反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在單片機(jī)理論教學(xué)中的探索

羅(韋華) 夏鯤 袁慶慶

[摘 要]通過分析單片機(jī)理論的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，闡述反轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到單片機(jī)理論教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，探索將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于課程教學(xué)中的方法，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]反轉(zhuǎn)課堂;單片機(jī);教學(xué)模式;創(chuàng)新能力

[作者簡(jiǎn)介]羅 （1986—），男，山西萬(wàn)榮人，博士，上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電氣工程系講師，主要從事大功率電力電子變流器研究;夏 鯤（1980—），男，上海人，博士，上海理工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長(zhǎng)，電氣工程系副教授，主要從事高效電力電子設(shè)備及其故障檢測(cè)技術(shù)、精密電機(jī)控制和測(cè)量技術(shù)、無(wú)人化工廠和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究;袁慶慶（1987—），女，江蘇啟東人，博士，上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院電氣工程系副主任，講師，主要從事電機(jī)高性能控制、新能源并網(wǎng)控制研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）27-0189-02[收稿日期] 2019-12-10

一、引言

單片機(jī)理論是電子電氣信息類工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠熟練應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，具備單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試能力[1]（P1-4）。站在學(xué)生角度，這門課程要求學(xué)生良好地掌握模擬電路、數(shù)字電路和編程語(yǔ)言等知識(shí)，如果學(xué)生的相關(guān)預(yù)備知識(shí)不扎實(shí)，或者缺乏動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在課程學(xué)習(xí)中會(huì)遇到很多困難，難以激發(fā)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。站在教師角度，單片機(jī)理論在理論教學(xué)中通常會(huì)按照教材目錄安排教學(xué)進(jìn)度，逐步講解單片機(jī)概述、硬件構(gòu)成、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)和定時(shí)器、外部擴(kuò)展接口等章節(jié)，理論教學(xué)中的基礎(chǔ)概念繁多，并且十分抽象，如果只是要求學(xué)生死記硬背，會(huì)很快忘記大部分知識(shí)點(diǎn)，并且無(wú)法真正掌握單片機(jī)的使用方法，教學(xué)效果不理想[2]。因此，單片機(jī)理論會(huì)配套實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐單片機(jī)的編程語(yǔ)言和單片機(jī)的核心資源，加深對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的理解[3]。但在實(shí)際教學(xué)中，通常會(huì)出現(xiàn)理論課和實(shí)驗(yàn)課脫節(jié)的情況。實(shí)驗(yàn)板通常是已經(jīng)測(cè)試通過的電路板，接口擴(kuò)展不方便，并且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也相對(duì)固定，大部分是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行就可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，很難體會(huì)到單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、硬件測(cè)試和軟件調(diào)試等流程。師生互動(dòng)環(huán)節(jié)也較少，學(xué)生只是機(jī)械式地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)創(chuàng)造的熱情，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

二、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新式教學(xué)模式引起了教育界的廣泛關(guān)注，迅速成為國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4-5]。反轉(zhuǎn)課堂將課堂內(nèi)外的教學(xué)時(shí)間和內(nèi)容進(jìn)行反轉(zhuǎn)，教師利用現(xiàn)代化多媒體手段，比如制作微視頻、錄制音頻、編排電子教材等，將常規(guī)課堂里講授的基礎(chǔ)知識(shí)制作成多媒體內(nèi)容，讓學(xué)生在課堂外進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，根據(jù)自己對(duì)知識(shí)的掌握程度控制學(xué)習(xí)進(jìn)度、查閱學(xué)習(xí)資料、反復(fù)觀看學(xué)習(xí)內(nèi)容[6]。課堂上教師可以不再利用寶貴的時(shí)間講解教材上的基礎(chǔ)知識(shí)，而是加強(qiáng)與學(xué)生的課堂互動(dòng)，重點(diǎn)解決學(xué)生觀看多媒體內(nèi)容時(shí)產(chǎn)生的疑問，對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)、重難點(diǎn)進(jìn)行鞏固和深化，并根據(jù)學(xué)生的接收情況進(jìn)行知識(shí)拓展，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。具體到單片機(jī)理論課程教學(xué)，反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)如下。

（一）加深基礎(chǔ)概念的理解

運(yùn)用豐富的多媒體資源，根據(jù)學(xué)生的需求去設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)資源，學(xué)生可以突破傳統(tǒng)課堂的時(shí)空限制，根據(jù)實(shí)際情況自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度。對(duì)于重點(diǎn)和難點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)可以反復(fù)觀看，不斷加深對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)概念的理解，為單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

（二）增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力

在具備單片機(jī)基礎(chǔ)概念等知識(shí)后，學(xué)生可以在課下基于開發(fā)板進(jìn)行練習(xí)，鞏固單片機(jī)的基礎(chǔ)概念，掌握單片機(jī)系統(tǒng)的程序編寫、軟件調(diào)試等流程。課上根據(jù)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行針對(duì)性的講解和討論，解決單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)踐中的共性問題，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

（三）鍛煉創(chuàng)新思維能力

學(xué)生在課上進(jìn)行分組、討論、總結(jié)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂上的角色定位，提高主觀能動(dòng)性，由“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。課下提供必要的場(chǎng)地和工具支持，結(jié)合創(chuàng)客類項(xiàng)目和豐富的單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

三、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的課程設(shè)計(jì)

精心的課程設(shè)計(jì)是反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式成功實(shí)施的關(guān)鍵，本文從課前設(shè)計(jì)、課堂設(shè)計(jì)和課后設(shè)計(jì)三個(gè)角度對(duì)反轉(zhuǎn)課堂在單片機(jī)理論課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

（一）課前設(shè)計(jì)

課前根據(jù)課程教學(xué)大綱，將單片機(jī)原理基礎(chǔ)概念分為了解類、掌握類、應(yīng)用類知識(shí)點(diǎn)，基于此制作多媒體教學(xué)內(nèi)容。了解類知識(shí)點(diǎn)，如單片機(jī)的發(fā)展歷史、代表性公司、不同芯片的對(duì)比、單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景等，可在視頻網(wǎng)站、單片機(jī)論壇、公司官網(wǎng)查找資料，將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)制作成10分鐘左右的微視頻，作為學(xué)習(xí)材料推送給學(xué)生，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，最終達(dá)到對(duì)本課程的背景知識(shí)有充分了解的目的。掌握類知識(shí)點(diǎn)，如單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)等，基于教材并輔助PPT講解、動(dòng)畫演示等教學(xué)手段，錄制20分鐘左右的教學(xué)視頻，視頻中不要出現(xiàn)大量文字性內(nèi)容，尤其是重難點(diǎn)，錄制時(shí)需要放慢語(yǔ)速，配以圖片、表格和動(dòng)畫，并提供相關(guān)參考資料。應(yīng)用類知識(shí)點(diǎn)，微視頻制作的重點(diǎn)放在開發(fā)板的操作上，讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)的使用有直觀印象，逐步建立理論知識(shí)與實(shí)際操作的關(guān)聯(lián)，基于實(shí)驗(yàn)例程錄制單片機(jī)開發(fā)板硬件測(cè)試和軟件調(diào)試方法，時(shí)間控制在30分鐘左右。

（二）課堂設(shè)計(jì)

課堂上將每個(gè)班級(jí)的學(xué)生分為五到六個(gè)學(xué)習(xí)小組，選一名學(xué)生作為組長(zhǎng)，建立小組的學(xué)習(xí)微信群，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)資料推送（課堂學(xué)習(xí)前一周）、問卷調(diào)查匯總、難點(diǎn)反饋（課堂學(xué)習(xí)前一天）等工作。課堂上，每個(gè)小組輪流推選一名代表對(duì)本組在課下學(xué)習(xí)中遇到的難點(diǎn)問題進(jìn)行闡述，每個(gè)小組針對(duì)前一小組提出的問題進(jìn)行討論，教師結(jié)合每個(gè)小組提出的重難點(diǎn)問題和討論結(jié)果，進(jìn)行針對(duì)性講解，然后給出擴(kuò)展性資料，供學(xué)生課后查閱。針對(duì)應(yīng)用類知識(shí)點(diǎn)，預(yù)留出一定時(shí)間供學(xué)生進(jìn)行課堂討論和練習(xí)，讓學(xué)生各抒己見，提出硬件測(cè)試和軟件調(diào)試中遇到的問題，分享自己實(shí)驗(yàn)過程中的有益經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行充分的討論和廣泛的交流，營(yíng)造積極向上、平等交流、互相促進(jìn)的課堂氛圍。

（三）課后設(shè)計(jì)

課后對(duì)課堂上遇到的問題和討論結(jié)果進(jìn)行及時(shí)總結(jié)，尤其是學(xué)生遇到的共性問題。及時(shí)對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行改進(jìn)，輔助多媒體資源，對(duì)教學(xué)難點(diǎn)進(jìn)行分解和重構(gòu)，應(yīng)用到今后的教學(xué)中，保證教學(xué)方法不斷更新迭代。同時(shí)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，要把最新的參考資料和發(fā)展動(dòng)態(tài)融入教學(xué)方案中，提高教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性。對(duì)學(xué)有余力和積極性較高的學(xué)生，課下提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和測(cè)試工具，輔導(dǎo)完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制等工作，并選取若干優(yōu)秀作品進(jìn)行制板，輔導(dǎo)學(xué)生完成硬件測(cè)試和軟件調(diào)試，并進(jìn)行電子競(jìng)賽等拓展活動(dòng)。

四、總結(jié)

針對(duì)單片機(jī)理論傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊病，將反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入單片機(jī)理論課程教學(xué)中，運(yùn)用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地學(xué)習(xí)，逐步轉(zhuǎn)變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生配備開發(fā)板，增加動(dòng)手機(jī)會(huì)，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生參加電子競(jìng)賽活動(dòng)，鍛煉創(chuàng)新思維能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、研究科研課題和解決工程問題奠定扎實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

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