單片機課程翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式探索與實踐*

陳妮 袁成林 蘇靜

摘? 要? 針對項目式教學(xué)法涉及知識點多而引起教學(xué)效果下降的問題，設(shè)計翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式下的單片機課程改革方案。新方案將教學(xué)環(huán)節(jié)重新設(shè)計為理論、基礎(chǔ)實踐和項目實踐三部分，根據(jù)各環(huán)節(jié)特點分別采用翻轉(zhuǎn)課堂和項目式教學(xué)法授課。經(jīng)過兩年的改革實踐，取得一定成效，驗證所提出方案的可行性。

關(guān)鍵詞? 翻轉(zhuǎn)課堂；項目式教學(xué)；單片機；翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式；慕課

中圖分類號：G642.41? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）18-0130-03

0? 引言

單片機是醫(yī)療儀器設(shè)備的關(guān)鍵部件。單片機原理及應(yīng)用是廣西醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)（醫(yī)療儀器方向）的一門重要專業(yè)課程，課程要求學(xué)生掌握單片機的工作原理及內(nèi)部資源的使用，具備單片機系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，并能將所學(xué)知識應(yīng)用于醫(yī)療儀器的維護(hù)與開發(fā)。

單片機課程具有實踐性強的特點，自2012年起，廣西醫(yī)科大學(xué)一直采用項目式教學(xué)法開展教學(xué)。項目式教學(xué)法通過設(shè)置實踐任務(wù)將理論知識和實踐知識有機結(jié)合，學(xué)生在任務(wù)實踐過程中完成知識學(xué)習(xí)。近年來發(fā)現(xiàn)，項目式教學(xué)雖然能夠提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力，但也存在學(xué)生對知識內(nèi)化不足的問題，限制學(xué)生實踐能力的提升[1]。原因主要是項目教學(xué)法以任務(wù)目標(biāo)為核心驅(qū)動，學(xué)生在課堂上為了快速完成任務(wù)而忽視對原理知識的學(xué)習(xí)，教師授課也更側(cè)重實踐知識的講解；單片機屬于大規(guī)模集成器件，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作原理抽象，學(xué)生很難在有限的課堂時間內(nèi)很好地理解相關(guān)理論；項目的綜合性會使教學(xué)知識點增多，從而導(dǎo)致實施過程中容易出現(xiàn)課時不足的情況。因此，需要探索新的單片機課程教學(xué)模式以彌補當(dāng)前教學(xué)方式的不足。

1? 基于翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式的單片機課程改革方案

翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式是教育信息化背景下提出的一種新模式。在該模式下，教學(xué)內(nèi)容仍然圍繞項目任務(wù)進(jìn)行設(shè)計，教學(xué)過程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，利用線上教學(xué)資源將學(xué)習(xí)時間和空間從課堂內(nèi)延伸到課堂外。學(xué)生在課前充分利用線上資源進(jìn)行自學(xué)，教師在課中對課前學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行知識點梳理、重難點講解或是引導(dǎo)學(xué)生完成預(yù)設(shè)項目。翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式自提出后在單片機課程改革中得到應(yīng)用，主要的改革內(nèi)容有以下幾個方面：

1）重新設(shè)計教學(xué)項目以更好地適用于新教學(xué)模式[2]；

2）根據(jù)項目的實施過程重新組織教學(xué)環(huán)節(jié)，在合適的教學(xué)環(huán)節(jié)采用翻轉(zhuǎn)課堂形式[3]；

3）構(gòu)建“慕課（MOOC）+翻轉(zhuǎn)課堂+項目案例開發(fā)”的混合式教學(xué)模式[4]。

改革研究結(jié)果表明：翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式能夠增強單片機課程的教學(xué)效果。

根據(jù)廣西醫(yī)科大學(xué)單片機課程的教學(xué)特點，綜合已有的單片機課程教改成果[5-10]，提出一種新的課程改革方案。該方案選取具有學(xué)科前沿性的項目作為教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)項目劃分為五個子項目，根據(jù)五個子項目涉及的知識單元，重新組織教學(xué)過程，主要包括三方面：將每個子項目的教學(xué)過程劃分為理論知識、基礎(chǔ)實踐、項目實踐三部分；在翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式下開展理論和基礎(chǔ)實踐教學(xué)，在項目式教學(xué)模式下進(jìn)行項目實踐；根據(jù)工程模塊化的思想，五個子教學(xué)項目為獨立的內(nèi)容，在綜合實踐環(huán)節(jié)將五個子項目的工作進(jìn)行整合，從而完成整個項目目標(biāo)。教學(xué)項目及對應(yīng)的知識單元如表1所示。

本文選取的教學(xué)項目為神經(jīng)工程領(lǐng)域用于開展視覺刺激實驗的LED刺激器。該刺激器具有刺激模式、刺激頻率和刺激亮度可選的功能，由此劃分出五個要實現(xiàn)的功能模塊，而實現(xiàn)這些功能模塊涉及單片機IO口、定時器、串行口和DA轉(zhuǎn)換器的編程應(yīng)用。這些知識單元覆蓋本門課程的大部分內(nèi)容。具體的教學(xué)安排如表2所示。

從表2可以看到，理論講解和基礎(chǔ)實踐環(huán)節(jié)采用線上線下混合模式，總計36學(xué)時。學(xué)生在課前通過慕課視頻學(xué)習(xí)原理性知識，教師在課中梳理知識點或是安排仿真實驗任務(wù)幫助學(xué)生理解理論知識，熟悉基本操作。在具備一定理論和實踐知識的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行項目實踐，總計18學(xué)時。項目實踐環(huán)節(jié)以小組為單位完成各個教學(xué)子項目。新教學(xué)方案保留項目式教學(xué)法具有的任務(wù)驅(qū)動特色，又利用翻轉(zhuǎn)課堂模式將集中式的課堂學(xué)習(xí)延拓到課外，有助于學(xué)生對知識的理解和掌握，為后續(xù)更好地完成實踐任務(wù)打下基礎(chǔ)。

自慕課教育理念提出后，國內(nèi)的大學(xué)慕課蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)很多優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，線上教學(xué)平臺不斷完善，為學(xué)生有效開展線上學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，同時使得線下教學(xué)課堂的功能發(fā)生轉(zhuǎn)變。學(xué)生經(jīng)過線上學(xué)習(xí)，帶著對知識的理解進(jìn)入課堂，能在課堂上與教師更好地交流互動，學(xué)習(xí)狀態(tài)從被動式轉(zhuǎn)變?yōu)榛邮交蛑鲃邮剑龠M(jìn)學(xué)習(xí)質(zhì)量不斷提升。教師可以不局限于教材靈活設(shè)計課堂教學(xué)活動，為打造高階性、創(chuàng)新性及挑戰(zhàn)度的課堂教學(xué)提供可能。

2? 基于翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式的單片機課程改革實踐

從2020年9月開始，上述教學(xué)方案分別在2018級和2020級生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)中實施。

2.1? 教學(xué)準(zhǔn)備階段

在開課前，按照新教學(xué)方案重新修訂教學(xué)大綱、編寫教案，確定五個子項目對應(yīng)的知識點及所需的線上學(xué)習(xí)資源。線上學(xué)習(xí)資源是實施該方案的關(guān)鍵，通過引進(jìn)和自建的方式完成線上教學(xué)平臺的搭建。理論知識的學(xué)習(xí)選取中國大學(xué)MOOC高宏亮老師講授的單片機原理及應(yīng)用。同時，在超星學(xué)習(xí)通平臺建課，利用該平臺發(fā)布教學(xué)活動、作業(yè)習(xí)題、測試題、討論題等。教學(xué)活動主要劃分為線上和線下兩部分：線上為課前學(xué)習(xí)，以觀看慕課視頻為主，完成視頻學(xué)習(xí)后，在學(xué)習(xí)通平臺完成一些簡單習(xí)題或?qū)嵺`操作；線下為課堂教學(xué)，課堂教學(xué)主要是教師點評或安排仿真練習(xí)，幫助學(xué)生消化線上學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師根據(jù)具體的教學(xué)情況，設(shè)置討論題引導(dǎo)學(xué)生自主思考，加大學(xué)習(xí)的廣度和深度。

2.2? 課堂組織教學(xué)階段

教師在課堂上主要對線上學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行梳理和總結(jié)，然后讓學(xué)生完成課堂習(xí)題或操作練習(xí)。學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)已經(jīng)對知識有了一定理解，課堂任務(wù)大多能自主完成。此外，項目式教學(xué)采用分組的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在完成課堂任務(wù)的過程中遇到問題會在小組內(nèi)先展開討論。通過組內(nèi)或組間的學(xué)習(xí)交流，營造一種良好的課堂學(xué)習(xí)氛圍。進(jìn)行項目實踐階段的課堂教學(xué)時，教師可以完全按照項目式教學(xué)的要求布置任務(wù)、答疑和測評各個小組的完成情況。翻轉(zhuǎn)課堂的引入幫助學(xué)生在理論和基礎(chǔ)實踐階段更扎實地掌握知識，提升學(xué)生完成項目的能力，促進(jìn)項目實踐階段教學(xué)的順利進(jìn)行。

2.3? 課后總結(jié)階段

每周授課完成，教師會小結(jié)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，及時調(diào)整改進(jìn)；將學(xué)生學(xué)習(xí)中容易出現(xiàn)的問題整理成文檔，作為后續(xù)的教學(xué)材料，不斷充實課程教學(xué)素材。

2.4? 教學(xué)效果評價

新模式下的教學(xué)評價主要包括過程考核和期末考核兩部分。過程考核主要由課前/課堂習(xí)題（10%）、階段測試（20%）、任務(wù)評價（20%）和學(xué)習(xí)表現(xiàn)（10%）構(gòu)成，共占60%；期末考核涵蓋項目相關(guān)的理論和實踐知識，占40%。對實施該教學(xué)模式的2018級、2020級學(xué)生成績進(jìn)行統(tǒng)計，并與2019級的期評成績進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)新教學(xué)模式下，學(xué)生的過程成績和期末成績均有提高，說明學(xué)生對知識的理解和掌握程度得到提升。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)實現(xiàn)課上課下相輔相成的轉(zhuǎn)變，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力增強。在項目實踐過程中，前期所學(xué)知識得以應(yīng)用，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和信心。這一教學(xué)模式得到學(xué)生的高度認(rèn)可，也對他們的后續(xù)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極影響。

2.5? 實施注意事項

項目式教學(xué)法轉(zhuǎn)變教師作為知識傳遞者的角色，教師不再單純地講授知識，還需要組織課堂活動、傳授學(xué)習(xí)方法等。翻轉(zhuǎn)課堂的引入進(jìn)一步推動教師角色的多元化轉(zhuǎn)變。在翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式下，適用于課程教學(xué)的線上資源是一個重要的部分。這需要教師熟悉教育信息化技術(shù)，能夠完成視頻錄制、簡單編輯，可以充分利用授課平臺各項功能組織教學(xué)。此外，基礎(chǔ)性知識已經(jīng)在線上平臺完成學(xué)習(xí)，使得授課內(nèi)容不再局限于教材，對教師的課堂教學(xué)能力提出更高要求。在新教學(xué)模式下，教師需要不斷提高專業(yè)修養(yǎng)，不斷充實課程內(nèi)容；學(xué)生需要具備一定的自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，在自學(xué)過程中保持良好的誠信素養(yǎng)等。因此，教師在教學(xué)過程中注意從思想方面進(jìn)行引導(dǎo)教育，樹立優(yōu)秀學(xué)生作為班級學(xué)習(xí)典范，將教書與育人工作有機結(jié)合。

3? 結(jié)束語

采用翻轉(zhuǎn)式項目教學(xué)模式進(jìn)行單片機課程教學(xué)改革，設(shè)計新教學(xué)模式下的課程改革方案，經(jīng)過實踐驗證方案的可行性。翻轉(zhuǎn)課堂與項目式教學(xué)的結(jié)合可以提高學(xué)生完成工程項目的能力，改善項目式教學(xué)由于知識點多而導(dǎo)致學(xué)生對知識內(nèi)化不足的現(xiàn)象。教改工作取得一定成效，為后續(xù)其他課程的改革夯實基礎(chǔ)、提供借鑒。該教學(xué)模式的實施需要授課教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，不斷提高在信息化教學(xué)、工程案例凝練以及工程實踐等方面的能力。

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*基金項目：廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目“基于翻轉(zhuǎn)課堂的項目式教學(xué)模式在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)單片機課程中的探索與實踐”（基金編號：2018JGB158）。

作者：陳妮，廣西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，副教授，研究方向為單片機課程教學(xué)；袁成林，廣西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，實驗師，研究方向為單片機實驗教學(xué)；蘇靜，廣西醫(yī)科大學(xué)信息管理學(xué)院，副教授，研究方向為單片機課程教學(xué)（530021）。