高職信息類課程平臺探討

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摘要：針對高職院校學(xué)生特點，以Arduino平臺課程智能交互設(shè)計中“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計”項目為例，從教學(xué)分析、教學(xué)策略、教學(xué)實施及教學(xué)效果等方面深入探討如何將教學(xué)資源、云平臺、信息化手段等與教學(xué)設(shè)計相結(jié)合，深化教學(xué)改革，構(gòu)建信息化技術(shù)和手段支持下的高效互動課堂，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

關(guān)鍵詞：高職院校；智能交互設(shè)計；汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)深度融入教育教學(xué)過程，并成為教學(xué)發(fā)展與教育創(chuàng)新的基礎(chǔ)。智能交互設(shè)計是筆者所在學(xué)校信息工程類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維，鍛煉學(xué)生的獨立思考能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，使學(xué)生能夠綜合運用Arduino單片機(jī)、傳感器、執(zhí)行器、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等專業(yè)知識和技能，成為滿足新時代需要的“人工智能＋交互設(shè)計”復(fù)合型人才。

1教學(xué)分析

1.1學(xué)情分析

智能交互設(shè)計的教學(xué)對象為高職院校信息工程系大一下學(xué)期的學(xué)生，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)C語言設(shè)計和安卓基礎(chǔ)技能等相關(guān)課程，具有一定的編程思維、模塊化思維和圖形化設(shè)計基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本項目之前，學(xué)生已經(jīng)接觸Arduino單片機(jī)、液晶顯示器、告警器等傳感器和執(zhí)行器，能夠使用創(chuàng)新設(shè)計方法、Mixly編程軟件、藍(lán)墨云平臺、小組合作探究法、軟硬件聯(lián)調(diào)方法等繼續(xù)學(xué)習(xí)“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計”項目。同時，學(xué)生對新鮮事物感興趣，動手能力強(qiáng)，好勝心強(qiáng)，具有一定的觀察、分析和解決問題的能力，但是編程能力和排錯能力有待進(jìn)一步提高。

1.2教學(xué)內(nèi)容分析

以企業(yè)項目為線索，構(gòu)建“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計”教學(xué)情境，利用Arduino單片機(jī)和超聲波傳感器獲取汽車倒車所需的距離等數(shù)據(jù)，利用Mixly圖形化軟件編程，驅(qū)動顯示及告警設(shè)備，設(shè)計并實現(xiàn)汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

1.3教學(xué)目標(biāo)分析

1.3.1知識目標(biāo)

掌握Arduino的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)語言，掌握超聲波傳感器的數(shù)據(jù)輸入方式和數(shù)據(jù)處理方法，軟硬件協(xié)調(diào)方法，掌握項目設(shè)計開發(fā)流程。

1.3.2能力目標(biāo)

理論與實踐相結(jié)合，采用項目化教學(xué)方法，使學(xué)生能夠掌握Arduino程序設(shè)計和接口應(yīng)用方法，能夠利用超聲波傳感器、液晶顯示器及告警設(shè)備，能夠掌握產(chǎn)品項目開發(fā)過程。1.3.3素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生分析問題的邏輯思維，耐心細(xì)致的制作能力，良好的團(tuán)隊合作能力以及有效溝通能力。培養(yǎng)學(xué)生熱愛生活，善于發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新的好習(xí)慣。

1.3.4思政目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德、職業(yè)技能、職業(yè)作風(fēng)和良好的團(tuán)隊合作意識，使其具有新時代職業(yè)素養(yǎng)和社會主義核心價值觀，具備能夠從事Arduino工程師相關(guān)崗位的相關(guān)素質(zhì)。

2教學(xué)策略

2.1教學(xué)理念

以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)，采用“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力，融入新時代職業(yè)素養(yǎng)。采用項目化教學(xué)模式，以“導(dǎo)→究→練→評→拓”的教學(xué)設(shè)計，幫助學(xué)生掌握基于Arduino的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計的知識和技能，助力企業(yè)項目建設(shè)，融入社會主義核心價值觀。

2.2教學(xué)手段

采用“一平臺、二環(huán)境、三結(jié)合”的教學(xué)方式。使用藍(lán)墨云班課平臺，貫穿教學(xué)全過程；將硬件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)環(huán)境有效融合，提高教學(xué)效果；學(xué)生自主學(xué)習(xí)與教師引導(dǎo)教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生個人學(xué)習(xí)與小組協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合，線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合[1]。采取多種教學(xué)手段增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，解決教學(xué)難點，提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。

2.3教學(xué)方法

教學(xué)過程中以企業(yè)項目為線索，構(gòu)建學(xué)習(xí)情境。綜合運用項目驅(qū)動法、行動導(dǎo)向教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法、引導(dǎo)啟發(fā)式、講授法等。

3教學(xué)實施

以企業(yè)項目為載體，結(jié)合實際工作情境，教學(xué)過程包括課前資源任務(wù)發(fā)布預(yù)習(xí)測試；課中“導(dǎo)→究→練→評→拓”五環(huán)節(jié)的教學(xué)活動；課后鞏固提升、開拓視野及學(xué)以致用。

3.1課前自學(xué)

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行智能家居相關(guān)產(chǎn)品、技術(shù)難點、應(yīng)用市場以及發(fā)展前景等相關(guān)市場調(diào)研，讓學(xué)生了解項目背景，激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計思維。其次，向?qū)W生推送MOOC、精品課、公開課、視頻網(wǎng)站等學(xué)習(xí)資源。再次，在藍(lán)墨云班課平臺發(fā)布企業(yè)項目“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計”任務(wù)工單以及課前預(yù)習(xí)測評；教師設(shè)置階梯式目標(biāo)，學(xué)生收到藍(lán)墨云班課任務(wù)提醒后在行動路線指引下，有計劃地觀看視頻、學(xué)習(xí)討論、解決疑惑、線上反饋并提交課前預(yù)習(xí)測評。最后，教師組織建立由學(xué)生和老師共同成立的臨時教學(xué)研究團(tuán)隊，教師根據(jù)學(xué)生反饋的問題，及時調(diào)整教學(xué)計劃。3.2課中導(dǎo)學(xué)課中導(dǎo)學(xué)分情景導(dǎo)入、探究學(xué)習(xí)、任務(wù)訓(xùn)練、過程評價、任務(wù)拓展等五個方面。在教學(xué)過程中以“傳幫帶”為基本原則對學(xué)生進(jìn)行分組。通過情景導(dǎo)入、問題引入的方法檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，然后根據(jù)課前問題反饋確定課中教學(xué)路線。

3.2.1情景導(dǎo)入

某企業(yè)希望設(shè)計一個汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，通過聲音和顯示屏提醒距離障礙物的距離。本課以智能家居的應(yīng)用作為視頻引入，吸引學(xué)生的注意力，通過汽車倒車?yán)走_(dá)動畫直觀表達(dá)任務(wù)需求，激發(fā)學(xué)生興趣。

3.2.2探究學(xué)習(xí)

在任務(wù)實施之前，需要進(jìn)一步探究任務(wù)實施的相關(guān)原理與方法。首先，通過測試考核的方式幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識內(nèi)容，并解決學(xué)生線上學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題。其次，利用藍(lán)墨云班課資源發(fā)布及微課視頻啟發(fā)學(xué)生如何利用現(xiàn)有傳感器執(zhí)行器等設(shè)備設(shè)計“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)”；利用頭腦風(fēng)暴的方式引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計過程需要什么傳感器，需要什么執(zhí)行器件。最后，采用小組討論的方式討論如何設(shè)計產(chǎn)品，并分別請小組代表上臺講解分析，在講解過程中鼓勵其他小組同學(xué)提問，對于學(xué)生不理解或者有問題的地方，教師加以補(bǔ)充解釋，并對小組討論過程評價。

3.2.3任務(wù)訓(xùn)練

1）任務(wù)下發(fā)。明確設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)后，教師設(shè)置汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)過關(guān)任務(wù)：第一關(guān)，獲取汽車與障礙物距離；第二關(guān)，系統(tǒng)獲取距離后準(zhǔn)備告警；第三關(guān)，系統(tǒng)根據(jù)不同距離設(shè)置不同告警模式。任務(wù)要求層層遞進(jìn)，過程環(huán)環(huán)相扣，不斷激發(fā)學(xué)生的動手學(xué)習(xí)欲望，達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2）硬件設(shè)計。學(xué)生按照闖關(guān)任務(wù)要求，進(jìn)行小組討論，分工合作。使用實訓(xùn)平臺配置Arduino單片機(jī)、超聲波傳感器、液晶顯示器、蜂鳴器等硬件設(shè)備，并根據(jù)引腳連接設(shè)計圖進(jìn)行線路連接。使用硬件平臺，電路設(shè)計易于修改，能有效節(jié)省設(shè)計時間，提高教學(xué)效率。在設(shè)計過程中教師進(jìn)行直播演示，一方面解決后排的學(xué)生看不到演示過程的問題，另一方面拉近了與學(xué)生的距離，提高了教學(xué)效果。同時，教師及時深入課堂，解決學(xué)生關(guān)心的核心問題和疑慮，助力學(xué)生順利完成闖關(guān)任務(wù)。

3）軟件設(shè)計。教師提出“汽車與障礙物距離如何獲取”“程序設(shè)計流程”等問題，啟發(fā)學(xué)生思考。借助思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生按照不同模塊設(shè)計，化繁為簡，由易到難，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題能力，同時引導(dǎo)學(xué)生借助軟件平臺分模塊設(shè)計，進(jìn)一步使用Mixly軟件實現(xiàn)具體功能并編譯通過。對于軟件設(shè)計中存在的問題，采用藍(lán)墨云班課統(tǒng)計收集，幫助學(xué)生找到軟件設(shè)計重難點；引導(dǎo)學(xué)生查閱軟件設(shè)計工程文檔解決問題，培養(yǎng)學(xué)生主動查找資料解決問題的能力。

4）軟硬件聯(lián)調(diào)。編譯通過后將軟件代碼下載到硬件開發(fā)平臺上驗證。如果不能正常獲取距離并告警，指導(dǎo)學(xué)生檢查硬件電路、檢查軟件設(shè)計、檢查軟硬件結(jié)合電路接口是否一致等問題，并引導(dǎo)學(xué)生記錄排錯調(diào)試過程，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。調(diào)試修改后，編譯直接下載導(dǎo)入硬件開發(fā)平臺即可，方便調(diào)試。學(xué)生根據(jù)任務(wù)工單要求，多次多級聯(lián)調(diào)，觀察并記錄調(diào)試過程，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

5）展示小結(jié)。調(diào)試通過后，小組將汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計包裝優(yōu)化。小組設(shè)計優(yōu)化完成后推薦一位學(xué)生展示本小組設(shè)計作品，其他小組將從技術(shù)實現(xiàn)、系統(tǒng)精準(zhǔn)、系統(tǒng)平穩(wěn)等方面綜合評價，并借助藍(lán)墨云班課平臺投票選出優(yōu)秀設(shè)計團(tuán)隊。教師對小組展示點評，并通過思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)教學(xué)重難點，幫助學(xué)生將眾多任務(wù)知識點構(gòu)建成知識體系，并將思維導(dǎo)圖上傳到云班課便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)。

3.2.4過程評價

本次項目既注重設(shè)計結(jié)果也重視過程性評價，通過課前預(yù)習(xí)嘗試、藍(lán)墨云班課在線測試、小組互評、教師點評的方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；將教學(xué)過程工作流程優(yōu)化，結(jié)合理實一體化教學(xué)以及測試操作情況，課中進(jìn)行問題提煉、課堂實操演示、小組課堂匯報、教師評價、綜合考核等多方位促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，及時鞏固教學(xué)效果。綜合課前預(yù)習(xí)活動、課中練習(xí)、課堂實訓(xùn)、小組展示等多元化評價方式，對各個環(huán)節(jié)利用綜合評價系統(tǒng)采用不同權(quán)重加權(quán)分析得到綜合評價結(jié)果，為后續(xù)教學(xué)提供有力參考依據(jù)。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中更有目標(biāo)性，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)積極性，同時通過各種場景設(shè)計、程序設(shè)計、程序調(diào)試、硬件測試、軟硬件聯(lián)調(diào)，項目答辯等方式，全方位培養(yǎng)學(xué)生的程序理解能力、程序設(shè)計能力、問題解決能力等。

3.2.5任務(wù)拓展

課后，一方面，學(xué)生登錄藍(lán)墨云班課，填寫項目自我評價表。自我評價表包含課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、小組合作、團(tuán)隊貢獻(xiàn)、項目創(chuàng)新、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面。另一方面，教師通過藍(lán)墨云班課檢測學(xué)生自我評價表數(shù)據(jù)，動態(tài)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并發(fā)布課后拓展任務(wù)，學(xué)生以小組為單位完成拓展任務(wù)并在線提交，拓展業(yè)務(wù)能力[2]。教師通過藍(lán)墨云班課發(fā)布微課促進(jìn)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)與探究，進(jìn)一步完善作品，并對優(yōu)秀作品進(jìn)行展示。同時鼓勵學(xué)生小組團(tuán)隊進(jìn)行科研創(chuàng)新，導(dǎo)師帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)入工廠進(jìn)行技術(shù)探索和專業(yè)研究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和樂趣，實現(xiàn)“教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化。

3.3課后助學(xué)

針對拓展任務(wù)中的共性問題進(jìn)行教學(xué)總結(jié)與反思，并將主要問題發(fā)布在教學(xué)平臺與討論區(qū)，同時深度優(yōu)化下一步教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計，提高教學(xué)效果與質(zhì)量。邀請企業(yè)家、工程師、行業(yè)專家參與課后教學(xué)活動，開展關(guān)于汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的講座，傳授實踐經(jīng)驗，講述親身經(jīng)歷，向?qū)W生傳授“積極進(jìn)取、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新”的工匠精神。同時邀請社團(tuán)開展電子競賽活動，舉辦相關(guān)技能競賽，如機(jī)器人競賽、智能小車競賽等，帶動、刺激、引導(dǎo)學(xué)生舉一反三、學(xué)以致用，更好地促進(jìn)學(xué)生知識素養(yǎng)、能力素養(yǎng)和技能素養(yǎng)的培養(yǎng)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神，提升學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維意識[3]。

4教學(xué)成效與反思

本次教學(xué)設(shè)計采用線上線下混合式教學(xué)模式，并采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，借助新媒體通信手段、藍(lán)墨云班課平臺和線上教學(xué)資源等，堅持“以學(xué)生為中心”，堅持教學(xué)做一體化，采用了多種教學(xué)方法。

4.1學(xué)生方面

一方面強(qiáng)化了學(xué)生對“汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計”專業(yè)知識的掌握，使其能對Arduino單片機(jī)、傳感器、執(zhí)行器、軟硬件聯(lián)調(diào)等知識融會貫通和綜合運用；另一方面提高了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力，課后各組都設(shè)計出了創(chuàng)新設(shè)計作品，部分優(yōu)秀作品參加了電子競賽或者職業(yè)教育周巡展等，提高了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識。增強(qiáng)了學(xué)生對工匠精神的認(rèn)識和理解，提高了學(xué)生對職業(yè)素養(yǎng)的認(rèn)識[4]；學(xué)生積極踴躍地參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動、參加培訓(xùn)、技能考核；將課程思政元素融入教學(xué)過程，潤物細(xì)無聲地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和職業(yè)素養(yǎng)。

4.2教師方面

一方面不斷采用信息化手段和方法，優(yōu)化和吸收豐富的教學(xué)資源和案例，使教學(xué)資源庫得到更新和擴(kuò)充；另一方面，教學(xué)團(tuán)隊不斷優(yōu)化，形成“企業(yè)家+工程師+行業(yè)專家+教師”的專業(yè)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊，采用線上線下混合式項目化教學(xué)模式，深化教學(xué)改革并推動課程標(biāo)準(zhǔn)的制定，為校企合作、社會服務(wù)提供良好的交流平臺。

5結(jié)束語

本文以智能交互設(shè)計課程中“汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計”項目為例，從教學(xué)分析、教學(xué)策略、教學(xué)實施及教學(xué)效果等方面，深入探討如何將教學(xué)資源、云平臺、信息化手段等與教學(xué)設(shè)計相結(jié)合，深化教學(xué)改革，構(gòu)建信息化技術(shù)和手段支持下的高效互動課堂，改善教學(xué)環(huán)境，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

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作者:修曉琴