翻轉課堂教學法在單片機課程教學改革中的應用

陸建榮

（江蘇航空職業技術學院，江蘇鎮江，212134）

0 引言

單片機課程最顯著的特點是實踐性強、知識面廣，需要學生具備電工基礎、數電、模電、C語言設等多門課程的知識儲備。而目前高職院校的學生普遍存在基礎薄弱、學習積極性低下、學習習慣差等問題，給日常教學帶來了諸多困難。此外，大部分高職院校針對該課程的教學也存在不足，主要體現在理論和實踐教學課時分配不合理，過分注重理論教學，學生實踐能力得不到鍛煉。教學形式單一、缺乏師生互動，使學生失去了對本課程的學習興趣。

“翻轉課堂”教學改革方案為解決以上問題提供了新思路。該方案轉變了師生角色，加強了師生互動，充分發揮了學生的主體作用[2]。借助于網絡微視頻、學習通等網絡教學平臺，教學場地不再局限于教室，教學時間也不局限于課堂。學生可以隨時隨地開展理論學習、交流互動、實踐操作，使得教學過程從空間和時間上得到了有效延伸[3]。這有效提升了學生的學習積極性，培養了學生自主學習能力，實現由被動接受到主動求學的轉變。

1 單片機課程教學現狀

單片機課程作為高職院校電子相關專業的必修課程，旨在讓學生掌握單片機工作原理以及基于MCU軟硬件開發基本技能，為嵌入式開發、電子產品轉化打下基礎[4]。該課程理論知識抽象、實踐性強，傳統教學采用了理論授課與實踐訓練相結合的方式，但教學質量和教學效果仍難以達到要求。主要原因有以下幾個方面。

（1）理論課程與實踐課程分離，致使理論與實踐脫節嚴重[5]。主要表現在以下幾個方面。第一：課時分配不合理，過分注重理論教學而忽視了實踐教學的重要性；第二：理論課程和實踐課程相互獨立，沒有連貫性；第三：學生按固定步驟操作，實踐教學過程僵。

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

（3）對學生動手實踐能力培養不足。實踐操作僅停留在Protues軟件仿真環節。而軟件仿真受限于硬件資源，只能驗證基本功能，無法替代軟硬件開發調試的全部過程。

2 翻轉課堂教學研究

為解決傳統教學過程中存在的問題，翻轉課堂成為了日常教學的主流方案。該方案使師生角色發生翻轉，讓學生成為了主體。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]。不僅調動了學生的學習興趣，還培養了他們自主學習、勤于思考的良好習慣。

單片機課程實踐性強、涉及面廣、理論內容抽象。在教學過程中，既要講解硬件組成、工作原理，還要教授程序設計、編程規范，更要幫助學生梳理軟硬調試思路。內容繁多，單憑既定課時的課堂講授，學生難以全面掌握。需要學生發揮自主學習能力，充分利用課余時間實踐練習。采用翻轉課堂教學方案后，教師可以充分利用現有的網絡資源，錄制教學微視頻，上傳到平臺。學生只要登陸平臺即可學習，使他們獲取知識的途徑不再局限于課堂面授。

3 翻轉課堂教學設計與實施

經典51單片機系統如圖1所示。它由時鐘系統、I/O端口、中斷系統、存儲單元、串口通訊單元組成。各單元之間相互獨立，協調工作，保證了單片機的正常運行。單片機工作原理，枯燥抽象，晦澀難懂，讓很多學生望而卻步。為了便于學生理解，本文在保留原課程知識體系完整的前提下，為每個知識點設計了貼近日常生活的項目式教學內容。采用“教中學、學中做、做中教”三位一體的理實一體化教學方法進行講授。使理論講解與實踐教學緊密聯系在一起，不僅讓學生掌握了理論知識，還培養了他們動手實踐能力。

圖1 51單片機系統框圖

各單元模塊對應的項目教學內容如表1所示。各項目涉及的知識點存在關聯，內容由易到難、層次遞進。一方面有助于緩解學生畏難情緒，便于引導學生自主學習。另一方面，通過對相關知識的反復操練，實現鞏固知識、加深理解的目的。

表1 項目式教學內容

本單片機課程翻轉課堂教學設計流程如圖2所示。將傳統教學模式改變為能夠充分體現學生主體地位的行動導向教學，學生自主探究，教師引導。從課程開始到結束，充分利用網絡學習平臺調動學生學習積極性，師生互動多樣化，逐步深入任務，直到解決任務。將復雜任務簡單化，突破教學難點。畫流程圖、模擬仿真，攻克教學重點。針對學生學習能力差異性分層教學，提升教學效果。最后利用學習平臺反饋學習情況，為教師在線評價提供依據。

圖2 教學設計框圖

4 教學改革措施與結果分析

4.1 教學內容改革

在保留原課程知識體系完整的前提下，為每個知識點設計貼近日常生活的項目式教學內容。將書本知識與生活應用結合起來，提高學生的學習積極性。鼓勵學生積極參加科技競賽，培養學生發現問題、解決問題的能力以及團隊合作、溝通協調的能力，實現“以賽促學”的教學目的。鼓勵學生積極申報單片機設計相關的校級課題，本著學以致用的教學理念引導學生自主研究、深入探索，提高創新實踐能力。

4.2 教學方法改革

采用翻轉課堂教學模式，構建“線上”、“線下”互聯的教學回路，充分發揮學生主體作用。教師在課前向“學習通”、“泛亞”等平臺上傳教學視頻與學習任務，引導學生查閱相關資料并消化吸收，培養學生自主學習能力。學生在線上預習的過程中，積極參與師生互動，提出疑問。教師整理學生反饋信息，在線下教學過程中，可以更有針對性的設計教學內容。

4.3 考核方式改革

當前，單片機課程的教學考核方式單一，多以期末考試成績作為學習評價的主要依據，而忽視了過程考核的重要性，難以準確區分學生的學習情況。使學生漸漸產生投機心理，平日不努力，期末搞突擊，忽視知識本身而專注解題技巧，違背了教學初衷。

本文基于翻轉課堂教學改革方案，對傳統單一考核方式進行改革，從平日表現、期末成績、科技競賽、課題研發多個方面對學生學習情況展開評價。具體方式如表2所示。

表2 考核方式

4.4 教學改革結果分析

在實施翻轉課堂教學改革后，學生的學習積極性顯著提高。表3是2019級學生成績統計表。兩個班學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，還是實踐操作都取得了較大提升。

表3 2019級學生單片機成績統計表

表4是近年來學生參加單片機開發賽項獲獎情況以及校級課題完成情況的統計。可以發現，教學改革后，學生對單片機課程興趣濃厚，學習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的準備過程中。在2020年舉辦的電子設計大賽和職業院校技能大賽中均取得了不俗的成績。

表4 教學改革前后對比

5 結論

本文對傳統單片機課程教學過程中出現的不足進行了分析，在此基礎上提出了翻轉課堂教學方案。從教學內容、教學方法、考核方式多方面著手，對傳統教學進行改革。充分發揮了網絡教學平臺在教學過程中所起的媒介作用，促進了師生互動，豐富了教學手段，完善了教學過程，提高了教學質量。在實施教學改革以來，成效顯著。學生的學習積極性高漲。越來越多的學生積極參與到技能競賽、課題研發的活動中來，形成了良好的學習氛圍。提升學生溝通協調能力、團隊協作能力的同時，也培養了他們獨立思考、深入探索、實踐創新能力。