基于SPOC的單片機技術翻轉課堂教學設計*

◆丁晨陽 方小坤

基于SPOC的單片機技術翻轉課堂教學設計*

◆丁晨陽 方小坤

單片機技術是一門實踐性要求較高的專業課。為減少課程理論和實踐之間的差距，改善學生學習效果，使用SPOC資源對單片機技術課程進行翻轉課堂的教學設計，讓學生根據自身情況進行學習，并在面對面的課堂中解決實際的單片機控制問題。重新調整后的課程提供給學生一種新的學習探索環境，有利于提高實踐能力和創新能力。調查結果表明，大多數學生對這種新的教學方式感到滿意。

SPOC；單片機技術；翻轉課堂

1 引言

SPOC（Small Private Online Course），即小規模、私有化的在線課程，是針對少數在校注冊的學生實施的一種課程教育。單片機技術課程是為揚州市職業大學應用電子專業二年級學生專門設立的、基于小班化教學的專業必修課，目的是使學生獲得單片機應用系統設計的基本知識，各主要環節的設計、調試方法，啟發學生進行程序調試與硬件電路設計。

隨著學校新的培養方案和教學大綱的頒布，需要對該課程的學時進一步壓縮，為保證學生在更短的學時內更好地掌握單片機技術，減少現有教學中理論和實踐之間的差距，本文考慮將單片機技術課程通過翻轉課堂的方法和SPOC資源進行有效融合，學生通過開放的SPOC資源學習單片機的理論知識，在課堂上則將所學理論應用到仿真平臺和真實的單片機系統中，從而提高實踐能力和創新能力。

2 單片機技術SPOC設計

在線課程本身的設計非常重要，考慮到教師精力等問題，本文依托學校提供的統一在線教學平臺進行了單片機技術SPOC的設計開發，在使用SPOC進行教學的階段，SPOC按照以下流程運行。

第一周：單片機的硬件結構。

第二周：數碼管的顯示原理和靜態、動態顯示。

第三周：點陣屏的原理和單片機接口的擴展方法。

第四周：獨立式、矩陣式鍵盤的使用。

第五周：定時、計數以及中斷的基本知識。

第六周：串口通信以及分布式控制系統的設計原理。

根據在線教育研究發現，人們注意力集中的學習不能超過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容分解為若干個學習單元，每個學習單元都包含如下內容。

1）短小的學習視頻（平均10分鐘）。為吸引學生對相關概念、重點知識的注意，視頻中表現出教師和動畫、和課件之間的互動。

2）補充材料。提供和視頻相一致的課件以及一些擴展性資料。

3）自測評價。測試題和作業的設計是引導學生進行自主學習的關鍵，學生完成測試題和作業后及時收到反饋，可以讓他們了解自己是否已正確理解學習單元的知識。

為學生創建好這樣的在線課程需要多個教師的合作，主講教師負責創建用于SPOC的視頻，制作視頻需要一臺電腦、攝像頭、麥克風以及Camtasia軟件。即使是使用原有成熟的課程內容，也要花費大約半天的工作時間才能完成1～2個10分鐘的小視頻。另兩位教師負責為每個學習單元開發測試題和作業，主要以選擇題和設計題的形式給出，此外還有一位現代教育技術專業的教師提供指導幫助，從學校層面協調SPOC制作標準。

?項目來源：2015年江蘇省現代教育技術研究課題“基于MOOC在線新型混合式實驗教學模式研究”（項目編號：2015-R-41962）；2015年江蘇省高等教育教改研究課題“SPOC在線與傳統教學模式深度融合研究”（項目編號：2015JSJG449）。

作者：丁晨陽，揚州市職業大學電子工程學院講師，研究方向為通信與信息系統；方小坤，揚州市職業大學電子工程學院講師，研究方向為光電檢測（225009）。

3 基于SPOC的單片機技術翻轉課堂

對于單片機技術這門實踐性要求較高的課程，期望通過翻轉課堂來提高學生的動手能力。在翻轉課堂教學中，學生成為課堂的主角，不僅可以提高學習的主動性，還可增加與教師交流時間并激發創造性，從而改善單片機技術課程的教學效果。重新整合后的課程教學主要分為課程初期、課程中期和課程后期這三個階段。

課程初期 課程在進行SPOC前兩周開始，這兩周用來讓學生準備好即將到來的六周的SPOC、與SPOC同步進行的課堂教學以及需要動手完成的項目。第一周包括對課程大綱的討論，告訴學生能從這門課程中學到什么，基本編程語言的復習，以及對各種單片機芯片的介紹。同時告知學生本課程不同于一般的課程，其學習負擔將遠大于一個傳統課程。第二周是一個詳細的關于單片機仿真軟件以及開發環境的討論，為接下來的課堂項目做好準備。

課程中期 課程中期SPOC教學和面對面課堂教學并存，持續6周，學生每周需要觀看對應本周的所有學習單元并完成相應的測試題和作業。每周開始，教師會發布本周翻轉課堂中學生要完成的項目任務，以提醒學生結合項目理解消化SPOC中的學習內容。為通過課程，學生不僅需要完成SPOC的作業與測試題，還需要完成實際的單片機項目。

在此期間，每周有兩次課堂教學，每次2節課。第一次課堂教學分為兩個部分：第一部分用來復習SPOC中獲得的關鍵性知識；第二部分討論本周需要完成項目的設計方案。第二次課堂教學并不在傳統教室，而是在實訓室進行（以小組形式開展項目，每組不超過3人），因為實訓室能夠提供給學生足夠的討論、設計和測試空間。學生將所設計的系統電路和程序先在仿真環境中測試，然后進行實際的單片機系統制作。

在單片機技術課程中，學生共需要完成6個事先設計好的項目：1）流水燈的設計，學習LED燈的控制；2）秒表的設計，學習數碼的顯示；3）電子廣告牌的設計，學習點陣屏的使用；4）記分牌的設計，學習按鍵的使用；5）六十秒定時器的設計，學習單片機中斷系統；6）分布式控制系統的設計，學習串口通信。

對于每個項目，學生都會收到關于下課前他們需要完成的任務的指導手冊，一般每個項目會安排有2～3個任務，任務的完成均需要由一個指導教師簽字。學生必須要證明自己的設計方案在仿真軟件里能夠有效運行，因為如果設計的系統和程序在仿真軟件中沒有效果，那么可能在實際的單片機系統中也無法獲得想要的效果。學生可以在課外進行項目設計，將在仿真軟件中運行正常的設計方案帶至課堂，節省課堂上實物制作和調試的時間。作為指導教師，則是把大部分時間用在回答各個小組提出的問題上，控制他們項目執行的進程，檢查設計方案及操作的正確性。

課程后期 SPOC結束后，距離本課程結束還有4周。最后4周用來進行由學生自選的單片機應用項目，每組的項目必須是不一樣的，學生可以使用各種型號的單片機以及各種類型的傳感器。完成項目后，每組都需要進行實際的演示以及項目陳述。

4 實踐成果

本文對參加本課程的80個學生進行了問卷調查，回收的樣本數為72個。調查結果顯示，基于SPOC的翻轉課堂教學比傳統教學效果更好（90%）；通過SPOC的學習很好地支持了課堂的單片機項目（88%）；課堂的實際項目有助于增強對SPOC中知識的理解（92%）；完成SPOC中測驗和作業所花費的時間適中（70%）；翻轉課堂中需要完成的項目的難度適中（75%）；課程考核方式提高了學生的參與度（88%）。

總的來說，學生積極評價了基于SPOC的翻轉課堂的教學方式。為了保證翻轉課堂教學，制作的SPOC重點關注了用于實際項目的理論知識，為學生準備的多數材料都是與此項目相關的測試和實例，因此較好地支持了課堂實際項目的完成。但不論是SPOC中的作業，還是課堂上的實際項目，學生認為難度有點兒偏高，需要花費很多時間，因此還需要進一步改進作業和項目內容。

從這次教學實踐來看，應用SPOC進行翻轉課堂的教學是一次很有意義的嘗試，具有若干優點。

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

2）這種應用SPOC進行翻轉課堂的方法完全改變了以往的教學模式，從以前課堂中教師傳授知識、學生被動接收，轉變為學生為主要角色，教師在學生的學習過程中起答疑、指導的作用；

3）翻轉課堂將學習目標演化為如何應用理論知識完成實際的任務，讓學生獲得實際應用能力的提高，而不僅僅是學習了一些知識；

4）教師可以根據學生和SPOC之間的交互數據（學生接入次數、對每個學習單元所花費的時間、測試結果等），不斷改進課程材料。

5 結論

本文提出將SPOC引入單片機技術課程進行翻轉課堂的教學，使學生成為課堂的主角，并能夠根據自己的實際情況進行學習，學生在面對面的課堂中開展實際單片機項目，有利于他們理論聯系實際，提高實際應用能力和創新能力。后續工作方面，本文將根據教學體驗以及來自學生的反饋，不斷完善單片機技術課程的教學內容，并將對基于SPOC的翻轉課堂教學方式與傳統教學方式下學生對單片機技術課程的學習效果進行比較。

［1］曹洪龍，胡劍凌，俞一彪，等.利用微課翻轉課堂優化DSP實驗教學探索［J］.西南師范大學學報：自然科學版，2015，40（10）：191-196.

［2］張志洲，劉昆，肖凱，等.基于SPOC的航天電子設計課堂翻轉教學設計［J］.高等教育研究學報，2015，38（4）：57-62.

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

［4］王娜.基于翻轉課堂的單片機教學改革研究［J］.通化師范學院學報，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