融入課程思政的《單片機原理與應用》BOPPPS混合式教學實踐

陶吉利，孫林軍，裘君，李林功

（浙大寧波理工學院 信息科學與工程學院，浙江 寧波）

2018年6月，新時代全國高等學校本科教育工作會議上提出了“金課”概念[1]。2020年6月，教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求全面推進高校課程思政建設，課程思政已然成為新時代高校課程建設的新布局、新思路和新理念[2]。如何打造具有高階性、創新性以及有溫度的《單片機原理與應用》“金課”十分具有挑戰性。

線上線下混合式課程凸顯了信息時代教育教學的新特點，基于線上課程的混合式教學高質量課程，將成為未來高等教育的發展趨勢[3]。BOPPPS教學模型堅持把學生作為中心，強調教學過程中學生的課堂參與度；同時追求“可獲得即時反饋”的教學效果，強調教學效果的及時性反饋[4]。將該教學模型引入課堂中所需要關注的重點是使學生在課堂上對所學內容有更為深刻的理解，最大的特點是教學過程中的互動以及反饋。目前，在基于BOPPPS模型的傳統課堂改革過程中仍存在一些待解決的現象。例如個別學生未完成課前預習，難以對課堂上所要完成的學習目標有著明確的認識，使得后續相關教學環節難以取得預想中的效果。大班教學中，學生學習過程中的參與深度和廣度受限，學習效果不理想。測試環節反饋滯后，教師難以及時對學生的整體狀態有著全面掌握等[5-6]。而思政內容如何融入專業課程更是目前的難點和熱點問題[7]。文[8]在“自動控制原理”課程中推行基于MOOC的混合式教學模式，結果表明該模式有助于學生對所學內容進行深入理解，對所學知識進行靈活應用，在遇見一個新問題時可以擁有分析問題解決問題的能力。文[9]引入BOPPPS模型，在教學過程中，課堂實踐與網絡授課的結合有效地解決了傳統課程教學中研討時間少、反饋相對滯后、理論與實踐脫節等問題。文[10]采用線上線下相結合的模式，并加強實踐改革評價方式，提高電類基礎課程的教學效果。文[11]通過深入挖掘嵌入式系統及應用課程的思政資源，做到了專業知識教育與思想政治教育的同向同行。文[12]探索了“單片機原理及應用”課程思政建設方面的實踐。

單片機原理與應用課程實踐性強、創新要求高，可以提高電子信息工程專業學生的動手實踐能力和解決實際工程問題能力。在MOOC線上資源的基礎上，如何有效地從線下課頻率、教學內容和教學形式三個維度對線下課程進行設計和實踐仍有待深入探究。我校的單片機原理與應用學時安排為2.0-1.0，理論教學學時和實驗教學學時均較少，沿用傳統的“理論為先，實踐在后”的教學模式不利于學生的主動學習。SPOC即“小規模限制性在線課程”可以將傳統單片機教學與MOOC進行有機結合。本教學團隊將SPOC、口袋實驗室、Proteus仿真和雨課堂等引入到基于BOPPPS模型的教學過程中，充分利用信息化手段，實現BOPPPS每一環節網絡課堂和課堂實踐的充分融合，并將工匠精神、辯證思維、愛國情懷等思政內容融入教學過程，從而使單片機原理與應用課程教學在這種先進的教學方法加持下發揮出更好的效果。

一 混合式教學組織和實施

BOPPPS教學就是按照課堂導入、學習目標、課前測試、參與式學習、課后檢測和總結這6個步驟組織一套課程的教學方法。課程團隊將線上線下混合教學過程劃分為如圖1所示的6個過程。

圖1 基于BOPPPS教學模型的線上線下混合教學

教師根據每周的學習目標對教學內容進行深入分析和合理劃分，選擇國家精品課程中相對基礎且容易理解的知識講解視頻到學校SPOC課程中，由學生自主學習并參與測試。根據測試結果分析，在課堂上對知識進行復習，并針對重點內容進行講解。同時，對SPOC未涉及的難點知識進行重點講解。在課堂上運用超星平臺對所學知識進行隨堂測試，并組織學生講解和討論。在實驗教學上，結合理論課堂的Proteus仿真演示，讓學生在課后完成SPOC作業以及仿真實驗，并在實驗課堂上重點解決課下仿真和單片機實驗模塊在學生課后實踐過程中存在的實踐問題。

（一） 線上線下結合，重塑課程知識體系

為符合新的組織體系要求，課程團隊按照建構主義的學習理念，使得教學不僅是知識的灌輸，而更強調引導學習者主動學習新知識。SPOC線上資源，如視頻、PPT等實際上把教學知識離散化了，團隊教師通過線下課堂的組織，將知識體系重新系統化，并把學生學習的薄弱環節作為講解的重點。同時采用項目驅動方法，將每個單片機資源和知識點，設計成一個案例，通過案例引導，展開知識點講解。以單片機定時采樣系統為例，線上線下課程體系如表1所示。

表1 單片機定時器體系結構

（二） 改革教學組織形式，創新教學方法和手段

借助SPOC信息化教學平臺和超星平臺，用全新的“教室-互聯網-移動終端-寢室混合”模式代替傳統的“教室-寢室”線下模式，進而使得“線下固定時間-線上自由時間”的混合式模式代替原有的定點定時模式。在教學組織實施時，基于SPOC實現課程前測，根據測試結果對學生線上學習進行歸納總結，并提煉出學生的學習的過程中存在的共性問題，最后有針對性地進行知識復習和講解。以定時器為例，從圖2測試結果可知，學生通過SPOC視頻學習，能夠較好掌握定時器基本概念，但對寄存器設置及計算存在困難，需對此進行重點講解和練習?；诖隧棴h節，使老師講解和學生學習都有了側重點，能夠有效提高課堂效率。

圖2 定時器課前學習知識隨堂測試統計結果

BOPPPS教學模型的核心是參與式教學，教師一方面可邀請同學對所學相關知識點進行歸納總結，提高學生的課堂參與度；另一方面，可便捷地利用雨課堂，開展實時問答和互動，并利用超星平臺進行課程資源管理和課后作業上傳批改，以解決洗衣機工程項目為驅動，引導學生展開研討、發散思維。首先，引導學生提出方案、畫電路、寫程序設計流程圖，如圖3所示，進行項目需求分析，并提高其分析和解決實際工程問題的能力。進而結合Proteus實驗演示，加深學生對所學知識的理解。在原理分析的基礎上，引導學生從成本、環境等角度，討論項目功能分解、參數計算、程序設計與調試等工程問題，實現學以致用。

圖3 單片機定時中斷硬件及程序流程圖

（三） 潤物無聲，融入思政元素

從國內外單片機芯片發展形勢、龍芯發明者人物故事、軟件發展人物故事、創新實踐等多個維度提煉思想政治教育內容，將思政教育元素自然地融入課程教學內容。通過課堂講授、科學短視頻觀摩、課堂提問互動、布置課后作業等教學環節，既要培養學生的創新意識、精益求精的工匠精神以及團隊協作精神，又要激發學生責任意識和科技報國的家國情懷，部分課程章節與其對應的思政內容如表2所示。

表2 單片機原理與應用思政融入案例

（四） 深化課程內容，自制項目化實踐模塊開放實踐場地

課程團隊出版的教材《單片機原理與應用-基于實例驅動和Proteus仿真》已更新到第3版，并在仿真基礎上自制了單片機最小系統及其對應各章節的項目化硬件模塊，各模塊內容設為基礎和擴展兩部分，例如單片機IO口的LED燈基礎和擴展實驗如圖4所示?；A部分要求所有學生必須完成，擴展實踐則留給學有余力的學生自主選擇。以實現讓具有不同基礎的學生都能各盡其能，各取所需。同時，將模塊資料和單元實踐模塊發給學生，并開放實踐教學場地。學生除了在實驗室進行基礎實踐，課后仍可以在寢室、教室或者開放的實驗室做未完成的實踐內容或擴展自己感興趣的實踐內容。這一改進不但提高了學生的動手實踐能力，還激發了學生的學習興趣，讓學生始終有前進的方向。并且所有實驗報告都上傳到超星平臺，實現數字化教學過程管理。

圖4 單片機LED燈基礎實驗和擴展實驗

（五） 重視過程評價，優化考核評價機制

SPOC和超星平臺的優勢在于學生可以自發地完成作業、測試并得到實時考評成績。過程考評可有效調動學生的學習積極性并形成正反饋，從而促進知識的理解和吸收。

用“全過程綜合性評價”考核代替傳統的一卷定勝負的終結性考核方式，在期末考試的基礎上，引入在線測評、課堂研討、實驗報告等形式，形成全過程、多元化的考核評價機制。與此同時，習題的難度應循序漸進，不同的作業應于不同階段布置。如模仿即可完成的簡單題型應該作為課前針對自學內容的作業，同時題量也不應過多；需要思考完成的填空式作業應該作為課堂練習及測試且題目范圍應針對課堂的講解內容；綜合實踐應用的作業應于課后布置，幫助學生復習鞏固所學知識。學習過程的合理考評方式對教學效果影響巨大，同時，按章節測試有利于督促學生掌握學習進度，鞏固學習內容。

只有充分調動學生在課程學習過程中的積極性，才能發揮混合教學的優勢。由此，單片機原理與應用課程過程考核分為3個部分。平時作業、測試占比30%，考慮到本課程以實踐性和設計性為特點，課程設計和實驗報告占比30%，期末閉卷考試占比40%。

二 教學實踐結果分析

本課程針對浙大寧波理工學院18級電子信息工程專業和通信工程專業的學生進行了成績分析，通信工程采用傳統教學模式，而電子信息工程專業采用基于BOPPPS的線上線下混合教學模式。成績分布如圖5所示，統計結果如表3所示。從圖5考試成績分布來看，電子信息工程專業的分數明顯高于通信工程，效果還是比較明顯的。表3的統計結果也符合圖5的成績分布結果。

圖5 學生成績分布比較圖

表3 學生期末成績對比

本課程需要支撐工程教育專業認證的指標點2.3，3.1，4.2和5.2，即能夠運用所教學的基本原理對電子信息領域工程問題的影響要素、核心環節進行系統分析、仿真、調試、設計方法，通過調研進行需求分析，解決復雜工程問題。課程支撐目標達成度分析結果如表4所示，雖然課程能夠較好地支撐觀測指標3.1和5.1，但教學目標1和教學目標3仍有待提高。主要原因在于平時作業為開卷練習，考試為閉卷形式?？荚噧热葜饕獮榛诨A知識點的計算和應用，不少學生基礎知識點記憶不夠牢固，仍需通過知識點的應用和練習來提高相應指標點的達成度。

表4 課程支撐觀測指標、教學目標、支撐權重及達成情況

由此可見，本文的教學模式融合了在線教學與面授教學的優勢，融入了課程思政，深化了教學內容，能夠激發學生的學習興趣和家國情懷，產生1+1>2的教學效果，有助于使學生成為課堂的主動學習者。這種新的探索模式將學習目標由原先單純的學習知識轉變為利用所學理論解決實際問題，這種學習目標的轉變有利于學生在新時代背景下既擁有創新能力，又具有高尚品質。

三 結語

教學團隊依托國家精品課程SPOC平臺、超星平臺、口袋實驗室等資源，在BOPPPS模型的每個教學環節都引入了線上線下混合教學理念，并總結出一套系統的教學流程?；贐OPPPS模型的線上線下混合教學模式，將線下課堂實踐與線上資源的自主學習相結合，并融入課程思政內容，可以達到減少線下教學時間、拓展教學深度和廣度的目標；項目化教學法將學生對問題的自主學習與教師在課上的點評和講解相結合，提高了學生的自主學習能力，培養了工匠精神，激發愛國熱情。切實深化了學生對知識的理解及應用，培養了學生解決復雜工程問題的能力。