基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機項目式教學(xué)模式的探索與實踐

李玉平

(湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機項目式教學(xué)模式的探索與實踐

李玉平

(湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

普通高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展對高校課程教學(xué)模式改革提出了新的要求。從單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析現(xiàn)階段項目式教學(xué)模式中存在的弊端，探索如何在單片機課程教學(xué)中有效實施基于翻轉(zhuǎn)課堂的項目式教學(xué)模式改革，提出了具體實施方案，明確了師生在教學(xué)活動過程中的任務(wù)。最后對教學(xué)模式實施的結(jié)果進行了分析和評價，驗證了其可行性。

翻轉(zhuǎn)課堂；項目式教學(xué)；實施方案；教學(xué)評價

在傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響下，我國高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求之間存在較大差距。為了使人才培養(yǎng)適應(yīng)國家經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)已將培養(yǎng)創(chuàng)新能力強，適應(yīng)經(jīng)濟、社會發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才列入了中國高等教育中長期發(fā)展規(guī)劃[1]。目前，教育部正在推動普通高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型，通過轉(zhuǎn)型來培養(yǎng)更多實體經(jīng)濟發(fā)展需要的能夠從事一線工作的高素質(zhì)技術(shù)人才和技能人才，繼續(xù)深化“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。

因此，探索如何實現(xiàn)人才培養(yǎng)與行業(yè)、社會需求無縫對接是目前轉(zhuǎn)型高校面臨的重要問題之一,嘗試多種形式的教學(xué)改革是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。本文受資于湖北理工學(xué)院教學(xué)研究項目，分析了我校電子信息工程專業(yè)目前單片機課程教學(xué)中存在的若干問題并設(shè)計了基于翻轉(zhuǎn)課堂和項目式教學(xué)相結(jié)合的單片機課程教學(xué)模式。

1 單片機課程教與學(xué)現(xiàn)狀分析

“單片機”是電子信息工程專業(yè)的核心課程之一，該課程以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力為宗旨。傳統(tǒng)的單片機課程教學(xué)以單片機的結(jié)構(gòu)為主線，講解其構(gòu)成原理，并根據(jù)各部分內(nèi)容的特點開設(shè)驗證性、設(shè)計性或綜合性的實驗項目，最后開設(shè)課程設(shè)計，設(shè)計與制作以單片機為核心的測控或信息處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)單片機教學(xué)模式下理論和實驗教學(xué)及實驗項目之間關(guān)聯(lián)不緊密，導(dǎo)致理論與實踐不能有機結(jié)合[2]。且由于實驗設(shè)備模塊固化, 實驗時必須按實驗指導(dǎo)書進行模塊間接線和程序編寫,同時學(xué)生缺少對實驗原理的思考；實驗設(shè)備的硬件固定，完成實驗功能的程序也相同，學(xué)生之間存在抄襲現(xiàn)象。

鑒于以上原因, 我校近年來，在單片機課程教學(xué)中引入了項目式教學(xué)模式，項目式教學(xué)是將“單片機”的理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計整合成一個以項目驅(qū)動為主線，理論學(xué)習(xí)、實驗操作和綜合設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)模式，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。項目式教學(xué)中的每個項目都具有綜合性和開放性的特點[3-4]，可以增強學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性；同時調(diào)動學(xué)生興趣，增強學(xué)生自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。但項目式教學(xué)模式以項目目標(biāo)為核心驅(qū)動，忽略了中間過程的控制，學(xué)生為快速實現(xiàn)項目目標(biāo)，易忽略原理性知識的學(xué)習(xí)；此外，項目的綜合性會使教學(xué)內(nèi)容增多，項目實施過程中出現(xiàn)課時不足的現(xiàn)象，課外完成任務(wù)的過程又缺乏引導(dǎo)和監(jiān)督，學(xué)習(xí)效率低下；項目的開放性會使項目背景知識的要求難以滿足。因此，有必要探索更新穎、更有效的單片機課程教學(xué)模式。

2 翻轉(zhuǎn)課堂和項目式結(jié)合的單片機教學(xué)模式改革

在翻轉(zhuǎn)課堂和項目式結(jié)合的單片機教學(xué)模式中，項目是學(xué)習(xí)的載體，因此，教學(xué)項目的選取至關(guān)重要。為了使學(xué)生由易到難、循序漸進地學(xué)習(xí)，項目分為基礎(chǔ)項目和綜合項目，基礎(chǔ)項目訓(xùn)練使學(xué)生掌握單片機的獨立模塊，綜合項目不但貫穿整個單片機課程，更要能體現(xiàn)和其他課程的銜接性?；诜D(zhuǎn)課堂的項目式教學(xué)模式下單片機課程項目設(shè)計如圖1所示。項目實施的過程中，學(xué)生自行分組，每組有4人，基礎(chǔ)項目每組學(xué)生都要按教師的要求來完成，小組內(nèi)部自行分工完成任務(wù)，綜合項目可以選擇一組完成，也可以自行擬定項目，只要教師審核通過即可。

圖1 基于翻轉(zhuǎn)課堂的項目式教學(xué)模式下單片機課程項目設(shè)計

“翻轉(zhuǎn)課堂”是指將傳統(tǒng)的課上傳授與課下消化的學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來，即通過教學(xué)視頻在課下進行知識傳授而上課由教師幫助學(xué)生消化、理解和運用知識[5-6]。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中學(xué)生是主體，教師是引導(dǎo)者,學(xué)生根據(jù)自己的實際情況選擇學(xué)習(xí)的教學(xué)材料,對已經(jīng)熟悉的知識點花少量的時間鞏固，難理解的知識點花較長時間掌握，尤其可以通過網(wǎng)絡(luò)資源了解項目的場景，增強項目實施的背景知識；根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計劃自主選擇學(xué)習(xí)時間，打破了學(xué)習(xí)進度、學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)時間的約束，增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,增加了師生交流解決問題的時間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，夯實了項目教學(xué)法的應(yīng)用價值。從教師教學(xué)活動和學(xué)生學(xué)習(xí)活動出發(fā)，課程的實施過程分為課前、課堂和課后3個階段，翻轉(zhuǎn)課堂和項目式結(jié)合的單片機教學(xué)模式具體實施過程如圖2所示。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂和項目式結(jié)合的單片機教學(xué)模式

3 典型項目教學(xué)案例的實施過程設(shè)計

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)是單片機教學(xué)項目中的典型綜合項目,它的實現(xiàn)是單片機知識的綜合應(yīng)用,通過翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化該項目的教學(xué)設(shè)計，能夠快速增強學(xué)生單片機軟硬件設(shè)計的綜合應(yīng)用能力。

3.1倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)資源設(shè)計

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要包括倉庫工作背景知識，溫度濕度信號采集模塊涉及到的傳感器、模擬濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。在此教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行軟硬件設(shè)計和參數(shù)選擇。案例在設(shè)計中通過“提出問題—分析問題—知識點學(xué)習(xí)—解決問題”的方式設(shè)計教學(xué)視頻和PPT,充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

教學(xué)資源主要由多媒體PPT課件、教學(xué)視頻、總結(jié)的疑難問題解決方案和演示實例等組成，多媒體課件是教學(xué)內(nèi)容的重要體現(xiàn)，采用PPT形式結(jié)合多媒體技術(shù)組織項目教學(xué)的內(nèi)容，倉庫溫度、濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)流程圖如圖3所示。在課件中利用“提出問題—分析問題”環(huán)節(jié)，以尋求問題解決方法為目的復(fù)習(xí)講解溫度濕度傳感器、模擬濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等原理，在此基礎(chǔ)上，進行硬件設(shè)計、器件選擇、參數(shù)設(shè)計、程序設(shè)計和綜合調(diào)試以達到解決問題的目的。播放PPT課件時，采用Camtasia Studio軟件進行教學(xué)視頻錄制，在錄制的過程中穿插PROTEUS的相應(yīng)實例、keil c51環(huán)境下程序的調(diào)試視頻及往屆學(xué)生出現(xiàn)的疑難問題的說明等，以增強學(xué)生對知識的理解。

圖3 倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)教學(xué)過程

3.2教學(xué)共享平臺建設(shè)

為了實現(xiàn)教學(xué)資源共享和師生互動,本課程需要建設(shè)功能齊全和具有師生互動板塊的單片機課程網(wǎng)站并建立QQ群或微信群。教師必須于課前一周在課程網(wǎng)站上發(fā)布教學(xué)資源，每小組于課前一天在網(wǎng)站上提交學(xué)習(xí)報告，以便教師取舍課堂講解內(nèi)容；學(xué)生可以在線提問，也可以通過QQ群和微信群上傳和下載教學(xué)資料。教學(xué)資源共享平臺增強了師生的互動和了解，杜絕了教與學(xué)“2張皮”的現(xiàn)象。

3.3教學(xué)項目實施過程

倉庫溫度濕度監(jiān)測及報警系統(tǒng)這類綜合項目的實施分為項目準(zhǔn)備學(xué)習(xí)階段，項目設(shè)計制作實施階段和項目分析總結(jié)階段3個過程。每個階段的實施過程見圖2。項目準(zhǔn)備學(xué)習(xí)階段要求學(xué)生重點在確定溫度濕度監(jiān)測與報警系統(tǒng)工作環(huán)境的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)細(xì)化成各個子模塊，具體內(nèi)容見圖3。項目設(shè)計制作實施階段主要對溫度濕度采集模塊的設(shè)計參數(shù)或設(shè)計方案模擬仿真，對實驗數(shù)據(jù)進行分析和比較，以確定最終設(shè)計方案，并在此基礎(chǔ)上進行軟硬件設(shè)計與調(diào)試。

項目分析總結(jié)階段是進一步內(nèi)化知識和經(jīng)驗總結(jié)的環(huán)節(jié)。該階段要求每個小組以報告的形式總結(jié)前2個階段的任務(wù)，并展示和介紹作品及其性能參數(shù)。教師將報告、個人答辯、作品展示、小組討論和課堂考勤這5項作為成績的評定依據(jù)，最后設(shè)計出的綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。電子信息工程專業(yè)45名學(xué)生的評定項和總成績的分布圖如圖5所示。關(guān)于2種教學(xué)模式的學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果如圖6所示。

圖4 綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖

圖5 綜合評價體系結(jié)構(gòu)圖

圖6 關(guān)于2種教學(xué)模式的學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果

4 教學(xué)評價

結(jié)合我校電子信息工程專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)方案和特點，進行了基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機項目式教學(xué)改革嘗試?；诜D(zhuǎn)課堂的單片機項目式教學(xué)模式對我校電子信息專業(yè)45名學(xué)生從學(xué)習(xí)效率、能動性提高、授課方式和師生交流創(chuàng)新能力提高的滿意度5個方面進行了問卷調(diào)查，從圖6中的調(diào)查結(jié)果可以看出，2種教學(xué)模式下學(xué)生的能動性和積極性都得到了很大的提高,也增強了創(chuàng)新意識,達到了良好的教學(xué)效果，同時學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂和項目式結(jié)合單片機課程教學(xué)模式的5個滿意度明顯高出項目式教學(xué)模式，因此，進行該模式教學(xué)改革具有重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)束語

基于翻轉(zhuǎn)課堂的項目式教學(xué)適合“單片機”這類實踐性強的處理器類課程，學(xué)生在課前的學(xué)習(xí)過程中，能靈活地預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，觀看教學(xué)視頻，也可在中間暫停和練習(xí)，學(xué)習(xí)的時間和空間也可自行選擇，最大程度解決了教學(xué)中出現(xiàn)的不可復(fù)制性。通過項目驅(qū)動整合教學(xué)資源，加快對知識的理解和應(yīng)用，增強了師生交流的時間和交流的有效性，杜絕了教與學(xué)“2張皮”的現(xiàn)象。教學(xué)資源的設(shè)計與整合以及項目的精心設(shè)計也有利于教師專業(yè)能力和教學(xué)質(zhì)量的提高。新的教學(xué)模式要應(yīng)用于單片機課程教學(xué)中，就必須解決實施的先決問題。首先，學(xué)生在課前需通過Internet 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境獲取學(xué)習(xí)資源，這就要求學(xué)生必須具有數(shù)字化終端設(shè)備和計算機應(yīng)用能力，學(xué)?？梢酝ㄟ^開放實驗室滿足缺乏硬件和學(xué)習(xí)場所的學(xué)生。其次，教師需要花費更多的時間和精力組織和設(shè)計學(xué)生的課外學(xué)習(xí)活動，調(diào)動學(xué)生的能動性和積極性。因此，要將該方法真正應(yīng)用于單片機課程教學(xué)中，還需要繼續(xù)深入研究與探索。

[1] 左建勇.面向工程的實訓(xùn)教學(xué)模式與案例分析[J].實驗室研究與探索,2011,30(7):157-161.

[2] 張迎輝.任務(wù)驅(qū)動項目教學(xué)法在“單片機應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)中的運用[J].教育探索,2013,264(6):43-44.

[3] 彭靜雯.高等工程教育改革:對學(xué)科規(guī)訓(xùn)的突圍[D].武漢:華中科技大學(xué),2013.

[4] 黃震.基于慕課和混合式教學(xué)的工程教育探索與實踐[J].高等工程教育研究,2016(4):11-14.

[5] 曹洪龍,胡劍凌,俞一彪，等.利用微課翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化DSP實驗教學(xué)探索[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,40(10):192-196.

[6] 劉軍,祝雪珂,鄭濤,等.“雙主”式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建及其應(yīng)用研究[J].電化教育研究,2016,272(12):77-83.

(責(zé)任編輯高嵩)

Exploration and Practice of Project-based Teaching Mode of Microcontroller Based on Classroom Flip

LiYuping

(School of Electrical and Electronic Information Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

The applied transformation and development of common universities has put forward new requirements to the reform of curriculum teaching mode.This paper analyzes the shortcomings of the present project-based teaching mode from the teaching situation of microcontroller course, and explores how to effectively implement the project-based teaching mode reform based on classroom flip,and the concrete implementation scheme has been suggested.The teacher and student's tasks in the process of teaching activities are clearly explained.Finally,the results of the implementation of the teaching model are analyzed and evaluated,which verifies the feasibility of the model.

classroom flip;project-based teaching;implementation scheme;teaching evaluation

2017-01-06

湖北理工學(xué)院校級教學(xué)研究項目(項目編號：2013B08)。

李玉平，講師，碩士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.04.014

G642.0

：A

：2095-4565(2017)04-0069-04