萬里冰 霍凱
[摘 要]文章針對微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的特點(diǎn),對其翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)踐探索。圍繞課程教學(xué)內(nèi)容凝練知識(shí)點(diǎn),做好翻轉(zhuǎn)課堂的頂層規(guī)劃,整合包括微課視頻、文檔、課件、習(xí)題等翻轉(zhuǎn)課堂所需的課程資源,通過課程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師的在線互動(dòng),形成教學(xué)效果評估的快速反饋與反應(yīng)機(jī)制,從而迅捷、準(zhǔn)確地把握學(xué)生學(xué)習(xí)效果。為保證翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)質(zhì)量,總結(jié)了翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過程中應(yīng)著重注意的問題。
[關(guān)鍵詞]微機(jī)原理與接口技術(shù);翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)設(shè)計(jì);課程改革
[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號] 2095-3437(2019)08-0045-03
一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的產(chǎn)生與發(fā)展
傳統(tǒng)的教學(xué)模式下,教師通過課堂講授實(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳授,通過布置課下作業(yè)、操作或?qū)嵺`讓學(xué)生完成對知識(shí)的掌握。翻轉(zhuǎn)課堂則把傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)順序翻轉(zhuǎn)過來,即教師先把學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容錄制成視頻并發(fā)給學(xué)生,學(xué)生在上課前通過觀看教學(xué)視頻來學(xué)習(xí)課程知識(shí),知識(shí)內(nèi)化則在課堂上經(jīng)老師的幫助與同學(xué)的協(xié)助而完成。大量實(shí)踐表明,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性,使學(xué)習(xí)變得更主動(dòng)、更積極、更有效,進(jìn)而提高學(xué)習(xí)者的自學(xué)能力、思考能力、人際交往能力、組織能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)始于高校的教學(xué)研究實(shí)踐。1991年,哈佛大學(xué)的物理教授埃里克·馬祖爾創(chuàng)立了同伴教學(xué)法,被認(rèn)為是最早開始了翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)驗(yàn)。2000年,美國邁阿密大學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)教授莫林·拉赫在講授“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”課程時(shí)開始實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的探索和實(shí)踐,學(xué)生迅速適應(yīng)和接受了“翻轉(zhuǎn)”學(xué)習(xí)的過程,并普遍反映這一教學(xué)模式有助于他們加深對知識(shí)的理解。同年,韋斯利·貝克在第11屆大學(xué)教學(xué)國際會(huì)議上提出了實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的基本模式:教師通過網(wǎng)絡(luò)工具和課程管理工具呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容并以家庭作業(yè)的形式分發(fā)給學(xué)生,課堂上的時(shí)間則被用來安排師生討論和學(xué)生分組討論[1-2]。
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在美國逐漸拓展到更大范圍。2011年,美國林地公園高中的喬納森·博爾曼和亞倫·薩姆斯總結(jié)了多年的翻轉(zhuǎn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),出版了翻轉(zhuǎn)課堂研究專著《翻轉(zhuǎn)課堂:每天抵達(dá)每一個(gè)班的每一名學(xué)生》,介紹了在實(shí)踐教學(xué)過程中摸索出的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施策略,后來翻轉(zhuǎn)課堂的影響逐漸擴(kuò)展至全美。同年,翻轉(zhuǎn)課堂被加拿大的《環(huán)球郵報(bào)》評為“影響課堂教學(xué)的重大技術(shù)變革”,引發(fā)了眾多教育者對翻轉(zhuǎn)課堂教育模式的關(guān)注。其后,可汗學(xué)院為翻轉(zhuǎn)課堂提供免費(fèi)教學(xué)視頻,慕課(MOOC)也提高了翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)者的參與性, 翻轉(zhuǎn)課堂的影響逐漸擴(kuò)展到全球[3]。
二、我國翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展
我國翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展是和慕課的發(fā)展緊密結(jié)合的,翻轉(zhuǎn)課堂與慕課互相融合與促進(jìn)。2012年,由上海市教委主導(dǎo)、上海的30余所大學(xué)共同組建的“上海高校課程中心”平臺(tái)建成,實(shí)現(xiàn)了29門課程的共享。上海高校共享課程的學(xué)習(xí)采用“翻轉(zhuǎn)課堂”與“混合模式”相融合的方法,教學(xué)團(tuán)隊(duì)包括平臺(tái)主講教師、教學(xué)點(diǎn)教師和助教,主講教師對課程總負(fù)責(zé),教學(xué)點(diǎn)教師負(fù)責(zé)掌握各教學(xué)點(diǎn)討論課情況,助教負(fù)責(zé)集中回答學(xué)生提問,開展小組討論活動(dòng)。這種團(tuán)隊(duì)配合、分工明確的組織方式,有效保障了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量,促進(jìn)了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的推廣。此后,清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)等高校陸續(xù)開展了翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC(小規(guī)模限制性在線課程)的探索與實(shí)踐[4]。
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,以及慕課和微課等在線課程資源的日益豐富,國內(nèi)越來越多的高校紛紛加入到翻轉(zhuǎn)課堂的研究與實(shí)踐中,相關(guān)工作主要從翻轉(zhuǎn)課堂的模式、電子支持軟硬件系統(tǒng)、效果評價(jià)等方面開展。慕課除了提供翻轉(zhuǎn)課堂所需的支撐材料如視頻、文字和問題等外,還搭建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)社區(qū),由此翻轉(zhuǎn)課堂與慕課能夠互為補(bǔ)充、互相促進(jìn)。微課則突出了課程的知識(shí)點(diǎn),內(nèi)容更加精簡,適用于基于移動(dòng)設(shè)備的隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明,新興的課程模式、教學(xué)手段能夠與翻轉(zhuǎn)課堂很好地融合,豐富翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式,提高翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)效果,為采用翻轉(zhuǎn)課堂模式的教學(xué)提供新的思路和途徑[5]。
三、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是我校機(jī)械與電子控制學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)和機(jī)械工程專業(yè)的必修課,授課對象是二年級本科生。該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在理解微型計(jì)算機(jī)基本組成和工作原理的基礎(chǔ)上,掌握單片微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、接口設(shè)計(jì)與系統(tǒng)擴(kuò)展方法,掌握運(yùn)用匯編語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的基本方法與技能。課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合以及對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。課程組在教學(xué)過程中,雖然也綜合運(yùn)用了問題教學(xué)、案例教學(xué)、研究性教學(xué)等方式,但授課模式仍是以教師為中心的傳統(tǒng)集中講授為主,作為認(rèn)知主體的學(xué)生在教學(xué)過程中基本上還是處于受灌輸?shù)谋粍?dòng)地位,其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性難以發(fā)揮,因此部分學(xué)生存在上課不專心聽講、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不明確、學(xué)習(xí)興趣缺乏、學(xué)習(xí)態(tài)度不認(rèn)真、大部分課余時(shí)間不用在學(xué)習(xí)上等問題。教師講授為主的教學(xué)方法也難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新能力。因此,課程組將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入本課程,以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,啟發(fā)其創(chuàng)造性思維,拓展其綜合能力,增加其學(xué)習(xí)樂趣,促進(jìn)其學(xué)習(xí)與研究的有機(jī)結(jié)合。
(一)課程規(guī)劃與知識(shí)點(diǎn)梳理
做好頂層規(guī)劃對保證翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果具有重要意義。課程組以課程教學(xué)大綱為統(tǒng)領(lǐng),在分析翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了梳理和編排,圍繞重要的教學(xué)內(nèi)容凝練和總結(jié)出知識(shí)點(diǎn),并制訂符合翻轉(zhuǎn)課堂特點(diǎn)和規(guī)律的課程教學(xué)規(guī)劃。
課程組結(jié)合自身所編制的教材,仔細(xì)分析多種版本的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”“單片機(jī)原理及其接口技術(shù)”等國內(nèi)外相關(guān)教材后,確定了適合翻轉(zhuǎn)課堂特點(diǎn)的由基礎(chǔ)知識(shí)、接口擴(kuò)展、系統(tǒng)設(shè)計(jì)三大部分組成的課程內(nèi)容總體框架,進(jìn)而對總體框架進(jìn)行細(xì)分,形成框架下的知識(shí)點(diǎn)。在基礎(chǔ)知識(shí)部分,首先講授機(jī)器碼概念和數(shù)制轉(zhuǎn)換,以引起學(xué)生對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的回憶。其次圍繞CPU、專用寄存器、RAM/ROM、定時(shí)控制邏輯、I/O講述單片機(jī)硬件組成,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入單片微型計(jì)算機(jī)的微觀世界。這部分內(nèi)容較為抽象,學(xué)生掌握起來有一定難度。隨后介紹單片機(jī)指令系統(tǒng)和匯編語言設(shè)計(jì),這部分的主要難點(diǎn)在于將學(xué)生從C語言高級語言環(huán)境中引到低級語言環(huán)境中。最后講授單片機(jī)內(nèi)部I/O接口單元,包括4個(gè)并行端口、1個(gè)串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和5個(gè)中斷源,其中比較難以掌握的是單片機(jī)的中斷工作方式以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。在完成單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)后,要求學(xué)生基本掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理。接口擴(kuò)展部分包括外部存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展、并行I/O擴(kuò)展、8位LED數(shù)碼管的連接、行列式鍵盤擴(kuò)展、DA轉(zhuǎn)換連接、AD轉(zhuǎn)換連接等課程知識(shí)點(diǎn),是對能完成較簡單任務(wù)的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分進(jìn)一步結(jié)合當(dāng)前微機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢和典型應(yīng)用,重點(diǎn)講授單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì),以及在Keil C51環(huán)境下的程序開發(fā)過程,并結(jié)合具體案例介紹在Proteus環(huán)境下單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真方法。在課程的三部分主要內(nèi)容中,構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)是接口擴(kuò)展的支撐,而系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是在基礎(chǔ)知識(shí)和接口擴(kuò)展的基礎(chǔ)上,通過單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)解決復(fù)雜的工程問題。
(二)課程資源的整合
課程資源作為教師教學(xué)和學(xué)生課下學(xué)習(xí)的重要資源,其內(nèi)容和質(zhì)量對翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果影響極大。翻轉(zhuǎn)課堂課程資源主要包括微課視頻、動(dòng)畫、文檔、課件、習(xí)題等,也應(yīng)包括課前學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)可下載或者瀏覽的相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)資源。文檔是配合視頻資料的文字說明,應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)、簡潔明了,在規(guī)劃設(shè)計(jì)視頻資料時(shí)同時(shí)設(shè)計(jì)生成相關(guān)文檔。每一個(gè)課程單元需配合一定數(shù)量的習(xí)題,圍繞知識(shí)點(diǎn)多角度難易結(jié)合,進(jìn)一步加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握,可以將習(xí)題資源設(shè)計(jì)為習(xí)題庫,學(xué)生課上、課下均可練習(xí)。
在整合課程資源的基礎(chǔ)上,課程組按照重要知識(shí)點(diǎn)構(gòu)思了翻轉(zhuǎn)課堂討論題目。小組討論與師生互動(dòng)是翻轉(zhuǎn)課堂課上的主要環(huán)節(jié),要重視討論與互動(dòng)問題的設(shè)計(jì),以保證翻轉(zhuǎn)課堂課上教學(xué)質(zhì)量。研討題目應(yīng)具有一定綜合性,難易得當(dāng),適合在師生之間、學(xué)生之間充分交流。課程組結(jié)合課堂工程案例、研究性專題以及答疑環(huán)節(jié)常見問題準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)了課堂討論題目,題目與課程知識(shí)點(diǎn)密切相關(guān)。將翻轉(zhuǎn)課堂討論與課程已經(jīng)進(jìn)行了多年的學(xué)生專題研究相結(jié)合,不僅有助于加深教師對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的理解,更便于教師在翻轉(zhuǎn)課堂上引導(dǎo)學(xué)生思考,縮短理論學(xué)習(xí)與實(shí)際工程應(yīng)用的差距。
(三)課程平臺(tái)的建設(shè)
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的課前學(xué)習(xí)、課上討論以及課后師生在線互動(dòng)密切相關(guān),因此要重視課程平臺(tái)建設(shè)。課程平臺(tái)不僅需集成翻轉(zhuǎn)課堂相關(guān)課程資源,還應(yīng)提供盡可能多的交流互動(dòng)、展示工具和案例,學(xué)生在課程學(xué)習(xí)全過程中均可通過課程平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí),并完成討論、交流、練習(xí)等活動(dòng)。任課教師在課堂教學(xué)中可借助課程平臺(tái)將在線練習(xí)、小組協(xié)作、交流討論、互動(dòng)答疑等活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。課程平臺(tái)增強(qiáng)了師生課上和課下的在線互動(dòng)交流,信息反饋及時(shí),針對性強(qiáng),教師能更快捷、準(zhǔn)確地把握學(xué)生學(xué)習(xí)情況和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果,及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題并加以調(diào)整。
四、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過程中應(yīng)解決的問題
在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂過程中,學(xué)校、教師和學(xué)生作為翻轉(zhuǎn)課堂的參與者,其任務(wù)均與其在傳統(tǒng)教學(xué)過程中所承擔(dān)的任務(wù)存在差異。學(xué)校是翻轉(zhuǎn)課堂的開展場所,應(yīng)提供比傳統(tǒng)教學(xué)更多的軟硬件資源和技術(shù)支持。學(xué)生利用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行自主學(xué)習(xí)是實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的首要環(huán)節(jié),這就要求學(xué)生具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,教師則由學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮者變成學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者和幫助者。為保證翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量,翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過程中應(yīng)著重解決好以下問題。
從學(xué)校層面講,需重視教學(xué)的信息化建設(shè)和教學(xué)硬件設(shè)備的更新,應(yīng)采取一定措施鼓勵(lì)和積極推進(jìn)教師進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂模式的教學(xué)實(shí)踐。學(xué)校應(yīng)加大經(jīng)費(fèi)投入,完善智慧教室的建設(shè),積極進(jìn)行慕課、微課的建設(shè),為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外,學(xué)校也應(yīng)根據(jù)不同的課程特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際情況,循序漸進(jìn)地推進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的開展,不可操之過急??梢韵仍诓糠终n程的部分教學(xué)單元中進(jìn)行嘗試,邊嘗試邊調(diào)整,在教學(xué)實(shí)踐中使翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式逐漸成熟。
從教師層面講,需對自己進(jìn)行重新定位,重新思考、認(rèn)可自己在翻轉(zhuǎn)課堂中的角色。教師的教育觀念應(yīng)從“以教定學(xué)”轉(zhuǎn)變到“以學(xué)定教”上來,在思想上解除對“課前傳授,課上內(nèi)化”的教學(xué)方式的疑慮。翻轉(zhuǎn)課堂以信息技術(shù)為依托,教師不僅要掌握計(jì)算機(jī)的基本技能,還要學(xué)會(huì)錄制與剪輯教學(xué)視頻、在線交流與追蹤反饋等操作,這是對教師信息技術(shù)素養(yǎng)的考驗(yàn)。教學(xué)重心的“翻轉(zhuǎn)”,會(huì)使教師覺得學(xué)生“更難掌控”,課堂組織“更有難度”,這無疑對教師的教學(xué)能力和課堂管理能力提出了更大挑戰(zhàn)。
從學(xué)生層面講,需改變對上課就是“老師詳細(xì)講解,學(xué)生認(rèn)真聽講”的認(rèn)知,逐步養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。受中國傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響,學(xué)生對教師的依賴性非常強(qiáng)。翻轉(zhuǎn)課堂對學(xué)生的自學(xué)能力、學(xué)習(xí)自覺性、學(xué)習(xí)習(xí)慣等非智力因素提出了更高要求。想要有高效的“翻轉(zhuǎn)”,學(xué)生就必須具備良好的自我控制能力、自學(xué)能力、發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確表達(dá)問題的能力以及積極討論和合作研究的能力,這些與當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和對學(xué)習(xí)的認(rèn)知有一定差距。對于翻轉(zhuǎn)課堂這種對學(xué)生的自制能力要求很高的教學(xué)模式,許多學(xué)生還不能適應(yīng)。加之我國工科類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)本來就很繁重,課前如果還要求他們完成觀看教學(xué)視頻、預(yù)習(xí)、準(zhǔn)備問題等會(huì)占用學(xué)生更多的課外時(shí)間,加重其學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),從而影響其學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)效果。五、結(jié)語
教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法難以發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新型人才的成長。將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入微機(jī)原理與接口技術(shù)課程,以課程知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ),在微課視頻、文檔、課件、習(xí)題等課程資源的支持下,通過課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課上師生討論研討、課后借助課程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師的在線互動(dòng)交流。實(shí)踐證明,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,促進(jìn)了學(xué)習(xí)與研究的有機(jī)結(jié)合。課程平臺(tái)對教學(xué)效果評估的快速反饋與反應(yīng)機(jī)制,有利于教師及時(shí)方便地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況與教學(xué)問題,并采取改進(jìn)措施。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式雖然對教師和學(xué)生的能力提出了新要求,但其所具有的優(yōu)點(diǎn)仍值得對其進(jìn)行教學(xué)探索。
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[責(zé)任編輯:龐丹丹]