來華留學生全英文單片機課程的建設與改革

羅 振，潘琢金，毛艷娥，吳 昊，曹一鵬，王傳云

（沈陽航空航天大學 計算機學院, 遼寧 沈陽 110136）

1 背 景

近年來，隨著中國國際化程度越來越高，越來越多的海外留學生選擇來中國求學，提高來華留學生的教學質量已經成為國內高校教學研究的熱點內容之一。截至2015年底，沈陽航空航天大學在校留學生已超過1 000人，生源國別已達到67個，其中大部分留學生來自非洲國家。與國內本科生相比，留學生在社會、信仰、文化及教育背景等方面存在較大差異，在思維模式、學習習慣、學習目的、學習能力等方面有較大不同，適用于國內本科生的專業課教學模式和方法并不能有效地作用于留學生的教學[1]。因此，應根據留學生的實際學習基礎和能力，結合專業課程的特點，更新和優化教學內容，改進教學方法和方式，使專業課程的設置更加適合來華留學生[2-3]。

單片機是一門綜合性和實踐性都很強的課程，其重點不僅限于教會學生使用某型單片機，而是通過動手實踐，運用所學知識借助于某種單片機解決具體問題。與國內本科生相比，留學生的課堂表現非常活躍，樂于參加課堂互動。他們喜歡教師圖文并茂、直觀形象的講解，重視實踐環節的參與學習。然而，相比于我國，非洲國家的整體教育水平偏低，沒有經過中國高考的篩選，來華留學生的數理基礎普遍較低，抽象理解能力、分析能力較弱，時間觀念不強，缺乏獨立學習能力，留學生由于入學年齡、受教育經歷和基礎文化水平有較大不同，對新知識的理解程度也存在很大差異，這些都給單片機課程教學帶來了挑戰。

2 教學條件的建設

第一，教材和講義的建設。根據來華留學生的生源特點和學習能力，教師制作圖文并茂、生動直觀的多媒體課件。課件注重抽象概念的圖形化展示，側重關鍵知識的動畫演示，不僅要方便教師的課堂講解，以彌補偶爾口語表達的不足，更注重方便學生對課程內容的學習。我校單片機教學團隊重視學生實踐能力的培養，針對Keil單片機開發環境和LAB8000單片機實驗系統專門編制實驗指導手冊，針對各節重點理論知識設計了驗證性的實驗項目。另外，我們將科研項目和教學實踐相結合，設計了內容豐富的綜合性實驗項目，注重培養留學生的工程實踐能力。為了增強留學生對實驗箱硬件電路的理解，教學團隊對LAB8000實驗系統進行了深入研究，繪制了比隨箱電路圖更準確的詳細電路圖，既方便學生參考完成各個實驗項目，又幫助學生了解一個單片機系統的真實設計。

第二，實踐教學環境的建設。將單片機課程的理論教學和實驗教學安排在實驗室進行，既有助于理論部分采用實物講解，任課教師又可根據課程的進度和學生學習情況適時開展實驗實踐教學，通過實驗驗證或應用剛剛學習的理論，將實驗結果上升到理論層面帶著思考進一步學習，實現實驗和理論教學的緊密結合。學校留學生單片機課程開設于2012年，采用全英文授課，授課對象為計算機、電子和機電專業的本科生，每學期不同專業的留學生招生規模在一個自然班之內，因此單片機實驗室按照自然班建設，理論教學和實驗教學都在實驗室進行，并按不同專業分班授課。除了使用LAB8000單片機實驗系統完成驗證性實驗，實驗室還配備了偉福V5/S仿真器、C8051F開發套件以及泰克MD03022混合域示波器、多路輸出線性直流電源、泰克邏輯分析儀等實驗系統和儀器設備，用來支持留學生進行單片機作品的設計和開發，進一步提高留學生的工程素質和項目開發能力。

第三，網絡教學環境和資源的建設。學校已經將千兆網絡接入每個教室、實驗室和留學生宿舍，經過近幾年不斷完善，已建成了條件先進的計算機校園網絡，為實施網絡教學提供了良好環境。單片機實驗室內計算機之間通過千兆交換機實現互聯，每臺計算機都安裝了電子教室軟件，教師端的計算機與多媒體教學系統相連，形成了先進的實驗室網絡教學環境。電子教室軟件利用實驗室的局域網可實現學生端和教師端屏幕的同步顯示，有效解決后排學生看不清投影幕的問題，顯著提升多媒體教學的效果。為更好開展網絡教學，課程團隊建設了留學生單片機課程教學網站，提供了包括教學大綱、實驗要求、復習題、輔助資料以及教學視頻在內的多種教學資源。目前教學團隊正進一步補充教學視頻的錄制，為后續的翻轉課堂教學和微課教學提供經驗。另外，教學團隊還采用微信群和QQ群與留學生進行交流互動，以方便學生在課下學習遇到問題或者在課堂上來不及詢問問題時，及時得到教師的解答，該方式受到廣大留學生的喜愛。

第四，課程題庫的建設。題庫可作為實施教學管理、監控教學過程、評價教學效果以及評價教師和學生的有效手段[4]。題庫可以讓學生理解和掌握課程的重點，還可以方便教師對教學過程進行信息統計與分析，實現教學過程的數據化管理和評價。題庫建設不能簡單地將零星的練習題或考試題目收集存放在一起，而需要有效整合教師教學思路和課程內容。教學團隊從2015年開始進行題庫建設，主要題型為認知類習題和程序分析類習題，不僅考慮學生對理論知識的理解和掌握，更注重考查學生對知識的應用。目前通過題庫系統已可以發布和評閱留學生的在線作業、隨堂測驗和階段性考核。在后續教學過程中，教學團隊將進一步豐富和完善題庫中的習題，充分發揮題庫的助學、助教、管理和評價的功能。

3 教學方法與手段的改革

傳統的教學方法以理論教學為綱，以理論帶動實驗和課程設計，實驗安排在理論教學完成某單元內容之后，課程設計安排在理論教學和實驗之后。這種教學方法對學生的學習基礎和學習主動性要求很高，而留學生理論基礎薄弱，學習主動性不強，采用傳統的教學方法容易導致理論教學和實踐教學脫節，影響教學的時效性，減少留學生的學習興趣。針對留學生的學習特點，結合單片機課程的特點，課程團隊在教學方法和教學手段方面采取了以下幾項改革措施。

第一，邊學邊做、從做中學。傳統教學過程側重理論的講解，內容抽象枯燥，難以激發留學生的學習興趣。聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。針對留學生理論基礎弱、學習能力不強的特點，教學團隊將“做中學”教學模式[5]融入單片機課堂，通過對課程內容創設一些情境，引導留學生發現和思考問題。在教師的引領和幫助下，留學生邊學習邊實驗，邊實驗邊思考，邊思考邊總結。這種以學生為主體、以教師為主導的模式，教學實效強，能夠充分調動留學生的學習興趣。

第二，層次遞進式教學。不同專業的留學生知識背景差異較大，相同專業的留學生來自多個不同的國家，基礎知識和學習能力也差異很大，如果對所有留學生采用相同的教學內容、一樣的學習要求，學生的創新能力、自主學習能力難以發揮出來。教學團隊充分考慮留學生個體的差異，引入層次遞進式教學方法[6]，將每個實驗教學內容設計成3個層次，每個層次具有相對獨立性，層次之間保持密切的相關性和擴展性。部分學生由于基礎薄弱，學習上比較吃力，完成基礎層次的基本任務就達到了學習目標。學習能力強、學有余力的學生可以選擇“提高層次”與“應用層次”的擴展任務來提高知識技能水平。基本任務是由教師引導學生一步步完成，邊講邊做，邊做邊解釋現象，而擴展任務由學生獨立完成，教師從旁指導和監督，并適時給予總結點評。

第三，虛擬仿真實驗和實驗箱實驗相結合。實驗箱教學有助于對抽象理論知識的形象化理解和掌握，學生只需連接幾個關鍵器件，下載程序到實驗箱就能得到直觀的實驗現象。然而，學生很難理解和掌握實驗箱的硬件電路，而且實驗學時和硬件條件有限，實驗內容多以驗證性實驗為主，難以滿足留學生對實驗動手操作的需要。虛擬仿真使實踐教學不再受限于實驗室、實驗設備和實驗課時[7]。教學團隊根據實驗需要將部分內容安排在課外，要求留學生根據實驗指導書給出的實驗任務要求和實驗原理圖，利用課外時間使用虛擬仿真軟件搭建實驗電路并編寫程序，對電路和程序兩部分進行仿真調試。虛擬仿真通過后，才允許留學生按照實驗指導書的要求利用寶貴的課堂時間在實驗箱上進行實驗調試，并將實驗結果與虛擬仿真結果進行比較。這樣既可以培養其獨立分析問題、解決問題的能力，也能充分訓練留學生的實驗動手能力，能夠有效提高學生的單片機系統應用開發能力。

第四，階段性考核管理。學校對留學生采用過程化考核管理，主要包括平時出勤、課堂表現、隨堂測驗、期中考試、期末考試等適合理論性偏多的課程來評測學生的學習狀況，對于實踐性較強的單片機課程，不僅要考核對理論知識的掌握，更要側重對知識的運用。留學生的學習自覺性低，多數留學生重視考前的應試學習遠高于平時的學習，有些留學生期待教師在考前做串講復習，某些留學生干脆準備作弊。階段性考核[8]可以有效地督促留學生加強平時學習，防止考試前搞突擊。教師階段性地將考核和出勤成績進行公布，能夠有效地提醒和激勵留學生的學習積極性和主動性。教學團隊利用題庫系統進行階段性考核管理，并將學生的實驗表現和項目完成情況納入考核范圍。針對部分留學生紀律性差、愛遲到、上課比較隨意和散漫，教學團隊改進了簽到表，有效區分準時到課、遲到、缺席的學生，嚴格考核留學生的考勤和課堂表現。采用階段性考核管理后，留學生普遍注重平時上課期間的學習和課堂表現，準時出勤率和上課紀律明顯好轉，課堂上散漫走神、玩手機等現象明顯減少，課堂學習效率得到了保障，學生自我管理能力、學習積極性和主動性明顯提高，單片機課程通過率明顯上升。

第五，多媒體課件和手寫電子板書相結合。多媒體課件能夠有效地創設教學情境，縮短教學時間，擴大教學信息量，其缺點是會導致師生之間失去互動性，學生往往只能被動接受授課內容。手寫板書是師生互動的橋梁，附有情感因素，教學過程中，師生交流互動隨時會產生一些信息，需要教師及時利用板書進行解釋指導。PowerPoint是最為常用的多媒體課件制作軟件，其自帶的“指針選項”功能可以實現畫圖、書寫、熒光筆等功能而且顏色可選。利用手寫筆記本電腦的手寫筆可隨時在PPT多媒體課件上進行手寫板書。教學團隊重視多媒體課件和手寫板書相結合，使用手寫筆記本電腦和PPT多媒體課件進行理論和實驗教學。這種教學方式既充分發揮了多媒體教學的優勢，又具有手寫板書的靈活多變的特點，將多媒體課件與手寫板書完美結合，并能夠將師生互動交流的閃光點及時記錄在多媒體課件中，既方便學生的學習，也有助于教師日后改進多媒體課件。

第六，實訓教學法。虛擬仿真和硬件實驗能夠有效提高學生的實驗動手能力，但工程實踐能力的培養單靠虛擬仿真和實驗環節還不夠，還需要學生自主運用多樣的方式和方法，嘗試性地解決實際開發過程中遇到的各種問題來獲得。為了培養留學生的工程實踐能力，教學團隊采用實訓教學法[9-10]讓每個留學生熟悉一個單片機應用系統的硬件和軟件開發過程。學期開始教師就發給留學生一張電子器件清單，并要求他們按照清單通過網絡購買各種電阻、電容、芯片、芯片底座、蜂鳴器、晶振、LED燈、數碼管、按鍵開關、電路板等電子器件，然后按照電路圖從搭建單片機的最小系統開始做起。隨著課程的推進，每講完一部分相關內容，就搭建和焊接一部分相應電路，編寫程序并利用仿真器實現驗證。通過這種實訓教學，學生能夠學習到如何選擇各種電子器件，熟悉它們的具體使用，親身解決在搭建和焊接硬件電路過程中遇到的各種問題，深入體會單片機應用的整個開發過程。這種教學方法在鍛煉學生系統掌握知識的同時，也能夠讓留學生充分提高動手能力，學習興趣得到調動，工程實踐能力得到進一步培養。

4 結 語

針對來華留學生的學習基礎和學習能力，在對教材和講義、實踐教學環境和網絡教學環境進行建設的基礎上，單片機教學團隊對教學方法和手段進行了改革和實踐。團隊通過“邊學邊做、從做中學”的方法調動留學生的學習興趣；采用過程化管理和階段性考核提高留學生自我管理能力和學習主動性；采用層次遞進式教學對留學生進行因材施教，實現對留學生的差異化培養；通過結合多媒體教學和手寫板書實現課堂上師生間的互動交流；通過虛擬仿真、實驗箱實驗和實物實訓相結合的教學方法，提高留學生的工程實踐能力和單片機開發能力。

為實現留學生培養目標，任課教師必須具有較高的專業知識、較強的實踐能力和流利的英文交流能力。無論是教學條件的建設、教學方法和手段的改革，還是實踐教學環節的強化和教學質量的提高，都需要教學團隊不斷提高自身的綜合素質，在教學中針對留學生的反饋不斷地探索和嘗試更加有效的教學模式。

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