基于翻转课堂的单片机项目式教学模式的探索与实践

李玉平

(湖北理工学院 电气与电子信息工程学院，湖北 黄石 435003)

基于翻转课堂的单片机项目式教学模式的探索与实践

李玉平

(湖北理工学院 电气与电子信息工程学院，湖北 黄石 435003)

普通高校向应用型高校转型发展对高校课程教学模式改革提出了新的要求。从单片机课程教学现状出发，分析现阶段项目式教学模式中存在的弊端，探索如何在单片机课程教学中有效实施基于翻转课堂的项目式教学模式改革，提出了具体实施方案，明确了师生在教学活动过程中的任务。最后对教学模式实施的结果进行了分析和评价，验证了其可行性。

翻转课堂；项目式教学；实施方案；教学评价

在传统教学模式的影响下，我国高校人才培养与企业需求之间存在较大差距。为了使人才培养适应国家经济的发展，现已将培养创新能力强，适应经济、社会发展需要的各类工程技术人才列入了中国高等教育中长期发展规划[1]。目前，教育部正在推动普通高校向应用型高校转型，通过转型来培养更多实体经济发展需要的能够从事一线工作的高素质技术人才和技能人才，继续深化“卓越工程师教育培养计划”。

因此，探索如何实现人才培养与行业、社会需求无缝对接是目前转型高校面临的重要问题之一,尝试多种形式的教学改革是提高人才培养质量的有效途径。本文受资于湖北理工学院教学研究项目，分析了我校电子信息工程专业目前单片机课程教学中存在的若干问题并设计了基于翻转课堂和项目式教学相结合的单片机课程教学模式。

1 单片机课程教与学现状分析

“单片机”是电子信息工程专业的核心课程之一，该课程以培养学生的工程应用能力为宗旨。传统的单片机课程教学以单片机的结构为主线，讲解其构成原理，并根据各部分内容的特点开设验证性、设计性或综合性的实验项目，最后开设课程设计，设计与制作以单片机为核心的测控或信息处理系统。传统单片机教学模式下理论和实验教学及实验项目之间关联不紧密，导致理论与实践不能有机结合[2]。且由于实验设备模块固化, 实验时必须按实验指导书进行模块间接线和程序编写,同时学生缺少对实验原理的思考；实验设备的硬件固定，完成实验功能的程序也相同，学生之间存在抄袭现象。

鉴于以上原因, 我校近年来，在单片机课程教学中引入了项目式教学模式，项目式教学是将“单片机”的理论教学、实验教学和课程设计整合成一个以项目驱动为主线，理论学习、实验操作和综合设计相结合的教学模式，弥补了传统教学模式的不足。项目式教学中的每个项目都具有综合性和开放性的特点[3-4]，可以增强学生学习的系统性、关联性；同时调动学生兴趣，增强学生自信心，激发学习积极性。但项目式教学模式以项目目标为核心驱动，忽略了中间过程的控制，学生为快速实现项目目标，易忽略原理性知识的学习；此外，项目的综合性会使教学内容增多，项目实施过程中出现课时不足的现象，课外完成任务的过程又缺乏引导和监督，学习效率低下；项目的开放性会使项目背景知识的要求难以满足。因此，有必要探索更新颖、更有效的单片机课程教学模式。

2 翻转课堂和项目式结合的单片机教学模式改革

在翻转课堂和项目式结合的单片机教学模式中，项目是学习的载体，因此，教学项目的选取至关重要。为了使学生由易到难、循序渐进地学习，项目分为基础项目和综合项目，基础项目训练使学生掌握单片机的独立模块，综合项目不但贯穿整个单片机课程，更要能体现和其他课程的衔接性。基于翻转课堂的项目式教学模式下单片机课程项目设计如图1所示。项目实施的过程中，学生自行分组，每组有4人，基础项目每组学生都要按教师的要求来完成，小组内部自行分工完成任务，综合项目可以选择一组完成，也可以自行拟定项目，只要教师审核通过即可。

图1 基于翻转课堂的项目式教学模式下单片机课程项目设计

“翻转课堂”是指将传统的课上传授与课下消化的学习过程翻转过来，即通过教学视频在课下进行知识传授而上课由教师帮助学生消化、理解和运用知识[5-6]。在翻转课堂教学中学生是主体，教师是引导者,学生根据自己的实际情况选择学习的教学材料,对已经熟悉的知识点花少量的时间巩固，难理解的知识点花较长时间掌握，尤其可以通过网络资源了解项目的场景，增强项目实施的背景知识；根据自己的学习计划自主选择学习时间，打破了学习进度、学习空间和学习时间的约束，增强了学生的自主学习能力,增加了师生交流解决问题的时间，激发学生的创新意识，夯实了项目教学法的应用价值。从教师教学活动和学生学习活动出发，课程的实施过程分为课前、课堂和课后3个阶段，翻转课堂和项目式结合的单片机教学模式具体实施过程如图2所示。

图2 翻转课堂和项目式结合的单片机教学模式

3 典型项目教学案例的实施过程设计

仓库温度湿度监测及报警系统是单片机教学项目中的典型综合项目,它的实现是单片机知识的综合应用,通过翻转课堂优化该项目的教学设计，能够快速增强学生单片机软硬件设计的综合应用能力。

3.1仓库温度湿度监测及报警系统教学资源设计

仓库温度湿度监测及报警系统教学内容主要包括仓库工作背景知识，温度湿度信号采集模块涉及到的传感器、模拟滤波和模数转换等内容。在此教学内容的基础上对系统进行软硬件设计和参数选择。案例在设计中通过“提出问题—分析问题—知识点学习—解决问题”的方式设计教学视频和PPT,充分调动学生的积极性，培养学生的创新性。

教学资源主要由多媒体PPT课件、教学视频、总结的疑难问题解决方案和演示实例等组成，多媒体课件是教学内容的重要体现，采用PPT形式结合多媒体技术组织项目教学的内容，仓库温度、湿度监测及报警系统教学流程图如图3所示。在课件中利用“提出问题—分析问题”环节，以寻求问题解决方法为目的复习讲解温度湿度传感器、模拟滤波和模数转换等原理，在此基础上，进行硬件设计、器件选择、参数设计、程序设计和综合调试以达到解决问题的目的。播放PPT课件时，采用Camtasia Studio软件进行教学视频录制，在录制的过程中穿插PROTEUS的相应实例、keil c51环境下程序的调试视频及往届学生出现的疑难问题的说明等，以增强学生对知识的理解。

图3 仓库温度湿度监测及报警系统教学过程

3.2教学共享平台建设

为了实现教学资源共享和师生互动,本课程需要建设功能齐全和具有师生互动板块的单片机课程网站并建立QQ群或微信群。教师必须于课前一周在课程网站上发布教学资源，每小组于课前一天在网站上提交学习报告，以便教师取舍课堂讲解内容；学生可以在线提问，也可以通过QQ群和微信群上传和下载教学资料。教学资源共享平台增强了师生的互动和了解，杜绝了教与学“2张皮”的现象。

3.3教学项目实施过程

仓库温度湿度监测及报警系统这类综合项目的实施分为项目准备学习阶段，项目设计制作实施阶段和项目分析总结阶段3个过程。每个阶段的实施过程见图2。项目准备学习阶段要求学生重点在确定温度湿度监测与报警系统工作环境的基础上，将系统细化成各个子模块，具体内容见图3。项目设计制作实施阶段主要对温度湿度采集模块的设计参数或设计方案模拟仿真，对实验数据进行分析和比较，以确定最终设计方案，并在此基础上进行软硬件设计与调试。

项目分析总结阶段是进一步内化知识和经验总结的环节。该阶段要求每个小组以报告的形式总结前2个阶段的任务，并展示和介绍作品及其性能参数。教师将报告、个人答辩、作品展示、小组讨论和课堂考勤这5项作为成绩的评定依据，最后设计出的综合评价体系结构图如图4所示。电子信息工程专业45名学生的评定项和总成绩的分布图如图5所示。关于2种教学模式的学生问卷调查结果如图6所示。

图4 综合评价体系结构图

图5 综合评价体系结构图

图6 关于2种教学模式的学生问卷调查结果

4 教学评价

结合我校电子信息工程专业学生的人才培养方案和特点，进行了基于翻转课堂的单片机项目式教学改革尝试。基于翻转课堂的单片机项目式教学模式对我校电子信息专业45名学生从学习效率、能动性提高、授课方式和师生交流创新能力提高的满意度5个方面进行了问卷调查，从图6中的调查结果可以看出，2种教学模式下学生的能动性和积极性都得到了很大的提高,也增强了创新意识,达到了良好的教学效果，同时学生对翻转课堂和项目式结合单片机课程教学模式的5个满意度明显高出项目式教学模式，因此，进行该模式教学改革具有重要的现实意义。

5 结束语

基于翻转课堂的项目式教学适合“单片机”这类实践性强的处理器类课程，学生在课前的学习过程中，能灵活地预习教学内容，观看教学视频，也可在中间暂停和练习，学习的时间和空间也可自行选择，最大程度解决了教学中出现的不可复制性。通过项目驱动整合教学资源，加快对知识的理解和应用，增强了师生交流的时间和交流的有效性，杜绝了教与学“2张皮”的现象。教学资源的设计与整合以及项目的精心设计也有利于教师专业能力和教学质量的提高。新的教学模式要应用于单片机课程教学中，就必须解决实施的先决问题。首先，学生在课前需通过Internet 网络环境获取学习资源，这就要求学生必须具有数字化终端设备和计算机应用能力，学校可以通过开放实验室满足缺乏硬件和学习场所的学生。其次，教师需要花费更多的时间和精力组织和设计学生的课外学习活动，调动学生的能动性和积极性。因此，要将该方法真正应用于单片机课程教学中，还需要继续深入研究与探索。

[1] 左建勇.面向工程的实训教学模式与案例分析[J].实验室研究与探索,2011,30(7):157-161.

[2] 张迎辉.任务驱动项目教学法在“单片机应用技术”教学中的运用[J].教育探索,2013,264(6):43-44.

[3] 彭静雯.高等工程教育改革:对学科规训的突围[D].武汉:华中科技大学,2013.

[4] 黄震.基于慕课和混合式教学的工程教育探索与实践[J].高等工程教育研究,2016(4):11-14.

[5] 曹洪龙,胡剑凌,俞一彪，等.利用微课翻转课堂优化DSP实验教学探索[J].西南师范大学学报(自然科学版),2015,40(10):192-196.

[6] 刘军,祝雪珂,郑涛,等.“双主”式翻转课堂教学模式构建及其应用研究[J].电化教育研究,2016,272(12):77-83.

(责任编辑高嵩)

Exploration and Practice of Project-based Teaching Mode of Microcontroller Based on Classroom Flip

LiYuping

(School of Electrical and Electronic Information Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

The applied transformation and development of common universities has put forward new requirements to the reform of curriculum teaching mode.This paper analyzes the shortcomings of the present project-based teaching mode from the teaching situation of microcontroller course, and explores how to effectively implement the project-based teaching mode reform based on classroom flip,and the concrete implementation scheme has been suggested.The teacher and student's tasks in the process of teaching activities are clearly explained.Finally,the results of the implementation of the teaching model are analyzed and evaluated,which verifies the feasibility of the model.

classroom flip;project-based teaching;implementation scheme;teaching evaluation

2017-01-06

湖北理工学院校级教学研究项目(项目编号：2013B08)。

李玉平，讲师，硕士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.04.014

G642.0

：A

：2095-4565(2017)04-0069-04