翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在單片機(jī)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

陸建榮

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212134）

0 引言

單片機(jī)課程最顯著的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)、知識面廣，需要學(xué)生具備電工基礎(chǔ)、數(shù)電、模電、C語言設(shè)等多門課程的知識儲備。而目前高職院校的學(xué)生普遍存在基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)積極性低下、學(xué)習(xí)習(xí)慣差等問題，給日常教學(xué)帶來了諸多困難。此外，大部分高職院校針對該課程的教學(xué)也存在不足，主要體現(xiàn)在理論和實(shí)踐教學(xué)課時分配不合理，過分注重理論教學(xué)，學(xué)生實(shí)踐能力得不到鍛煉。教學(xué)形式單一、缺乏師生互動，使學(xué)生失去了對本課程的學(xué)習(xí)興趣。

“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)改革方案為解決以上問題提供了新思路。該方案轉(zhuǎn)變了師生角色，加強(qiáng)了師生互動，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用[2]。借助于網(wǎng)絡(luò)微視頻、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教學(xué)場地不再局限于教室，教學(xué)時間也不局限于課堂。學(xué)生可以隨時隨地開展理論學(xué)習(xí)、交流互動、實(shí)踐操作，使得教學(xué)過程從空間和時間上得到了有效延伸[3]。這有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)由被動接受到主動求學(xué)的轉(zhuǎn)變。

1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程作為高職院校電子相關(guān)專業(yè)的必修課程，旨在讓學(xué)生掌握單片機(jī)工作原理以及基于MCU軟硬件開發(fā)基本技能，為嵌入式開發(fā)、電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)化打下基礎(chǔ)[4]。該課程理論知識抽象、實(shí)踐性強(qiáng)，傳統(tǒng)教學(xué)采用了理論授課與實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合的方式，但教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果仍難以達(dá)到要求。主要原因有以下幾個方面。

（1）理論課程與實(shí)踐課程分離，致使理論與實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重[5]。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。第一：課時分配不合理，過分注重理論教學(xué)而忽視了實(shí)踐教學(xué)的重要性；第二：理論課程和實(shí)踐課程相互獨(dú)立，沒有連貫性；第三：學(xué)生按固定步驟操作，實(shí)踐教學(xué)過程僵。

（2）教學(xué)手段單一，沒有有效利用信息化教學(xué)手段。教學(xué)過程僅在課堂進(jìn)行，無法利用學(xué)生課前、課后的碎片化時間。缺乏有效的反饋機(jī)制，導(dǎo)致教師無法準(zhǔn)確認(rèn)識學(xué)生之間的個體性差異。教師上課僅通過板書或者PPT投影方式進(jìn)行教學(xué)，師生互動少，學(xué)生參與度較低。

（3）對學(xué)生動手實(shí)踐能力培養(yǎng)不足。實(shí)踐操作僅停留在Protues軟件仿真環(huán)節(jié)。而軟件仿真受限于硬件資源，只能驗(yàn)證基本功能，無法替代軟硬件開發(fā)調(diào)試的全部過程。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

為解決傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的問題，翻轉(zhuǎn)課堂成為了日常教學(xué)的主流方案。該方案使師生角色發(fā)生翻轉(zhuǎn)，讓學(xué)生成為了主體。昔日以教師講授為主的課堂成為了師生互動、答疑解惑的場地[6]。不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)了他們自主學(xué)習(xí)、勤于思考的良好習(xí)慣。

單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)、涉及面廣、理論內(nèi)容抽象。在教學(xué)過程中，既要講解硬件組成、工作原理，還要教授程序設(shè)計、編程規(guī)范，更要幫助學(xué)生梳理軟硬調(diào)試思路。內(nèi)容繁多，單憑既定課時的課堂講授，學(xué)生難以全面掌握。需要學(xué)生發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，充分利用課余時間實(shí)踐練習(xí)。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方案后，教師可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，錄制教學(xué)微視頻，上傳到平臺。學(xué)生只要登陸平臺即可學(xué)習(xí)，使他們獲取知識的途徑不再局限于課堂面授。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計與實(shí)施

經(jīng)典51單片機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。它由時鐘系統(tǒng)、I/O端口、中斷系統(tǒng)、存儲單元、串口通訊單元組成。各單元之間相互獨(dú)立，協(xié)調(diào)工作，保證了單片機(jī)的正常運(yùn)行。單片機(jī)工作原理，枯燥抽象，晦澀難懂，讓很多學(xué)生望而卻步。為了便于學(xué)生理解，本文在保留原課程知識體系完整的前提下，為每個知識點(diǎn)設(shè)計了貼近日常生活的項目式教學(xué)內(nèi)容。采用“教中學(xué)、學(xué)中做、做中教”三位一體的理實(shí)一體化教學(xué)方法進(jìn)行講授。使理論講解與實(shí)踐教學(xué)緊密聯(lián)系在一起，不僅讓學(xué)生掌握了理論知識，還培養(yǎng)了他們動手實(shí)踐能力。

圖1 51單片機(jī)系統(tǒng)框圖

各單元模塊對應(yīng)的項目教學(xué)內(nèi)容如表1所示。各項目涉及的知識點(diǎn)存在關(guān)聯(lián)，內(nèi)容由易到難、層次遞進(jìn)。一方面有助于緩解學(xué)生畏難情緒，便于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。另一方面，通過對相關(guān)知識的反復(fù)操練，實(shí)現(xiàn)鞏固知識、加深理解的目的。

表1 項目式教學(xué)內(nèi)容

本單片機(jī)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計流程如圖2所示。將傳統(tǒng)教學(xué)模式改變?yōu)槟軌虺浞煮w現(xiàn)學(xué)生主體地位的行動導(dǎo)向教學(xué)，學(xué)生自主探究，教師引導(dǎo)。從課程開始到結(jié)束，充分利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，師生互動多樣化，逐步深入任務(wù)，直到解決任務(wù)。將復(fù)雜任務(wù)簡單化，突破教學(xué)難點(diǎn)。畫流程圖、模擬仿真，攻克教學(xué)重點(diǎn)。針對學(xué)生學(xué)習(xí)能力差異性分層教學(xué)，提升教學(xué)效果。最后利用學(xué)習(xí)平臺反饋學(xué)習(xí)情況，為教師在線評價提供依據(jù)。

圖2 教學(xué)設(shè)計框圖

4 教學(xué)改革措施與結(jié)果分析

4.1 教學(xué)內(nèi)容改革

在保留原課程知識體系完整的前提下，為每個知識點(diǎn)設(shè)計貼近日常生活的項目式教學(xué)內(nèi)容。將書本知識與生活應(yīng)用結(jié)合起來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。鼓勵學(xué)生積極參加科技競賽，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力以及團(tuán)隊合作、溝通協(xié)調(diào)的能力，實(shí)現(xiàn)“以賽促學(xué)”的教學(xué)目的。鼓勵學(xué)生積極申報單片機(jī)設(shè)計相關(guān)的校級課題，本著學(xué)以致用的教學(xué)理念引導(dǎo)學(xué)生自主研究、深入探索，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力。

4.2 教學(xué)方法改革

采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，構(gòu)建“線上”、“線下”互聯(lián)的教學(xué)回路，充分發(fā)揮學(xué)生主體作用。教師在課前向“學(xué)習(xí)通”、“泛亞”等平臺上傳教學(xué)視頻與學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料并消化吸收，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在線上預(yù)習(xí)的過程中，積極參與師生互動，提出疑問。教師整理學(xué)生反饋信息，在線下教學(xué)過程中，可以更有針對性的設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。

4.3 考核方式改革

當(dāng)前，單片機(jī)課程的教學(xué)考核方式單一，多以期末考試成績作為學(xué)習(xí)評價的主要依據(jù)，而忽視了過程考核的重要性，難以準(zhǔn)確區(qū)分學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。使學(xué)生漸漸產(chǎn)生投機(jī)心理，平日不努力，期末搞突擊，忽視知識本身而專注解題技巧，違背了教學(xué)初衷。

本文基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革方案，對傳統(tǒng)單一考核方式進(jìn)行改革，從平日表現(xiàn)、期末成績、科技競賽、課題研發(fā)多個方面對學(xué)生學(xué)習(xí)情況展開評價。具體方式如表2所示。

表2 考核方式

4.4 教學(xué)改革結(jié)果分析

在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性顯著提高。表3是2019級學(xué)生成績統(tǒng)計表。兩個班學(xué)生在平時過程考核和期末綜合考核中均取得了不錯的成績。不管是理論知識，還是實(shí)踐操作都取得了較大提升。

表3 2019級學(xué)生單片機(jī)成績統(tǒng)計表

表4是近年來學(xué)生參加單片機(jī)開發(fā)賽項獲獎情況以及校級課題完成情況的統(tǒng)計?？梢园l(fā)現(xiàn)，教學(xué)改革后，學(xué)生對單片機(jī)課程興趣濃厚，學(xué)習(xí)過程不再局限于課堂，他們熱情高漲，充分利用課余時間積極投入到科技競賽與課題研發(fā)的準(zhǔn)備過程中。在2020年舉辦的電子設(shè)計大賽和職業(yè)院校技能大賽中均取得了不俗的成績。

表4 教學(xué)改革前后對比

5 結(jié)論

本文對傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的不足進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方案。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式多方面著手，對傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行改革。充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺在教學(xué)過程中所起的媒介作用，促進(jìn)了師生互動，豐富了教學(xué)手段，完善了教學(xué)過程，提高了教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)施教學(xué)改革以來，成效顯著。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高漲。越來越多的學(xué)生積極參與到技能競賽、課題研發(fā)的活動中來，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍。提升學(xué)生溝通協(xié)調(diào)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力的同時，也培養(yǎng)了他們獨(dú)立思考、深入探索、實(shí)踐創(chuàng)新能力。