融合翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)改革探索
——以單片機(jī)課程為例*

陳家棟

桂林電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院 廣西壯族自治區(qū) 北海 536000

引言

未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。但傳統(tǒng)工科教育普遍存在以下問(wèn)題：①應(yīng)試教育導(dǎo)致學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)不足、能力不足；②專業(yè)教育與能力素質(zhì)教育脫節(jié)，創(chuàng)新不足；③理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不強(qiáng)，課堂枯燥乏味；④教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、積極性不足[1]。

翻轉(zhuǎn)課堂是以學(xué)生為中心的個(gè)性化教學(xué)。該教學(xué)模式將教師轉(zhuǎn)變成促進(jìn)者和指導(dǎo)者，而學(xué)生成為課堂的主體，改變了以往課堂上教師與學(xué)生之間絕對(duì)的教與學(xué)關(guān)系，改善了學(xué)生學(xué)習(xí)課程知識(shí)的效果[2-3]。

1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程已成為高校電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，屬于技術(shù)性、工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的一個(gè)良好載體。當(dāng)前單片機(jī)課程教學(xué)普遍存在的問(wèn)題[4-5]：①教學(xué)形式單一，教學(xué)內(nèi)容抽象，知識(shí)難以理解，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和熱情；②知識(shí)應(yīng)用性高，學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)，不懂學(xué)以致用。③實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我唬簩?shí)驗(yàn)箱+指導(dǎo)書(shū)，學(xué)生連接電路+修改程序；導(dǎo)致學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力弱，實(shí)踐動(dòng)手能力差。

針對(duì)傳統(tǒng)新工科教育和單片機(jī)課程教學(xué)的問(wèn)題，本文以單片機(jī)課程為例，研究基于翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)新工科應(yīng)用型人才的教學(xué)模式，在教學(xué)內(nèi)容選取、教學(xué)方法以及考核方式上進(jìn)行深化改革，力求改善課堂效果，以更充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)的新工科應(yīng)用型人才的目的。

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機(jī)教學(xué)模式改革

2.1 教學(xué)改革思路

單片機(jī)課程的教學(xué)改革思路如下圖1所示。

圖1 單片機(jī)課程改革思路

面向“新工科”應(yīng)用型人才培養(yǎng)，以提升學(xué)生綜合知識(shí)應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)模式實(shí)施、考核評(píng)價(jià)方式改革等手段，圍繞“以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生興趣，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師輔助引導(dǎo)”的理念，最終實(shí)現(xiàn)本課程在人才培養(yǎng)中所發(fā)揮的實(shí)際效用，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

課程內(nèi)容建設(shè)：將整個(gè)課程的原理知識(shí)化整為零，選取工程上使用頻率高的知識(shí)點(diǎn)作為教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的重要性及其難易程度標(biāo)定分值。將實(shí)踐教學(xué)滲入理論教學(xué)，結(jié)合小項(xiàng)目（如彩燈、計(jì)時(shí)系統(tǒng)等），提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)：學(xué)生自由選取理論知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，根據(jù)自己的興趣，設(shè)計(jì)仿真作品和工程實(shí)訓(xùn)作品，并以此作品申請(qǐng)結(jié)課答辯，取締原來(lái)的試卷考試，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，提升工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新教學(xué)模式引導(dǎo)：采用翻轉(zhuǎn)課堂和探究性學(xué)習(xí)融合的教學(xué)模式，改進(jìn)原來(lái)課堂上老師講，學(xué)生聽(tīng)的單一教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂：學(xué)生根據(jù)所列知識(shí)點(diǎn)，觀看老師所錄視頻，網(wǎng)上查閱資料，或者觀看網(wǎng)上其他老師所錄視頻，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可自主規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)節(jié)奏、風(fēng)格和呈現(xiàn)知識(shí)的方式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)；探究性學(xué)習(xí)：為了增加學(xué)習(xí)過(guò)程的趣味性，提高學(xué)生的興趣，課堂上，老師為各小組設(shè)置問(wèn)題，小組成員通過(guò)自主學(xué)習(xí)、查閱資料以及交流討論獲得并陳述問(wèn)題的解決方案。

2.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

面向“新工科”人才工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力所對(duì)應(yīng)的知識(shí)體系，梳理“單片機(jī)”課程知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

表1 單片機(jī)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程實(shí)施

2.3.1 教學(xué)準(zhǔn)備工作。為了確保教學(xué)工作井然有序地進(jìn)行，需在教學(xué)工作開(kāi)始之前準(zhǔn)備相關(guān)的課程資源，課程資源建設(shè)內(nèi)容如表1所示。通過(guò)這些課程資源的建設(shè)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，拓寬學(xué)生視野，進(jìn)一步鞏固對(duì)課程內(nèi)容的掌握。

表2 課程資源建設(shè)內(nèi)容

2.3.2 原理學(xué)習(xí)階段。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，萬(wàn)事開(kāi)頭難，由于一直都處于老師講，自己在臺(tái)下聽(tīng)的狀態(tài)，如今突然轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)的狀態(tài)，會(huì)變得有點(diǎn)不知所措，不知從何入手。因此，教師必須做好學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)備，讓學(xué)生能找到知識(shí)獲取的來(lái)源，減少他們的焦慮感，要做好引導(dǎo)，提高學(xué)生的興趣和積極性。

在原理學(xué)習(xí)階段，利用5個(gè)單片機(jī)必學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，實(shí)行統(tǒng)一引導(dǎo)，逐步培養(yǎng)自學(xué)能力。課堂上按小組劃分，為各小組設(shè)置問(wèn)題，小組成員帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)視頻、查閱資料、交流討論，時(shí)間為1個(gè)課時(shí)，由于時(shí)間有限，故要求學(xué)生充分利用課前課后時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。在第二節(jié)課時(shí)，由教師隨機(jī)抽點(diǎn)小組成員進(jìn)行陳述答案，并對(duì)所陳述答案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。對(duì)于小組不理解的知識(shí)點(diǎn)，或課后多數(shù)同學(xué)反映不懂的知識(shí)點(diǎn)，教師在課堂上統(tǒng)一進(jìn)行補(bǔ)充講解。

2.3.3 應(yīng)用設(shè)計(jì)階段。新工科應(yīng)用型本科生面向綜合應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力的提升。應(yīng)用設(shè)計(jì)階段包括仿真設(shè)計(jì)和工程實(shí)訓(xùn)兩個(gè)階段。

仿真設(shè)計(jì)是利用Proteus設(shè)計(jì)仿真作品，在理論上驗(yàn)證知識(shí)的可用性和設(shè)計(jì)的可行性。對(duì)于仿真作品的要求如下：①整體性：作品應(yīng)具有整體功能，如萬(wàn)年歷、溫度計(jì)等。②合理性：各知識(shí)點(diǎn)之間應(yīng)有一定的內(nèi)在邏輯關(guān)系。③創(chuàng)新性：自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不能由各知識(shí)點(diǎn)孤立地拼湊，更不能抄襲。

工程實(shí)訓(xùn)階段，綜合單片機(jī)、模電、數(shù)電、電子測(cè)量等課程技術(shù)，結(jié)合生活應(yīng)用，進(jìn)行單片機(jī)綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，制作實(shí)物作品。給出多個(gè)課題項(xiàng)目，如交通燈，數(shù)字萬(wàn)用表，溫度表，萬(wàn)年歷等，安排2-3人/組，讓學(xué)生自主選定方案、選擇器件、設(shè)計(jì)原理圖，編寫程序，繪制PCB圖，印制電路板，焊接調(diào)試等。整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生主導(dǎo)，老師起到指導(dǎo)作用。

2.4 考核評(píng)價(jià)機(jī)制

采用新型考核評(píng)價(jià)方式，主要是作品驗(yàn)收和答辯，以及探究性學(xué)習(xí)過(guò)程考核的方式，激勵(lì)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中積極參與。考核學(xué)生真正的知識(shí)應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力、理解能力和表達(dá)能力。可在很大程度上提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，提升創(chuàng)新實(shí)踐能力，滿足新工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。

驗(yàn)收答辯階段，制定答辯時(shí)間安排表，安排學(xué)生逐一答辯。

2.4.1 學(xué)生制作PPT，利用5分鐘時(shí)間進(jìn)行作品功能演示，并闡述工作原理等。

2.4.2 教師針對(duì)作品所涉及的知識(shí)點(diǎn)，逐項(xiàng)進(jìn)行原理提問(wèn)，根據(jù)功能實(shí)現(xiàn)效果以及答辯情況，逐項(xiàng)給出評(píng)分。

2.5 課程改革效果

圖2為教學(xué)改革前后學(xué)生的成績(jī)分布比例，由圖可以看出，優(yōu)秀和良好的成績(jī)比例顯著上升，中等、及格和不及格等級(jí)的成績(jī)比例明顯下降，課程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，達(dá)到了改革的目的。

圖2 教學(xué)改革前后學(xué)生的成績(jī)分布比例

圖3為部分學(xué)生作品展示。由作品可以看出，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到了很大的提升。

圖3 學(xué)生作品展示

3 結(jié)束語(yǔ)

本課題通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，翻轉(zhuǎn)課堂與探究性學(xué)習(xí)教學(xué)方法的融合，考核方式的變化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高自主學(xué)習(xí)的積極性；培養(yǎng)學(xué)生自主搜尋知識(shí)，獲取知識(shí)的能力；提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)課程改革，可改善課堂教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。通過(guò)該教學(xué)模式，可以培養(yǎng)出一批優(yōu)質(zhì)的新工科應(yīng)用型人才。