微机原理与接口技术课程翻转课堂教学设计研究

万里冰 霍凯

[摘 要]文章针对微机原理与接口技术课程的特点，对其翻转课堂教学模式进行了设计和实践探索。围绕课程教学内容凝练知识点，做好翻转课堂的顶层规划，整合包括微课视频、文档、课件、习题等翻转课堂所需的课程资源，通过课程平台实现学生和教师的在线互动，形成教学效果评估的快速反馈与反应机制，从而迅捷、准确地把握学生学习效果。为保证翻转课堂的教学质量，总结了翻转课堂实施过程中应着重注意的问题。

[关键词]微机原理与接口技术;翻转课堂;教学设计;课程改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）08-0045-03

一、翻转课堂教学模式的产生与发展

传统的教学模式下，教师通过课堂讲授实现知识的传授，通过布置课下作业、操作或实践让学生完成对知识的掌握。翻转课堂则把传统教学模式的教学顺序翻转过来，即教师先把学生需要学习的内容录制成视频并发给学生，学生在上课前通过观看教学视频来学习课程知识，知识内化则在课堂上经老师的帮助与同学的协助而完成。大量实践表明，翻转课堂教学模式能够充分发挥学习者的主观能动性，使学习变得更主动、更积极、更有效，进而提高学习者的自学能力、思考能力、人际交往能力、组织能力和团队协作能力。

翻转课堂教学始于高校的教學研究实践。1991年，哈佛大学的物理教授埃里克·马祖尔创立了同伴教学法，被认为是最早开始了翻转课堂的实验。2000年，美国迈阿密大学的经济学教授莫林·拉赫在讲授“经济学入门”课程时开始实施翻转课堂的探索和实践，学生迅速适应和接受了“翻转”学习的过程，并普遍反映这一教学模式有助于他们加深对知识的理解。同年，韦斯利·贝克在第11届大学教学国际会议上提出了实施翻转课堂教学的基本模式：教师通过网络工具和课程管理工具呈现教学内容并以家庭作业的形式分发给学生，课堂上的时间则被用来安排师生讨论和学生分组讨论[1-2]。

随着信息技术的快速发展，翻转课堂教学模式在美国逐渐拓展到更大范围。2011年，美国林地公园高中的乔纳森·博尔曼和亚伦·萨姆斯总结了多年的翻转教学经验，出版了翻转课堂研究专著《翻转课堂：每天抵达每一个班的每一名学生》，介绍了在实践教学过程中摸索出的翻转课堂实施策略，后来翻转课堂的影响逐渐扩展至全美。同年，翻转课堂被加拿大的《环球邮报》评为“影响课堂教学的重大技术变革”，引发了众多教育者对翻转课堂教育模式的关注。其后，可汗学院为翻转课堂提供免费教学视频，慕课（MOOC）也提高了翻转课堂学习者的参与性， 翻转课堂的影响逐渐扩展到全球[3]。

二、我国翻转课堂的发展

我国翻转课堂的发展是和慕课的发展紧密结合的，翻转课堂与慕课互相融合与促进。2012年，由上海市教委主导、上海的30余所大学共同组建的“上海高校课程中心”平台建成，实现了29门课程的共享。上海高校共享课程的学习采用“翻转课堂”与“混合模式”相融合的方法，教学团队包括平台主讲教师、教学点教师和助教，主讲教师对课程总负责，教学点教师负责掌握各教学点讨论课情况，助教负责集中回答学生提问，开展小组讨论活动。这种团队配合、分工明确的组织方式，有效保障了学生的学习质量，促进了翻转课堂教学模式的推广。此后，清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、西安交通大学、天津大学等高校陆续开展了翻转课堂、SPOC（小规模限制性在线课程）的探索与实践[4]。

随着移动互联网技术的快速发展，以及慕课和微课等在线课程资源的日益丰富，国内越来越多的高校纷纷加入到翻转课堂的研究与实践中，相关工作主要从翻转课堂的模式、电子支持软硬件系统、效果评价等方面开展。慕课除了提供翻转课堂所需的支撑材料如视频、文字和问题等外，还搭建了一个网络互动社区，由此翻转课堂与慕课能够互为补充、互相促进。微课则突出了课程的知识点，内容更加精简，适用于基于移动设备的随时随地学习。实践证明，新兴的课程模式、教学手段能够与翻转课堂很好地融合，丰富翻转课堂的教学方式，提高翻转课堂的学习效果，为采用翻转课堂模式的教学提供新的思路和途径[5]。

三、翻转课堂教学的设计

“微机原理与接口技术”是我校机械与电子控制学院测控技术与仪器专业和机械工程专业的必修课，授课对象是二年级本科生。该课程的教学目标是使学生在理解微型计算机基本组成和工作原理的基础上，掌握单片微型计算机硬件系统的结构原理、接口设计与系统扩展方法，掌握运用汇编语言进行单片机应用系统设计和开发的基本方法与技能。课程强调理论与实践相结合以及对学生实践能力和创新意识的培养。课程组在教学过程中，虽然也综合运用了问题教学、案例教学、研究性教学等方式，但授课模式仍是以教师为中心的传统集中讲授为主，作为认知主体的学生在教学过程中基本上还是处于受灌输的被动地位，其学习的主动性、积极性难以发挥，因此部分学生存在上课不专心听讲、学习动机不明确、学习兴趣缺乏、学习态度不认真、大部分课余时间不用在学习上等问题。教师讲授为主的教学方法也难以培养学生的创造性思维与创新能力。因此，课程组将翻转课堂教学模式引入本课程，以有效地调动学生学习的积极性，启发其创造性思维，拓展其综合能力，增加其学习乐趣，促进其学习与研究的有机结合。

（一）课程规划与知识点梳理

做好顶层规划对保证翻转课堂的教学效果具有重要意义。课程组以课程教学大纲为统领，在分析翻转课堂教学模式特点的基础上，对课程知识点进行了梳理和编排，围绕重要的教学内容凝练和总结出知识点，并制订符合翻转课堂特点和规律的课程教学规划。

课程组结合自身所编制的教材，仔细分析多种版本的“微机原理与接口技术”“单片机原理及其接口技术”等国内外相关教材后，确定了适合翻转课堂特点的由基础知识、接口扩展、系统设计三大部分组成的课程内容总体框架，进而对总体框架进行细分，形成框架下的知识点。在基础知识部分，首先讲授机器码概念和数制转换，以引起学生对计算机基础知识的回忆。其次围绕CPU、专用寄存器、RAM/ROM、定时控制逻辑、I/O讲述单片机硬件组成，引导学生进入单片微型计算机的微观世界。这部分内容较为抽象，学生掌握起来有一定难度。随后介绍单片机指令系统和汇编语言设计，这部分的主要难点在于将学生从C语言高级语言环境中引到低级语言环境中。最后讲授单片机内部I/O接口单元，包括4个并行端口、1个串行口、2个16位定时器/计数器和5个中断源，其中比较难以掌握的是单片机的中断工作方式以及定时器/计数器的应用。在完成单片机基础知识的学习后，要求学生基本掌握单片机最小系统的构成与工作原理。接口扩展部分包括外部存储器及其扩展、并行I/O扩展、8位LED数码管的连接、行列式键盘扩展、DA转换连接、AD转换连接等课程知识点，是对能完成较简单任务的单片机最小应用系统的扩展连接。系统设计部分进一步结合当前微机技术的发展趋势和典型应用，重点讲授单片机C语言程序设计，以及在Keil C51环境下的程序开发过程，并结合具体案例介绍在Proteus环境下单片机应用系统设计与仿真方法。在课程的三部分主要内容中，构成最小应用系统的基础知识是接口扩展的支撑，而系统设计则是在基础知识和接口扩展的基础上，通过单片机应用系统解决复杂的工程问题。

（二）课程资源的整合

课程资源作为教师教学和学生课下学习的重要资源，其内容和质量对翻转课堂的教学效果影响极大。翻转课堂课程资源主要包括微课视频、动画、文档、课件、习题等，也应包括课前学生学习时可下载或者浏览的相关互联网资源。文档是配合视频资料的文字说明，应严谨、简洁明了，在规划设计视频资料时同时设计生成相关文档。每一个课程单元需配合一定数量的习题，围绕知识点多角度难易结合，进一步加深學生对知识点的理解和掌握，可以将习题资源设计为习题库，学生课上、课下均可练习。

在整合课程资源的基础上，课程组按照重要知识点构思了翻转课堂讨论题目。小组讨论与师生互动是翻转课堂课上的主要环节，要重视讨论与互动问题的设计，以保证翻转课堂课上教学质量。研讨题目应具有一定综合性，难易得当，适合在师生之间、学生之间充分交流。课程组结合课堂工程案例、研究性专题以及答疑环节常见问题准备和设计了课堂讨论题目，题目与课程知识点密切相关。将翻转课堂讨论与课程已经进行了多年的学生专题研究相结合，不仅有助于加深教师对翻转课堂教学模式的理解，更便于教师在翻转课堂上引导学生思考，缩短理论学习与实际工程应用的差距。

（三）课程平台的建设

翻转课堂教学质量与学生的课前学习、课上讨论以及课后师生在线互动密切相关，因此要重视课程平台建设。课程平台不仅需集成翻转课堂相关课程资源，还应提供尽可能多的交流互动、展示工具和案例，学生在课程学习全过程中均可通过课程平台进行自主学习，并完成讨论、交流、练习等活动。任课教师在课堂教学中可借助课程平台将在线练习、小组协作、交流讨论、互动答疑等活动有机结合起来，提高学生学习的兴趣和积极性。课程平台增强了师生课上和课下的在线互动交流，信息反馈及时，针对性强，教师能更快捷、准确地把握学生学习情况和翻转课堂教学效果，及时发现教学中的问题并加以调整。

四、翻转课堂实施过程中应解决的问题

在实施翻转课堂过程中，学校、教师和学生作为翻转课堂的参与者，其任务均与其在传统教学过程中所承担的任务存在差异。学校是翻转课堂的开展场所，应提供比传统教学更多的软硬件资源和技术支持。学生利用数字化设备进行自主学习是实施翻转课堂教学模式的首要环节，这就要求学生具有较强的学习积极性和主动性，教师则由学生学习的指挥者变成学生学习的组织者、指导者和帮助者。为保证翻转课堂教学质量，翻转课堂实施过程中应着重解决好以下问题。

从学校层面讲，需重视教学的信息化建设和教学硬件设备的更新，应采取一定措施鼓励和积极推进教师进行翻转课堂模式的教学实践。学校应加大经费投入，完善智慧教室的建设，积极进行慕课、微课的建设，为翻转课堂教学模式的开展奠定坚实的基础。另外，学校也应根据不同的课程特点和学生实际情况，循序渐进地推进翻转课堂教学模式的开展，不可操之过急。可以先在部分课程的部分教学单元中进行尝试，边尝试边调整，在教学实践中使翻转课堂教学模式逐渐成熟。

从教师层面讲，需对自己进行重新定位，重新思考、认可自己在翻转课堂中的角色。教师的教育观念应从“以教定学”转变到“以学定教”上来，在思想上解除对“课前传授，课上内化”的教学方式的疑虑。翻转课堂以信息技术为依托，教师不仅要掌握计算机的基本技能，还要学会录制与剪辑教学视频、在线交流与追踪反馈等操作，这是对教师信息技术素养的考验。教学重心的“翻转”，会使教师觉得学生“更难掌控”，课堂组织“更有难度”，这无疑对教师的教学能力和课堂管理能力提出了更大挑战。

从学生层面讲，需改变对上课就是“老师详细讲解，学生认真听讲”的认知，逐步养成自主学习的习惯。受中国传统教学模式的影响，学生对教师的依赖性非常强。翻转课堂对学生的自学能力、学习自觉性、学习习惯等非智力因素提出了更高要求。想要有高效的“翻转”，学生就必须具备良好的自我控制能力、自学能力、发现并准确表达问题的能力以及积极讨论和合作研究的能力，这些与当前学生的学习能力和对学习的认知有一定差距。对于翻转课堂这种对学生的自制能力要求很高的教学模式，许多学生还不能适应。加之我国工科类专业学生的学习任务本来就很繁重，课前如果还要求他们完成观看教学视频、预习、准备问题等会占用学生更多的课外时间，加重其学习负担，从而影响其学习态度与学习效果。五、结语

教师讲授为主的传统教学方法难以发挥学生学习的主观能动性，不利于学生创新能力的培养和创新型人才的成长。将翻转课堂教学模式引入微机原理与接口技术课程，以课程知识点为基础，在微课视频、文档、课件、习题等课程资源的支持下，通过课前学生自主学习、课上师生讨论研讨、课后借助课程平台实现学生和教师的在线互动交流。实践证明，翻转课堂教学调动了学生学习的积极性，促进了学习与研究的有机结合。课程平台对教学效果评估的快速反馈与反应机制，有利于教师及时方便地掌握学生学习情况与教学问题，并采取改进措施。采用翻转课堂教学模式虽然对教师和学生的能力提出了新要求，但其所具有的优点仍值得对其进行教学探索。

[参考文献]

[1] 何朝阳，欧玉芳，曹祁.美国大学翻转课堂教学模式的启示[J].高等工程教育研究，2014（2）：148-151+161.

[2] 曾明星，周清平，蔡国民，等.基于MOOC的翻转课堂教学模式研究[J].中国电化教育，2015（4）：102-108.

[3] 唐苏.翻转课堂：教学流程与技术载体的逆序创新[J].现代教育科学，2018（10）：111-116+122.

[4] 张文，马秀芳.基于微课的翻转课堂教学设计研究[J].教育信息技术，2015（3）：3-9.

[5] 李贵安，刘洋，王力.翻转课堂教学模式下高校教师角色定位与课堂创新[J].中国大学教学，2018（5）：69-72.

[责任编辑：庞丹丹]