基于SPOC的單片機(jī)技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)*

◆丁晨陽 方小坤

基于SPOC的單片機(jī)技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)*

◆丁晨陽 方小坤

單片機(jī)技術(shù)是一門實(shí)踐性要求較高的專業(yè)課。為減少課程理論和實(shí)踐之間的差距，改善學(xué)生學(xué)習(xí)效果，使用SPOC資源對(duì)單片機(jī)技術(shù)課程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生根據(jù)自身情況進(jìn)行學(xué)習(xí)，并在面對(duì)面的課堂中解決實(shí)際的單片機(jī)控制問題。重新調(diào)整后的課程提供給學(xué)生一種新的學(xué)習(xí)探索環(huán)境，有利于提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。調(diào)查結(jié)果表明，大多數(shù)學(xué)生對(duì)這種新的教學(xué)方式感到滿意。

SPOC；單片機(jī)技術(shù)；翻轉(zhuǎn)課堂

1 引言

SPOC（Small Private Online Course），即小規(guī)模、私有化的在線課程，是針對(duì)少數(shù)在校注冊(cè)的學(xué)生實(shí)施的一種課程教育。單片機(jī)技術(shù)課程是為揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)應(yīng)用電子專業(yè)二年級(jí)學(xué)生專門設(shè)立的、基于小班化教學(xué)的專業(yè)必修課，目的是使學(xué)生獲得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行程序調(diào)試與硬件電路設(shè)計(jì)。

隨著學(xué)校新的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的頒布，需要對(duì)該課程的學(xué)時(shí)進(jìn)一步壓縮，為保證學(xué)生在更短的學(xué)時(shí)內(nèi)更好地掌握單片機(jī)技術(shù)，減少現(xiàn)有教學(xué)中理論和實(shí)踐之間的差距，本文考慮將單片機(jī)技術(shù)課程通過翻轉(zhuǎn)課堂的方法和SPOC資源進(jìn)行有效融合，學(xué)生通過開放的SPOC資源學(xué)習(xí)單片機(jī)的理論知識(shí)，在課堂上則將所學(xué)理論應(yīng)用到仿真平臺(tái)和真實(shí)的單片機(jī)系統(tǒng)中，從而提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2 單片機(jī)技術(shù)SPOC設(shè)計(jì)

在線課程本身的設(shè)計(jì)非常重要，考慮到教師精力等問題，本文依托學(xué)校提供的統(tǒng)一在線教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了單片機(jī)技術(shù)SPOC的設(shè)計(jì)開發(fā)，在使用SPOC進(jìn)行教學(xué)的階段，SPOC按照以下流程運(yùn)行。

第一周：?jiǎn)纹瑱C(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。

第二周：數(shù)碼管的顯示原理和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)顯示。

第三周：點(diǎn)陣屏的原理和單片機(jī)接口的擴(kuò)展方法。

第四周：獨(dú)立式、矩陣式鍵盤的使用。

第五周：定時(shí)、計(jì)數(shù)以及中斷的基本知識(shí)。

第六周：串口通信以及分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。

根據(jù)在線教育研究發(fā)現(xiàn)，人們注意力集中的學(xué)習(xí)不能超過11分鐘。因此，本文也遵循這樣的模式，將每周所需要講授的內(nèi)容分解為若干個(gè)學(xué)習(xí)單元，每個(gè)學(xué)習(xí)單元都包含如下內(nèi)容。

1）短小的學(xué)習(xí)視頻（平均10分鐘）。為吸引學(xué)生對(duì)相關(guān)概念、重點(diǎn)知識(shí)的注意，視頻中表現(xiàn)出教師和動(dòng)畫、和課件之間的互動(dòng)。

2）補(bǔ)充材料。提供和視頻相一致的課件以及一些擴(kuò)展性資料。

3）自測(cè)評(píng)價(jià)。測(cè)試題和作業(yè)的設(shè)計(jì)是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，學(xué)生完成測(cè)試題和作業(yè)后及時(shí)收到反饋，可以讓他們了解自己是否已正確理解學(xué)習(xí)單元的知識(shí)。

為學(xué)生創(chuàng)建好這樣的在線課程需要多個(gè)教師的合作，主講教師負(fù)責(zé)創(chuàng)建用于SPOC的視頻，制作視頻需要一臺(tái)電腦、攝像頭、麥克風(fēng)以及Camtasia軟件。即使是使用原有成熟的課程內(nèi)容，也要花費(fèi)大約半天的工作時(shí)間才能完成1～2個(gè)10分鐘的小視頻。另兩位教師負(fù)責(zé)為每個(gè)學(xué)習(xí)單元開發(fā)測(cè)試題和作業(yè)，主要以選擇題和設(shè)計(jì)題的形式給出，此外還有一位現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)的教師提供指導(dǎo)幫助，從學(xué)校層面協(xié)調(diào)SPOC制作標(biāo)準(zhǔn)。

?項(xiàng)目來源：2015年江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題“基于MOOC在線新型混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2015-R-41962）；2015年江蘇省高等教育教改研究課題“SPOC在線與傳統(tǒng)教學(xué)模式深度融合研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2015JSJG449）。

作者：丁晨陽，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)；方小坤，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)楣怆姍z測(cè)（225009）。

3 基于SPOC的單片機(jī)技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂

對(duì)于單片機(jī)技術(shù)這門實(shí)踐性要求較高的課程，期望通過翻轉(zhuǎn)課堂來提高學(xué)生的動(dòng)手能力。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，學(xué)生成為課堂的主角，不僅可以提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，還可增加與教師交流時(shí)間并激發(fā)創(chuàng)造性，從而改善單片機(jī)技術(shù)課程的教學(xué)效果。重新整合后的課程教學(xué)主要分為課程初期、課程中期和課程后期這三個(gè)階段。

課程初期 課程在進(jìn)行SPOC前兩周開始，這兩周用來讓學(xué)生準(zhǔn)備好即將到來的六周的SPOC、與SPOC同步進(jìn)行的課堂教學(xué)以及需要?jiǎng)邮滞瓿傻捻?xiàng)目。第一周包括對(duì)課程大綱的討論，告訴學(xué)生能從這門課程中學(xué)到什么，基本編程語言的復(fù)習(xí)，以及對(duì)各種單片機(jī)芯片的介紹。同時(shí)告知學(xué)生本課程不同于一般的課程，其學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)將遠(yuǎn)大于一個(gè)傳統(tǒng)課程。第二周是一個(gè)詳細(xì)的關(guān)于單片機(jī)仿真軟件以及開發(fā)環(huán)境的討論，為接下來的課堂項(xiàng)目做好準(zhǔn)備。

課程中期 課程中期SPOC教學(xué)和面對(duì)面課堂教學(xué)并存，持續(xù)6周，學(xué)生每周需要觀看對(duì)應(yīng)本周的所有學(xué)習(xí)單元并完成相應(yīng)的測(cè)試題和作業(yè)。每周開始，教師會(huì)發(fā)布本周翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生要完成的項(xiàng)目任務(wù)，以提醒學(xué)生結(jié)合項(xiàng)目理解消化SPOC中的學(xué)習(xí)內(nèi)容。為通過課程，學(xué)生不僅需要完成SPOC的作業(yè)與測(cè)試題，還需要完成實(shí)際的單片機(jī)項(xiàng)目。

在此期間，每周有兩次課堂教學(xué)，每次2節(jié)課。第一次課堂教學(xué)分為兩個(gè)部分：第一部分用來復(fù)習(xí)SPOC中獲得的關(guān)鍵性知識(shí)；第二部分討論本周需要完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案。第二次課堂教學(xué)并不在傳統(tǒng)教室，而是在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行（以小組形式開展項(xiàng)目，每組不超過3人），因?yàn)閷?shí)訓(xùn)室能夠提供給學(xué)生足夠的討論、設(shè)計(jì)和測(cè)試空間。學(xué)生將所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路和程序先在仿真環(huán)境中測(cè)試，然后進(jìn)行實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)制作。

在單片機(jī)技術(shù)課程中，學(xué)生共需要完成6個(gè)事先設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目：1）流水燈的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)LED燈的控制；2）秒表的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)數(shù)碼的顯示；3）電子廣告牌的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)點(diǎn)陣屏的使用；4）記分牌的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)按鍵的使用；5）六十秒定時(shí)器的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)單片機(jī)中斷系統(tǒng)；6）分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)串口通信。

對(duì)于每個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生都會(huì)收到關(guān)于下課前他們需要完成的任務(wù)的指導(dǎo)手冊(cè)，一般每個(gè)項(xiàng)目會(huì)安排有2～3個(gè)任務(wù)，任務(wù)的完成均需要由一個(gè)指導(dǎo)教師簽字。學(xué)生必須要證明自己的設(shè)計(jì)方案在仿真軟件里能夠有效運(yùn)行，因?yàn)槿绻O(shè)計(jì)的系統(tǒng)和程序在仿真軟件中沒有效果，那么可能在實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中也無法獲得想要的效果。學(xué)生可以在課外進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，將在仿真軟件中運(yùn)行正常的設(shè)計(jì)方案帶至課堂，節(jié)省課堂上實(shí)物制作和調(diào)試的時(shí)間。作為指導(dǎo)教師，則是把大部分時(shí)間用在回答各個(gè)小組提出的問題上，控制他們項(xiàng)目執(zhí)行的進(jìn)程，檢查設(shè)計(jì)方案及操作的正確性。

課程后期 SPOC結(jié)束后，距離本課程結(jié)束還有4周。最后4周用來進(jìn)行由學(xué)生自選的單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目，每組的項(xiàng)目必須是不一樣的，學(xué)生可以使用各種型號(hào)的單片機(jī)以及各種類型的傳感器。完成項(xiàng)目后，每組都需要進(jìn)行實(shí)際的演示以及項(xiàng)目陳述。

4 實(shí)踐成果

本文對(duì)參加本課程的80個(gè)學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，回收的樣本數(shù)為72個(gè)。調(diào)查結(jié)果顯示，基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)效果更好（90%）；通過SPOC的學(xué)習(xí)很好地支持了課堂的單片機(jī)項(xiàng)目（88%）；課堂的實(shí)際項(xiàng)目有助于增強(qiáng)對(duì)SPOC中知識(shí)的理解（92%）；完成SPOC中測(cè)驗(yàn)和作業(yè)所花費(fèi)的時(shí)間適中（70%）；翻轉(zhuǎn)課堂中需要完成的項(xiàng)目的難度適中（75%）；課程考核方式提高了學(xué)生的參與度（88%）。

總的來說，學(xué)生積極評(píng)價(jià)了基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式。為了保證翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，制作的SPOC重點(diǎn)關(guān)注了用于實(shí)際項(xiàng)目的理論知識(shí)，為學(xué)生準(zhǔn)備的多數(shù)材料都是與此項(xiàng)目相關(guān)的測(cè)試和實(shí)例，因此較好地支持了課堂實(shí)際項(xiàng)目的完成。但不論是SPOC中的作業(yè)，還是課堂上的實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生認(rèn)為難度有點(diǎn)兒偏高，需要花費(fèi)很多時(shí)間，因此還需要進(jìn)一步改進(jìn)作業(yè)和項(xiàng)目?jī)?nèi)容。

從這次教學(xué)實(shí)踐來看，應(yīng)用SPOC進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)是一次很有意義的嘗試，具有若干優(yōu)點(diǎn)。

1）在線視頻資源比文本材料更容易理解和記憶，學(xué)生可以以自己的速度吸收知識(shí)，能夠根據(jù)自己的需求多次學(xué)習(xí)這些視頻，直到理解為止；

2）這種應(yīng)用SPOC進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的方法完全改變了以往的教學(xué)模式，從以前課堂中教師傳授知識(shí)、學(xué)生被動(dòng)接收，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為主要角色，教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中起答疑、指導(dǎo)的作用；

3）翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)習(xí)目標(biāo)演化為如何應(yīng)用理論知識(shí)完成實(shí)際的任務(wù)，讓學(xué)生獲得實(shí)際應(yīng)用能力的提高，而不僅僅是學(xué)習(xí)了一些知識(shí)；

4）教師可以根據(jù)學(xué)生和SPOC之間的交互數(shù)據(jù)（學(xué)生接入次數(shù)、對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)單元所花費(fèi)的時(shí)間、測(cè)試結(jié)果等），不斷改進(jìn)課程材料。

5 結(jié)論

本文提出將SPOC引入單片機(jī)技術(shù)課程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，使學(xué)生成為課堂的主角，并能夠根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生在面對(duì)面的課堂中開展實(shí)際單片機(jī)項(xiàng)目，有利于他們理論聯(lián)系實(shí)際，提高實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。后續(xù)工作方面，本文將根據(jù)教學(xué)體驗(yàn)以及來自學(xué)生的反饋，不斷完善單片機(jī)技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，并將對(duì)基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式下學(xué)生對(duì)單片機(jī)技術(shù)課程的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行比較。

［1］曹洪龍，胡劍凌，俞一彪，等.利用微課翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，40（10）：191-196.

［2］張志洲，劉昆，肖凱，等.基于SPOC的航天電子設(shè)計(jì)課堂翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)，2015，38（4）：57-62.

［3］楊斌，王以寧，任建四，等.美國(guó)大學(xué)IPSP課程混合式翻轉(zhuǎn)課堂分析與啟示［J］.中國(guó)電化教育，2015（2）：118-122.

［4］王娜.基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機(jī)教學(xué)改革研究［J］.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，36（12）：90-93.

Using a SPOC to Flip Classroom of Single Chip Computer Tech-nology

DING Chenyang， FANG Xiaokun

Single Chip Computer Technology is a practical course. In order to reduce the gap between theory and practice and improve learning eff ect， SPOC is used to fl ip the classroom of Single Chip Computer Technology， so that students are able to study according to their real requirements and solve the actual control problems in a face-to-face classroom. The adjusted course provides students new environment to explore， which is benefi cial to improve their practice and innovation ability. Results show that most of the students are satisfi ed with this teaching mode.

SPOC； single chip computer technology； fl ipped classroom

G712

B

1671-489X（2016）18-0041-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.18.041