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摘要：針對高職院校學生特點，以Arduino平臺課程智能交互設計中“汽車倒車雷達系統(tǒng)設計”項目為例，從教學分析、教學策略、教學實施及教學效果等方面深入探討如何將教學資源、云平臺、信息化手段等與教學設計相結合，深化教學改革，構建信息化技術和手段支持下的高效互動課堂，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

關鍵詞：高職院校；智能交互設計；汽車倒車雷達系統(tǒng)

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

1教學分析

1.1學情分析

智能交互設計的教學對象為高職院校信息工程系大一下學期的學生，學生已經(jīng)學習C語言設計和安卓基礎技能等相關課程，具有一定的編程思維、模塊化思維和圖形化設計基礎。學習本項目之前，學生已經(jīng)接觸Arduino單片機、液晶顯示器、告警器等傳感器和執(zhí)行器，能夠使用創(chuàng)新設計方法、Mixly編程軟件、藍墨云平臺、小組合作探究法、軟硬件聯(lián)調(diào)方法等繼續(xù)學習“汽車倒車雷達系統(tǒng)設計”項目。同時，學生對新鮮事物感興趣，動手能力強，好勝心強，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一步提高。

1.2教學內(nèi)容分析

以企業(yè)項目為線索，構建“汽車倒車雷達系統(tǒng)設計”教學情境，利用Arduino單片機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)動顯示及告警設備，設計并實現(xiàn)汽車倒車雷達系統(tǒng)。

1.3教學目標分析

1.3.1知識目標

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，掌握項目設計開發(fā)流程。

1.3.2能力目標

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

1.3.4思政目標

培養(yǎng)學生良好的職業(yè)道德、職業(yè)技能、職業(yè)作風和良好的團隊合作意識，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工程師相關崗位的相關素質(zhì)。

2教學策略

2.1教學理念

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

2.2教學手段

采用“一平臺、二環(huán)境、三結合”的教學方式。使用藍墨云班課平臺，貫穿教學全過程；將硬件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)環(huán)境有效融合，提高教學效果；學生自主學習與教師引導教學相結合，學生個人學習與小組協(xié)作學習相結合，線上學習與線下學習相結合[1]。采取多種教學手段增強學生學習興趣，解決教學難點，提升學生職業(yè)素養(yǎng)。

2.3教學方法

教學過程中以企業(yè)項目為線索，構建學習情境。綜合運用項目驅(qū)動法、行動導向教學法、任務驅(qū)動法、引導啟發(fā)式、講授法等。

3教學實施

以企業(yè)項目為載體，結合實際工作情境，教學過程包括課前資源任務發(fā)布預習測試；課中“導→究→練→評→拓”五環(huán)節(jié)的教學活動；課后鞏固提升、開拓視野及學以致用。

3.1課前自學

首先，教師引導學生進行智能家居相關產(chǎn)品、技術難點、應用市場以及發(fā)展前景等相關市場調(diào)研，讓學生了解項目背景，激發(fā)創(chuàng)新設計思維。其次，向?qū)W生推送MOOC、精品課、公開課、視頻網(wǎng)站等學習資源。再次，在藍墨云班課平臺發(fā)布企業(yè)項目“汽車倒車雷達系統(tǒng)設計”任務工單以及課前預習測評；教師設置階梯式目標，學生收到藍墨云班課任務提醒后在行動路線指引下，有計劃地觀看視頻、學習討論、解決疑惑、線上反饋并提交課前預習測評。最后，教師組織建立由學生和老師共同成立的臨時教學研究團隊，教師根據(jù)學生反饋的問題，及時調(diào)整教學計劃。3.2課中導學課中導學分情景導入、探究學習、任務訓練、過程評價、任務拓展等五個方面。在教學過程中以“傳幫帶”為基本原則對學生進行分組。通過情景導入、問題引入的方法檢測學生的學習效果，然后根據(jù)課前問題反饋確定課中教學路線。

3.2.1情景導入

某企業(yè)希望設計一個汽車倒車雷達系統(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用作為視頻引入，吸引學生的注意力，通過汽車倒車雷達動畫直觀表達任務需求，激發(fā)學生興趣。

3.2.2探究學習

在任務實施之前，需要進一步探究任務實施的相關原理與方法。首先，通過測試考核的方式幫助學生鞏固所學知識內(nèi)容，并解決學生線上學習過程中所遇到的問題。其次，利用藍墨云班課資源發(fā)布及微課視頻啟發(fā)學生如何利用現(xiàn)有傳感器執(zhí)行器等設備設計“汽車倒車雷達系統(tǒng)”；利用頭腦風暴的方式引導學生思考設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提問，對于學生不理解或者有問題的地方，教師加以補充解釋，并對小組討論過程評價。

3.2.3任務訓練

1）任務下發(fā)。明確設計任務的關鍵環(huán)節(jié)后，教師設置汽車倒車雷達系統(tǒng)過關任務：第一關，獲取汽車與障礙物距離；第二關，系統(tǒng)獲取距離后準備告警；第三關，系統(tǒng)根據(jù)不同距離設置不同告警模式。任務要求層層遞進，過程環(huán)環(huán)相扣，不斷激發(fā)學生的動手學習欲望，達到學習目標。

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

3）軟件設計。教師提出“汽車與障礙物距離如何獲取”“程序設計流程”等問題，啟發(fā)學生思考。借助思維導圖引導學生按照不同模塊設計，化繁為簡，由易到難，培養(yǎng)學生分析問題解決問題能力，同時引導學生借助軟件平臺分模塊設計，進一步使用Mixly軟件實現(xiàn)具體功能并編譯通過。對于軟件設計中存在的問題，采用藍墨云班課統(tǒng)計收集，幫助學生找到軟件設計重難點；引導學生查閱軟件設計工程文檔解決問題，培養(yǎng)學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，指導學生檢查硬件電路、檢查軟件設計、檢查軟硬件結合電路接口是否一致等問題，并引導學生記錄排錯調(diào)試過程，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。調(diào)試修改后，編譯直接下載導入硬件開發(fā)平臺即可，方便調(diào)試。學生根據(jù)任務工單要求，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。調(diào)試通過后，小組將汽車倒車雷達系統(tǒng)設計包裝優(yōu)化。小組設計優(yōu)化完成后推薦一位學生展示本小組設計作品，其他小組將從技術實現(xiàn)、系統(tǒng)精準、系統(tǒng)平穩(wěn)等方面綜合評價，并借助藍墨云班課平臺投票選出優(yōu)秀設計團隊。教師對小組展示點評，并通過思維導圖引導學生總結教學重難點，幫助學生將眾多任務知識點構建成知識體系，并將思維導圖上傳到云班課便于學生課后復習。

3.2.4過程評價

本次項目既注重設計結果也重視過程性評價，通過課前預習嘗試、藍墨云班課在線測試、小組互評、教師點評的方式激發(fā)學生學習興趣；將教學過程工作流程優(yōu)化，結合理實一體化教學以及測試操作情況，課中進行問題提煉、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學生學習，及時鞏固教學效果。綜合課前預習活動、課中練習、課堂實訓、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)采用不同權重加權分析得到綜合評價結果，為后續(xù)教學提供有力參考依據(jù)。讓學生在學習中更有目標性，進而提高學習積極性，同時通過各種場景設計、程序設計、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)學生的程序理解能力、程序設計能力、問題解決能力等。

3.2.5任務拓展

課后，一方面，學生登錄藍墨云班課，填寫項目自我評價表。自我評價表包含課前預習、課中學習、小組合作、團隊貢獻、項目創(chuàng)新、學習態(tài)度等方面。另一方面，教師通過藍墨云班課檢測學生自我評價表數(shù)據(jù)，動態(tài)掌握學生學習情況，并發(fā)布課后拓展任務，學生以小組為單位完成拓展任務并在線提交，拓展業(yè)務能力[2]。教師通過藍墨云班課發(fā)布微課促進和提高學生自主學習能力，引導學生深入學習與探究，進一步完善作品，并對優(yōu)秀作品進行展示。同時鼓勵學生小組團隊進行科研創(chuàng)新，導師帶領團隊進入工廠進行技術探索和專業(yè)研究，激發(fā)學生學習興趣和樂趣，實現(xiàn)“教、學、做、創(chuàng)”一體化。

3.3課后助學

針對拓展任務中的共性問題進行教學總結與反思，并將主要問題發(fā)布在教學平臺與討論區(qū)，同時深度優(yōu)化下一步教學內(nèi)容與設計，提高教學效果與質(zhì)量。邀請企業(yè)家、工程師、行業(yè)專家參與課后教學活動，開展關于汽車倒車雷達系統(tǒng)的講座，傳授實踐經(jīng)驗，講述親身經(jīng)歷，向?qū)W生傳授“積極進取、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新”的工匠精神。同時邀請社團開展電子競賽活動，舉辦相關技能競賽，如機器人競賽、智能小車競賽等，帶動、刺激、引導學生舉一反三、學以致用，更好地促進學生知識素養(yǎng)、能力素養(yǎng)和技能素養(yǎng)的培養(yǎng)，進一步激發(fā)學生的自主學習精神，提升學生創(chuàng)新實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維意識[3]。

4教學成效與反思

本次教學設計采用線上線下混合式教學模式，并采用翻轉課堂的教學理念，借助新媒體通信手段、藍墨云班課平臺和線上教學資源等，堅持“以學生為中心”，堅持教學做一體化，采用了多種教學方法。

4.1學生方面

一方面強化了學生對“汽車倒車雷達設計”專業(yè)知識的掌握，使其能對Arduino單片機、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；另一方面提高了學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力，課后各組都設計出了創(chuàng)新設計作品，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，提高了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識。增強了學生對工匠精神的認識和理解，提高了學生對職業(yè)素養(yǎng)的認識[4]；學生積極踴躍地參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動、參加培訓、技能考核；將課程思政元素融入教學過程，潤物細無聲地培養(yǎng)學生的創(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資源和案例，使教學資源庫得到更新和擴充；另一方面，教學團隊不斷優(yōu)化，形成“企業(yè)家+工程師+行業(yè)專家+教師”的專業(yè)優(yōu)秀教學團隊，采用線上線下混合式項目化教學模式，深化教學改革并推動課程標準的制定，為校企合作、社會服務提供良好的交流平臺。

5結束語

本文以智能交互設計課程中“汽車倒車雷達系統(tǒng)設計”項目為例，從教學分析、教學策略、教學實施及教學效果等方面，深入探討如何將教學資源、云平臺、信息化手段等與教學設計相結合，深化教學改革，構建信息化技術和手段支持下的高效互動課堂，改善教學環(huán)境，以激發(fā)學生的學習積極性，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

參考文獻

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[3]修曉琴,劉俊莉.基于Arduino平臺的高職信息工程類課程改革探索與實踐[J].中國教育技術裝備,2019(15):50-51,63.

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作者:修曉琴