微機原理與接口技術課程翻轉課堂教學設計研究

萬里冰 霍凱

[摘 要]文章針對微機原理與接口技術課程的特點，對其翻轉課堂教學模式進行了設計和實踐探索。圍繞課程教學內容凝練知識點，做好翻轉課堂的頂層規(guī)劃，整合包括微課視頻、文檔、課件、習題等翻轉課堂所需的課程資源，通過課程平臺實現(xiàn)學生和教師的在線互動，形成教學效果評估的快速反饋與反應機制，從而迅捷、準確地把握學生學習效果。為保證翻轉課堂的教學質量，總結了翻轉課堂實施過程中應著重注意的問題。

[關鍵詞]微機原理與接口技術;翻轉課堂;教學設計;課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）08-0045-03

一、翻轉課堂教學模式的產生與發(fā)展

傳統(tǒng)的教學模式下，教師通過課堂講授實現(xiàn)知識的傳授，通過布置課下作業(yè)、操作或實踐讓學生完成對知識的掌握。翻轉課堂則把傳統(tǒng)教學模式的教學順序翻轉過來，即教師先把學生需要學習的內容錄制成視頻并發(fā)給學生，學生在上課前通過觀看教學視頻來學習課程知識，知識內化則在課堂上經老師的幫助與同學的協(xié)助而完成。大量實踐表明，翻轉課堂教學模式能夠充分發(fā)揮學習者的主觀能動性，使學習變得更主動、更積極、更有效，進而提高學習者的自學能力、思考能力、人際交往能力、組織能力和團隊協(xié)作能力。

翻轉課堂教學始于高校的教學研究實踐。1991年，哈佛大學的物理教授埃里克·馬祖爾創(chuàng)立了同伴教學法，被認為是最早開始了翻轉課堂的實驗。2000年，美國邁阿密大學的經濟學教授莫林·拉赫在講授“經濟學入門”課程時開始實施翻轉課堂的探索和實踐，學生迅速適應和接受了“翻轉”學習的過程，并普遍反映這一教學模式有助于他們加深對知識的理解。同年，韋斯利·貝克在第11屆大學教學國際會議上提出了實施翻轉課堂教學的基本模式：教師通過網絡工具和課程管理工具呈現(xiàn)教學內容并以家庭作業(yè)的形式分發(fā)給學生，課堂上的時間則被用來安排師生討論和學生分組討論[1-2]。

隨著信息技術的快速發(fā)展，翻轉課堂教學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·薩姆斯總結了多年的翻轉教學經驗，出版了翻轉課堂研究專著《翻轉課堂：每天抵達每一個班的每一名學生》，介紹了在實踐教學過程中摸索出的翻轉課堂實施策略，后來翻轉課堂的影響逐漸擴展至全美。同年，翻轉課堂被加拿大的《環(huán)球郵報》評為“影響課堂教學的重大技術變革”，引發(fā)了眾多教育者對翻轉課堂教育模式的關注。其后，可汗學院為翻轉課堂提供免費教學視頻，慕課（MOOC）也提高了翻轉課堂學習者的參與性， 翻轉課堂的影響逐漸擴展到全球[3]。

二、我國翻轉課堂的發(fā)展

我國翻轉課堂的發(fā)展是和慕課的發(fā)展緊密結合的，翻轉課堂與慕課互相融合與促進。2012年，由上海市教委主導、上海的30余所大學共同組建的“上海高校課程中心”平臺建成，實現(xiàn)了29門課程的共享。上海高校共享課程的學習采用“翻轉課堂”與“混合模式”相融合的方法，教學團隊包括平臺主講教師、教學點教師和助教，主講教師對課程總負責，教學點教師負責掌握各教學點討論課情況，助教負責集中回答學生提問，開展小組討論活動。這種團隊配合、分工明確的組織方式，有效保障了學生的學習質量，促進了翻轉課堂教學模式的推廣。此后，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、浙江大學、西安交通大學、天津大學等高校陸續(xù)開展了翻轉課堂、SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）的探索與實踐[4]。

隨著移動互聯(lián)網技術的快速發(fā)展，以及慕課和微課等在線課程資源的日益豐富，國內越來越多的高校紛紛加入到翻轉課堂的研究與實踐中，相關工作主要從翻轉課堂的模式、電子支持軟硬件系統(tǒng)、效果評價等方面開展。慕課除了提供翻轉課堂所需的支撐材料如視頻、文字和問題等外，還搭建了一個網絡互動社區(qū)，由此翻轉課堂與慕課能夠互為補充、互相促進。微課則突出了課程的知識點，內容更加精簡，適用于基于移動設備的隨時隨地學習。實踐證明，新興的課程模式、教學手段能夠與翻轉課堂很好地融合，豐富翻轉課堂的教學方式，提高翻轉課堂的學習效果，為采用翻轉課堂模式的教學提供新的思路和途徑[5]。

三、翻轉課堂教學的設計

“微機原理與接口技術”是我校機械與電子控制學院測控技術與儀器專業(yè)和機械工程專業(yè)的必修課，授課對象是二年級本科生。該課程的教學目標是使學生在理解微型計算機基本組成和工作原理的基礎上，掌握單片微型計算機硬件系統(tǒng)的結構原理、接口設計與系統(tǒng)擴展方法，掌握運用匯編語言進行單片機應用系統(tǒng)設計和開發(fā)的基本方法與技能。課程強調理論與實踐相結合以及對學生實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。課程組在教學過程中，雖然也綜合運用了問題教學、案例教學、研究性教學等方式，但授課模式仍是以教師為中心的傳統(tǒng)集中講授為主，作為認知主體的學生在教學過程中基本上還是處于受灌輸的被動地位，其學習的主動性、積極性難以發(fā)揮，因此部分學生存在上課不專心聽講、學習動機不明確、學習興趣缺乏、學習態(tài)度不認真、大部分課余時間不用在學習上等問題。教師講授為主的教學方法也難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新能力。因此，課程組將翻轉課堂教學模式引入本課程，以有效地調動學生學習的積極性，啟發(fā)其創(chuàng)造性思維，拓展其綜合能力，增加其學習樂趣，促進其學習與研究的有機結合。

（一）課程規(guī)劃與知識點梳理

做好頂層規(guī)劃對保證翻轉課堂的教學效果具有重要意義。課程組以課程教學大綱為統(tǒng)領，在分析翻轉課堂教學模式特點的基礎上，對課程知識點進行了梳理和編排，圍繞重要的教學內容凝練和總結出知識點，并制訂符合翻轉課堂特點和規(guī)律的課程教學規(guī)劃。

課程組結合自身所編制的教材，仔細分析多種版本的“微機原理與接口技術”“單片機原理及其接口技術”等國內外相關教材后，確定了適合翻轉課堂特點的由基礎知識、接口擴展、系統(tǒng)設計三大部分組成的課程內容總體框架，進而對總體框架進行細分，形成框架下的知識點。在基礎知識部分，首先講授機器碼概念和數制轉換，以引起學生對計算機基礎知識的回憶。其次圍繞CPU、專用寄存器、RAM/ROM、定時控制邏輯、I/O講述單片機硬件組成，引導學生進入單片微型計算機的微觀世界。這部分內容較為抽象，學生掌握起來有一定難度。隨后介紹單片機指令系統(tǒng)和匯編語言設計，這部分的主要難點在于將學生從C語言高級語言環(huán)境中引到低級語言環(huán)境中。最后講授單片機內部I/O接口單元，包括4個并行端口、1個串行口、2個16位定時器/計數器和5個中斷源，其中比較難以掌握的是單片機的中斷工作方式以及定時器/計數器的應用。在完成單片機基礎知識的學習后，要求學生基本掌握單片機最小系統(tǒng)的構成與工作原理。接口擴展部分包括外部存儲器及其擴展、并行I/O擴展、8位LED數碼管的連接、行列式鍵盤擴展、DA轉換連接、AD轉換連接等課程知識點，是對能完成較簡單任務的單片機最小應用系統(tǒng)的擴展連接。系統(tǒng)設計部分進一步結合當前微機技術的發(fā)展趨勢和典型應用，重點講授單片機C語言程序設計，以及在Keil C51環(huán)境下的程序開發(fā)過程，并結合具體案例介紹在Proteus環(huán)境下單片機應用系統(tǒng)設計與仿真方法。在課程的三部分主要內容中，構成最小應用系統(tǒng)的基礎知識是接口擴展的支撐，而系統(tǒng)設計則是在基礎知識和接口擴展的基礎上，通過單片機應用系統(tǒng)解決復雜的工程問題。

（二）課程資源的整合

課程資源作為教師教學和學生課下學習的重要資源，其內容和質量對翻轉課堂的教學效果影響極大。翻轉課堂課程資源主要包括微課視頻、動畫、文檔、課件、習題等，也應包括課前學生學習時可下載或者瀏覽的相關互聯(lián)網資源。文檔是配合視頻資料的文字說明，應嚴謹、簡潔明了，在規(guī)劃設計視頻資料時同時設計生成相關文檔。每一個課程單元需配合一定數量的習題，圍繞知識點多角度難易結合，進一步加深學生對知識點的理解和掌握，可以將習題資源設計為習題庫，學生課上、課下均可練習。

在整合課程資源的基礎上，課程組按照重要知識點構思了翻轉課堂討論題目。小組討論與師生互動是翻轉課堂課上的主要環(huán)節(jié)，要重視討論與互動問題的設計，以保證翻轉課堂課上教學質量。研討題目應具有一定綜合性，難易得當，適合在師生之間、學生之間充分交流。課程組結合課堂工程案例、研究性專題以及答疑環(huán)節(jié)常見問題準備和設計了課堂討論題目，題目與課程知識點密切相關。將翻轉課堂討論與課程已經進行了多年的學生專題研究相結合，不僅有助于加深教師對翻轉課堂教學模式的理解，更便于教師在翻轉課堂上引導學生思考，縮短理論學習與實際工程應用的差距。

（三）課程平臺的建設

翻轉課堂教學質量與學生的課前學習、課上討論以及課后師生在線互動密切相關，因此要重視課程平臺建設。課程平臺不僅需集成翻轉課堂相關課程資源，還應提供盡可能多的交流互動、展示工具和案例，學生在課程學習全過程中均可通過課程平臺進行自主學習，并完成討論、交流、練習等活動。任課教師在課堂教學中可借助課程平臺將在線練習、小組協(xié)作、交流討論、互動答疑等活動有機結合起來，提高學生學習的興趣和積極性。課程平臺增強了師生課上和課下的在線互動交流，信息反饋及時，針對性強，教師能更快捷、準確地把握學生學習情況和翻轉課堂教學效果，及時發(fā)現(xiàn)教學中的問題并加以調整。

四、翻轉課堂實施過程中應解決的問題

在實施翻轉課堂過程中，學校、教師和學生作為翻轉課堂的參與者，其任務均與其在傳統(tǒng)教學過程中所承擔的任務存在差異。學校是翻轉課堂的開展場所，應提供比傳統(tǒng)教學更多的軟硬件資源和技術支持。學生利用數字化設備進行自主學習是實施翻轉課堂教學模式的首要環(huán)節(jié)，這就要求學生具有較強的學習積極性和主動性，教師則由學生學習的指揮者變成學生學習的組織者、指導者和幫助者。為保證翻轉課堂教學質量，翻轉課堂實施過程中應著重解決好以下問題。

從學校層面講，需重視教學的信息化建設和教學硬件設備的更新，應采取一定措施鼓勵和積極推進教師進行翻轉課堂模式的教學實踐。學校應加大經費投入，完善智慧教室的建設，積極進行慕課、微課的建設，為翻轉課堂教學模式的開展奠定堅實的基礎。另外，學校也應根據不同的課程特點和學生實際情況，循序漸進地推進翻轉課堂教學模式的開展，不可操之過急。可以先在部分課程的部分教學單元中進行嘗試，邊嘗試邊調整，在教學實踐中使翻轉課堂教學模式逐漸成熟。

從教師層面講，需對自己進行重新定位，重新思考、認可自己在翻轉課堂中的角色。教師的教育觀念應從“以教定學”轉變到“以學定教”上來，在思想上解除對“課前傳授，課上內化”的教學方式的疑慮。翻轉課堂以信息技術為依托，教師不僅要掌握計算機的基本技能，還要學會錄制與剪輯教學視頻、在線交流與追蹤反饋等操作，這是對教師信息技術素養(yǎng)的考驗。教學重心的“翻轉”，會使教師覺得學生“更難掌控”，課堂組織“更有難度”，這無疑對教師的教學能力和課堂管理能力提出了更大挑戰(zhàn)。

從學生層面講，需改變對上課就是“老師詳細講解，學生認真聽講”的認知，逐步養(yǎng)成自主學習的習慣。受中國傳統(tǒng)教學模式的影響，學生對教師的依賴性非常強。翻轉課堂對學生的自學能力、學習自覺性、學習習慣等非智力因素提出了更高要求。想要有高效的“翻轉”，學生就必須具備良好的自我控制能力、自學能力、發(fā)現(xiàn)并準確表達問題的能力以及積極討論和合作研究的能力，這些與當前學生的學習能力和對學習的認知有一定差距。對于翻轉課堂這種對學生的自制能力要求很高的教學模式，許多學生還不能適應。加之我國工科類專業(yè)學生的學習任務本來就很繁重，課前如果還要求他們完成觀看教學視頻、預習、準備問題等會占用學生更多的課外時間，加重其學習負擔，從而影響其學習態(tài)度與學習效果。五、結語

教師講授為主的傳統(tǒng)教學方法難以發(fā)揮學生學習的主觀能動性，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新型人才的成長。將翻轉課堂教學模式引入微機原理與接口技術課程，以課程知識點為基礎，在微課視頻、文檔、課件、習題等課程資源的支持下，通過課前學生自主學習、課上師生討論研討、課后借助課程平臺實現(xiàn)學生和教師的在線互動交流。實踐證明，翻轉課堂教學調動了學生學習的積極性，促進了學習與研究的有機結合。課程平臺對教學效果評估的快速反饋與反應機制，有利于教師及時方便地掌握學生學習情況與教學問題，并采取改進措施。采用翻轉課堂教學模式雖然對教師和學生的能力提出了新要求，但其所具有的優(yōu)點仍值得對其進行教學探索。

[參考文獻]

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[責任編輯：龐丹丹]