項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下“單片機(jī)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探索

別 磊，孫德志，姜 波，胡 晶

（長春光華學(xué)院，吉林 長春 130033）

0 引言

國家提出的“新工科”人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，要求培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才，同時(shí)要求縮小傳統(tǒng)教學(xué)模式下高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求之間存在的差距[1]。高校進(jìn)一步探索更加個(gè)性化、多樣化和全方位的人才培養(yǎng)模式，以適應(yīng)國家發(fā)展的需要。單片機(jī)也稱單片微控制器，是一種集成電路芯片，在智能家居、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域都具有重要且廣泛的應(yīng)用[2]。熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制，不僅有助于提升知識技能和實(shí)踐能力，更有利于提高創(chuàng)新水平，滿足社會(huì)對應(yīng)用型人才的需求。

針對長春光華學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)“單片機(jī)”課程教學(xué)過程中存在的若干問題，提出了一種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并利用現(xiàn)有教學(xué)資源對教學(xué)過程進(jìn)行了重構(gòu)，達(dá)到了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)他們的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)探究與實(shí)踐。

1 “單片機(jī)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是機(jī)械電子工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，涉及多個(gè)學(xué)科、多個(gè)專業(yè)的內(nèi)容，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性[3]。目前國內(nèi)很多高校對該課程教學(xué)已由傳統(tǒng)講解模式向案例教學(xué)或項(xiàng)目教學(xué)模式轉(zhuǎn)變[4]，意在解決課時(shí)數(shù)少、學(xué)生實(shí)踐操作時(shí)間不充足的問題，但在課堂教學(xué)的實(shí)施過程中仍存在以下幾方面的問題：

（1）學(xué)生預(yù)習(xí)效果差

課堂教學(xué)若要有好的教學(xué)效果，需要學(xué)生帶著問題或者目標(biāo)進(jìn)入課堂，并跟著老師講課思路積極主動(dòng)尋找答案。這要求學(xué)生在課前能進(jìn)行預(yù)習(xí)并且對課堂要講內(nèi)容進(jìn)行深度思考。但由于學(xué)生自制力差、積極性不足、教師對課前階段的掌控不足等問題，往往導(dǎo)致學(xué)生沒有達(dá)到預(yù)定的預(yù)期效果。

（2）理論部分講授過多

單片機(jī)課程內(nèi)容涉及知識面較廣，且多數(shù)知識點(diǎn)晦澀難懂，這也就導(dǎo)致了教師在理論部分講授上占用大部分時(shí)間。此種方式難以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（3）項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)度小

不管是項(xiàng)目教學(xué)中的實(shí)踐項(xiàng)目還是實(shí)驗(yàn)課程中的題目，都在一定程度上受課程內(nèi)容的限制，從而導(dǎo)致項(xiàng)目相互之間的關(guān)聯(lián)性較小，缺少設(shè)計(jì)性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的鍛煉。

（4）過程性評價(jià)體系不夠完善

傳統(tǒng)課堂模式的成績評定忽略了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的階段性成果，所以很難對學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量做出有效、客觀、公正的評價(jià)[5]，因此，對學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量評價(jià)更應(yīng)側(cè)重于應(yīng)用能力和過程。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革

項(xiàng)目式教學(xué)法是在教師的指導(dǎo)下，將相對獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生進(jìn)行協(xié)作完成全流程的設(shè)計(jì)與評價(jià)[5]。翻轉(zhuǎn)課堂是一種打破傳統(tǒng)課堂模式，將課堂內(nèi)外時(shí)間進(jìn)行重構(gòu)，學(xué)生從被動(dòng)接受知識向主動(dòng)探究知識轉(zhuǎn)變，教師的角色也從知識的灌輸者變成課堂管理者。以上2 種教學(xué)方法都是為了解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的內(nèi)驅(qū)力以及理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題。任何形式的學(xué)習(xí)過程都必須有內(nèi)驅(qū)力作為學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，同時(shí)要結(jié)合行之有效的學(xué)習(xí)方法才能達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，這也就使得項(xiàng)目式教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)融合相輔相成成為一種可能。

在基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂的模式下，項(xiàng)目任務(wù)是內(nèi)驅(qū)力，是完成課程任務(wù)的有效動(dòng)機(jī)。而僅僅有項(xiàng)目卻沒有完成項(xiàng)目的能力也僅僅使之成為空中樓閣，因此需要使學(xué)生在開始項(xiàng)目之前具備一定知識素養(yǎng)與技能素養(yǎng)。所以在該模式下按照時(shí)間順序設(shè)置三種課程類型，即先導(dǎo)課、驗(yàn)證課、項(xiàng)目課。針對課程類型、內(nèi)容、難易程度等因素的不同調(diào)整課時(shí)安排。導(dǎo)課教師首先由導(dǎo)課引領(lǐng)學(xué)生完成基礎(chǔ)理論和操作方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)具備一定的基礎(chǔ)，以便后續(xù)課程的展開，過程見表1。驗(yàn)證課程中，需要對完成項(xiàng)目所須的知識與技能進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)，在此學(xué)習(xí)過程中使用翻轉(zhuǎn)課堂的形式。對學(xué)生課前學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)長、學(xué)習(xí)質(zhì)量、是否提出有效的問題等。課中針對普遍存在問題做統(tǒng)一解答，對組內(nèi)的問題進(jìn)行單獨(dú)答疑，同時(shí)對課堂的進(jìn)度與秩序進(jìn)行管控。課后對學(xué)生的課堂測試進(jìn)行總結(jié)分析，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的監(jiān)控。項(xiàng)目課程中，明確小組任務(wù)，組員之間配合完成任務(wù)，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)同能力。在課程中適當(dāng)融入課程思政元素，厚植愛國主義，激發(fā)學(xué)生的使命感與價(jià)值認(rèn)同。教師在整個(gè)過程中負(fù)責(zé)答疑及進(jìn)度管理。進(jìn)行任務(wù)分配時(shí)每個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目中的子項(xiàng)目又分為基礎(chǔ)項(xiàng)目、提升項(xiàng)目和綜合項(xiàng)目，設(shè)計(jì)漸進(jìn)式的教學(xué)目標(biāo)和與之匹配的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力、知識儲備等因素自行決定所做的項(xiàng)目內(nèi)容，最后與其他組員共同進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)試與結(jié)項(xiàng)。

表1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)安排表

3 典型項(xiàng)目教學(xué)案例實(shí)施過程設(shè)計(jì)

電飯煲定時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)是單片機(jī)項(xiàng)目式教學(xué)中的一個(gè)典型項(xiàng)目，主要實(shí)現(xiàn)的是電飯煲的功能操作、定時(shí)顯示、提示音等功能，其中包含中斷定時(shí)器、數(shù)碼管顯示、獨(dú)立鍵盤、繼電器控制、蜂鳴器等重要章節(jié)內(nèi)容。通過此項(xiàng)目的實(shí)踐，能夠增強(qiáng)學(xué)生對單片機(jī)中軟硬件設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)用能力。

對于先導(dǎo)課程使用常規(guī)教學(xué)模式，著重使學(xué)生掌握單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的結(jié)構(gòu)組成及電路原理、C 語言基礎(chǔ)知識以及LED 小燈的點(diǎn)亮，熟悉keil 編程軟件、STC-ISP 程序燒錄軟件、PROTUES 軟件的使用。設(shè)置隨堂測驗(yàn)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，具體的完成內(nèi)容要求見圖1。

圖1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容安排

驗(yàn)證課程即對上述項(xiàng)目包含章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行逐一學(xué)習(xí)實(shí)踐，驗(yàn)證課程使用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，首先在課前發(fā)布項(xiàng)目計(jì)劃安排與知識點(diǎn)清單，針對課程內(nèi)容發(fā)布一定量的學(xué)習(xí)視頻與參考資料供學(xué)生自學(xué)。設(shè)置課前預(yù)習(xí)測驗(yàn)題，用于督促和檢驗(yàn)學(xué)生在課前的學(xué)習(xí)質(zhì)量和進(jìn)度。設(shè)置課前預(yù)習(xí)內(nèi)容提問單，便于老師掌握學(xué)生的問題，并在課上及時(shí)解決。課上學(xué)生在自己的小組內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)討論，也可以與老師進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。課上使用開發(fā)板對預(yù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行操作驗(yàn)證，并及時(shí)與老師反饋實(shí)踐成果，教師需對學(xué)生的成果進(jìn)行評分。學(xué)生完成課后測驗(yàn)或作業(yè)并進(jìn)行內(nèi)容小結(jié)，開始下一次驗(yàn)證課程的預(yù)習(xí)。

在項(xiàng)目課程中，學(xué)生已經(jīng)對完成預(yù)定項(xiàng)目具有了一定的知識和技能基礎(chǔ)，但是由于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、課程專注度、主觀能動(dòng)性的差異，導(dǎo)致學(xué)生對驗(yàn)證課程中的內(nèi)容掌握情況不盡相同。因此在項(xiàng)目課程課前進(jìn)行任務(wù)布置時(shí)，由組長與組員進(jìn)行協(xié)調(diào)確認(rèn)自己所承擔(dān)的任務(wù)難度。在課上各小組之間可以進(jìn)行研究與討論，共同推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行。在課堂上要求學(xué)生控制12864 顯示屏，在程序初始化時(shí)展示“熱烈慶祝建黨百年”“我愛祖國”等字樣。老師在最后一次項(xiàng)目課上對各組的完成情況進(jìn)行評分記錄。課后學(xué)生需完成的是本次項(xiàng)目的完成總結(jié)與收獲心得報(bào)告。

在整個(gè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程進(jìn)行中，老師主要的作用是進(jìn)行監(jiān)督和引導(dǎo)，把更多的時(shí)間留給學(xué)生，幫助學(xué)生探索更深層次的知識并內(nèi)化成技能，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。通過驗(yàn)證課程在翻轉(zhuǎn)課堂模式下的逐步完成，為后續(xù)項(xiàng)目課程打下基礎(chǔ)，同時(shí)驗(yàn)證課程又作為項(xiàng)目課程在翻轉(zhuǎn)課堂模式下的預(yù)習(xí)部分，形成了雙層翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，進(jìn)一步提升了學(xué)生知識素養(yǎng)和技能素養(yǎng)。

4 實(shí)踐效果評價(jià)

研究選取2017、2018 級機(jī)械電子工程專業(yè)2 個(gè)班級“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程總成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2）。該成績包含各種隨堂測試成績、階段測試成績、項(xiàng)目評分成績等之和（占總成績70%）。

表2 學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)表

在實(shí)施該教學(xué)模式后，由2 年的成績統(tǒng)計(jì)可知，4 個(gè)班級單片機(jī)課程均取得較好成績，學(xué)生對知識的理解和掌握程度均有較大范圍的提升，通過項(xiàng)目式教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，學(xué)生對單片機(jī)課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在一定程度上鍛煉了學(xué)生的自制力和協(xié)作精神。在翻轉(zhuǎn)課堂模式的引導(dǎo)下，學(xué)生的主要學(xué)習(xí)時(shí)間由課上向課上課下相輔相成的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，提升了學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，學(xué)生對于此種教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)能積極配合和參與，提升了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，學(xué)生的認(rèn)可度高，對學(xué)生的后續(xù)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生了積極影響。

5 結(jié)語

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的自主探究能力和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。在項(xiàng)目目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生加快了對知識的內(nèi)化進(jìn)程，使之迅速轉(zhuǎn)化成為理念和技能。解決了課時(shí)少、過程性評價(jià)體系缺乏等問題，并將課程思政有機(jī)融入學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)了學(xué)生愛國情懷。但是，在課程教學(xué)過程中同樣存在一些問題，如教師對課堂進(jìn)度的把控不到位，學(xué)生主觀能動(dòng)性差等問題，因此，要想使此種模式更加高效、合理的服務(wù)于“新工科”人才體系的培養(yǎng)，還需要繼續(xù)深入研究與探索。