反转课堂教学模式在单片机理论教学中的探索

罗(韦华) 夏鲲 袁庆庆

[摘 要]通过分析单片机理论的教学现状和存在的问题，阐述反转课堂应用到单片机理论教学的优势，探索将翻转课堂应用于课程教学中的方法，有助于激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和创新能力。

[关键词]反转课堂;单片机;教学模式;创新能力

[作者简介]罗 （1986—），男，山西万荣人，博士，上海理工大学机械工程学院电气工程系讲师，主要从事大功率电力电子变流器研究;夏 鲲（1980—），男，上海人，博士，上海理工大学创新创业学院副院长，电气工程系副教授，主要从事高效电力电子设备及其故障检测技术、精密电机控制和测量技术、无人化工厂和物联网技术研究;袁庆庆（1987—），女，江苏启东人，博士，上海理工大学机械工程学院电气工程系副主任，讲师，主要从事电机高性能控制、新能源并网控制研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0189-02[收稿日期] 2019-12-10

一、引言

单片机理论是电子电气信息类工科专业的专业基础必修课，本课程的教学目标是使学生能够熟练应用单片机系统的基本理论、基本知识和基本技能，具备单片机系统的开发与调试能力[1]（P1-4）。站在学生角度，这门课程要求学生良好地掌握模拟电路、数字电路和编程语言等知识，如果学生的相关预备知识不扎实，或者缺乏动手实践经验，在课程学习中会遇到很多困难，难以激发对该课程的学习兴趣。站在教师角度，单片机理论在理论教学中通常会按照教材目录安排教学进度，逐步讲解单片机概述、硬件构成、指令系统、程序设计、中断系统和定时器、外部扩展接口等章节，理论教学中的基础概念繁多，并且十分抽象，如果只是要求学生死记硬背，会很快忘记大部分知识点，并且无法真正掌握单片机的使用方法，教学效果不理想[2]。因此，单片机理论会配套实验课程，让学生动手实践单片机的编程语言和单片机的核心资源，加深对单片机理论知识的理解[3]。但在实际教学中，通常会出现理论课和实验课脱节的情况。实验板通常是已经测试通过的电路板，接口扩展不方便，并且实验内容的设计也相对固定，大部分是验证性实验，学生只需按实验步骤进行就可以得到实验结果，很难体会到单片机系统的设计、开发、硬件测试和软件调试等流程。师生互动环节也较少，学生只是机械式地完成实验任务，不利于激发学生主动创造的热情，无法培养学生的自主创新能力。

二、反转课堂教学的优势

随着互联网技术和多媒体技术的快速发展，翻转课堂作为一种新式教学模式引起了教育界的广泛关注，迅速成为国内外教育领域的研究热点[4-5]。反转课堂将课堂内外的教学时间和内容进行反转，教师利用现代化多媒体手段，比如制作微视频、录制音频、编排电子教材等，将常规课堂里讲授的基础知识制作成多媒体内容，让学生在课堂外进行预习和复习，根据自己对知识的掌握程度控制学习进度、查阅学习资料、反复观看学习内容[6]。课堂上教师可以不再利用宝贵的时间讲解教材上的基础知识，而是加强与学生的课堂互动，重点解决学生观看多媒体内容时产生的疑问，对易错点、重难点进行巩固和深化，并根据学生的接收情况进行知识拓展，激发学生的自主学习热情，培养学生的自主创新能力。具体到单片机理论课程教学，反转课堂教学的优势如下。

（一）加深基础概念的理解

运用丰富的多媒体资源，根据学生的需求去设计相应的教学资源，学生可以突破传统课堂的时空限制，根据实际情况自主安排学习进度。对于重点和难点的知识点可以反复观看，不断加深对单片机基础概念的理解，为单片机系统的应用奠定扎实基础。

（二）增强动手实践能力

在具备单片机基础概念等知识后，学生可以在课下基于开发板进行练习，巩固单片机的基础概念，掌握单片机系统的程序编写、软件调试等流程。课上根据学生的掌握情况进行针对性的讲解和讨论，解决单片机系统实践中的共性问题，增强学生的动手实践能力。

（三）锻炼创新思维能力

学生在课上进行分组、讨论、总结，转变传统课堂上的角色定位，提高主观能动性，由“要我学”变为“我要学”。课下提供必要的场地和工具支持，结合创客类项目和丰富的单片机应用场景，鼓励学生创造性地开发单片机系统，激发学生的学习兴趣，锻炼学生的创新思维能力。

三、反转课堂教学的课程设计

精心的课程设计是反转课堂教学模式成功实施的关键，本文从课前设计、课堂设计和课后设计三个角度对反转课堂在单片机理论课程教学中的应用进行阐述。

（一）课前设计

课前根据课程教学大纲，将单片机原理基础概念分为了解类、掌握类、应用类知识点，基于此制作多媒体教学内容。了解类知识点，如单片机的发展历史、代表性公司、不同芯片的对比、单片机的应用场景等，可在视频网站、单片机论坛、公司官网查找资料，将每个知识点制作成10分钟左右的微视频，作为学习材料推送给学生，让学生可以随时随地学习和复习，最终达到对本课程的背景知识有充分了解的目的。掌握类知识点，如单片机的硬件结构、定时器、中断系统等，基于教材并辅助PPT讲解、动画演示等教学手段，录制20分钟左右的教学视频，视频中不要出现大量文字性内容，尤其是重难点，录制时需要放慢语速，配以图片、表格和动画，并提供相关参考资料。应用类知识点，微视频制作的重点放在开发板的操作上，让学生对单片机的使用有直观印象，逐步建立理论知识与实际操作的关联，基于实验例程录制单片机开发板硬件测试和软件调试方法，时间控制在30分钟左右。

（二）课堂设计

课堂上将每个班级的学生分为五到六个学习小组，选一名学生作为组长，建立小组的学习微信群，组长负责学习资料推送（课堂学习前一周）、问卷调查汇总、难点反馈（课堂学习前一天）等工作。课堂上，每个小组轮流推选一名代表对本组在课下学习中遇到的难点问题进行阐述，每个小组针对前一小组提出的问题进行讨论，教师结合每个小组提出的重难点问题和讨论结果，进行针对性讲解，然后给出扩展性资料，供学生课后查阅。针对应用类知识点，预留出一定时间供学生进行课堂讨论和练习，让学生各抒己见，提出硬件测试和软件调试中遇到的问题，分享自己实验过程中的有益经验，进行充分的讨论和广泛的交流，营造积极向上、平等交流、互相促进的课堂氛围。

（三）课后设计

课后对课堂上遇到的问题和讨论结果进行及时总结，尤其是学生遇到的共性问题。及时对教学方案进行改进，辅助多媒体资源，对教学难点进行分解和重构，应用到今后的教学中，保证教学方法不断更新迭代。同时，随着单片机技术的不断发展，要把最新的参考资料和发展动态融入教学方案中，提高教学内容的时效性。对学有余力和积极性较高的学生，课下提供实验场地和测试工具，辅导完成单片机最小系统的原理图设计、电路仿真、PCB绘制等工作，并选取若干优秀作品进行制板，辅导学生完成硬件测试和软件调试，并进行电子竞赛等拓展活动。

四、总结

针对单片机理论传统教学中存在的弊病，将反转课堂教学模式引入单片机理论课程教学中，运用多媒体技术实现随时、随地学习，逐步转变学生被动学习的局面，充分激发学生的学习兴趣。为学生配备开发板，增加动手机会，积累实践经验，鼓励学生参加電子竞赛活动，锻炼创新思维能力，为学习后续课程、研究科研课题和解决工程问题奠定扎实的理论与实践基础。

参考文献

[1]李朝青，刘艳玲.单片机原理及接口技术 第5版[M].北京：北京航空航天大学出版社，2017：1-4.

[2]李敏.单片机理论实验课程改革教学体会[J].科技风，2011 （20）：230.

[3]贾春荣，邸志刚.高校单片机理论教学改革的探索[J].科技咨询，2008（31）：181.

[4]曾贞.反转教学的特征、实践及问题[J].中国电化教育， 2012（7）：114-117.

[5]彭耀峰.国内翻转课堂研究现状述评[J].亚太教育，2015 （7）：123-124.

[6]冯宪超.在高等教育中开展“反转课堂”教学的方法[J].教育教学论坛，2016（08）：183-184.