基于翻转课堂的单片机课程的研究与实践

陈韵秋， 童 威， 黄启萍

(1.安徽文达信息工程学院， 安徽 合肥 231201；2.安徽电气工程职业技术学院， 安徽 合肥 230051)

0 引言

近几年来，科学技术的发展迅猛，智能化在我们的生活中处处体现，日常生活中方方面面各个领域几乎都有单片机的踪影，未来关于单片机的相关应用也只会愈发广泛、深入。各大高校对单片机课程的开设以及具体教学都予以极大的重视[1]。课堂教学在当今社会的发展大环境下的改革也是必不可少的，现阶段是信息化社会，把飞速发展的信息化技术同课堂课程教学活动融合也是当今高校教学的必然趋势。文章将“翻转课堂”的教学模式通过一定的调整适应，应用到“单片机原理及应用”这门课程的教学实践中，一来实现了传统课堂教学与现代信息的结合，二来也能够通过这种新的教学模式给学生带来新的体验新的收获以及新的思考。

1 翻转课堂的含义

“翻转课堂”顾名思义核心就在于“翻转”，简单来说就是把课堂上老师和学生的身份进行“翻转”，把知识学习的决定权交到学生手上。充分利用当今社会的信息化设备工具，将相关知识的讲解内容由教师整理提供后，学生在正式上课前独立自主的进行学习，从而在实际上课时能够充分利用好面对面课堂的宝贵时间，能够在课堂上节省下对于新知识的理解所占用的时间，从而更专注于对于知识的更深层次的理解和应用，这种学习方式使得学生对于新课程学习的参与感更强，也使得学习过程变得更加灵活主动[2]。

翻转课堂的教学模式中，对于课程讲解视频而言一定要短小精悍，时长应控制在十几分钟之内，每个视频针对性也应该较高，以保证学生能够在课前更加集中高效的自主学习。这并不表示视频就是课堂的核心和主要内容，学习视频只是关于新知识的简单理解，真正的深入学习在于课堂上的活动。学生在课前完成了相关新知识的学习后，在课堂上根据自己课下观看视频所习得知识，来完成教师布置的任务实现知识的自主内化。其中在课堂上学生将知识内化的形式有很多，可以是小组讨论、分组协作，也可以是采取学生代表上台讲，其他学生提出自己的意见和见解等形式。在这种学习模式下，课堂上学生的主体地位愈发明显，学生学习的主动性和参与感都有显著提升，教师也能够通过学生的表现在提供即时性的帮助和指导的同时，更加高效的了解到学生对知识的掌握情况及教学重难点情况。

2 翻转课堂在单片机课程中的必要性

“单片机原理及应用”课程作为很多高校专业的核心课程，其重要性不言而喻，特别是随着社会发展，许多专业人才的需求变大，而单片机的应用也十分广泛普遍，因此培养出优秀的单片机专业性人才也是高校教育的重点。要想学习好这门课程，关键在于要培养起学生的主动性和积极性，但是对于学生而言，学习该门课程还是容易产生畏难情绪，因此在课堂上尽可能大的发挥学生的主动性和参与感就显得尤为必要。这就是翻转课堂应用到单片机课程中的优势[3]。

将翻转课堂应用到单片机课程中能够极大程度上解决学生在学习完新课后的茫然懵懂的感受，以学生为主体、以教师为辅助、以实践为核心的教学模式也能够引导学生积极自主、循序渐进的对单片机电路的设计与开发有着更为清晰、明确的认识，并对学生的实际动手能力以及思维创新能力的培养有积极效果。

3 基于翻转课堂的单片机课程设计

翻转课堂在投入课堂使用的过程中利用高科技电子产品将学生在学习过程中的主体地位发挥至最大化，并将教师从传统意义上的教学主体转变为教学辅助地位，与传统的老师在台上说，学生在台下听的教学模式相反，注重培养学生的主动学习能力以及团队协作能力。在此，根据学生情况以及教学实际情况，展现出翻转课堂的课程设计情况及实施架构，如图1所示。

翻转课堂的架构中体现出了一个完整的课程设计实施情况。将老师的教和学生的学，进行创新。课前学习新知识，课堂上则是主要让学生利用自己课前所习得知识进行讨论操作，使得学生能够快速而有效的将所学知识加以应用。教师也能够直观看出学生对于知识的掌握情况，从而将面对面课堂的时间侧重于学生对于知识的融会贯通，进而充分保证了课堂上的时间的高效性[4]。并且课堂上采取的翻转课堂形式使得学生在相互讨论中进一步内化知识，而教师也要对各个同学的成果进行评价并对本次课知识进行针对性总结，进而搭建起较为清晰的知识架构。与此同时，教师还需要对自己进行自我评价，根据课堂表现情况、学生掌握情况对教学内容进行针对性的改进。

图1 翻转课堂的课程设计情况及实施架构

4 单片机课程在翻转课堂的教学模式下的应用

根据前文中关于翻转课堂的教学模式概念以及相关课程设计实施架构，在此以计算机科学与技术专业近50位学生为实施对象，并分配好5至6位学生为一小组，对“单片机技术及应用”课程中相对较为基础的“点亮LED灯”一课为例，进行实际实践，从而研究翻转课堂教学模式和实施架构具体实施到实际教学过程中的教学情况、学生掌握情况以及学生自学能力、创新能力和实际动手操作能力的培养情况。

4.1 课前(知识传递)

教师根据自己的教学大纲和教学计划来对本次课程所需学习的知识进行切片划分，切分为四个知识模块，分别是LED灯的硬件结构模块、LED灯的点亮功能实现原理模块、程序架构模块以及硬件电路搭建模块。针对各个模块进行课件的制作，分模块录制十分钟左右讲解视频。模块化划分知识点能够充分利用学生的课下时间进行碎片化学习，同时十分钟左右的时长也能更为集中的学习相关知识。

利用学习教学平台，提前一周发给学生相关视频和课件资料，同时布置相关任务，比如每组分派代表谈谈学习成果和主观上的本次课的重难点，这样一来促进学生积极学习，有任务就有动力；二来也能够促进学生主动借助互联网或图书馆查阅相关资料，并且与其他同学相互交流沟通共同学习。

4.2 课中(知识内化)

翻转课堂的教学模式中，学生是学习的主体，是课堂上的主角，教师主要是辅助、引导和监管学生进行相关操作[5]。以“点亮LED灯”为课堂任务主线，并在其进行过程中，设计一些涉及课下学习中相关知识的子任务。其中子任务的模式即在学生分组进行主线任务操作过程中设定好时间节点，采用提问和分组表述发言的方式，引发学生循序渐进的掌握、内化相关知识。

在学生进行实践操作时，教师要时刻关注各个小组的实践及完成情况来确认学生对于知识的掌握情况。这里教师所要做的不同于传统课堂模式，需要把话语权交给学生，引导学生，使其交流顺畅、思维符合设计规范。在学生们遇到问题的时候，采用启发式提问、引导式教学，使得学生培养出自己分析问题解决问题的能力。在课堂中遇到了共性问题，则统一讲解。

在实验项目实践完成后，分小组展示实践成果，派代表对小组的实践情况进行汇报，并进行各组间互评。以此促进学生间协作能力，并能够使得学生在听取他人的设计思路、实践中遇到的问题的过程中，得到新的思路与启示。除小组间评分，教师也需对各组同学进行评判，包括积极主动性、知识掌握情况、实践操作情况和成果展示情况四个方面。并将该评判结果记入平时成绩中。以此对学生的学习主动性产生积极引导。

4.3 课后(知识升华)

面对面课堂结束后，学生需要对自己所在小组完成的成果进行分析，主要分析自己在操作过程中出现的问题和实践成果上的不足，进而提出改进优化的方向，并将自己的体会进行小组汇总发给教师，作为本次课的课后作业。教师也需要对课程进行教学反思和精进，并收集整理优秀小组的表现情况和实践成果情况，并及时记录课堂上同学带来的新思路，以丰富自己的教学资料。使得教师在该教学模式下提升自己的专业能力和教学素养。

5 翻转课堂的教学模式应用于单片机课程中出现的问题

根据前文描述很明显能够看出将翻转课堂教学模式融入到单片机课程中，能够大大改善由于单片机课程的枯燥导致的学生的畏难情绪，并在开展课程的过程中培养学生的团队协作能力、自主学习能力以及独立发现问题解决问题的能力。对于教师的教学能力也有积极正面的影响。但是在实际实施过程中，也显现出一些问题。

(1)由于课程初步知识的学习是学生在课前独立进行，在设计教学活动时，无法确切清晰的了解学生的掌握情况，使得课堂上教学环节开展的子任务的设置合理性有所欠缺，针对性不够。

(2)在学生遇到问题时，采取启发式提问引导学生自主解决问题的过程中，有时会难以把握学生的能力，学生不能回答出来相应问题进而解决。给学生带来一定程度上的挫败感，降低了学习兴趣。

(3)在实际操作过程中，教师虽然身份有所转变，更偏向于辅助作用。但是教师的主导地位不能被弱化。对于一些缺乏积极主动性的学生要及时督促，对学生之间的讨论也要注意是否顺应课堂，并且还要求教师有较强的控场能力。否则翻转课堂的教学模式的效果还不如传统课堂。