吳光文， 朱兆優(yōu)， 馬善農(nóng)

(東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

優(yōu)秀的工程教育是國家競爭力的重要保證，為了使我國高等工程教育能適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。2017年2月18日，30所高校在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，為當(dāng)下“新工科”的建設(shè)和發(fā)展指明了方向，提供了有益的思路。當(dāng)下移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、網(wǎng)絡(luò)安全、電子商務(wù)、移動醫(yī)療等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，社會治理、組織模式、產(chǎn)業(yè)與商業(yè)體系框架不斷變革。大部分新技術(shù)的核心都圍繞著微處理器設(shè)計工藝和應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新。具有實(shí)用價值的單片機(jī)系統(tǒng)規(guī)模龐大，如何讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)學(xué)會設(shè)計一定規(guī)模系統(tǒng)，是高校人才培養(yǎng)的一個關(guān)鍵問題[1]?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”課程包含微處理器的硬件系統(tǒng)工作原理和程序設(shè)計技術(shù)，是電子信息工程專業(yè)學(xué)生必備的專業(yè)技能。學(xué)習(xí)單片機(jī)能為新工科背景下的后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定重要的基礎(chǔ)，利于學(xué)生進(jìn)一步成長為電子信息領(lǐng)域從事研究、設(shè)計、制造、管理的高素質(zhì)、高能力的創(chuàng)新型人才。

隨著MOOC(Massive Open Online Courses，大規(guī)模開放在線課程)和混合式教學(xué)在單片機(jī)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，大量的學(xué)習(xí)型開發(fā)版(含教程、例程)的涌現(xiàn)，使單片機(jī)學(xué)習(xí)更加便捷、高效。但是MOOC存在著“教學(xué)管理困難，評價機(jī)制單一，師生互動缺乏，課程通過率低”的問題[2]。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，只需要將幾個簡單的例程讀懂，并進(jìn)行簡單的拼湊，實(shí)現(xiàn)功能，就認(rèn)為學(xué)到了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的真諦，而沾沾自喜。將單片機(jī)底層的基本原理、通信接口協(xié)議，匯編程序的設(shè)計等重要內(nèi)容一概棄如敝屣。筆者在本科生答辯過程中曾經(jīng)碰到，學(xué)生演示自己作品時，不知道自己用的是什么協(xié)議的串口。這類基礎(chǔ)不牢的學(xué)習(xí)方法，會較大地影響后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”是難度較高的專業(yè)綜合課程，需要學(xué)習(xí)者有較好的硬件基礎(chǔ)和軟件設(shè)計能力，對實(shí)踐能力要求較高。在教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)脑黾咏處熀蛯W(xué)生的互動，教師充分把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)調(diào)整是非常必要的。增加學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的參與度，充分調(diào)動其積極性，使其在不自覺的過程中，脫離浮躁心態(tài)，腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以做到。隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，使得教師的說教和學(xué)生手機(jī)游戲、視頻難以匹敵，無手機(jī)課堂雖然是一種釜底抽薪辦法，但對學(xué)生上課思想意識開小差就無能為力了。

在“雨課堂”教學(xué)實(shí)踐中，教師可以和學(xué)生充分交流，尤其是課堂教學(xué)管理這方面，能把學(xué)生帶入課堂，對學(xué)生課堂的參與度和積極性有較大的提高。筆者通過“單片機(jī)原理與應(yīng)用”的“雨課堂”教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的到課率達(dá)到100%，課堂回答問題的參與度達(dá)到100%。督導(dǎo)組聽課專家反映，全班學(xué)生聚精會神聽課，沒有發(fā)現(xiàn)有開小差的同學(xué)。對雨課堂提供的教學(xué)數(shù)據(jù)分析，可以較好地掌握學(xué)生對知識的理解和掌握情況，對不懂的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的講解。教學(xué)過程中學(xué)生反映良好，期末考核的平均成績比傳統(tǒng)教學(xué)方法有8～10分的提升。

1 雨課堂的功能

“雨課堂”是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的基于移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學(xué)工具[3]。“雨課堂”具有課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后作業(yè)、答疑和測試等功能。教師僅需安裝“雨課堂”電腦平臺的軟件，將制作好的PPT進(jìn)行簡單修改即可，然后登錄微信即可使用。對于學(xué)生來說，只需要登錄微信進(jìn)入課堂就可以，不需要安裝任何軟件?！坝暾n堂”使用需要的學(xué)習(xí)時間非常短，而且不需要額外的經(jīng)費(fèi)投入。在教學(xué)過程中，“雨課堂”具備以下特色功能。

1.1 課前手機(jī)課件推送功能

“雨課堂”允許教師課前將教學(xué)課件推送到學(xué)生微信中，內(nèi)容可以是PPT、小視頻、思考題或教師的語音信息。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)教師提出的思考題，有針對性地查看課件、預(yù)習(xí)教材或者查閱相關(guān)文獻(xiàn)。預(yù)習(xí)后，可以通過“雨課堂”自帶的“報告老師”功能反饋學(xué)習(xí)過程中碰到的問題，在教師的建議下進(jìn)行高效的課前學(xué)習(xí)。

1.2 課堂互動功能

筆者在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)“雨課堂”的課堂功能非常有用，通過課上幻燈片的反饋、習(xí)題的在線應(yīng)答和“彈幕”課堂討論可以激勵學(xué)生參與課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，而且是全體學(xué)生參與。傳統(tǒng)的課堂提問沒法實(shí)現(xiàn)，尤其是大班教學(xué)的情況下，對于管理課堂效率非常高。教師不再需要通過觀察學(xué)生的面部表情了解教學(xué)效果，學(xué)生的聽課和理解情況可以通過“雨課堂”的數(shù)據(jù)“實(shí)時”“客觀”的傳送到教師的終端上。通過數(shù)據(jù)分析教學(xué)的方法，相對于平常的課堂管理更加科學(xué)、有效。

1.2.1 授課時的“不懂”反饋功能

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，老師的講解速度往往大于學(xué)生做筆記的速度[4]。在使用“雨課堂”授課時，講授的PPT實(shí)時的傳送到學(xué)生的手機(jī)上，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況翻閱PPT，避免了在使用PPT教學(xué)時跟不上教學(xué)節(jié)奏的問題，方便學(xué)生做筆記。如果不理解，學(xué)生可以通過發(fā)送“不懂”的“匿名”消息到教師終端，教師可以看到每頁P(yáng)PT不懂的學(xué)生總數(shù)[5]。教師可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整教學(xué)的節(jié)奏，對于重點(diǎn)的難懂問題著重講述，提高教學(xué)的效率。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)使用“雨課堂”的方法，學(xué)生提出不懂的情況時有發(fā)生，而在傳統(tǒng)教學(xué)中，通過口頭提問“懂了沒有”得到的應(yīng)答往往是寥寥無幾?！安欢睌?shù)據(jù)能夠客觀的反映課堂中學(xué)生的知識掌握情況。

1.2.2 習(xí)題應(yīng)答功能

“雨課堂”的習(xí)題應(yīng)答功能非常強(qiáng)大、好用，有客觀題和主觀題兩種。為了刺激聽課的對象集中注意力，在教學(xué)的過程中，筆者每12-15分鐘安排一個客觀題讓學(xué)生限定時間回答。每個問題都有分?jǐn)?shù)，計入平時分。在教學(xué)過程中，不認(rèn)真聽課的學(xué)生沒法正確回答問題。在答題結(jié)束后“雨課堂”統(tǒng)計學(xué)生的答題情況，教師可以掌握每位學(xué)生的答題情況和總體的正確率。教學(xué)過程中，幾乎是全體學(xué)生參與答題，教師還可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)情況，發(fā)個小額的紅包獎勵一下回答正確的學(xué)生。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師提出問題，大家回答，或者點(diǎn)名回答的方式，“雨課堂”能夠較大地提高學(xué)生課堂教學(xué)的參與度，尤其在大班教學(xué)中，效果更為明顯。教師可以通過“雨課堂”在教學(xué)過程中安排主觀題，讓學(xué)生做。例如抽出10分鐘左右時間，讓學(xué)生書面回答問題，然后拍照上傳，教師課后批改、寫評語打分。這種方法可以避免課后作業(yè)中學(xué)生抄襲，真實(shí)地反映課堂教學(xué)的效果。

1.2.3 課堂討論“彈幕”

傳統(tǒng)教學(xué)方法中，討論時間一般比較沉默，好的答案、創(chuàng)意往往很難提出，需要教師反復(fù)地鼓勵才能說出來。在大家同時回答的時候，難免聲音大的蓋過聲音小的。教師沒法捕捉到大部分學(xué)生的想法?！坝暾n堂”將課堂討論改為“彈幕”，學(xué)生通過彈幕的形式，將自己的想法并“匿名”出現(xiàn)在屏幕上(后臺實(shí)名)，實(shí)現(xiàn)了全體學(xué)生的“并行討論”，教師能夠更加全面、客觀地了解學(xué)生的答案。

1.3 課后的數(shù)據(jù)分析

在課堂教學(xué)中，“雨課堂”實(shí)時的采集學(xué)生的各種表現(xiàn)，簽到、答題得分情況，并給出統(tǒng)計結(jié)果。教師課后分析這些數(shù)據(jù)，進(jìn)一步了解課堂中學(xué)生的知識掌握情況，評估自己的教學(xué)表現(xiàn)，調(diào)整教學(xué)策略。相對于傳統(tǒng)教學(xué)方法，“雨課堂”提供的數(shù)據(jù)精細(xì)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另外，教學(xué)過程中平時成績的打分，使用“雨課堂”采集的數(shù)據(jù)，顯得更加公平、公正、高效，從而使得教學(xué)的平時成績考核由主觀性時代進(jìn)入了客觀性的“數(shù)據(jù)時代”。

2 “單片機(jī)原理與應(yīng)用”的“雨課堂”教學(xué)模式

考慮到電子信息工程專業(yè)大二下學(xué)期，學(xué)生對手機(jī)APP非常熟悉，學(xué)生對“雨課堂”的使用沒有問題，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這種教學(xué)模式積極性比較高，而且充滿期待?！皢纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用”是電子信息工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)位課，是學(xué)習(xí)嵌入式計算機(jī)工作原理和底層程序設(shè)計的基礎(chǔ)課程，有較大的難度。傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，鑒于學(xué)時有限的原因，教師想實(shí)時了解課堂上學(xué)生對知識的掌握情況非常困難，課下的互動機(jī)會比較有限，聽講是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要途徑，學(xué)習(xí)的效果不夠理想。處于大二下學(xué)期的學(xué)生應(yīng)該具有了一定的自主學(xué)習(xí)能力，但是自制力往往不夠，需要教師在課上和課下督促。通過對學(xué)生情況分析和對“雨課堂”的了解，筆者設(shè)計并實(shí)施了“單片機(jī)原理與應(yīng)用”“雨課堂”教學(xué)模式的改革，整個過程分為課前、課堂和課后三個環(huán)節(jié)。

2.1 課前階段

提前根據(jù)知識點(diǎn)制作好PPT，在PPT中插入課堂習(xí)題，圖片文字等內(nèi)容，以備上課使用。然后將相關(guān)知識點(diǎn)以問題的形式做成PPT，發(fā)給學(xué)生課前預(yù)習(xí)，學(xué)生提前看書或者查閱相關(guān)資料。PPT比較簡潔，學(xué)生花10分鐘左右就可以預(yù)習(xí)完，然后根據(jù)自己的情況，查找問題的答案。教師可以通過“雨課堂”實(shí)時的了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況，在課堂教學(xué)階段教師要注意考核學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，彌補(bǔ)這個不足。

2.2 課堂教學(xué)階段

在上課時，首先利用簽到功能，學(xué)生通過掃碼、對暗號等方式進(jìn)入課堂，教師手上的終端可以掌握學(xué)生的簽到時間和方式。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，使用“雨課堂”后，簽到變的省時、高效，如果能夠結(jié)合講課中途的答題，則遲到、曠課情況幾乎消失殆盡。在進(jìn)行講解時，根據(jù)課前學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋，對重點(diǎn)和難懂知識進(jìn)行講解。充分利用“雨課堂”的課上互動功能，及時掌握教學(xué)過程中學(xué)生對知識的掌握情況，針對性教學(xué)。

2.2.1 利用學(xué)生針對PPT提出的“不懂”和“彈幕”功能

在講課過程中，學(xué)生可以按下“不懂”按鈕，雨課堂的教師終端會統(tǒng)計不懂的人數(shù)，針對不懂的問題重點(diǎn)講解，可以實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生和教師的互動，不會打斷教師講課的進(jìn)程，其他聽課者也不會受到影響。在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，對于不懂的問題，學(xué)生通過舉手提問的方式，師生互動量有限，難以顧及到所有學(xué)生的情況，部分學(xué)生因?yàn)槟懶?，可能即使沒有聽懂也不會提問。在教學(xué)過程中，使用“雨課堂”可以開啟“彈幕”式，使全班學(xué)生并行發(fā)言，各個學(xué)生的想法和創(chuàng)意“匿名”出現(xiàn)在屏幕上，提高討論的效率，不存在學(xué)生不敢發(fā)表自己意見的情況。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，彈幕要在限定的討論時間開放，以免好奇心重的學(xué)生隨意發(fā)彈幕，影響教學(xué)的秩序。

2.2.2 課堂答題測試

教師在PPT中預(yù)習(xí)設(shè)計好題目，讓學(xué)生回答。筆者在“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)中，每15-20分鐘教學(xué)后安排1-2個和課堂內(nèi)容有關(guān)的選擇題或者判斷題，限定時間讓同學(xué)回答。隨時掌握學(xué)生對知識的掌握情況，激發(fā)同學(xué)的聽課興趣，防止其走神。讓每個學(xué)生帶著問題去聽講，沒有認(rèn)真聽課就不會回答問題，有目的性的學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明，這種方法效率高，還可以防止學(xué)生在簽到后逃課的情況。

在課程結(jié)束時，安排一個主觀題，讓同學(xué)在5-10分鐘內(nèi)作答，拍照上傳，作為臨時測驗(yàn)，是一種較好的互動方法，杜絕了課后學(xué)生作業(yè)抄襲的情況。題目和課堂內(nèi)容高度相關(guān)，聽課者利用現(xiàn)學(xué)的知識解答問題，將知識的掌握主要放在課堂之上，是教學(xué)中比較有效的方法，也是雨課堂設(shè)計者的宗旨之一。

2.2.3 課后數(shù)據(jù)分析

“雨課堂”提供每次課的數(shù)據(jù)分析，通過對每次課的分析，教師可掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)。通過階段性的數(shù)據(jù)分析，教師可調(diào)整階段性教學(xué)目標(biāo)。

階段性的數(shù)據(jù)分析，包括期中、期末分析，可用導(dǎo)出本課程數(shù)據(jù)的方式，得到完整的excel表格，詳細(xì)記錄學(xué)生的簽到，答題得分，具體到每次課的表現(xiàn)情況。對于教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，平時成績的評定都有重要的參考價值，徹底改變了傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)教學(xué)”模式，步入“數(shù)字驅(qū)動教學(xué)”模式。

3 結(jié)語

隨著基于“雨課堂”的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)改革試驗(yàn)逐步開展，教學(xué)團(tuán)隊(duì)與時俱進(jìn)、積極主動地展開理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)改革探討。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)際情況，提出符合新工科背景下人才培養(yǎng)的方案，并積極地付諸實(shí)踐。實(shí)踐證明，基于“雨課堂”的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)改革能夠較大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性，很好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。