来华留学生全英文单片机课程的建设与改革

罗 振，潘琢金，毛艳娥，吴 昊，曹一鹏，王传云

（沈阳航空航天大学 计算机学院, 辽宁 沈阳 110136）

1 背 景

近年来，随着中国国际化程度越来越高，越来越多的海外留学生选择来中国求学，提高来华留学生的教学质量已经成为国内高校教学研究的热点内容之一。截至2015年底，沈阳航空航天大学在校留学生已超过1 000人，生源国别已达到67个，其中大部分留学生来自非洲国家。与国内本科生相比，留学生在社会、信仰、文化及教育背景等方面存在较大差异，在思维模式、学习习惯、学习目的、学习能力等方面有较大不同，适用于国内本科生的专业课教学模式和方法并不能有效地作用于留学生的教学[1]。因此，应根据留学生的实际学习基础和能力，结合专业课程的特点，更新和优化教学内容，改进教学方法和方式，使专业课程的设置更加适合来华留学生[2-3]。

单片机是一门综合性和实践性都很强的课程，其重点不仅限于教会学生使用某型单片机，而是通过动手实践，运用所学知识借助于某种单片机解决具体问题。与国内本科生相比，留学生的课堂表现非常活跃，乐于参加课堂互动。他们喜欢教师图文并茂、直观形象的讲解，重视实践环节的参与学习。然而，相比于我国，非洲国家的整体教育水平偏低，没有经过中国高考的筛选，来华留学生的数理基础普遍较低，抽象理解能力、分析能力较弱，时间观念不强，缺乏独立学习能力，留学生由于入学年龄、受教育经历和基础文化水平有较大不同，对新知识的理解程度也存在很大差异，这些都给单片机课程教学带来了挑战。

2 教学条件的建设

第一，教材和讲义的建设。根据来华留学生的生源特点和学习能力，教师制作图文并茂、生动直观的多媒体课件。课件注重抽象概念的图形化展示，侧重关键知识的动画演示，不仅要方便教师的课堂讲解，以弥补偶尔口语表达的不足，更注重方便学生对课程内容的学习。我校单片机教学团队重视学生实践能力的培养，针对Keil单片机开发环境和LAB8000单片机实验系统专门编制实验指导手册，针对各节重点理论知识设计了验证性的实验项目。另外，我们将科研项目和教学实践相结合，设计了内容丰富的综合性实验项目，注重培养留学生的工程实践能力。为了增强留学生对实验箱硬件电路的理解，教学团队对LAB8000实验系统进行了深入研究，绘制了比随箱电路图更准确的详细电路图，既方便学生参考完成各个实验项目，又帮助学生了解一个单片机系统的真实设计。

第二，实践教学环境的建设。将单片机课程的理论教学和实验教学安排在实验室进行，既有助于理论部分采用实物讲解，任课教师又可根据课程的进度和学生学习情况适时开展实验实践教学，通过实验验证或应用刚刚学习的理论，将实验结果上升到理论层面带着思考进一步学习，实现实验和理论教学的紧密结合。学校留学生单片机课程开设于2012年，采用全英文授课，授课对象为计算机、电子和机电专业的本科生，每学期不同专业的留学生招生规模在一个自然班之内，因此单片机实验室按照自然班建设，理论教学和实验教学都在实验室进行，并按不同专业分班授课。除了使用LAB8000单片机实验系统完成验证性实验，实验室还配备了伟福V5/S仿真器、C8051F开发套件以及泰克MD03022混合域示波器、多路输出线性直流电源、泰克逻辑分析仪等实验系统和仪器设备，用来支持留学生进行单片机作品的设计和开发，进一步提高留学生的工程素质和项目开发能力。

第三，网络教学环境和资源的建设。学校已经将千兆网络接入每个教室、实验室和留学生宿舍，经过近几年不断完善，已建成了条件先进的计算机校园网络，为实施网络教学提供了良好环境。单片机实验室内计算机之间通过千兆交换机实现互联，每台计算机都安装了电子教室软件，教师端的计算机与多媒体教学系统相连，形成了先进的实验室网络教学环境。电子教室软件利用实验室的局域网可实现学生端和教师端屏幕的同步显示，有效解决后排学生看不清投影幕的问题，显著提升多媒体教学的效果。为更好开展网络教学，课程团队建设了留学生单片机课程教学网站，提供了包括教学大纲、实验要求、复习题、辅助资料以及教学视频在内的多种教学资源。目前教学团队正进一步补充教学视频的录制，为后续的翻转课堂教学和微课教学提供经验。另外，教学团队还采用微信群和QQ群与留学生进行交流互动，以方便学生在课下学习遇到问题或者在课堂上来不及询问问题时，及时得到教师的解答，该方式受到广大留学生的喜爱。

第四，课程题库的建设。题库可作为实施教学管理、监控教学过程、评价教学效果以及评价教师和学生的有效手段[4]。题库可以让学生理解和掌握课程的重点，还可以方便教师对教学过程进行信息统计与分析，实现教学过程的数据化管理和评价。题库建设不能简单地将零星的练习题或考试题目收集存放在一起，而需要有效整合教师教学思路和课程内容。教学团队从2015年开始进行题库建设，主要题型为认知类习题和程序分析类习题，不仅考虑学生对理论知识的理解和掌握，更注重考查学生对知识的应用。目前通过题库系统已可以发布和评阅留学生的在线作业、随堂测验和阶段性考核。在后续教学过程中，教学团队将进一步丰富和完善题库中的习题，充分发挥题库的助学、助教、管理和评价的功能。

3 教学方法与手段的改革

传统的教学方法以理论教学为纲，以理论带动实验和课程设计，实验安排在理论教学完成某单元内容之后，课程设计安排在理论教学和实验之后。这种教学方法对学生的学习基础和学习主动性要求很高，而留学生理论基础薄弱，学习主动性不强，采用传统的教学方法容易导致理论教学和实践教学脱节，影响教学的时效性，减少留学生的学习兴趣。针对留学生的学习特点，结合单片机课程的特点，课程团队在教学方法和教学手段方面采取了以下几项改革措施。

第一，边学边做、从做中学。传统教学过程侧重理论的讲解，内容抽象枯燥，难以激发留学生的学习兴趣。闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之。针对留学生理论基础弱、学习能力不强的特点，教学团队将“做中学”教学模式[5]融入单片机课堂，通过对课程内容创设一些情境，引导留学生发现和思考问题。在教师的引领和帮助下，留学生边学习边实验，边实验边思考，边思考边总结。这种以学生为主体、以教师为主导的模式，教学实效强，能够充分调动留学生的学习兴趣。

第二，层次递进式教学。不同专业的留学生知识背景差异较大，相同专业的留学生来自多个不同的国家，基础知识和学习能力也差异很大，如果对所有留学生采用相同的教学内容、一样的学习要求，学生的创新能力、自主学习能力难以发挥出来。教学团队充分考虑留学生个体的差异，引入层次递进式教学方法[6]，将每个实验教学内容设计成3个层次，每个层次具有相对独立性，层次之间保持密切的相关性和扩展性。部分学生由于基础薄弱，学习上比较吃力，完成基础层次的基本任务就达到了学习目标。学习能力强、学有余力的学生可以选择“提高层次”与“应用层次”的扩展任务来提高知识技能水平。基本任务是由教师引导学生一步步完成，边讲边做，边做边解释现象，而扩展任务由学生独立完成，教师从旁指导和监督，并适时给予总结点评。

第三，虚拟仿真实验和实验箱实验相结合。实验箱教学有助于对抽象理论知识的形象化理解和掌握，学生只需连接几个关键器件，下载程序到实验箱就能得到直观的实验现象。然而，学生很难理解和掌握实验箱的硬件电路，而且实验学时和硬件条件有限，实验内容多以验证性实验为主，难以满足留学生对实验动手操作的需要。虚拟仿真使实践教学不再受限于实验室、实验设备和实验课时[7]。教学团队根据实验需要将部分内容安排在课外，要求留学生根据实验指导书给出的实验任务要求和实验原理图，利用课外时间使用虚拟仿真软件搭建实验电路并编写程序，对电路和程序两部分进行仿真调试。虚拟仿真通过后，才允许留学生按照实验指导书的要求利用宝贵的课堂时间在实验箱上进行实验调试，并将实验结果与虚拟仿真结果进行比较。这样既可以培养其独立分析问题、解决问题的能力，也能充分训练留学生的实验动手能力，能够有效提高学生的单片机系统应用开发能力。

第四，阶段性考核管理。学校对留学生采用过程化考核管理，主要包括平时出勤、课堂表现、随堂测验、期中考试、期末考试等适合理论性偏多的课程来评测学生的学习状况，对于实践性较强的单片机课程，不仅要考核对理论知识的掌握，更要侧重对知识的运用。留学生的学习自觉性低，多数留学生重视考前的应试学习远高于平时的学习，有些留学生期待教师在考前做串讲复习，某些留学生干脆准备作弊。阶段性考核[8]可以有效地督促留学生加强平时学习，防止考试前搞突击。教师阶段性地将考核和出勤成绩进行公布，能够有效地提醒和激励留学生的学习积极性和主动性。教学团队利用题库系统进行阶段性考核管理，并将学生的实验表现和项目完成情况纳入考核范围。针对部分留学生纪律性差、爱迟到、上课比较随意和散漫，教学团队改进了签到表，有效区分准时到课、迟到、缺席的学生，严格考核留学生的考勤和课堂表现。采用阶段性考核管理后，留学生普遍注重平时上课期间的学习和课堂表现，准时出勤率和上课纪律明显好转，课堂上散漫走神、玩手机等现象明显减少，课堂学习效率得到了保障，学生自我管理能力、学习积极性和主动性明显提高，单片机课程通过率明显上升。

第五，多媒体课件和手写电子板书相结合。多媒体课件能够有效地创设教学情境，缩短教学时间，扩大教学信息量，其缺点是会导致师生之间失去互动性，学生往往只能被动接受授课内容。手写板书是师生互动的桥梁，附有情感因素，教学过程中，师生交流互动随时会产生一些信息，需要教师及时利用板书进行解释指导。PowerPoint是最为常用的多媒体课件制作软件，其自带的“指针选项”功能可以实现画图、书写、荧光笔等功能而且颜色可选。利用手写笔记本电脑的手写笔可随时在PPT多媒体课件上进行手写板书。教学团队重视多媒体课件和手写板书相结合，使用手写笔记本电脑和PPT多媒体课件进行理论和实验教学。这种教学方式既充分发挥了多媒体教学的优势，又具有手写板书的灵活多变的特点，将多媒体课件与手写板书完美结合，并能够将师生互动交流的闪光点及时记录在多媒体课件中，既方便学生的学习，也有助于教师日后改进多媒体课件。

第六，实训教学法。虚拟仿真和硬件实验能够有效提高学生的实验动手能力，但工程实践能力的培养单靠虚拟仿真和实验环节还不够，还需要学生自主运用多样的方式和方法，尝试性地解决实际开发过程中遇到的各种问题来获得。为了培养留学生的工程实践能力，教学团队采用实训教学法[9-10]让每个留学生熟悉一个单片机应用系统的硬件和软件开发过程。学期开始教师就发给留学生一张电子器件清单，并要求他们按照清单通过网络购买各种电阻、电容、芯片、芯片底座、蜂鸣器、晶振、LED灯、数码管、按键开关、电路板等电子器件，然后按照电路图从搭建单片机的最小系统开始做起。随着课程的推进，每讲完一部分相关内容，就搭建和焊接一部分相应电路，编写程序并利用仿真器实现验证。通过这种实训教学，学生能够学习到如何选择各种电子器件，熟悉它们的具体使用，亲身解决在搭建和焊接硬件电路过程中遇到的各种问题，深入体会单片机应用的整个开发过程。这种教学方法在锻炼学生系统掌握知识的同时，也能够让留学生充分提高动手能力，学习兴趣得到调动，工程实践能力得到进一步培养。

4 结 语

针对来华留学生的学习基础和学习能力，在对教材和讲义、实践教学环境和网络教学环境进行建设的基础上，单片机教学团队对教学方法和手段进行了改革和实践。团队通过“边学边做、从做中学”的方法调动留学生的学习兴趣；采用过程化管理和阶段性考核提高留学生自我管理能力和学习主动性；采用层次递进式教学对留学生进行因材施教，实现对留学生的差异化培养；通过结合多媒体教学和手写板书实现课堂上师生间的互动交流；通过虚拟仿真、实验箱实验和实物实训相结合的教学方法，提高留学生的工程实践能力和单片机开发能力。

为实现留学生培养目标，任课教师必须具有较高的专业知识、较强的实践能力和流利的英文交流能力。无论是教学条件的建设、教学方法和手段的改革，还是实践教学环节的强化和教学质量的提高，都需要教学团队不断提高自身的综合素质，在教学中针对留学生的反馈不断地探索和尝试更加有效的教学模式。

[1]丁笑炯. 来华留学生需要什么样的教育: 基于上海市四所高校的数据[J]. 高等教育研究, 2010, 31(6): 38-43.

[2]朱平生, 路玫, 常瑛. 来华留学生专业课教学使用PBL教学法的探讨[J]. 中国科教创新导刊, 2013(2): 4.

[3]李杏梅, 张友纯, 郝国成. 来华留学生专业基础课程学习的探索: 以中国地质大学(武汉)通信专业留学生为例[J]. 中国科教创新导刊, 2013(19): 120.

[4]郑绍红. 开放大学课程题库建设研究[J]. 中国远程教育(综合版), 2014(1): 79-82.

[5]张锦, 林亚平, 王如龙. 基于“做中学”理念的教学方案设计与实践[J]. 计算机教育, 2008(24): 38-42.

[6]董庆贺, 马峻, 殷贤华. 分层递进式“数字信号处理”实验系统的开发与实现[J].实验技术与管理, 2016, 88(8): 38-42.

[7]黄克亚. 基于虚拟仿真和ISP下载的AVR单片机实验模式研究[J]. 实验技术与管理, 2013, 30(8): 81-85.

[8]薛云, 郑丽. 阶段性考核方式在计算机基础课程中的应用[J]. 煤炭技术, 2011, 30(5): 237-239.

[9]陈宜建. 自主研制实训设备在教学中的应用[J]. 实验技术与管理, 2016, 33(10):220-222.

[10]谭亚丽, 申淼, 申忠如. 单片机专题实训内容优化和训练方法的研究[J].实验室研究与探索, 2012, 31(7): 173-175.