MOOC下的單片機原理及應用翻轉課堂的教學研究與實踐

王南蘭 李建奇 秦橋 雷順華

摘?要：信息化的時代，MOOC教學成了熱點話題，我們依托單片機原理及應用的MOOC有效地解決了課時少、知識點多的問題。課程校企合作構建知識體系，采用翻轉課堂及混合式教學模式，形成了開放式教學特點。對課程的授課形式進行整體設計，分成“課前自學、課內深化、課后升華”三個階段，將課程的“三位一體”的教學目標定位為“懂原理，會連線，能編程”。多元化的動態(tài)跟蹤考核方式貫穿整個教學，從課前、課中到課后動態(tài)跟蹤考核系統(tǒng)實時記錄學生的學習過程的各個時段，將以教師為主體的教學模式轉變?yōu)橐詫W生為中心的教學模式，但也存在著相應的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，文中給出了相應的思考和建議。

關鍵詞：MOOC;混合式教學;翻轉課堂;開放式教學;單片機原理及應用

The?teaching?research?and?Practice?of?the?Flipped?classroom

of?singlechip?Microcomputer?Principle?Course?under?MOOC

Wang?Nanlan?Li?Jianqi?Qing?Qiao?Lei?Shunhua

Hunan?University?of?Arts?and?Science，College?of?Computer

and?Electrical?Information?Engineering?HunanChangde?415000

Abstract：In?the?information?age，MOOC?teaching?has?become?a?hot?topic.Relying?on?the?principle?course?of?single?chip?microcomputer，MOOC?has?effectively?solved?the?problem?of?less?class?hours?and?more?knowledge.Knowledge?system?is?build?for?Universityenterprise?cooperation，the?characteristics?of?open?is?formed?for?the?blended?teaching?method?of?flipped?classroom.The?teaching?form?of?the?course?is?designed?as?a?whole，which?is?divided?into?three?stages：selfstudy?before?class，deepening?in?class?and?sublimation?after?class.The?trinity?of?teaching?objectives?goal?is?positioning?as?"understand?the?principle，be?able?to?connect?and?enable?program".It?changes?the?teachercentered?teaching?mode?into?studentcentered?teaching?mode.However，there?are?corresponding?advantages?and?challenges.The?corresponding?thinking?and?suggestions?are?given.

Keywords：MOOC;blended?teaching;flipped?classroom;open?teaching;principle?and?application?of?single?chip?microcomputer

《單片機原理與應用技術》這門課程面臨著這樣的問題，一方面，技術的發(fā)展促使上課內容發(fā)生巨變;另一方面，課時的限制又制約著《單片機原理與應用技術》課程的授課效果[1]。湖南文理學院是一所地方應用型本科院校，在應用轉型的契機下，學校和企業(yè)合作，共建課程，由企業(yè)審核所教授的知識點，提供講授的相關案例、項目，課程設計由企業(yè)工程師和學校老師共同指導，課程先后在超星泛雅的“學銀在線”和“愛課程”網(wǎng)站上線，面向全校3個院系計算機與電氣工程學院、機電工程學院、數(shù)理學院，6個專業(yè)開必修課，面向全校開公選課，提高了學生的學習興趣，提升了教學效果和學生的滿意度。

1?單片機原理及應用的MOOC呈現(xiàn)

單片機原理及應用作為一門專業(yè)基礎課，對學生專業(yè)能力的培養(yǎng)起著舉足輕重的地位，傳統(tǒng)的教學法，學生的學習局限于老師的課堂講授，知識的獲取途徑單一，不符合00后的“構建主義”思維模式，傳統(tǒng)教育也將“學”和“做”分離了，理論和實驗學時分配不合理，重“理”輕“實”，學生動手能力差。同時單片機的“軟”和“硬”也是分離的，實驗箱的硬件早就固化好了，只需編程實現(xiàn)就行，學生綜合應用能力差[24]。針對這些傳統(tǒng)教學問題，教學團隊根據(jù)這些年技術的發(fā)展規(guī)律和進程，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，校企合作，與超星泛雅公司和廣州粵嵌通信有限公司合作，借鑒了多本教材和課程，確立了課程的開放式教學特點，同時抓好虛擬仿真實驗實訓項目建設，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，教學特色具體體現(xiàn)在下面三個方面：

1.1?知識體系的開放性

校企合作，對知識體系進行了重構，打破了章節(jié)的限制，把知識分為了導學篇、工具篇、基礎篇、應用篇、提高篇和創(chuàng)新篇，根據(jù)實際情況，拆解知識的重點和難點，采用任務驅動和項目驅動，融理論到實踐中，讓知識“活”起來，學生真正把知識轉變?yōu)榧寄埽缬沙鞘幸雇矶嘧硕嗖实哪藓鐭簦瑢氲綄W生對各種流水燈的學習中，學生學習后，至少可以用三種不同的C51語句實現(xiàn)流水燈的編程，而且流水燈的變換形式也有多種。例如從企業(yè)引入的實際項目：基于MODBUS總線的數(shù)據(jù)采集與開關控制系統(tǒng)設計，從硬件設計到軟件仿真，到編程實現(xiàn)，讓學生有“跳一跳”的機會，令學生體驗到了知識到能力的力量，有利于激發(fā)學生的學習興趣。同時各篇章還能跟隨技術的發(fā)展變化動態(tài)更新教學內容。尤其是創(chuàng)新篇，加入了學生參加電子設計大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的作品展示，持續(xù)更新中，拓寬學生的學習視野，提升學生的學習興趣。

1.2?教學空間、時間的開放性

將傳統(tǒng)的課堂教學延展到了“互聯(lián)網(wǎng)+”的虛擬空間，以及企業(yè)的實際環(huán)境中。空間的開放也帶來了學生學習時間的開放，除了課內的學習時間，課外，學生可以自主定時間隨時學習。通過600分問卷調查表明，信息化教學后，學生課外的學習時間都有所提升，其中成績名列前茅者，無論是期末成績還是設計制作能力都有較大提升，學生之間的動手能力的差距在增大。學生碰到問題，可隨時、隨地線上解決，教學空間、時間都得到了極大的延展。學生在教學與實踐的“軟”環(huán)境中，學生能充分地發(fā)揮主觀能動性，動手實踐，大膽變革，真正實現(xiàn)了以“學生為中心”。

1.3?課程學時的開放性

不同專業(yè)、不同學時的學生，可分別選用不同的知識點，實現(xiàn)了個性化、分層次的教學，學生學習的自主性大大加強。不同專業(yè)的老師共同建課，有利于交流和共同創(chuàng)造，即擴大了視野，也促進了交流。課程中的老師就來自于3個不同的院系，其中機電院的老師就帶來了國際機器人大賽的一些成果，例如將舵機的控制融入定時器產(chǎn)生PWM波的應用中。數(shù)理院的老師帶來了物聯(lián)網(wǎng)競賽的相關成果，例如如何利用WiFi等做一些控制。計算機與電氣院的老師把電子設計競賽的相關經(jīng)驗帶入到課程中。學生視野開闊了，相應的能力和素質也隨之增強，在學科競賽中，獲得了湖南省電子設計大賽的和物聯(lián)網(wǎng)大賽的團體總分第一名。

2?單片機原理及應用翻轉課堂的實現(xiàn)

根據(jù)地方院校應用型本科的定位和學生的學情分析，把課程的“三位一體”的教學目標定位為“懂原理，會連線，能編程”，精簡課堂上的教學內容，對翻轉課堂的實施進行整體化設計，分成“課前自學、課內深化、課后升華”三個階段[2]。

2.1?課前自學

學生過導學微視頻和MOOC學習單片機的內部功能部件或外設的工作原理，學習硬件的連接，并完成課前預習題或討論，老師根據(jù)課前預習題的答題情況或線上討論情況，決定課堂的講授內容。例如：定時器/計數(shù)器的工作原理，學生通過課前學習要求掌握：（1）定時器/計數(shù)器的工作過程;（2）控制定時器/計數(shù)器的特殊功能寄存器;（3）定時器/計數(shù)器的初值計算;（4）定時器/計數(shù)器的初始化過程。老師可根據(jù)課前習題統(tǒng)計或線上討論知道學生對哪個問題掌握得不夠好。對三個專業(yè)的學生習題統(tǒng)計結果來看初值的計算和定時器/計數(shù)器的初始化過程較難，因此上課時學生講解后，老師還進行了串講。對三個學期的學生課前學習情況統(tǒng)計表明，大部分時候學生對知識點掌握不好的地方大體相同，上了一兩輪課后，可在必要的地方增加一些線上討論，增強學生課前理解，溝通力也會增強。

2.2?課內深化

由于一部分教學內容移到了課前，課堂中可以有3～4組學生進行翻轉課堂，講述定時器/計數(shù)器的工作原理，老師再根據(jù)情況進行串講。

講完原理后，由和企業(yè)制定的任務點進行任務驅動式教學，例如數(shù)碼管的0～9的靜態(tài)顯示，再分小組進行討論實踐，根據(jù)示例改編程序，實現(xiàn)功能應用上的相應的提升，對現(xiàn)象和程序小組間互評，小組總結后由老師進行點評和串講。

對300名進行了混合式教學的學生的課堂效果進行了跟蹤，和傳統(tǒng)課堂教學的300名學生的課堂效果進行對比，由于課前學習的充分性，混合式教學班，課堂活躍度明顯提高，教學內容相同的情況下，教學時間明顯縮短，例如流水燈的講解中，分的十組中，提供了三組案例，學生做出了15種不同的花樣。傳統(tǒng)課堂教學的學生大多課前準備不夠充分，學生在做案例時，會有準備不夠充足的感覺，上手不快，做的過程中出現(xiàn)的問題也會多一些，時間上也花得多一些。

2.3?課后升華

課后給學生提供大量的仿真資源，仿真資源分為基礎原理性的、綜合性的和創(chuàng)新性的，學生根據(jù)自身情況，選做易、中、難的案例，可分小組進行，學生可相互交流，然后在線提交作業(yè)，也可以自選命題，小組制作。上傳作業(yè)中的優(yōu)秀者會在下一節(jié)課中展示出來，調動了學生的學習積極性，在學生中很受歡迎。

3?總結

通過三學期的線上線下運行，對自動化、通信工程、智能建筑、光電、物聯(lián)網(wǎng)、機電六個專業(yè)的教學來看，不同的混合式教學改革目標，其實現(xiàn)方案不一樣，教師進行的教學設計不一樣，學生在課外學習的投入不一樣，學生在課堂里的思維活躍水平不一樣，達成的學習成效不一樣[56]。

（1）老師可以根據(jù)不同的學情設計不同混合式教學過程，線上、線下授課時長，課內、課外學習時長，學習效果完全由教學目標和教學設計決定，老師授課靈活。我校自動化和通信專業(yè)《單片機原理及應用》的學時就是40學時，而其他專業(yè)的學時是32學時，有的是考試課，有的是考查課，調查表明學生的滿意度達92%。

（2）從“以教師為主體”的傳統(tǒng)的教學模式變?yōu)榱恕耙詫W生為中心”的教學模式，培養(yǎng)學生自主學習的能力，實現(xiàn)“授之以漁”的目的。老師建好課后，更多的是對學生學習的引導和督促，交流和討論，學生變被動學習為主動學習。

（3）多維的評價系統(tǒng)，能較好地體現(xiàn)學生的學習過程，不以一考定終身，同時時時刻刻的同學之間的成績比拼，正向激勵學生的學習斗志。從300份學生考試成績來看，比傳統(tǒng)教學平均分要高。

參考文獻：

[1]于歆杰.論混合式教學的六大關系[J].中國大學教學，2019（5）.

[2]吳嘯浪.http：//www.gov.cn/xinwen/201810/18/content_5332026.htm.

[3]http：//www.gov.cn/xinwen/201808/27/content_5316809.htm.

[4]http：//www.moe.gov.cn/fbh/live/2019/50601/mtbd/201904/t20190430_380194.html.教育部發(fā)力本科建設?打造“金專”金課”.

[5]王旭珍，王新葵，等.基于MOOC的物理化學翻轉課堂教學改革與實踐[J].中國大學教學，2019（5）.

[6]王留芳，曲凌.混合式工程實踐的教學重構[J].中國大學教學，2019（5）.

項目：2020年湖南省十三五規(guī)劃課題XJK20BGD031：新工科背景下信息技術與“嵌入式技術”深度融合研究資助;2020年湖南省教改項目HNJG20200714資助;2020年湖南省普通高等學校課程思政建設研究項目HNKCSZ20200872資助

作者簡介：王南蘭（1972—?），女，漢族，湖北武漢人，碩士，副教授，主要研究方向：智能控制與智能故障診斷。