基于大數據開展“單片機原理與應用”教學深度融合研究

邢玉清 吳莉莉 潘健斌

摘? 要：隨著5G來臨，網絡信息化得到進一步發展，大數據與人工智能給高校課程教學帶來了機遇與挑戰。單片機原理與應用課程如何實行革新與教學是當前需要面對及解決的難題。

關鍵詞：大數據? 信息技術? 融合應用? 教學

Abstract： With the advent of 5G and the further development of network informatization， the emergence of big data and artificial intelligence has brought opportunities and challenges to university courses. How to carry out innovation and teaching in the course of principle and application of single chip computer is a difficult problem that needs to be faced and solved at present.

教育部2018年1月印發了《教育信息化2.0行動計劃》。該《計劃》強調通過大數據采集與分析，將人工智能切實地融入實際教學環境中。教育部2018年11月頒發的《新課標》指出：信息技術將從興趣課程上升為必修課程，并對學生在計算思維、算法、編程方面的要求進行了大幅度提升。教育部2019年6月高等教育司司長吳巖指出課程改革新行動：讓課程理念新起來、教材精起來、課堂活起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來，線上、線下、線上線下混合式、虛擬仿真實驗教學、社會實踐國家級一流課程。隨著網絡數據爆發式增長下，人類社會一方面受益于大數據時代所產生的積極影響，另一方面也面臨著被數據海洋“淹沒”的風險。傳統的教學模式、教師的權威性都面臨著挑戰，單片機原理與應用課程的教學也面臨著同樣的問題。如何順應時代潮流、加快實現大數據的科學應用，如何科學合理地分析傳統教學模式的利弊，是大數據時代能否有效地提高教學質量、改善教學環境的關鍵環節。

1? 大數據的概念和特征

大數據（Big Data）這個專業術語出現于1990年，是指規模巨大的數據量使人們不能在短期內對其中的數據進行搜集、整合及研究。大數據不采用隨機分析法（抽樣調查法）這樣的捷徑，而是對所有數據進行分析處理。麥肯錫研究所對大數據的定義多被引用，他們指出大數據本質是數據集合：這種數據集合規模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統數據庫軟件工具除了能力;這種數據集合特征是具有海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低。近年來，大數據的概念進一步被凝練和豐富。在2018大數據最新的定義強調大數據是需要并行計算工具處理的數據[1]。大數據的特征：Volume（容量）、Velocity（速度）、Variety（多樣）、Veracity（真實）、Variability（可變性）Value（價值）Complexity（復雜性）。在大數據時代下，人們的生活、工作、學習等方方面面都受到了較大的影響[2]。

2? 傳統的單片機原理與應用教學方式亟需改革

一方面，傳統、抽象、枯燥的單片機原理與應用課程的理論教學很難激發學生的學習積極性以及主觀能動性。另一方面，傳統的“粉筆加黑板，課本加筆記”的教學方式，不能夠在有限的時間內提供足夠的信息量給學生。最后人類的夢想一直向往利用新技術更加簡潔高效地進行學習。以上3個方面說明傳統的單片機原理與應用教學方式亟需改革。

在單片機原理與應用教學中，所謂的“數據”是指海量的文字信息、音頻、視頻信息等，即與單片機學習有關的各種電子多媒體資料。作為重要的學習資源，它們理應被師生擁有并能被創造性地運用。大數據的特點是非結構化、數據量龐大及分散式呈現等，此特征正好與人性化、個性化的人類追求的學習要求相符合。單片機原理與應用教學應該采取更多的人性化服務、溝通交流以及自主性強的學習方案。這對促進學校教育方案的改革也具有積極意義。參考大規模的成功的教育教學數據研究案例，有助于解決單片機原理與應用教學中所出現的難題。采用大數據的教學方式可以最大化地體現以學生為主導的教學理念，增效教學互動交流，提升融洽師生關系。

微課、慕課、在線課堂等教學形式大范圍的涌現，尤其是智能手機廣泛普及與網絡的飛速提升，學生學習的途徑不再是書本、教師或傳統課堂了，學習方式實現了多元化，教師從教學為主的角色轉變為以引導、組織、協調、參與、解答為主的多角色。因而，有了大數據的支持，人類數千年的“因材施教”“有教無類”理想教學理念才能得以最大化的實現[3]。新的單片機原理與應用教育體系正在逐步完備，多變的學制與自主性強的服務也逐步被提供，這些都有利于推動單片機原理與應用教育的整體革新[4]。

3? 大數據時代單片機原理與應用課程教學創新措施

3.1 教師緊跟時代步伐更新知識結構

講課的困難在于僅能以線性展開的語句作為工具，卻要讓學生建構樹狀的知識結構、網狀的思考路徑、立體的真實世界。新時代對以“傳道，授業，解惑”為職責的教師的知識結構、學習能力也提出了更高的要求。教師不僅僅要掌握好自己所教領域的知識結構、思維模式，還要掌握一些現代信息技術知識，充分運用日新月異的新技術武裝自己的技能庫。單片機原理與應用教學進一步革新的方向是力求建立多元化的教育方式，為學生提供最合適的學習方法，也要求教師緊跟時代步伐更新知識結構。

3.2 教師要掌握利用信息能力和研發能力

大數據時代不是要淘汰和取消教師，而是要求教師要強化作為組織者、引導者的能力。雖然學生有便捷多樣的信息渠道，但是畢竟“術業有專攻”，仍然需要具有寬廣的知識面的教師，教師對學科前沿有敏銳的分析和判斷能力，幫助學生掌握知識經濟時代海量數據中的“精華”與“糟粕”，要去粗取精，去偽存真[5]。否則，學生很容易迷失在數據海洋中。

首先，在新時代背景下，教師要具備搜索和利用信息的能力，即教師要知道如何有效地獲取信息、如何過濾和整理有用的信息、如何通過合適的教學手段傳授給學生需要掌握的信息。其次，教師要具有較強內容引導能力。傳統教學方法中，教師更多的是以講為主，以解為輔。在新技術下，教師要以引導為主，以講為輔，向學生提供線索、目標，引導和幫助學生利用各種現代化的教學資源，實現自我學習。最后，教師要很好地掌握學生的學習激情。新技術帶來新的教學方法，新增了有趣的教學內容，但并不能保證每個學生始終能全身心地投入學習。教學過程不僅僅是知識的傳授，更是情感的交流與傳遞。采用情感注入教學、合理引導學生是提高學生積極性、激發學生學習興趣的關鍵[6]。

3.3 以創新能力培養為導向的教學方法改革

安德森（Anderson）等修訂了布魯姆教育目標，把高級思維認知過程由低至高地分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造6個層次。1976年，美國學者馬頓（Marton）和薩爾約（Saljo）明確提出了淺層學習和深度學習的概念?！坝洃?、理解”層次屬于淺層學習，“應用、分析、評價、創造”層次屬于深度學習。簡單說就是認知的層次簡化成兩層：分別是認知低級階段的淺層學習和對知識的深度理解和遷移應用處于較高水平的深度學習。如圖1高級思維模型所示[7]。

傳統課堂教學是以教師為教學主體中心，采用整體教學、指定參考教科書和定期測試的方法教授明確界定的內容結構。然而，采用“高階思維”模型為教學目標的教學需要改變傳統教學方法，不在是要以教師為中心和固定的教材，而是要強調學生主動的體驗，經常地參與課堂思維實踐，發展思維技能。傳統的課堂教學將傳授專業內容作為主導方向，這不利于學生創新能力的培育。從改變教學目的、增減教學內容、規劃課堂教學、安排創新實驗、小組探討、主體交流溝通等流程入手，以培育創新能力為主旨，力求提高學生在實際項目下研究、分析及解決難題的能力。在授課時，老師不再以專業內容的傳授為主導，而是拋出課程的相關內容，引導學生分析和交流并指出學習目的和學習方式。將課程內容與實際項目聯系在一起，學生經過對項目的研究、探討、規劃和處理，有利于增強學生的自主創新能力，獲得良好的教學效果。

3.4 深度融合多樣化的教學方式

一方面，采用人工智能和大數據技術實現充分地挖掘學生學情等數據的價值，從而可以實現因材施教[8];另一方面，通過人工智能偏遠地區也可以獲取優質教學資源，例如，現在的雙師課堂實現了將城市教師與偏遠地區的學生連接在一起，偏遠地區學生的學習情況也得到了關注。

注重培養學生探求真知的能力，通過小組討論、社團活動、實踐活動等多種課堂組織形式，靈活運用多種教學手段來實現這一目標。提供適時的幫助并加以引導，在嚴抓和放手之間尋找到一個平衡點，實施行之有效的教學方案。教師采用互動反饋技術調動學生的參與積極性， 并且及時、真實、準確地進行學情分析。對學生的學習進行過程性評價， 并依此調整教師的教與學生的學：把講授、管理型教師變為指導、促進型教師;把被動接受、被動教會、他律學生變為主動探究、主動學會和會學、自律的學生;把人工智能和大數據技術融于單片機原理與應用課程及課堂教學之中， 促進“教師的教”與“學生的學”的科學改變。

4? 結語

大數據和人工智能為實現因材施教和教育均衡提供了契機。人機協作、人機耦合將是未來趨勢，探討大數據和人工智能和時代的課程教學深度融合問題，是要讓學生站在人工智能肩膀上，更加適應未來社會的發展。單片機原理與應用教學革新的方向是力求建立多元化的教育方式，為學生提供最合適的學習方法。教師增強對單片機原理與應用教育教學革新的關注度，持續更新單片機原理與應用教學模式，培養綜合能力強的專業人才，最終為社會培養有用人才。

參考文獻

[1] Big Data[EB/OL].[201-06-18].https：//www.en.wikipedia.org/wiki/Big_data.

[2] 大數據[EB/OL].[2019-06-17].https：//www.baike.baidu.com/item/大數據/1356941？fr=aladdin.

[3] 張丹.大數據時代高職語文教學探究[J].現代語文：教學研究版，2015（9）：21-22.

[4] 陳雙.信息技術與課堂教學深度融合研究[J].建材與裝飾，2018（32）：169-170.

[5] 華璐璐.人工智能促進教學變革研究[D].江蘇師范大學，2018.

[6] 孫眾，蘧征，楊現民，等.有意義的大數據與教學優化改革[J].電化教育研究，2018，39（3）：43-48，61.

[7] Mona Adria Wirda，Nurmala Berutu，Rosni Rosni. Developing of The Demography Teaching Book Based on KKNI-Curriculum and High Order Thinking Skills[A].Proceedings of the 1st International Conference on Social Sciences and Interdisciplinary Studies （ICSSIS 2018）[C].2019.

[8] 2019人工智能與教育大數據峰會在京召開[EB/OL]. https：//www.baijiahao.baidu.com/s？id=1640736712012689486&wfr=spider&for=pc.