基于翻轉課堂的單片機雙語教學實踐

（廣西科技大學機械工程學院，廣西 柳州 545006）

○、引言

雙語教學是指在教育過程中，有計劃、有系統地使用兩種語言作為教學媒體，經過若干階段的訓練，使之能代替或接近母語的表達水平。積極推進雙語教學實踐，是我國高等教育國際化的戰略選擇［1］。教育部2001年頒發的高教［2001］4號文件指出，本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學，力爭外語教學課程達到所開課程的5%-10%［2］。

翻轉課堂是以學生為主體、以教師為主導的一種新型教學模式。1996年，美國Maureen J.Lade和Glenn J.Platt等提出翻轉課堂的雛形，并在微觀經濟學原理課程教學中進行實踐；2000年美國學者Maureen Lage，Glenn Platt［3］等在“翻轉課堂：創建全納學習環境的路徑”的研究中，根據經濟學入門課程的教學實踐，對翻轉課堂進行研究。李允［4］對國內外的翻轉課堂的發展路徑及現狀進行了研究，根據教學活動的復雜性、教學改革的規律性，闡述了對“破壞式創新”持謹慎態度的見解。張磊等［5］在單片機的翻轉課堂中，通過加強課后輔導，以促進思想與觀點的交流與碰撞。教學的改革與研究是一個長期、艱巨的探索過程，教學實踐中新的困難與新的不適應環節會隨著科技與社會的發展而產生，其中相當一部分可能會存在較長一段時間。隨著機器學習研究成果的集中爆發，“教育+人工智能（AI）”正成為教育面向未來、實現個性化教學的關鍵。在新工科的形式下，通過大數據、云教育、慕課與傳統教學方式的融合，推動基于雙語教學的翻轉課堂的開展，逐步打破現存教育發展堅硬的玻璃天花板。

本研究提出基于內反饋與緊耦合的單片機雙語教學翻轉課堂的教學模式，使學生通過課程的學習，掌握單片機的基本原理，并具備一定的采用英語進行專業交流的能力。

一、單片機雙語教學的必要性、可行性與現狀分析

（一）大學課程開展雙語教學的必要性

與計算機技術相關的前沿理論、技術等大都源于以英語為母語的歐美國家，其對應的軟件與硬件產品的技術說明書，以及前沿領域的專業資料與學術論文等，大部分也采用英文撰寫。隨著知識更新的加速，學術研究的國際交流日益頻繁，我國需要更多具備國際交流與合作能力的專業人員。大學課程開展雙語教學既是學生學好專業知識的需要，也是學生將來專業發展的需要。

（二）單片機課程開展雙語教學的可行性

我國從初中到高中直到大學都設置了英語課程。在大學三四年級時，大學生們基本通過大學英語四級考試，部分甚至通過了大學英語六級考試，具有了一定的英語聽說讀寫以及英文專業文獻的閱讀能力。

單片機等計算機類的專業課程一般在大三、大四開設，此時學生已完成計算機基礎等課程的學習，對相關名詞與概念也有一定了解。另外，相對于控制工程、機器人等理論性較強的專業基礎課，單片機課程沒有復雜的理論推導，也沒有抽象的數學模型，而且來源于以英語為母語的國家，具有開展雙語教學的天然優勢。

（二）單片機國內雙語教學的現狀分析

在我國，單片機的任課教師基本上是工科出身，他們閱讀專業英文文獻的能力較強，但是在教學時往往存在口語表達不流利、發音不標準的情況。另外，一些大學聘用外教擔任該門課程的任課教師，但由于他們大部分不懂中文，而學生的英文水平還沒有達到自由交流的程度平，所以雖然有專業輔導老師的全程陪同，但輔導老師要么是專業水平跟不上，要么是英語交流同樣存在困難，致使師生交流存在障礙，從而影響課程教學效果。同時我們還發現，雖然本土的專業教師的口語讓人聽起來感覺別扭，課堂用語常顯生硬，甚至夾雜著中國式英語，但是在遭遇溝通障礙時可臨時改用母語來表達，予以補救。從純粹的專業知識的教學來看，本土教師的教學效果反而比專業外教的好。

二、基于雙語教學的單片機翻轉課堂

（一）線上教學的實踐與研究

單片機是軟件與硬件結合緊密的一門課程，相應的硬件結構例如芯片的引腳、寄存器等是用英文來命名的。與之對應的C語言、匯編語言的關鍵詞、指令等都是以英文或者英文縮寫的形式表達，因此教案、PPT等教學資料全部用英文呈現給學生。同時，對于諸如CPU結構、P3口第二功能、定時器∕計數器、中斷系統、串口通信、A∕D轉換等內容盡量采用圖、表，圖示的信息標注與表的內容也同樣采用英文，這樣更容易讓學生一目了然。總之，單片機采用英語授課顯得自然而貼切，且有利于學生對基本原理、指令等的記憶與理解。

據筆者的教學實踐發現，在線上課程開始時，一節課講解的內容約為常規的70%。隨著學生慢慢進入學習狀態，經過2-3周（每周4課時）之后，一節課可以講解常規內容的85%左右，學生閱讀教材也順暢起來。在大學本科生中進行雙語教學，專業知識與英語表達的學習并不沖突，也沒有給學生增加過多的、額外的學習負擔，反而可增強他們迎難而上的決心。

在線上教學的輔助教學材料中，筆者上傳了專業詞匯中英文對照表，給出部分講義的譯文，以幫助學生克服語言障礙，也有助于區分同一概念、定義等在中英文中的不同表達習慣與表達方法。而所布置的預習、課后作業、即時測驗題和課外制作的前期準備工作等，除第一次采用中英文對照外，后面的部分全部采用英文表達，讓學生在英語語境中初步掌握單片機的基本概念、工作原理以及應用。

（二）線下教學的實踐與研究

1.基于內反饋的課程教學實踐

與線上教學一樣，教師與學生在線下進行交流時，有關硬件結構（如P3口第二功能）、指令系統、匯編語言程序設計等內容，使用英語進行交流的比例達到85%以上；學生之間的交流也推薦這個比例，并由教師監督執行。而有關定時器∕計數器、串口通信、中斷技術以及系統擴展等偏重于技術應用的部分，考慮到國內與之相關模塊的硬件技術比較成熟，應用也較普遍，日常的專業表達傾向于漢語習慣，所以漢語講解的比例相對有所提高。但是若涉及基本概念、專業術語、關鍵詞等時，對應的句、段一般要求以英語表述。在教師提問的環節，如果是針對學生的薄弱環節或者比較生疏的部分，一般采用中英文結合的方式進行，并適時地與學生一起將部分典型的中文對話轉換為英文，讓學生練習如何用英語表述相關的基本原理、概念、專業理論知識等并增強語感。

通過交流，教師以學生的學習狀況作為反饋信息，對教學進行調整，如針對學習落后的學生進行答疑，使他們趕上教學進度。在課程教學中，教師對學生的評價是課程教學的組成部分，其關注點側重于專業知識與專業詞匯的掌握，以及采用英語表達專業知識的能力，也包括學生的學習態度與方式等方面。作為反饋的方式之一，教師全面、準確的點評直接影響課堂教學的效果［6］。其充滿慈愛、期盼、鼓勵的點評，是學生進步中錦上添花或雪中送炭的助力與溫暖，會滲透到學生人生旅途當中。

在線下教學的交流過程中，教師需要有良好的親和力、洞察力和耐心。學生作為推動未來發展的重要力量，在嫻熟掌握專業知識的教師面前，面對浩瀚的知識海洋，他們似乎并不顯眼，甚至困惑不已，但從長遠的角度看，他們生機勃勃、思維敏銳，相對于教師而言，有著不可限量的未來。

一個真正熱愛學生、熱愛教學的教師，在教學過程中容易形成暢通的反饋通道，并與學生產生情感共鳴。在教學實踐中筆者發現，由于擁有嫻熟的專業知識，即使教師的講解存在中國式英語，但課程教學總體上還是比較受學生的歡迎，他們也肯定了教師在嘗試與探索中所做的努力，并愿意與教師一起維護課堂，共同研究提升教學效果的方法。另外，據筆者觀察與分析，教師所展現的專業能力與學術魅力，容易讓學生形成心理上的期待和超越老師的動力與決心；有利于學生擺脫以謀生存為目標，一味被動地迎合不夠理性的社會需求的困境；也容易激勵他們探索未知世界、引領社會未來的責任感、使命感。反之則容易產生“單邊邏輯”現象，即教師只顧自己這一方的講解是否符合邏輯、是否正確，卻忽略了學生的反應與教學的實際效果，使教師難以把握學生的學習節奏，從而使教學系統容易趨向于不可控、不穩定的狀態。

學生采用英文（或中英文交替）在課堂上進行討論與交流，將自己對基本原理的認識與理解在課堂上進行充分展示，可發現自己或者對方理解上的偏差。學習被動的學生可激活其蘊含的積極因素與內心的渴望，樹立自信心；學習落后的學生可以攻克其薄弱環節，迎頭趕上；而學習超前的學生容易產生積極向上的成就感。同時，學生的英語表達能力在交流與討論中也可得到充分的鍛煉。

2.基于緊耦合的課外實物制作

在課程教學中，案例教學法有利于提高教學效果，是理論教學的自然延伸。在實物制作環節，筆者根據實驗的目的與內容，先進行仿真，得到可行的設計方案，包括電子元器件的選用、硬件電路的設計、程序的編寫等，然后進行電路板制作、控制本體的設計與制作等，最后進行系統的調試。本次教學實踐基本由學生自主完成的某精密微稱重裝置的系統電路原理圖如圖1所示。該裝置的傳感器采用HX711模塊，其中GND接地，A-、A分別接傳感器電橋的對角線這兩個引出點。系統調試完成后運行效果如圖2所示，圖示中5枚1元的硬幣、4枚5角的硬幣以及1枚1角的硬幣共重46g；經過測試檢驗，該系統的精度可達1g。

圖2 實物制作運行成功圖示

本課程的一些輔助設計軟件，如Keil編譯軟件、Proteus仿真軟件、Wave6000軟件等都是采用英文的非漢化版本。通過在英語編程環境中進行程序調試（Debug），鍛煉學生的找錯、改錯能力，并引導其養成在英文環境中思考和解答專業問題的習慣。學生在系統調試時，實際上就是根據所學的理論知識對實驗現象進行分析、研究，可看作理論知識與實踐操作相互作用、相互耦合的關系。學生通過將理論知識與實踐相結合，鞏固所學的基本原理、定理與概念，并獲得新的領悟、新的見解。本研究所提出的緊耦合，一是指課題的設置與學習的目的緊密相關。二是作為課程教學的組成部分。學生通過理論與實踐的多次循環，從探索中掌握相應的原理，驗證科學家發明的結論，了解知識形成、發展過程，并體會到科學探索與發現的艱辛。而這種制作中實踐與理論緊耦合的特性，有利于擴展課程學習的邊界，化解影響學生學習的隱性因素，減少學習的死角。在翻轉課堂的實物制作環節中，教師也盡量不去影響學生的自主思考。比如在設計過程中，相應的技術方案、電路設計、程序的編寫、系統的調試以及控制對象的實物制作等，都是學生的自主行為，教師的指導在該環節中的體現不明顯。另外，隨著科技一日千里的發展，在高等教育階段，教師也不再是知識的唯一傳播者，也不一定是前沿研究的長時效的引領者；在技術進步的面前，孜孜以求的莘莘學子才是新時代的弄潮兒。

在本課題的開展過程中，若系統調試遇到困難或者無法進行下去，一般可以認定所設計的系統存在問題：或者由于對基本原理的理解錯誤而致使設計存在錯誤；或者所設計的系統存在錯誤，與基本工作原理不符合；或者是所設計的系統依據的基本原理不能解決該問題；或者是設計者對需要完成的任務不明確，導致技術路線不合理，等等。這時候要根據設計目標、擬采用的基本原理、系統調試時的現象，進行仔細分析、反復揣摩，查找錯誤的原因所在，逐個排除故障，直至將系統調試成功。在課題進行過程中，學生學習的薄弱環節容易暴露出來，這時可以根據實際情況查閱資料或者互相討論與探索，及時地查漏補缺，糾正原來的錯誤認識，鞏固所學知識。另外，學生通過實物制作環節，可認識到理論知識在工程實踐中的指導意義，從而重視理論知識的學習。

3.基于雙語教學的翻轉課堂分析

在單片機雙語教學中，筆者參照水激石則鳴的現象，并根據教學的實際情況，采用“阻礙教學”的方法：在理論教學環節，適當增加學習難度，調整教學的形式與方法，比如設置部分似是而非的結論，讓學生經過探索獲得柳暗花明、峰回路轉的效果；在實物制作環節，設置符合大學本科專業難度的課題，以展現學習過程中的溝壑。讓學生通過推敲、揣摩、比較與篩選，去粗取精、去偽存真，從最初對各知識點具有一般性認識，到通過勤勉努力，最后克服困難，跨越溝壑而完全掌握相應的基本原理，并發現自己科學研究的能力。另外，學生在學習與實踐過程中，經常會有獨特的見解產生。對于學生經過認真思考得出的結論或者方法，無論正確與否、合理與否、可行與否，教師都需要予以充分的鼓勵與肯定。對于不正確的認識，可采用教師、學生之間多方交流、探討的方式查找原因，實現學生的認識從不正確到正確、從不完整到完整的轉變。在條件允許時，支持學生參加各類大學生創新比賽活動，甚至可鼓勵學生試著用英文總結自己的發現與見解，培養學生用英文進行寫作和交流的能力，使其成為學生專業發展的支點［7］。本課題的遞進式翻轉課堂如圖3所示。

圖3 單片機新型遞進式翻轉課堂示意圖

圖3中，“教師”的字體逐漸減小，而“學生”的字體逐漸增大，這表示教師指導的信息量隨著教學進程逐步深入而減少，而學生學習的自主性則逐步增強。這與Saridis（薩里迪斯）提出的IPDI（Increasing Precision with Decreasing Intelligent）原則“精度隨著智能的降低而提高”具有相似的體系結構與機制［8］。

教學是一個多變量相互作用與耦合的系統。學生方面的情況主要是指學生的專業基礎，英語聽說讀寫的能力，在教學中的參與程度，態度是否端正，精力是否集中等；教師情況主要涉及講課方式、教學組織能力、課堂調控能力、英語的聽說能力，也包括專業水平、捕捉本領域前沿研究的敏銳力等方面。教師后兩項的水平越高，越能抵御翻轉課堂中的不確定、消極因素，也越有利于學生開展新的學習和研究等。由于在課題研究的實踐中，通過在一定程度上對現存教學模式采取適度打破的方式，所形成的新型教學模式具有較強的即興性，所交流的內容、學生的提問以臨時性的居多，難以準確預測，但也正是這種不確定因素的客觀存在，容易使師生通過思維的碰撞產生靈感。

三、結論

本教學實踐為避免學生在學習過程中陷入盲人摸象的困境，通過反饋以便能夠更加全面、準確、及時地反映教學情況，形成有效的信息交流渠道，使學生得到正確的判斷與認識；同時通過增設基于基本原理的實物制作等課外活動，使學生加強對基本原理的理解、鞏固。

本研究將雙語教學引入翻轉課堂中，雖然由于語言障礙，一定程度上增加了學生的學習困難與教師的工作難度，延緩授課進度，但是磨刀不誤砍柴工，通過雙語教學的翻轉課堂，可以提高學生閱讀專業外文資料的能力，以及學生的軟、硬件的設計能力，實現新工科建設下的“人才培養的新模式、教育教學的新質量”［9］，從而實現教師的教育理想——遇見學生的美好未來。

［致謝辭］

本課題研究的開展得到華南理工大學姚錫凡老師與西南交通大學劉斌老師百忙之中的指導，在此致以誠摯的謝意。