深度和进度。教师可采取线上测验、提问以及讨论等方式考查学生对先导课程相关知识点的掌握情况以及对本堂课相关知识的预习情况。

（4）参与式学习（Participatory Learning）：是一种体验式学习方式，它体现了“以学生为本”的教学思想。参与式学习是实现课堂有效教学的关键，通常采用分组讨论、角色扮演、情景模拟等形式充分激发学生的学习热情，增强教学互动，提高学生参与度。

（5）后测（Post-assessment）：是通过测验来了解学生的学习成效以及是否达成教学目标。可采用小测验、回答问题、操作演示等方式检验教学成效，并即时给出评估结果，从而让学生及时了解自身对知识点的掌握程度，教师通过教学反思及时调整教学设计。

（6）总结（Summary）：主要是归纳授课内容，帮助学生理清知识脉络，引导学生反思，布置作业，预告下次课内容。在总结过程中，教师应以学生为主体，引导学生自我总结并分享学习心得，师生讨论，教师再强调重点和难点，最后给出合理的学习建议。

BOPPPS 教学模式为教师提供了一种明确、有条理、可操作、注重参与体验和教学反思的课堂教学设计方案，是一种行之有效的教学模式。

3 基于学习通 + BOPPPS的单片机原理及应用课堂教学策略

目前，单片机技术已广泛应用于智能家电、工业控制、检测仪表、网络通信等众多领域，因此，单片机嵌入式应用型人才的培养具有非常重要的社会意义和市场价值。单片机原理及应用是为培养电子信息类工科专业学生掌握单片机应用技术而开设的专业课，传统教学通常分为理论和实验两个部分，理论授课主要讲授单片机硬件组成、接口电路以及编程知识等，实验教学则主要是验证实验指导书规定的实验内容[13-14]。由于传统的单片机教学是围绕教师和教材推进的，实验仅为理论教学的验证和补充，学生被动地获取知识和实验技能，难以保障教学效果。

互联网技术与教育行业的深度融合促进了现代教育技术的快速发展，“智慧校园”网络平台为学校课程建设和教学改革提供了有利条件和技术保障。为了提高课程教学质量，促进专业人才培养过程的持续改进，近年来，课程教学团队对单片机原理及应用课程开展了教学改革探索：基于OBE 教育理念，引入BOPPPS 教学模式，利用智慧校园“学习通”网络教学平台共建共享优质教学资源，根据毕业达成度要求明确课程目标，以学生为主体，充分激发学习兴趣，引导学生主动参与课堂教学全过程，精心设计该课程的课堂教学策略。

3.1 立足毕业达成度要求确定课程目标，构建双循环反馈持续改进教学方法

工程教育专业认证遵循“以学生为中心（SC）、产出导向教育（OBE）和持续改进（CQI）”三个基本理念，这些理念对引导和促进专业建设与教学改革、保障和提高工程人才培养质量至关重要[15]。产出导向教育（OBE）遵循反向设计原则，由需求（外部需求和内部需求）决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，再由毕业要求决定课程体系。其中，毕业要求即学习产出，是对学生毕业时所应该掌握的知识和能力的具体描述。毕业要求是构建课程体系和确定课程教学内容的依据，教学体系和教学内容则是达到毕业要求的支撑。因此，在编写课程教学大纲时，应首先明确本课程对毕业要求的指标支撑，然后确定相应的教学内容与所需教学时数。近年来，东华理工大学在修订电子信息类专业人才培养方案时综合考虑行业目标、社会需求以及利益相关方诉求等因素，根据产出导向构建专业教育课程体系，合理设置单片机原理及应用课程，以支撑毕业要求一级指标点“3.设计/开发解决方案”（H-高度支撑）、“5.使用现代工具（M-中度支撑）”“8.职业规范（L-低度支撑）”，再由细化的二级指标点确定课程教学内容及教学时数，具体内容如表1 所示。

表1 单片机原理及应用课程教学内容与指标点对应关系

构建校内校外双循环反馈机制，及时获取人才培养质量和专业课程建设的有效评价，促进实施方案的动态调整与持续改进。校内循环反馈主要是授课教师与学生、教学督导专家间的互动反馈，校外循环反馈主要是毕业生、用人单位及业界专家的调研评价。

3.2 融合“学习通+ BOPPPS”的单片机原理及应用课堂教学策略设计

近年来，课程教学团队利用智慧校园“学习通”网络教学平台共建共享单片机课程教学资源（包括PPT 课件、教学视频、器件手册及习题库等），开展线上线下课程教学研究。课堂教学时，强调“以学生为中心”，激发学生学习兴趣，增强教学互动，提高教学参与度，采用BOPPPS 教学模式开展教学活动，其课堂教学策略设计框图如图1 所示。

图1 “学习通+ BOPPPS”单片机原理及应用课堂教学策略设计框图

以教学内容“中断系统”为例介绍课程教学策略的应用。

3.2.1 导入阶段（B）

（1）案例分析——当你在家认真学习时，突然有电话呼入“请拿快递”。分析整个事件处理过程，引入“中断”概念。

（2）随机请2至3名学生列举生活中有关“中断”的实例。

（3）回顾先前所学编写单片机主程序的查询结构，解释引入中断系统的原因。

3.2.2 教学目标（O）

（1）知识目标：认识中断系统的结构，熟记8051单片机5 个中断源及中断入口地址（C51 序号），掌握TCON、SCON、IE 和IP 等寄存器的配置，理解中断响应过程，掌握中断服务函数的编程。

（2）能力目标：能够根据给定任务要求正确编写中断服务程序，培养创新思维和工程应用能力。

（3）情感目标：培养团队协作意识以及勇于探索的素质。

3.2.3 前测（P）

利用“学习通”即时发布前测试题，题型主要为判断题、选择题、填空题，题量要适当（6～10 题），测试结束即时给出总体评价分析。帮助教师及时了解学生课前对单片机中断系统的认识、学生是否已具备达到学习目标的能力，有助于即时微调本次课堂讲授的深度和难度。

3.3.4 参与式学习（P）

（1）精讲留白：教师首先通过导入案例抛出实时多任务处理问题，引发学生思考和讨论；然后精讲单片机的中断结构、5 个中断源和入口地址（C51序号）、中断响应过程、SFR 配置、中断优先级以及中断服务函数编程。

（2）分组讨论：每组学生5 人，推选组长，分工协作，讨论并设计独立按键，控制花样流水灯项目。

（3）案例分析：随机挑选2 组汇报项目设计案例，谈学习体会。

（4）答疑点评：教师点评项目设计方案，指出存在的问题，培养学生思辨能力。

3.3.5 后测（P）

教师再次利用“学习通”发布与教学目标相关的测试题（以选择题和填空题为主），验收学生的学习成效，检验是否达成教学目标。

3.3.6 总结（S）

（1）归纳课堂教学内容，采用思维导图总结知识脉络。

（2）布置课后作业。

（3）预告下次课的教学内容。

教师应用BOPPPS 设计课堂教学策略时，既要考虑教学内容和教学目标，还需考虑教学过程的学习专注度，遵循教学曲线理论，科学合理安排教学阶段，当学生注意力开始涣散时及时引入参与式教学，以达到最佳教学效果。

4 结束语

互联网技术与教育行业的深度融合催生出多种新的教学模式，给本科教育注入了新的活力。传统课堂教学存在局限性，已难以满足新时代泛在学习和个性化学习的需求，为推动专业课程建设与教学改革，提高专业人才培养质量，本文提出了融合“学习通+ BOPPPS”教学模式的单片机原理及应用课堂教学改革策略，深入分析了BOPPPS 6 个阶段的内涵，给出了课程教学策略设计框图，并以“中断系统”为案例，设计了具体的应用方案，其教学流程清晰，教学目标明确，参与式学习方案可操作性强。教学实践表明：新的教学模式强化了“以学生为中心”的教学理念，极大地激发了学生的求知欲，课堂测评能够形成即时教学反馈，帮助教师反思教学并及时调整教学内容，尤其是参与式学习阶段，引导学生主动学习和探究学习，培养了学生思辨能力和团队协作意识，对比教学改革实施前后的课程考试成绩和学科竞赛获奖情况，该课程的教学效果得到了明显提升。