MOOC下的单片机原理及应用翻转课堂的教学研究与实践

王南兰 李建奇 秦桥 雷顺华

摘 要：信息化的时代，MOOC教学成了热点话题，我们依托单片机原理及应用的MOOC有效地解决了课时少、知识点多的问题。课程校企合作构建知识体系，采用翻转课堂及混合式教学模式，形成了开放式教学特点。对课程的授课形式进行整体设计，分成“课前自学、课内深化、课后升华”三个阶段，将课程的“三位一体”的教学目标定位为“懂原理，会连线，能编程”。多元化的动态跟踪考核方式贯穿整个教学，从课前、课中到课后动态跟踪考核系统实时记录学生的学习过程的各个时段，将以教师为主体的教学模式转变为以学生为中心的教学模式，但也存在着相应的优势和挑战，文中给出了相应的思考和建议。

关键词：MOOC;混合式教学;翻转课堂;开放式教学;单片机原理及应用

The teaching research and Practice of the Flipped classroom

of singlechip Microcomputer Principle Course under MOOC

Wang Nanlan Li Jianqi Qing Qiao Lei Shunhua

Hunan University of Arts and Science，College of Computer

and Electrical Information Engineering HunanChangde 415000

Abstract：In the information age，MOOC teaching has become a hot topic.Relying on the principle course of single chip microcomputer，MOOC has effectively solved the problem of less class hours and more knowledge.Knowledge system is build for Universityenterprise cooperation，the characteristics of open is formed for the blended teaching method of flipped classroom.The teaching form of the course is designed as a whole，which is divided into three stages：selfstudy before class，deepening in class and sublimation after class.The trinity of teaching objectives goal is positioning as "understand the principle，be able to connect and enable program".It changes the teachercentered teaching mode into studentcentered teaching mode.However，there are corresponding advantages and challenges.The corresponding thinking and suggestions are given.

Keywords：MOOC;blended teaching;flipped classroom;open teaching;principle and application of single chip microcomputer

《單片机原理与应用技术》这门课程面临着这样的问题，一方面，技术的发展促使上课内容发生巨变;另一方面，课时的限制又制约着《单片机原理与应用技术》课程的授课效果[1]。湖南文理学院是一所地方应用型本科院校，在应用转型的契机下，学校和企业合作，共建课程，由企业审核所教授的知识点，提供讲授的相关案例、项目，课程设计由企业工程师和学校老师共同指导，课程先后在超星泛雅的“学银在线”和“爱课程”网站上线，面向全校3个院系计算机与电气工程学院、机电工程学院、数理学院，6个专业开必修课，面向全校开公选课，提高了学生的学习兴趣，提升了教学效果和学生的满意度。

1 单片机原理及应用的MOOC呈现

单片机原理及应用作为一门专业基础课，对学生专业能力的培养起着举足轻重的地位，传统的教学法，学生的学习局限于老师的课堂讲授，知识的获取途径单一，不符合00后的“构建主义”思维模式，传统教育也将“学”和“做”分离了，理论和实验学时分配不合理，重“理”轻“实”，学生动手能力差。同时单片机的“软”和“硬”也是分离的，实验箱的硬件早就固化好了，只需编程实现就行，学生综合应用能力差[24]。针对这些传统教学问题，教学团队根据这些年技术的发展规律和进程，利用“互联网+”技术，校企合作，与超星泛雅公司和广州粤嵌通信有限公司合作，借鉴了多本教材和课程，确立了课程的开放式教学特点，同时抓好虚拟仿真实验实训项目建设，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，教学特色具体体现在下面三个方面：

1.1 知识体系的开放性

校企合作，对知识体系进行了重构，打破了章节的限制，把知识分为了导学篇、工具篇、基础篇、应用篇、提高篇和创新篇，根据实际情况，拆解知识的重点和难点，采用任务驱动和项目驱动，融理论到实践中，让知识“活”起来，学生真正把知识转变为技能，例如由城市夜晚多姿多彩的霓虹灯，导入到学生对各种流水灯的学习中，学生学习后，至少可以用三种不同的C51语句实现流水灯的编程，而且流水灯的变换形式也有多种。例如从企业引入的实际项目：基于MODBUS总线的数据采集与开关控制系统设计，从硬件设计到软件仿真，到编程实现，让学生有“跳一跳”的机会，令学生体验到了知识到能力的力量，有利于激发学生的学习兴趣。同时各篇章还能跟随技术的发展变化动态更新教学内容。尤其是创新篇，加入了学生参加电子设计大赛、物联网大赛和创新创业大赛的作品展示，持续更新中，拓宽学生的学习视野，提升学生的学习兴趣。

1.2 教学空间、时间的开放性

将传统的课堂教学延展到了“互联网+”的虚拟空间，以及企业的实际环境中。空间的开放也带来了学生学习时间的开放，除了课内的学习时间，课外，学生可以自主定时间随时学习。通过600分问卷调查表明，信息化教学后，学生课外的学习时间都有所提升，其中成绩名列前茅者，无论是期末成绩还是设计制作能力都有较大提升，学生之间的动手能力的差距在增大。学生碰到问题，可随时、随地线上解决，教学空间、时间都得到了极大的延展。学生在教学与实践的“软”环境中，学生能充分地发挥主观能动性，动手实践，大胆变革，真正实现了以“学生为中心”。

1.3 课程学时的开放性

不同专业、不同学时的学生，可分别选用不同的知识点，实现了个性化、分层次的教学，学生学习的自主性大大加强。不同专业的老师共同建课，有利于交流和共同创造，即扩大了视野，也促进了交流。课程中的老师就来自于3个不同的院系，其中机电院的老师就带来了国际机器人大赛的一些成果，例如将舵机的控制融入定时器产生PWM波的应用中。数理院的老师带来了物联网竞赛的相关成果，例如如何利用WiFi等做一些控制。计算机与电气院的老师把电子设计竞赛的相关经验带入到课程中。学生视野开阔了，相应的能力和素质也随之增强，在学科竞赛中，获得了湖南省电子设计大赛的和物联网大赛的团体总分第一名。

2 单片机原理及应用翻转课堂的实现

根据地方院校应用型本科的定位和学生的学情分析，把课程的“三位一体”的教学目标定位为“懂原理，会连线，能编程”，精简课堂上的教学内容，对翻转课堂的实施进行整体化设计，分成“课前自学、课内深化、课后升华”三个阶段[2]。

2.1 课前自学

学生过导学微视频和MOOC学习单片机的内部功能部件或外设的工作原理，学习硬件的连接，并完成课前预习题或讨论，老师根据课前预习题的答题情况或线上讨论情况，决定课堂的讲授内容。例如：定时器/计数器的工作原理，学生通过课前学习要求掌握：（1）定时器/计数器的工作过程;（2）控制定时器/计数器的特殊功能寄存器;（3）定时器/计数器的初值计算;（4）定时器/计数器的初始化过程。老师可根据课前习题统计或线上讨论知道学生对哪个问题掌握得不够好。对三个专业的学生习题统计结果来看初值的计算和定时器/计数器的初始化过程较难，因此上课时学生讲解后，老师还进行了串讲。对三个学期的学生课前学习情况统计表明，大部分时候学生对知识点掌握不好的地方大体相同，上了一两轮课后，可在必要的地方增加一些线上讨论，增强学生课前理解，沟通力也会增强。

2.2 课内深化

由于一部分教学内容移到了课前，课堂中可以有3～4组学生进行翻转课堂，讲述定时器/计数器的工作原理，老师再根据情况进行串讲。

讲完原理后，由和企业制定的任务点进行任务驱动式教学，例如数码管的0～9的静态显示，再分小组进行讨论实践，根据示例改编程序，实现功能应用上的相应的提升，对现象和程序小组间互评，小组总结后由老师进行点评和串讲。

对300名进行了混合式教学的学生的课堂效果进行了跟踪，和传统课堂教學的300名学生的课堂效果进行对比，由于课前学习的充分性，混合式教学班，课堂活跃度明显提高，教学内容相同的情况下，教学时间明显缩短，例如流水灯的讲解中，分的十组中，提供了三组案例，学生做出了15种不同的花样。传统课堂教学的学生大多课前准备不够充分，学生在做案例时，会有准备不够充足的感觉，上手不快，做的过程中出现的问题也会多一些，时间上也花得多一些。

2.3 课后升华

课后给学生提供大量的仿真资源，仿真资源分为基础原理性的、综合性的和创新性的，学生根据自身情况，选做易、中、难的案例，可分小组进行，学生可相互交流，然后在线提交作业，也可以自选命题，小组制作。上传作业中的优秀者会在下一节课中展示出来，调动了学生的学习积极性，在学生中很受欢迎。

3 总结

通过三学期的线上线下运行，对自动化、通信工程、智能建筑、光电、物联网、机电六个专业的教学来看，不同的混合式教学改革目标，其实现方案不一样，教师进行的教学设计不一样，学生在课外学习的投入不一样，学生在课堂里的思维活跃水平不一样，达成的学习成效不一样[56]。

（1）老师可以根据不同的学情设计不同混合式教学过程，线上、线下授课时长，课内、课外学习时长，学习效果完全由教学目标和教学设计决定，老师授课灵活。我校自动化和通信专业《单片机原理及应用》的学时就是40学时，而其他专业的学时是32学时，有的是考试课，有的是考查课，调查表明学生的满意度达92%。

（2）从“以教师为主体”的传统的教学模式变为了“以学生为中心”的教学模式，培养学生自主学习的能力，实现“授之以渔”的目的。老师建好课后，更多的是对学生学习的引导和督促，交流和讨论，学生变被动学习为主动学习。

（3）多维的评价系统，能较好地体现学生的学习过程，不以一考定终身，同时时时刻刻的同学之间的成绩比拼，正向激励学生的学习斗志。从300份学生考试成绩来看，比傳统教学平均分要高。

参考文献：

[1]于歆杰.论混合式教学的六大关系[J].中国大学教学，2019（5）.

[2]吴啸浪.http：//www.gov.cn/xinwen/201810/18/content_5332026.htm.

[3]http：//www.gov.cn/xinwen/201808/27/content_5316809.htm.

[4]http：//www.moe.gov.cn/fbh/live/2019/50601/mtbd/201904/t20190430_380194.html.教育部发力本科建设 打造“金专”金课”.

[5]王旭珍，王新葵，等.基于MOOC的物理化学翻转课堂教学改革与实践[J].中国大学教学，2019（5）.

[6]王留芳，曲凌.混合式工程实践的教学重构[J].中国大学教学，2019（5）.

项目：2020年湖南省十三五规划课题XJK20BGD031：新工科背景下信息技术与“嵌入式技术”深度融合研究资助;2020年湖南省教改项目HNJG20200714资助;2020年湖南省普通高等学校课程思政建设研究项目HNKCSZ20200872资助

作者简介：王南兰（1972— ），女，汉族，湖北武汉人，硕士，副教授，主要研究方向：智能控制与智能故障诊断。