項目驅動下“單片機”翻轉課堂教學模式探索

別 磊，孫德志，姜 波，胡 晶

（長春光華學院，吉林 長春 130033）

0 引言

國家提出的“新工科”人才培養戰略，要求培養工程實踐能力強、創新能力強、具備競爭力的高素質復合型人才，同時要求縮小傳統教學模式下高校人才培養與企業需求之間存在的差距[1]。高校進一步探索更加個性化、多樣化和全方位的人才培養模式，以適應國家發展的需要。單片機也稱單片微控制器，是一種集成電路芯片，在智能家居、工業控制、航空航天等領域都具有重要且廣泛的應用[2]。熟練掌握單片機系統的設計和控制，不僅有助于提升知識技能和實踐能力，更有利于提高創新水平，滿足社會對應用型人才的需求。

針對長春光華學院機械電子工程專業“單片機”課程教學過程中存在的若干問題，提出了一種項目驅動下單片機翻轉課堂教學模式，并利用現有教學資源對教學過程進行了重構，達到了提高學生的學習興趣，調動他們的主觀能動性，促進學生進行專業探究與實踐。

1 “單片機”課程教學現狀分析

“單片機原理及應用”是機械電子工程專業的一門核心專業課，涉及多個學科、多個專業的內容，具有很強的實踐性和綜合性[3]。目前國內很多高校對該課程教學已由傳統講解模式向案例教學或項目教學模式轉變[4]，意在解決課時數少、學生實踐操作時間不充足的問題，但在課堂教學的實施過程中仍存在以下幾方面的問題：

（1）學生預習效果差

課堂教學若要有好的教學效果，需要學生帶著問題或者目標進入課堂，并跟著老師講課思路積極主動尋找答案。這要求學生在課前能進行預習并且對課堂要講內容進行深度思考。但由于學生自制力差、積極性不足、教師對課前階段的掌控不足等問題，往往導致學生沒有達到預定的預期效果。

（2）理論部分講授過多

單片機課程內容涉及知識面較廣，且多數知識點晦澀難懂，這也就導致了教師在理論部分講授上占用大部分時間。此種方式難以發揮學生的主觀能動性。

（3）項目之間關聯度小

不管是項目教學中的實踐項目還是實驗課程中的題目，都在一定程度上受課程內容的限制，從而導致項目相互之間的關聯性較小，缺少設計性和團隊協作能力的鍛煉。

（4）過程性評價體系不夠完善

傳統課堂模式的成績評定忽略了學生在學習過程中的階段性成果，所以很難對學生學習質量做出有效、客觀、公正的評價[5]，因此，對學生的學習質量評價更應側重于應用能力和過程。

2 項目驅動下的翻轉課堂教學模式改革

項目式教學法是在教師的指導下，將相對獨立的項目交由學生進行協作完成全流程的設計與評價[5]。翻轉課堂是一種打破傳統課堂模式，將課堂內外時間進行重構，學生從被動接受知識向主動探究知識轉變，教師的角色也從知識的灌輸者變成課堂管理者。以上2 種教學方法都是為了解決學生學習過程中的內驅力以及理論與實踐脫節的問題。任何形式的學習過程都必須有內驅力作為學習動機，同時要結合行之有效的學習方法才能達到良好的學習效果，這也就使得項目式教學與翻轉課堂有機融合相輔相成成為一種可能。

在基于項目驅動的單片機翻轉課堂的模式下，項目任務是內驅力，是完成課程任務的有效動機。而僅僅有項目卻沒有完成項目的能力也僅僅使之成為空中樓閣，因此需要使學生在開始項目之前具備一定知識素養與技能素養。所以在該模式下按照時間順序設置三種課程類型，即先導課、驗證課、項目課。針對課程類型、內容、難易程度等因素的不同調整課時安排。導課教師首先由導課引領學生完成基礎理論和操作方法的學習，使學生對后續課程的學習具備一定的基礎，以便后續課程的展開，過程見表1。驗證課程中，需要對完成項目所須的知識與技能進行有針對性的學習，在此學習過程中使用翻轉課堂的形式。對學生課前學習質量進行監督，包括學生的學習時長、學習質量、是否提出有效的問題等。課中針對普遍存在問題做統一解答，對組內的問題進行單獨答疑，同時對課堂的進度與秩序進行管控。課后對學生的課堂測試進行總結分析，實現對學生學習質量的監控。項目課程中，明確小組任務，組員之間配合完成任務，鍛煉學生的團隊協同能力。在課程中適當融入課程思政元素，厚植愛國主義，激發學生的使命感與價值認同。教師在整個過程中負責答疑及進度管理。進行任務分配時每個獨立項目中的子項目又分為基礎項目、提升項目和綜合項目，設計漸進式的教學目標和與之匹配的評價標準，學生根據自己的學習能力、知識儲備等因素自行決定所做的項目內容，最后與其他組員共同進行項目調試與結項。

表1 項目驅動下單片機翻轉課堂教學安排表

3 典型項目教學案例實施過程設計

電飯煲定時器系統設計是單片機項目式教學中的一個典型項目，主要實現的是電飯煲的功能操作、定時顯示、提示音等功能，其中包含中斷定時器、數碼管顯示、獨立鍵盤、繼電器控制、蜂鳴器等重要章節內容。通過此項目的實踐，能夠增強學生對單片機中軟硬件設計的綜合應用能力。

對于先導課程使用常規教學模式，著重使學生掌握單片機實驗板的結構組成及電路原理、C 語言基礎知識以及LED 小燈的點亮，熟悉keil 編程軟件、STC-ISP 程序燒錄軟件、PROTUES 軟件的使用。設置隨堂測驗，對學生的學習質量進行監控，具體的完成內容要求見圖1。

圖1 項目驅動下單片機翻轉課堂內容安排

驗證課程即對上述項目包含章節內容進行逐一學習實踐，驗證課程使用翻轉課堂的形式，首先在課前發布項目計劃安排與知識點清單，針對課程內容發布一定量的學習視頻與參考資料供學生自學。設置課前預習測驗題，用于督促和檢驗學生在課前的學習質量和進度。設置課前預習內容提問單，便于老師掌握學生的問題，并在課上及時解決。課上學生在自己的小組內進行學習討論，也可以與老師進行實時互動交流。課上使用開發板對預習內容進行操作驗證，并及時與老師反饋實踐成果，教師需對學生的成果進行評分。學生完成課后測驗或作業并進行內容小結，開始下一次驗證課程的預習。

在項目課程中，學生已經對完成預定項目具有了一定的知識和技能基礎，但是由于學生的學習能力、課程專注度、主觀能動性的差異，導致學生對驗證課程中的內容掌握情況不盡相同。因此在項目課程課前進行任務布置時，由組長與組員進行協調確認自己所承擔的任務難度。在課上各小組之間可以進行研究與討論，共同推進項目進行。在課堂上要求學生控制12864 顯示屏，在程序初始化時展示“熱烈慶祝建黨百年”“我愛祖國”等字樣。老師在最后一次項目課上對各組的完成情況進行評分記錄。課后學生需完成的是本次項目的完成總結與收獲心得報告。

在整個項目驅動下的翻轉課堂教學過程進行中，老師主要的作用是進行監督和引導，把更多的時間留給學生，幫助學生探索更深層次的知識并內化成技能，同時啟發學生的好奇心，培養學生的自學能力與團隊協作精神。通過驗證課程在翻轉課堂模式下的逐步完成，為后續項目課程打下基礎，同時驗證課程又作為項目課程在翻轉課堂模式下的預習部分，形成了雙層翻轉課堂的教學模式，進一步提升了學生知識素養和技能素養。

4 實踐效果評價

研究選取2017、2018 級機械電子工程專業2 個班級“單片機原理及應用”課程總成績進行統計分析（表2）。該成績包含各種隨堂測試成績、階段測試成績、項目評分成績等之和（占總成績70%）。

表2 學生成績統計表

在實施該教學模式后，由2 年的成績統計可知，4 個班級單片機課程均取得較好成績，學生對知識的理解和掌握程度均有較大范圍的提升，通過項目式教學的設計和實施，學生對單片機課程產生了濃厚的興趣，并在一定程度上鍛煉了學生的自制力和協作精神。在翻轉課堂模式的引導下，學生的主要學習時間由課上向課上課下相輔相成的形式進行轉變，提升了學習的內驅力，學生對于此種教學環節設計能積極配合和參與，提升了學生的動手實踐能力，學生的認可度高，對學生的后續課程學習產生了積極影響。

5 結語

項目驅動下的單片機翻轉課堂教學模式在一定程度上激發了學生的學習興趣，提升了學生的自主探究能力和解決實際問題的能力，培養了學生的創新意識和團隊協作意識。在項目目標的驅動下，學生加快了對知識的內化進程，使之迅速轉化成為理念和技能。解決了課時少、過程性評價體系缺乏等問題，并將課程思政有機融入學習中，培養了學生愛國情懷。但是，在課程教學過程中同樣存在一些問題，如教師對課堂進度的把控不到位，學生主觀能動性差等問題，因此，要想使此種模式更加高效、合理的服務于“新工科”人才體系的培養，還需要繼續深入研究與探索。