MOOC下的單片機(jī)原理及應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)研究與實(shí)踐

王南蘭 李建奇 秦橋 雷順華

摘?要：信息化的時(shí)代，MOOC教學(xué)成了熱點(diǎn)話題，我們依托單片機(jī)原理及應(yīng)用的MOOC有效地解決了課時(shí)少、知識(shí)點(diǎn)多的問題。課程校企合作構(gòu)建知識(shí)體系，采用翻轉(zhuǎn)課堂及混合式教學(xué)模式，形成了開放式教學(xué)特點(diǎn)。對(duì)課程的授課形式進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，分成“課前自學(xué)、課內(nèi)深化、課后升華”三個(gè)階段，將課程的“三位一體”的教學(xué)目標(biāo)定位為“懂原理，會(huì)連線，能編程”。多元化的動(dòng)態(tài)跟蹤考核方式貫穿整個(gè)教學(xué)，從課前、課中到課后動(dòng)態(tài)跟蹤考核系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的各個(gè)時(shí)段，將以教師為主體的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)模式，但也存在著相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，文中給出了相應(yīng)的思考和建議。

關(guān)鍵詞：MOOC;混合式教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;開放式教學(xué);單片機(jī)原理及應(yīng)用

The?teaching?research?and?Practice?of?the?Flipped?classroom

of?singlechip?Microcomputer?Principle?Course?under?MOOC

Wang?Nanlan?Li?Jianqi?Qing?Qiao?Lei?Shunhua

Hunan?University?of?Arts?and?Science，College?of?Computer

and?Electrical?Information?Engineering?HunanChangde?415000

Abstract：In?the?information?age，MOOC?teaching?has?become?a?hot?topic.Relying?on?the?principle?course?of?single?chip?microcomputer，MOOC?has?effectively?solved?the?problem?of?less?class?hours?and?more?knowledge.Knowledge?system?is?build?for?Universityenterprise?cooperation，the?characteristics?of?open?is?formed?for?the?blended?teaching?method?of?flipped?classroom.The?teaching?form?of?the?course?is?designed?as?a?whole，which?is?divided?into?three?stages：selfstudy?before?class，deepening?in?class?and?sublimation?after?class.The?trinity?of?teaching?objectives?goal?is?positioning?as?"understand?the?principle，be?able?to?connect?and?enable?program".It?changes?the?teachercentered?teaching?mode?into?studentcentered?teaching?mode.However，there?are?corresponding?advantages?and?challenges.The?corresponding?thinking?and?suggestions?are?given.

Keywords：MOOC;blended?teaching;flipped?classroom;open?teaching;principle?and?application?of?single?chip?microcomputer

《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》這門課程面臨著這樣的問題，一方面，技術(shù)的發(fā)展促使上課內(nèi)容發(fā)生巨變;另一方面，課時(shí)的限制又制約著《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課程的授課效果[1]。湖南文理學(xué)院是一所地方應(yīng)用型本科院校，在應(yīng)用轉(zhuǎn)型的契機(jī)下，學(xué)校和企業(yè)合作，共建課程，由企業(yè)審核所教授的知識(shí)點(diǎn)，提供講授的相關(guān)案例、項(xiàng)目，課程設(shè)計(jì)由企業(yè)工程師和學(xué)校老師共同指導(dǎo)，課程先后在超星泛雅的“學(xué)銀在線”和“愛課程”網(wǎng)站上線，面向全校3個(gè)院系計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院、機(jī)電工程學(xué)院、數(shù)理學(xué)院，6個(gè)專業(yè)開必修課，面向全校開公選課，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效果和學(xué)生的滿意度。

1?單片機(jī)原理及應(yīng)用的MOOC呈現(xiàn)

單片機(jī)原理及應(yīng)用作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)起著舉足輕重的地位，傳統(tǒng)的教學(xué)法，學(xué)生的學(xué)習(xí)局限于老師的課堂講授，知識(shí)的獲取途徑單一，不符合00后的“構(gòu)建主義”思維模式，傳統(tǒng)教育也將“學(xué)”和“做”分離了，理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配不合理，重“理”輕“實(shí)”，學(xué)生動(dòng)手能力差。同時(shí)單片機(jī)的“軟”和“硬”也是分離的，實(shí)驗(yàn)箱的硬件早就固化好了，只需編程實(shí)現(xiàn)就行，學(xué)生綜合應(yīng)用能力差[24]。針對(duì)這些傳統(tǒng)教學(xué)問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些年技術(shù)的發(fā)展規(guī)律和進(jìn)程，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，校企合作，與超星泛雅公司和廣州粵嵌通信有限公司合作，借鑒了多本教材和課程，確立了課程的開放式教學(xué)特點(diǎn)，同時(shí)抓好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級(jí)思維，教學(xué)特色具體體現(xiàn)在下面三個(gè)方面：

1.1?知識(shí)體系的開放性

校企合作，對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行了重構(gòu)，打破了章節(jié)的限制，把知識(shí)分為了導(dǎo)學(xué)篇、工具篇、基礎(chǔ)篇、應(yīng)用篇、提高篇和創(chuàng)新篇，根據(jù)實(shí)際情況，拆解知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，融理論到實(shí)踐中，讓知識(shí)“活”起來，學(xué)生真正把知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧寄埽缬沙鞘幸雇矶嘧硕嗖实哪藓鐭?，?dǎo)入到學(xué)生對(duì)各種流水燈的學(xué)習(xí)中，學(xué)生學(xué)習(xí)后，至少可以用三種不同的C51語句實(shí)現(xiàn)流水燈的編程，而且流水燈的變換形式也有多種。例如從企業(yè)引入的實(shí)際項(xiàng)目：基于MODBUS總線的數(shù)據(jù)采集與開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件設(shè)計(jì)到軟件仿真，到編程實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生有“跳一跳”的機(jī)會(huì)，令學(xué)生體驗(yàn)到了知識(shí)到能力的力量，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)各篇章還能跟隨技術(shù)的發(fā)展變化動(dòng)態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容。尤其是創(chuàng)新篇，加入了學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的作品展示，持續(xù)更新中，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2?教學(xué)空間、時(shí)間的開放性

將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)延展到了“互聯(lián)網(wǎng)+”的虛擬空間，以及企業(yè)的實(shí)際環(huán)境中?？臻g的開放也帶來了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間的開放，除了課內(nèi)的學(xué)習(xí)時(shí)間，課外，學(xué)生可以自主定時(shí)間隨時(shí)學(xué)習(xí)。通過600分問卷調(diào)查表明，信息化教學(xué)后，學(xué)生課外的學(xué)習(xí)時(shí)間都有所提升，其中成績名列前茅者，無論是期末成績還是設(shè)計(jì)制作能力都有較大提升，學(xué)生之間的動(dòng)手能力的差距在增大。學(xué)生碰到問題，可隨時(shí)、隨地線上解決，教學(xué)空間、時(shí)間都得到了極大的延展。學(xué)生在教學(xué)與實(shí)踐的“軟”環(huán)境中，學(xué)生能充分地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，動(dòng)手實(shí)踐，大膽變革，真正實(shí)現(xiàn)了以“學(xué)生為中心”。

1.3?課程學(xué)時(shí)的開放性

不同專業(yè)、不同學(xué)時(shí)的學(xué)生，可分別選用不同的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化、分層次的教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性大大加強(qiáng)。不同專業(yè)的老師共同建課，有利于交流和共同創(chuàng)造，即擴(kuò)大了視野，也促進(jìn)了交流。課程中的老師就來自于3個(gè)不同的院系，其中機(jī)電院的老師就帶來了國際機(jī)器人大賽的一些成果，例如將舵機(jī)的控制融入定時(shí)器產(chǎn)生PWM波的應(yīng)用中。數(shù)理院的老師帶來了物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽的相關(guān)成果，例如如何利用WiFi等做一些控制。計(jì)算機(jī)與電氣院的老師把電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)帶入到課程中。學(xué)生視野開闊了，相應(yīng)的能力和素質(zhì)也隨之增強(qiáng)，在學(xué)科競(jìng)賽中，獲得了湖南省電子設(shè)計(jì)大賽的和物聯(lián)網(wǎng)大賽的團(tuán)體總分第一名。

2?單片機(jī)原理及應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)地方院校應(yīng)用型本科的定位和學(xué)生的學(xué)情分析，把課程的“三位一體”的教學(xué)目標(biāo)定位為“懂原理，會(huì)連線，能編程”，精簡課堂上的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，分成“課前自學(xué)、課內(nèi)深化、課后升華”三個(gè)階段[2]。

2.1?課前自學(xué)

學(xué)生過導(dǎo)學(xué)微視頻和MOOC學(xué)習(xí)單片機(jī)的內(nèi)部功能部件或外設(shè)的工作原理，學(xué)習(xí)硬件的連接，并完成課前預(yù)習(xí)題或討論，老師根據(jù)課前預(yù)習(xí)題的答題情況或線上討論情況，決定課堂的講授內(nèi)容。例如：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理，學(xué)生通過課前學(xué)習(xí)要求掌握：（1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作過程;（2）控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的特殊功能寄存器;（3）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值計(jì)算;（4）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化過程。老師可根據(jù)課前習(xí)題統(tǒng)計(jì)或線上討論知道學(xué)生對(duì)哪個(gè)問題掌握得不夠好。對(duì)三個(gè)專業(yè)的學(xué)生習(xí)題統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看初值的計(jì)算和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化過程較難，因此上課時(shí)學(xué)生講解后，老師還進(jìn)行了串講。對(duì)三個(gè)學(xué)期的學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)表明，大部分時(shí)候?qū)W生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握不好的地方大體相同，上了一兩輪課后，可在必要的地方增加一些線上討論，增強(qiáng)學(xué)生課前理解，溝通力也會(huì)增強(qiáng)。

2.2?課內(nèi)深化

由于一部分教學(xué)內(nèi)容移到了課前，課堂中可以有3～4組學(xué)生進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，講述定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理，老師再根據(jù)情況進(jìn)行串講。

講完原理后，由和企業(yè)制定的任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，例如數(shù)碼管的0～9的靜態(tài)顯示，再分小組進(jìn)行討論實(shí)踐，根據(jù)示例改編程序，實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用上的相應(yīng)的提升，對(duì)現(xiàn)象和程序小組間互評(píng)，小組總結(jié)后由老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和串講。

對(duì)300名進(jìn)行了混合式教學(xué)的學(xué)生的課堂效果進(jìn)行了跟蹤，和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的300名學(xué)生的課堂效果進(jìn)行對(duì)比，由于課前學(xué)習(xí)的充分性，混合式教學(xué)班，課堂活躍度明顯提高，教學(xué)內(nèi)容相同的情況下，教學(xué)時(shí)間明顯縮短，例如流水燈的講解中，分的十組中，提供了三組案例，學(xué)生做出了15種不同的花樣。傳統(tǒng)課堂教學(xué)的學(xué)生大多課前準(zhǔn)備不夠充分，學(xué)生在做案例時(shí)，會(huì)有準(zhǔn)備不夠充足的感覺，上手不快，做的過程中出現(xiàn)的問題也會(huì)多一些，時(shí)間上也花得多一些。

2.3?課后升華

課后給學(xué)生提供大量的仿真資源，仿真資源分為基礎(chǔ)原理性的、綜合性的和創(chuàng)新性的，學(xué)生根據(jù)自身情況，選做易、中、難的案例，可分小組進(jìn)行，學(xué)生可相互交流，然后在線提交作業(yè)，也可以自選命題，小組制作。上傳作業(yè)中的優(yōu)秀者會(huì)在下一節(jié)課中展示出來，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在學(xué)生中很受歡迎。

3?總結(jié)

通過三學(xué)期的線上線下運(yùn)行，對(duì)自動(dòng)化、通信工程、智能建筑、光電、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)電六個(gè)專業(yè)的教學(xué)來看，不同的混合式教學(xué)改革目標(biāo)，其實(shí)現(xiàn)方案不一樣，教師進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)不一樣，學(xué)生在課外學(xué)習(xí)的投入不一樣，學(xué)生在課堂里的思維活躍水平不一樣，達(dá)成的學(xué)習(xí)成效不一樣[56]。

（1）老師可以根據(jù)不同的學(xué)情設(shè)計(jì)不同混合式教學(xué)過程，線上、線下授課時(shí)長，課內(nèi)、課外學(xué)習(xí)時(shí)長，學(xué)習(xí)效果完全由教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計(jì)決定，老師授課靈活。我校自動(dòng)化和通信專業(yè)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的學(xué)時(shí)就是40學(xué)時(shí)，而其他專業(yè)的學(xué)時(shí)是32學(xué)時(shí)，有的是考試課，有的是考查課，調(diào)查表明學(xué)生的滿意度達(dá)92%。

（2）從“以教師為主體”的傳統(tǒng)的教學(xué)模式變?yōu)榱恕耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)“授之以漁”的目的。老師建好課后，更多的是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)和督促，交流和討論，學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

（3）多維的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，能較好地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，不以一考定終身，同時(shí)時(shí)時(shí)刻刻的同學(xué)之間的成績比拼，正向激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)斗志。從300份學(xué)生考試成績來看，比傳統(tǒng)教學(xué)平均分要高。

參考文獻(xiàn)：

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[3]http：//www.gov.cn/xinwen/201808/27/content_5316809.htm.

[4]http：//www.moe.gov.cn/fbh/live/2019/50601/mtbd/201904/t20190430_380194.html.教育部發(fā)力本科建設(shè)?打造“金?！苯鹫n”.

[5]王旭珍，王新葵，等.基于MOOC的物理化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（5）.

[6]王留芳，曲凌.混合式工程實(shí)踐的教學(xué)重構(gòu)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（5）.

項(xiàng)目：2020年湖南省十三五規(guī)劃課題XJK20BGD031：新工科背景下信息技術(shù)與“嵌入式技術(shù)”深度融合研究資助;2020年湖南省教改項(xiàng)目HNJG20200714資助;2020年湖南省普通高等學(xué)校課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目HNKCSZ20200872資助

作者簡介：王南蘭（1972—?），女，漢族，湖北武漢人，碩士，副教授，主要研究方向：智能控制與智能故障診斷。